Вимірювач сонячного випромінювання (люксметр)
На допомогу технічним та науковим співробітникам розроблено чимало вимірювальних приладів, покликаних забезпечити точність, зручність та ефективність роботи. Разом про те, більшість людей назви цих приладів, а тим паче принцип їх роботи, найчастіше незнайомі. У цій статті ми в короткій формі розкриємо призначення найпоширеніших вимірювальних приладів. Інформацією та зображеннями приладів з нами поділився сайт одного із постачальників вимірювальних приладів.
Аналізатор спектру- це вимірювальний прилад, який служить для спостереження та виміру відносного розподілу енергії електричних (електромагнітних) коливань у смузі частот.
Анемометр- Прилад, призначений для вимірювання швидкості, об'єму повітряного потоку в приміщенні. Анемометр застосовують для санітарно-гігієнічного аналізу територій.
Балометр– вимірювальний прилад для прямого вимірювання об'ємної витрати повітря на великих припливних та витяжних вентиляційних решітках.
Вольтметр- це пристрій, яким вимірюють напругу.
Газоаналізатор- вимірювальний прилад визначення якісного і кількісного складу сумішей газів. Газоаналізатори бувають ручної дії або автоматичні. Приклади газоаналізаторів: течешукач фреонів, течешукач вуглеводневого палива, аналізатор сажевого числа, аналізатор димових газів, киснедомір, водень.
Гігрометр– це вимірювальний прилад, який слугує для вимірювання та контролю вологості повітря.
Дальномір- Прилад, що вимірює відстань. Дальномір дозволяє також обчислювати площу та обсяг об'єкта.
Дозиметр– прилад, призначений для виявлення та вимірювання радіоактивних випромінювань.
Вимірювач RLC– радіовимірювальний прилад, який використовується для визначення повної провідності електричного кола та параметрів повного опору. RLCв назві є абревіатурою схемних назв елементів, параметри яких можуть вимірюватися цим приладом: R - Опір, - Ємність, L - Індуктивність.
Вимірювач потужності– прилад, який використовується для вимірювання потужності електромагнітних коливань генераторів, підсилювачів, радіопередавачів та інших пристроїв, що працюють у високочастотному, НВЧ та оптичному діапазонах. Види вимірювачів: вимірювачі потужності, що поглинається, і вимірювачі проходить потужності.
Вимірювач нелінійних спотворень– прилад, призначений для вимірювання коефіцієнта нелінійних спотворень (коефіцієнта гармонік) сигналів радіотехнічних пристроях.
Калібратор– спеціальний еталонний захід, який використовують для повірки, калібрування або градуювання вимірювальних приладів.
Омметр, або вимірник опору– це прилад, який використовується для вимірювання опору електричному струму в омах. Різновиди омметрів залежно від чутливості: мегаомметри, гігаомметри, тераомметри, міліомметри, мікроомметри.
Токові кліщі– інструмент, призначений для вимірювання величини струму, що протікає, у провіднику. Токові кліщі дозволяють проводити вимірювання без розриву електричного ланцюга та без порушення його роботи.
Товщиномір- це прилад, за допомогою якого можна з високою точністю і без порушення цілісності покриття, виміряти його товщину на металевій поверхні (наприклад, шару фарби або лаку, шару іржі, ґрунтовки або будь-якого іншого неметалевого покриття, нанесеного на металеву поверхню).
Люксметр– це прилад для вимірювання ступеня освітленості у видимій області спектра. Вимірювачі освітлення є цифровими, високочутливими приладами, такими як люксметр, яскравомір, пульсметр, УФ-радіометр.
Манометр– прилад, що вимірює тиск рідин та газів. Види манометрів: загальнотехнічні, корозійностійкі, напороміри, електроконтактні.
Мультиметр– це портативний вольтметр, який виконує кілька функцій. Мультиметр призначений для вимірювання постійної та змінної напруги, сили струму, опору, частоти, температури, а також дозволяє здійснювати продзвонювання ланцюга та тестування діодів.
Осцилограф– це вимірювальний прилад, який дозволяє здійснювати спостереження та запис, вимірювання амплітудних та тимчасових параметрів електричного сигналу. Види осцилографів: аналогові та цифрові, портативні та настільні
Пірометр- це пристрій для безконтактного вимірювання температури об'єкта. Принцип дії пірометра заснований на вимірюванні потужності теплового випромінювання об'єкта виміру в діапазоні інфрачервоного випромінювання та видимого світла. Від оптичної роздільної здатності залежить точність вимірювання температури на відстані.
Тахометр– це прилад, що дозволяє вимірювати швидкість обертання і кількість обертів механізмів, що обертаються. Види тахометрів: контактні та безконтактні.
Тепловізор– це пристрій, призначений для спостереження нагрітих об'єктів з їхнього власного теплового випромінювання. Тепловізор дозволяє перетворювати інфрачервоне випромінювання на електричні сигнали, які потім у свою чергу після посилення та автоматичної обробки перетворюються на видиме зображення об'єктів.
Термогігрометр– це вимірювальний прилад, який виконує одночасно функції вимірювання температури та вологості.
Трасодефектошукач– це універсальний вимірювальний прилад, який дозволяє на місцевості визначати місце розташування та напрямок кабельних ліній та металевих трубопроводів, а також визначати місце та характер їх пошкодження.
pH-метр– це вимірювальний пристрій, призначений для вимірювання водневого показника (показника pH).
Частотомір- Вимірювальний прилад для визначення частоти періодичного процесу або частот гармонійних складових спектра сигналу.
Шумомір- Прилад для вимірювання звукових коливань.
Таблиця: Одиниці виміру та позначення деяких фізичних величин.
Помітили помилку? Виділіть її та натисніть Ctrl+Enter
Яка дія магнітного поля на провідник зі струмом?
Магнітне поле діє з деякою силою на будь-який провідник зі струмом, що знаходиться в цьому полі.
1. Як показати, що магнітне поле діє на провідник зі струмом, що знаходиться у цьому полі?
Потрібно підвісити провідник на гнучких дротах, приєднаних до джерела струму.
При приміщенні цього провідника зі струмом між полюсами постійного дугоподібного магніту він почне рухатися.
Це доводить, що магнітне поле діє на провідник зі струмом.
2. Від чого залежить напрямок руху провідника зі струмом у магнітному полі?
Напрямок руху провідника зі струмом у магнітному полі залежить від напрямку струму у провіднику та від розташування полюсів магніту.
3. За допомогою якого приладу можна здійснити обертання провідника зі струмом у магнітному полі?
Прилад, на якому можна здійснити обертання провідника зі струмом у магнітному полі, складається з прямокутної рамки, насадженої на вертикальну вісь.
На рамці укладена обмотка, що складається з кількох десятків витків дроту, покритого ізоляцією.
Так як струм у ланцюзі спрямований від позитивного полюса джерела до негативного, у протилежних частинах рамки струм має протилежний напрямок.
Тому й сили магнітного поля діятимуть на ці сторони рамки також у протилежні сторони.
Внаслідок цього рамка почне повертатися.
4. За допомогою якого пристрою в рамці змінюють напрямок струму через кожні півоберта?
Рамка з обмоткою підключається в електричний ланцюг через півкільця та щітки, що дозволяє змінювати напрямок струму в обмотці кожні півоберта:
- один кінець обмотки приєднаний до одного металевого півкільця, інший - до іншого;
- півкільця обертаються на місці з рамкою;
- кожне півкільце притискається до металевої пластини-щітки і при обертанні ковзає по ній;
- одна щітка завжди з'єднана з позитивним полюсом джерела, інша - з негативним;
- при повороті рамки півкільця повернуться разом з нею і кожне притиснеться вже до іншої щітки;
- в результаті струм у рамці змінить напрямок на протилежне;
У такій конструкції рамка обертається постійно в одному напрямку.
5. Як улаштований технічний електродвигун?
Обертання котушки зі струмом у магнітному полі використовується у пристрої електродвигуна.
У електродвигунах обмотка складається з великої кількості витків дроту.
Вони укладають у прорізи на бічній поверхні залізного циліндра.
Цей циліндр необхідний посилення магнітного поля.
Циліндр із обмоткою називається якорем двигуна.
Магнітне поле, в якому обертається якір такого двигуна створюється сильним електромагнітом.
Електромагніт та обмотка якоря живляться від одного джерела струму.
Вал двигуна (вісь залізного циліндра) передає обертання на корисне навантаження.
§61. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Електричний двигун
Запитання
1. Як показати, що магнітне поле діє на провідник зі струмом, що знаходиться у цьому полі?
1. Якщо підвісити провідник на тонких гнучких проводах у магнітному полі постійного магніту, то при включенні електричного струму в мережі з провідником він відхилиться, демонструючи взаємодію магнітних полів провідника та магніту.
2. Користуючись малюнком 117, поясніть, від чого залежить напрямок руху провідника зі струмом у магнітному полі.
2. Напрямок руху провідника зі струмом у магнітному полі залежить від напрямку струму та від розташування полюсів магніту.
3. За допомогою якого приладу можна здійснити обертання провідника зі струмом у магнітному полі? За допомогою якого пристрою в рамці змінюють напрямок струму через кожні півоберта?
3. Здійснити обертання провідника зі струмом у магнітному полі можна за допомогою пристрою, зображеного на рис. 115, в якому рамка із ізольованою обмоткою підключається в мережу через провідні півкільця і щітки, що дозволяє змінювати напрямок струму в обмотці через півоберта. В результаті рамка обертається весь час в одному напрямку.
4. Опишіть пристрій технічного двигуна.
4. Технічний електродвигун має у своєму складі якір - це залізний циліндр, що має вздовж бічної поверхні прорізи, в які укладаються витки обмотки. Сам якір обертається в магнітному полі, яке створюється сильним електромагнітом. Вал двигуна, що проходить центральною осі залізного циліндра, з'єднують з приладом, який приводиться двигуном у обертання.
5. Де використовуються електричні двигуни? Які їх переваги, порівняно з тепловими?
5. Двигуни постійного струму знайшли особливо широке застосування на транспорті (трамваї, тролейбуси, електровози) у промисловості (для викачування нафти зі свердловини) у побуті (в електробритвах). Електродвигуни мають менші розміри в порівнянні з тепловими, а також набагато вищий ККД, крім того вони не виділяють газів, диму та пари, тобто більш екологічно чисті.
6. Хто і коли винайшов перший електродвигун, придатний для практичного застосування?
6. Перший електричний двигун, придатний для практичного застосування, винайшов російський учений - Борис Семенович Якобі в 1834 році. Завдання 11
1. На рис. 117 показує схему електричного вимірювального приладу. У ньому рамка з обмоткою у відключеному стані утримується пружинками в горизонтальному положенні, при цьому стрілка жорстко з'єднана з рамкою вказує на нульове значення шкали. Вся рамка із сердечником поміщена між полюсами постійного магніту. Коли прилад підключається в мережу, струм у рамці взаємодіє з полем магніту, рамка з обмоткою повертається і повертається стрілка по шкалі, причому в різні боки, в залежності від напрямку струму, а кут залежить від величини сили струму.
2. На рис. 118 показаний автомат для увімкнення дзвінка, якщо температура перевищить допустиму. До його складу входить дві мережі. Перша містить спеціальний ртутний термометр, що служить для замикання цього ланцюга, коли ртуть в термометрі піднімається вище заданого значення, джерело живлення, електромагніт, якір якого замикає другий ланцюг, що містить крім якоря дзвінок і джерело живлення. Можна використовувати такий автомат у теплицях, інкубаторах, де дуже важливо стежити за підтримкою потрібної температури.
Прилади основним призначенням яких є вимірювання потужності дози радіації (альфа-, бета- і гамма-з урахуванням рентгенівського) та перевірка цим на радіоактивність підозрілих предметів.
Дозиметричні прилади використовуються для визначення рівнів радіації на місцевості, ступеня зараження одягу, шкірних покривів людини, продуктів харчування, води, фуражу, транспорту та інших предметів та об'єктів, а також для вимірювання доз радіоактивного опромінення людей при їх знаходженні на об'єктах і ділянках, заражених радіоактивними речовинами.
Служать для хімічного аналізу повітря, що дає інформацію про якісний та кількісний склад забруднювачів та дозволяє прогнозувати ступінь забруднення. До основних внутрішніх забруднювачів відносять предмети інтер'єру, меблі, підлогові та стельові покриття, будівельні та оздоблювальні матеріали. Хімічний аналіз повітря виявляє такі показники, як пил, діоксид сірки, діоксид азоту, оксид вуглецю, фенол, аміак, хлорид водню, формальдегід, бензол, толуол тощо.
Прилади вимірювання водневого показника (показника pH). Досліджують активність іонів водню в розчинах, воді, харчовій продукції та сировині, об'єктах навколишнього середовища та виробничих системах, у тому числі в агресивних середовищах.
Служать з метою оцінки якості питної води. Показують кількість зважених у питній воді неорганічних домішок, переважно солей різних металів. У побуті застосовуються визначення якості води з-під крана, бутильованої води, і навіть контролю ефективності водоочисних фільтрів.
Портативні пристрої призначені для вимірювання точного рівня звуку. Шум називають забруднювачем довкілля. Він також шкідливий як тютюновий дим, як вихлопні гази, як радіаційна активність. У шуму може бути лише чотири типи джерела. Тому його прийнято ділити на: механічний, гідромеханічний, аеродинамічний та електромагнітний. Сучасні прилади можуть визначити рівень шуму будь-яких механізмів: наземних, водних і навіть ліній електричних передач. Прилад дозволить об'єктивно виміряти рівень гучності звуку.
Портативні прилади призначені для вимірювання точного рівня освітленості, що створюється різними джерелами світла. Область застосування люксметрів широка, що пояснюється, перш за все, їхньою високою спектральною чутливістю, яка наближається до чутливості людського ока. Слід пам'ятати, деякі джерела освітлювальних приладів, галогенні, люмінесцентні і навіть світлодіодні лампи, після деякого часу експлуатації втрачають істотну величину світлового потоку, загальна освітленість у приміщенні може погіршитися. Це не лише знизить гостроту зору людини, а й впливатиме на її стомлюваність. Контролювати освітленість слід постійно.
Прилади, призначені для експрес визначення кількості нітратів в овочах, фруктах, м'ясі та інших продуктах харчування. Ще недавно для проведення подібних досліджень, була потрібна ціла лабораторія, тепер це можливо здійснити за допомогою одного компактного пристрою.
Портативні нітратоміри набули широкої популярності завдяки своїй компактності, невисокій вартості та простоті в експлуатації. Нітрати присутні у багатьох добривах, які активно використовують у сільському господарстві підвищення врожайності культур. З цієї причини нітрати в овочах та фруктах часто містяться у значній концентрації. Потрапляючи з їжею в організм людини, нітрати у великих кількостях здатні викликати отруєння нітратами, різні розлади та хронічні захворювання.
Індикатор нітратів допоможе вчасно розпізнати небезпечні продукти та захиститись від отруєння нітратами.
Роздрукувати
Для хвиль метрового та дециметрового діапазонів іоносфера прозора. Зв'язок цих хвилях складає лише відстань прямий видимості. З цієї причини телевізійні антени, що передають, розміщують на високих телевежах, а для здійснення телемовлення на великі відстані необхідно будувати станції ретрансляції, що приймають і потім передають сигнал.
І все-таки в даний час саме хвилі з довжиною менше метра використовуються для далекого радіозв'язку. На допомогу приходять штучні супутники Землі. Супутники, що використовуються для радіозв'язку, виводяться на геостаціонарну орбіту, період обігу по якій збігається з періодом обігу Землі навколо осі (близько 24 годин). В результаті супутник повертається разом із Землею і, таким чином, зависає над певною точкою Землі, розташованою на екваторі. Радіус геостаціонарної орбіти близько 40 000 км. Такий супутник приймає сигнал із Землі і потім ретранслює його назад. Супутникове телебачення стало вже цілком звичайним, у будь-якому місті ви можете побачити "тарілки" - антени для прийому супутникового сигналу. Однак крім телевізійних сигналів через супутники передається безліч інших сигналів, зокрема сигнали інтернету, здійснюється зв'язок із суднами, що знаходяться в морях і океанах. Цей зв'язок виявляється більш надійним, ніж зв'язок на коротких хвилях. Особливості поширення радіохвиль проілюстровані Рис.3.
Усі радіохвилі поділяються на кілька діапазонів залежно від їхньої довжини. Назви діапазонів, властивості поширення радіохвиль та характерні області використання хвиль наведені у таблиці.
Діапазони радіохвиль |
|||
Діапазон хвиль | Довжини хвиль | Властивості розповсюдження | Використання |
Огинають поверхню Землі та перешкоди (гори, будови) | Радіомовлення |
||
Радіомовлення, радіозв'язок |
|||
Короткі | Прямолінійне поширення відбиваються від іоносфери. |
||
Ультракороткі | 1 – 10 м (метрові) | Прямолінійне поширення проходять через іоносферу. | Радіомовлення, телемовлення, радіозв'язок, радіолокація. |
1 – 10 дм (дециметрові) |
|||
1 – 10 см (сантиметрові) |
|||
1 – 10 мм (міліметрові) |
Генерація радіохвиль відбувається внаслідок руху заряджених частинок із прискоренням. Хвиля даної частоти генерується при коливальному русі заряджених частинок із цією частотою. При впливі радіохвилі на вільні заряджені частинки виникає змінний струм тієї ж частоти, що і частота хвилі. Цей струм може реєструватися приймальним пристроєм. Радіохвилі різних діапазонів по-різному поширюються поблизу поверхні Землі.
1. · Яка частота відповідає найкоротшим і найдовшим радіохвилям?
2. * Висловіть гіпотезу, чим може визначатися межа довжин радіохвиль, що відображаються іоносферою.
3. · Хвилі яких діапазонів, що приходять до нас із космосу, ми можемо приймати наземними приймачами?
§26. Використання радіохвиль.
(Урок-лекція).
Ось радіо є, а щастя немає.
І. Ільф, Є. Петров
Яким чином можна здійснити передачу інформації за допомогою радіохвиль? На чому базується передача інформації за допомогою штучних супутників Землі? Які принципи радіолокації та які можливості надає радіолокація?
Радіозв'язок. Радіолокація. Модуляція хвилі.
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
Олександр Степанович Попов (1859 – 1906) – знаменитий російський фізик, винахідник радіо. Здійснив перші досліди з практичного застосування радіохвиль. 1986 р. продемонстрував перший радіотелеграф.
Удосконалені конструкції радіопередавачів та радіоприймачів були розроблені італійцем Марконі, який у 1921 р. зумів здійснити регулярний зв'язок між Європою та Америкою.
Принципи модуляції хвиль.
Основне завдання, що покладається на радіохвилі, – передача деякої інформації на відстань. Монохроматична радіохвиля певної довжини є синусоїдальним коливанням електромагнітного поля і не переносить будь-якої інформації. Щоб така хвиля переносила інформацію, її потрібно якось змінювати або, говорячи науковою мовою, модулювати(От. лат. modulatio - мірність, розмірність). Найпростіша модуляція радіохвильвикористовувалася у перших радіотелеграфах, навіщо застосовувалася абетка Морзе. За допомогою ключа радіопередавачі включалися на більш довгий або менш довгий час. Довгі проміжки відповідали знаку тире, а короткі - знаку крапка. Кожній літері алфавіту зіставлявся певний набір точок та тире, які йшли з деяким проміжком. Рис. 1 наведено графік коливань хвилі, що передає сигнал «тире-точка-точка-тире». (Зауважимо, що у реальному сигналі однією точку чи тирі вкладається значно більше коливань).
Звичайно, голос або музику таким сигналом було передавати неможливо, тому пізніше стали застосовувати іншу модуляцію. Як ви знаєте, звук є хвилею тиску. Наприклад, чистому звуку, що відповідає ноту ля першої октави відповідає хвиля, тиск якої змінюється за синусоїдальним законом із частотою 440 Гц. За допомогою приладу – мікрофона (від грец. micros – малий, phone – звук) коливання тиску можна перетворити на електричний сигнал, що є зміною напруги з тією ж частотою. Ці коливання можна накласти на коливання радіохвилі. Один із таких способів модуляції наведено на Рис. 2. Електричні сигнали, відповідні промови, музиці, а також зображенню мають більш складний вигляд, проте суть модуляції залишається незмінною - амплітуди радіохвилі, що огинає, повторює форму інформаційного сигналу.
Пізніше було розроблено інші різноманітні способи модуляції, у яких змінюється як амплітуда хвилі, як у малюнках 1 і 2, а й частота, що дозволило передавати, наприклад, складний телевізійний сигнал, несе інформацію про зображенні.
В даний час має місце тенденція повернення до початкових "точок" і "тирі". Справа в тому, що будь-яка звукова та відео інформація може бути закодована у вигляді послідовності чисел. Саме таке кодування здійснюється у сучасних комп'ютерах. Наприклад, зображення на екрані комп'ютера складається з безлічі точок, кожна з яких світиться будь-яким кольором. Кожен колір кодується певним числом, і, таким чином, все зображення може бути представлене як послідовність чисел, відповідних точках на екрані. У комп'ютері всі числа зберігаються і обробляються в двійковій системі одиниць, тобто використовуються дві цифри 0 і 1. Очевидно, ці цифри аналогічні точкам та тире абетки Морзе. Сигнали, закодовані в цифровому форматі, мають багато переваг - вони менш схильні до спотворень при радіопередачі і легко обробляються сучасними електронними пристроями. Саме тому сучасні мобільні телефони, а також надсилання зображень за допомогою супутників використовує цифровий формат.
Більшість із вас, напевно, налаштовували радіо або телевізори на будь-яку програму, деякі використовували мобільний телефонний зв'язок. Наш ефір переповнений найрізноманітнішими радіосигналами, і їхня кількість безперервно збільшується. Чи не тісно їм там? Чи є взагалі якісь обмеження на кількість радіо і телепередавачів, що одночасно працюють?
Виявляється, що обмеження на кількість одночасно працюючих передавачів існують. Справа в тому, що коли електромагнітна хвиля несе будь-яку інформацію, вона модульована певним сигналом. Такій модульованій хвилі вже не можна порівняти строго певну частоту чи довжину. Наприклад, якщо хвиля ана Рис.2 має частоту w, що лежить у діапазоні радіохвиль, а сигнал бмає частоту W, що лежить у діапазоні звукових хвиль (від 20 Гц до 20 кГц), то модульована хвиля внасправді є три радіохвилі з частотами w-W, wі w+W. Що більше інформації містить хвиля, то більший діапазон частот вона займає. При передачі звуку достатньо діапазону приблизно 16 кГц, телевізійний сигнал займає вже діапазон приблизно 8 МГц, тобто у 500 разів більше. Саме тому передача телевізійного сигналу можлива лише у діапазоні ультракоротких (метрових та дециметрових) хвиль.
Якщо лінії сигналів двох передавачів перекриваються, то хвилі цих передавачів інтерферують. Інтерференція призводить до виникнення перешкод прийому хвиль. Щоб сигнали, що передаються, не впливали один на одного, тобто, щоб передана інформація не спотворювалася смуги, займані радіостанціями не повинні перекриватися. Це накладає обмеження на кількість радіопередаючих пристроїв, що працюють у кожному діапазоні.
За допомогою радіохвиль можна передавати різну інформацію (звук, зображення, комп'ютерну інформацію), навіщо необхідно здійснити модуляцію хвиль. Модульована хвиля займає певну смугу частот. Щоб хвилі різних передавачів не інтерферували, їх частоти повинні відрізнятися значення більше смуги частот.
Принципи радіолокації.
Іншим важливим застосуванням радіохвиль є радіолокація, заснована на здатності радіохвиль відбиватися від різних об'єктів. Радіолокація дозволяє визначити місцезнаходження об'єкта та його швидкість. Для радіолокації використовуються хвилі дециметрового та сантиметрового діапазонів. Причина такого вибору дуже проста, довші хвилі через явища дифракції огинають об'єкти (літаки, судна, машини), практично не відбиваючись від них. Принципово завдання радіолокації можуть бути вирішені за допомогою електромагнітних хвиль видимого діапазону спектра, тобто шляхом візуального спостереження об'єкта. Однак видиме випромінювання затримується такими складовими атмосфери як хмари, туман, пил, дим. Для радіохвиль ці об'єкти повністю прозорі, що дозволяє використовувати радіолокацію за будь-яких погодних умов.
Щоб визначити місце розташування необхідно визначити напрямок на об'єкт та відстань до нього. Завдання визначення відстані вирішується просто. Радіохвилі поширюються зі швидкістю світла, тому хвиля доходить до об'єкта і повертається назад за час, що дорівнює подвоєній відстані до об'єкта, поділеного на швидкість світла. Передавальний пристрій посилає у бік об'єкта радіоімпульс, а приймальний пристрій, що використовує ту саму антену, приймає цей імпульс. Час між передачею та прийомом радіоімпульсу автоматично перераховується у відстань.
Для визначення напрямку на об'єкт використовуються вузькоспрямовані антени. Такі антени формують хвилю у вигляді вузького пучка, так що об'єкт потрапляє в цей пучок тільки за певного розташування антени (дія подібна до променя ліхтарика). У процесі радіолокації антена «повертається», так що пучок хвилі сканує велику область простору. Слово «повертається» взято в лапки тому, що в сучасних антенах ніякого механічного повороту не відбувається, спрямованість антени змінюється електронним способом. Принцип радіолокації проілюстровано Рис. 3.
Радіолокація дозволяє встановити відстань до об'єкта, напрямок на об'єкт і швидкість об'єкта. Завдяки здатності радіохвиль вільно проходити через хмари та туман методи радіолокації можуть застосовуватись за будь-яких погодних умов.
1. ○ Яка довжина радіохвиль, які використовуються для зв'язку?
2. ○ Як «змусити» радіохвилю переносити інформацію?
3. ○ Чим обмежена кількість радіостанцій в ефірі?
4. · Вважаючи, що частота передачі повинна в 10 разів перевищувати ширину частот, яку займає сигнал, обчисліть мінімальну довжину хвилі для передачі телевізійного сигналу.
5. * Як за допомогою радіолокації можна визначити швидкість об'єкта?
§ 27.Принципи роботи мобільного телефонного зв'язку.
(Урок-практикум)
Якби Едісон вів такі розмови, не бачити світові ні грамофона, ні телефону.
І. Ільф, Є. Петров
Як працює мобільний телефонний зв'язок? Які елементи входять до складу мобільного телефону та яке їх функціональне призначення? Які перспективи розвитку мобільного телефонного зв'язку?
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
Спосіб життя.
1. При використанні мобільного телефону відбувається постійне випромінювання радіохвиль у безпосередній близькості від головного мозку. В даний час вчені не дійшли єдиної думки про рівень впливу такого випромінювання на організм. Однак не слід вести надмірно тривалі розмови по мобільному телефону!
2. Сигнали мобільних телефонів можуть давати перешкоди для різних електронних пристроїв, наприклад, навігаційних пристроїв. Деякі авіакомпанії забороняють використання мобільних телефонів під час польоту або в певний час польоту (зліт, посадка). Якщо такі заборони існують, дотримуйтесь їх, це у Ваших інтересах!
3. Деякі елементи мобільного апарату, наприклад рідкокристалічний дисплей, можуть зіпсуватися при впливі яскравих сонячних променів або високої температури. Інші елементи, наприклад, електронна схема , що перетворює сигнали, може зіпсуватися при впливі вологи. Захищайте мобільний телефон від таких шкідливих впливів!
Відповідь завдання 1.
Порівняно зі звичайним телефонним зв'язком мобільний телефонний зв'язок не вимагає підключення абонента до протягнутого до телефонної станції дроту (звідси і назва – мобільний).
У порівнянні з радіозв'язком:
1. Мобільний телефонний зв'язок дозволяє зв'язатися з будь-яким абонентом, що має мобільний телефонний апарат, або підключеним до провідної телефонної станції практично у будь-якому районі земної кулі.
2. Передавач у мобільній телефонній трубці не повинен володіти великою потужністю, а отже може мати малі розміри та вагу.
Відповідь завдання 2.Для мобільного зв'язку слід використовувати ультракороткі хвилі.
Відповідь завдання 3.
Відповідь завдання 4.Телефонна станція повинна включати пристрої, що приймають, підсилюють і передають електромагнітні хвилі. Оскільки радіохвилі, що використовуються, поширюються на відстань прямої видимості, необхідно мати мережу ретрансляційних станцій. Для зв'язку з іншими станціями, що знаходяться в далеких регіонах, необхідно мати виходи в міжміську та міжнародну мережу.
Відповідь завдання 5.Апарат повинен містити пристрої введення та виведення інформації, пристрій, що перетворює інформаційний сигнал на радіохвилю і назад радіохвилю на інформаційний сигнал.
Відповідь завдання 6.Насамперед, користуючись телефоном, ми передаємо та сприймаємо звукову інформацію. Проте апарат може давати нам візуальну інформацію. Приклади: номер телефону, яким до нас додзвонюються, номер телефону нашого друга, який ми занесли на згадку про наш телефон. Сучасні апарати здатні приймати відеоінформацію, навіщо у яких вбудовується відеокамера . Нарешті, передачі інформації ми використовуємо ще й таке почуття, як дотик. Для набору номера ми натискаємо кнопки, на яких вказано цифри та літери.
Відповідь завдання 7.Введення звукової інформації мікрофон, висновок звукової інформації – телефон,введення відеоінформації – відеокамера, виведення відеоінформації – дисплей, а також кнопки для введення інформації у вигляді літер та цифр.
Відповідь завдання 8.
(Пунктирна рамка на малюнку означає, що цей пристрій не обов'язково входить до складу апарату мобільного зв'язку).
§28. Геометрична оптика та оптичні прилади.
(Урок-лекція).
Потім, не шкодуючи ні праці ні коштів, я досяг того, що виготовив інструмент, настільки досконалий, що при погляді через нього предмети здавалися майже в тисячу разів більшими і більш ніж у тридцять разів ближчими, ніж видимі природним чином.
Галілео Галілей.
Як розглядаються світлові явища з погляду геометричної оптики? Що таке об'єктиви? У яких приладах вони використовуються? Як досягається візуальне збільшення? Які прилади дозволяють досягти візуального збільшення? Геометрична оптика. Фокусна відстань лінзи. Об'єктив. ПЗЗ-матриця. Проектор. Акомодація. Окуляри.
Елементи геометричної оптики. Лінза. Фокусна відстань лінзи. Око як оптична система. Оптичні прилади . (фізика 7-9 кл). Природознавство 10 § 16.
Геометрична оптика та властивості лінз.
Світло також як і радіохвилі є електромагнітною хвилею. Однак довжина хвилі видимого випромінювання становить кілька десятих часток мікрометра. Тому такі хвильові явища як інтерференція та дифракція у звичайних умовах практично не виявляються. Це, зокрема, призвело до того, що хвильова природа світла довгий час не була відома, і навіть Ньютон припускав, що світло є потік частинок. Передбачалося, що ці частинки рухаються від одного предмета до іншого по прямій лінії, а потоки цих частинок утворюють промені, які можна спостерігати, пропустивши світло через отвір. Такий розгляд отримав назву геометрична оптика, На відміну від хвильової оптики, де світло розглядається як хвиля.
Геометрична оптика дозволила обґрунтувати закони відображення світла та заломлення світла на кордоні між різними прозорими речовинами. В результаті було пояснено властивості лінз, які ви вивчали в курсі фізики. Саме з винаходу лінзів почалося практичне використання досягнень оптики.
Згадаймо, як будується зображення в тонкій лінзі, що збирає (див. Рис. 1).
Об'єкт представляється як сукупність точок, що світяться, і його зображення будується по точках. Щоб побудувати зображення точки Aпотрібно скористатися двома променями. Один промінь йде паралельно до оптичної осі, і після заломлення в лінзі проходить через фокус F’. Інший промінь проходить, не переломлюючись через центр лінзи. Точка, що знаходиться на перетині цих двох променів A’і буде зображенням точки A. Інші точки стрілки з кінцем у точці Aбудуються аналогічно, внаслідок чого виходить стрілка з кінцем у точці A’. Зауважимо, що промені мають властивість оборотності, тому, якщо джерело помістити в крапку A’ , то його зображення перебуватиме у точці A.
Відстань від джерела до лінзи dпов'язано з відстанню від зображення до лінзи d¢ співвідношенням: 1/ d + 1/d¢ = 1/f, де f – фокусна відстань, тобто відстань від фокусу лінзи до лінзи. Зображення об'єкта може бути як зменшеним, так і збільшеним. Коефіцієнт збільшення (зменшення) нескладно одержати, виходячи з Рис. 1 і властивостей подоби трикутників: G = d¢ /d. З двох останніх формул можна вивести таку властивість: зображення виходить зменшеним, якщо d>2f(в цьому випадку f< d¢ < 2f). З оборотності ходу променів випливає, що зображення буде збільшеним, якщо f< d< 2f(в цьому випадку d¢ > 2f). Зауважимо, що іноді необхідно значно збільшити зображення, тоді об'єкт потрібно помістити на відстані від лінзи трохи далі фокусу, зображення відстоятиме на великій відстані від лінзи. Навпаки, якщо потрібно значно зменшити зображення, об'єкт поміщають на великій відстані від лінзи, а його зображення буде трохи далі, ніж фокус від лінзи.
Об'єктиви у різних приладах.
Описана властивість лінз використовується в різних приладах, де лінзи, що збирають, застосовуються в якості об'єктивів. Строго кажучи, будь-який якісний об'єктив складається із системи лінз, проте його дія така ж, як у однієї лінзи, що збирає.
Прилади, що збільшують зображення називаються проекторами. Проектори використовуються, наприклад, у кінотеатрах, де зображення на плівці з розмірами кілька сантиметрів збільшується до розмірів екрана кілька метрів. Інший тип проекторів – мультимедійні проектори. Вони сигнал, що надходить з комп'ютера, відеомагнітофона , пристрої запису зображення на відеодисках формує мале зображення, яке через об'єктив проектується великий екран.
Значно частіше необхідно зменшити, а чи не збільшити зображення. Саме для цього служать об'єктиви у фотоапаратах та відеокамерах. Зображення в кілька метрів, наприклад, зображення людини, зменшується до розмірів кілька сантиметрів або кілька міліметрів. Приймачем, куди проектується зображення, є фотоплівка або спеціальна матриця із напівпровідникових датчиків ( ПЗЗ-матриця), що перетворює відеозображення на електричний сигнал.
Зменшення зображення використовується при виробництві мікросхем, які застосовуються в електронних пристроях, зокрема комп'ютерах. Елементи мікросхем – напівпровідникові прилади, сполучні дроти та інших. мають розміри кілька мікрометрів, які число на кремнієвої платівці з розмірами порядку сантиметра сягає кількох мільйонів. Звичайно, намалювати стільки елементів такого масштабу без зменшення за допомогою об'єктива неможливо.
Об'єктиви, що зменшують зображення, використовуються в телескопах. На плівці або ПЗЗ-матриці з розмірами кілька сантиметрів «вміщуються» такі об'єкти, як галактики, що мають розміри в мільйони світлових років.
Як об'єктиви в телескопах використовуються також увігнуті дзеркала. Властивості увігнутого дзеркала багато в чому подібні до властивостей збираючої лінзи, тільки зображення створюється не за дзеркалом, а перед дзеркалом (Рис. 2). Це ніби відображення зображення, отриманого лінзою.
Наше око також містить у своєму складі об'єктив – кришталик, що зменшує видимі нами об'єкти до розмірів сітківки ока – кілька міліметрів (Мал.3).
Щоб зображення було різким, спеціальні м'язи змінюють фокусну відстань кришталика, збільшуючи при наближенні об'єкта і зменшуючи при видаленні. Здатність змінювати фокусну відстань називається акомодацією. Нормальне око здатне фокусувати зображення для об'єктів, що знаходяться далі за 12 см від ока. Якщо м'язи не здатні зменшити фокусну відстань кришталика до необхідної величини, людина не бачить близькі предмети, тобто страждає далекозорістю. Виправити положення можна, помістивши перед оком лінзу (окуляри), що збирає, дія якої еквівалентно зменшенню фокусної відстані кришталика. Виправлення протилежного дефекту зору – короткозорості відбувається за допомогою лінзи, що розсіює.
Прилади, що дають візуальне збільшення.
За допомогою ока ми можемо оцінити лише кутові розміри об'єкта (див. § 16 Природознавство 10). Наприклад, шпильковою головкою ми можемо закрити зображення Місяця, тобто кутові розміри Місяця та шпилькової головки можна зробити однаковими. Досягти візуального збільшення можна або наблизивши об'єкт до ока, або якимось способом збільшивши його на тій самій відстані від ока (Мал. 4).
Намагаючись розглянути якийсь дрібний об'єкт, ми наближаємо його до ока. Однак при дуже сильному наближенні наш кришталик не справляється з роботою, фокусна відстань не може зменшитися так, щоб ми могли розглянути об'єкт, наприклад з відстані 5 см. Виправити положення можна так само, як і при далекозорості, помістивши перед оком лінзу, що збирає. Лінза, що використовує з цією метою, називається лупою. Відстань, з якої нормальному оку зручно розглядати дрібний об'єкт, називається відстань найкращого зору. Зазвичай ця відстань приймається рівним 25 см. Якщо лупа дозволяє розглянути об'єкт, наприклад, з відстані 5 см, то досягається візуальне збільшення в 25/5=5 разів.
А як отримати візуальне збільшення, наприклад, Місяця? За допомогою об'єктива потрібно створити зменшене, але наближене до ока зображення Місяця, а потім розглянути це зображення в лупу, яка в даному випадку називається окуляр. Саме так працює труба Кеплера (див. § 16 Природознавство 10).
Візуальне збільшення, наприклад, клітини рослини чи тварини виходить іншим чином. Об'єктив створює збільшене зображення об'єкта, близьке до ока, що у окуляр. Саме так працює мікроскоп.
Лінзи та системи лінз використовуються в багатьох приладах. Об'єктиви приладів дозволяють отримати як збільшене, і зменшене зображення об'єкта. Візуальне збільшення досягається збільшенням кутового розміру об'єкта. Для цього використовується лупа або окуляр у системі з об'єктивом.
1. · На якій властивості променів засновано дію лінз?
2. * Виходячи з методу побудови зображення в лінзі, що пояснює, поясніть, чому при зміні відстані між об'єктом і оком, повинна змінюватися фокусна відстань кришталика?
3. · У мікроскопі та трубі Кеплера зображення виявляється перевернутим. Яка з лінз, об'єктив чи окуляр перевертає зображення?
§ 29. Принцип дії окулярів.
(Урок-практикум).
Мавпа до старості слабка очима стала,
Але від людей вона чула,
Що це зло не так великий руки,
Лише варто завести очки.
Що відбувається при акомодації ока? У чому різниця роботи нормального, короткозорого та далекозорого ока? Як вплив лінзи виправляє дефект зору?
Лінза. Фокусна відстань лінзи. Око як оптична система. Оптичні прилади . (фізика 7-9 класи). Порушення зору. (Біологія, основна школа).
Мета роботи:За допомогою мультимедійної програми досліджувати роботу кришталика ока при нормальному, короткозорому та далекозорому зорі. Дослідити, як за допомогою лінзи виправляється дефект зору.
Обладнання:Персональний комп'ютер, мультимедійний диск (Відкрита фізика).
План роботи:Виконуючи послідовно завдання, досліджувати можливості акомодації нормального, короткозорого та далекозорого ока. Дослідити акомодацію короткозорого та далекозорого ока за наявності лінзи перед оком. Підібрати лінзу для ока.
Ви вже знаєте, що такі дефекти зору, як короткозорість і далекозорість, пов'язані з неможливістю за допомогою роботи м'язів ока надати кришталику ока оптимальну кривизну. При короткозорості кришталик залишається надто опуклим, його кривизна надмірна, і, відповідно, фокусна відстань замало. Зворотне має місце при далекозорості.
Згадайте, що замість фокусної відстані характеристики лінзи може бути використана інша фізична величина – оптична сила. Оптична сила вимірюється в діоптріях і визначається як величина, зворотна фокусній відстані: D = 1/f(1 дптр = 1/1м). Оптична сила лінзи, що розсіює, має негативне значення. Оптична сила кришталика завжди позитивна. Однак для короткозорого ока оптична сила кришталика занадто велика, а для далекозорого занадто мала.
Дія окулярів заснована на властивості лінз, відповідно до якого оптичні сили двох близьких лінз складаються (з урахуванням знака).
Завдання 1.Досліджуйте роботу нормального ока без лінзи. Вам пропонується три варіанти акомодації: нормальна – для відстані найкращого зору, дальня – для нескінченно великої відстані та автоматична, при якій око підлаштовує кришталик під задану відстань. Змінюючи відстань до об'єкта, спостерігайте моменти, коли око сфокусовано. Де в цьому випадку фокусується зображення усередині ока? Чому у цій програмі відповідає відстань найкращого зору?
Завдання 2.Досліджуйте дію лупи. Встановіть для нормального ока нормальну акомодацію. Встановіть перед оком лінзу з максимально можливою оптичною силою. Знайдіть відстань, при якій око виявляється сфокусованим. Використовуючи матеріал попереднього параграфа, визначте, у скільки разів збільшує ця лупа?
Завдання 3.Повторіть завдання 1 для короткозорого та далекозорого ока. Де фокусуються промені, коли око не сфокусоване?
Завдання 4.Підберіть окуляри для короткозорого та далекозорого ока. Для цього встановіть автоматичну акомодацію ока. Підберіть лінзу так, щоб око було сфокусоване за зміни відстані від відстані найкращого зору (25 см) до нескінченної відстані. У яких межах лежать оптичні сили лінз, у яких окуляри для «очей», наведених у програмі можуть успішно виконувати свої функції.
Завдання 5.Спробуйте досягти оптимального результату для короткозорого та далекозорого ока, коли при вибраній лінзі очей виявиться сфокусованим на відстані від нескінченного до мінімально можливого.
Промені від далеких об'єктів після проходження через кришталик короткозорого ока фокусується перед сітківкою, і зображення стає нерізким. Для виправлення необхідні окуляри з лінзами, що розсіюють. Промені від близьких об'єктів після проходження через кришталик далекозорого ока фокусується за сітківкою, і зображення стає нерізким. Для виправлення необхідні окуляри з лінзами, що збирають.
§ 25. Електроенергетика та екологія.
(Урок-конференція).
Мені не раз спадало на думку, що робота на гідротехнічному будівництві - та ж війна. На війні позіхати не доводиться, інакше тебе перекинуть, і тут треба безперервно працювати – на тебе настає вода.
Які основні вузли та принципи роботи сучасної теплоелектроцентралі (ТЕЦ)? Які основні вузли та принцип роботи гідроелектростанції (ГЕС)? Який вплив на екологічну обстановку може будувати ТЕЦ та ГЕС?
Мета конференції:Ознайомитись з роботою таких найбільш поширених типів електростанцій, як теплові електростанції та гідроелектростанції. Зрозуміти, який вплив на екологічну обстановку можуть створювати такі типи електростанцій.
План конференції:
1. Пристрій та робота сучасної ТЕЦ.
2. Пристрій та робота сучасної ГЕС.
3. Електростанції та екологія.
Оцінюючи історичне минуле нашої країни, слід визнати, що саме швидкий прорив у галузі електроенергетики дозволив у найкоротші терміни перетворити аграрну державу на індустріально розвинену країну. Було «завойовано» багато річок, які змусили давати електроенергію. Лише наприкінці 20 століття наше суспільство стало аналізувати, якою ціною дістався цей прорив, ціною якихось людських ресурсів, ціною якихось змін у природі. Будь-яка медаль завжди має дві сторони, і освічена людина повинна бачити і зіставляти обидві сторони.
Повідомлення 1.Фабрика електрики та тепла.
Теплоелектроцентраль є одним із найпоширеніших виробників електроенергії. Основним механізмом ТЕЦ є парова турбіна, що приводить у рух генератор електроенергії. Найбільш доцільним є будівництво ТЕЦ у великих містах, оскільки відпрацьована в турбіні пара надходить у опалювальну систему міста та забезпечує теплом наші будинки. Цією ж парою нагрівається гаряча вода, що надходить до наших будинків.
Повідомлення 2.Як працює ГЕС.
Гідроелектростанції є найпотужнішими виробниками електроенергії. На відміну від ТЕЦ гідроелектростанції працюють на енергоресурсах, що поповнюються. Може здатися, що електроенергія ГЕС «дається задарма». Проте ГЕС є дуже дорогими гідротехнічними спорудами. Ціна будівництва ГЕС є різною. Найбільш швидко окупними є електростанції, побудовані на гірських річках. Будівництво ГЕС на рівнинних річках вимагає, окрім іншого, ще обліку зміни ландшафту та виведення з промислового та сільськогосподарського обороту досить великих територій.
Повідомлення 3.Електростанції та екологія.
Сучасному суспільству потрібний великий обсяг електроенергії. Виробництво такого обсягу електроенергії неминуче пов'язане з перетворенням навколишньої природи. Мінімізувати негативні наслідки одне із завдань, що виникають при проектуванні електростанцій. Але, передусім, необхідно усвідомлювати, у чому негативний вплив на природу потужних установок з виробництва електрики.
Спалювання великої кількості палива може, зокрема, викликати такі явища як кислотні дощі, а також хімічне забруднення. Здавалося б, гідроелектростанції, в яких нічого не згорає, не повинні негативно впливати на природу. Однак будівництво рівнинних ГЕС завжди пов'язане із затопленням величезних територій. Багато екологічних наслідків такого затоплення, виробленого в середині 20 століття, починають позначатися тільки зараз. Перегороджуючи річки греблями, ми неминуче вторгаємося у життя мешканців водойм, що також має негативні наслідки. Існує, наприклад, думка, що вся електроенергія, що виробляється волзькими ГЕС, не коштує втрат, пов'язаних зі зменшенням улову осетрових риб.
Джерела інформації.
1. Дитяча енциклопедія.
2. Кирилін історії науки та техніки. - М: Наука. 1994.
3. Водоп'яні наслідки НПТ. Мінськ: Наука та техніка, 1980р.
5. Нетрадиційні джерела енергії. - М: Знання, 1982р.
6. , Скалкін аспекти охорони навколишнього середовища.- Л.: Гідрометеоіздат, 1982р.
7. Нікітін -технічний прогрес, природа і человек.-М: Наука 1977р.
8. , Шпільрайн. Проблеми та перспективи.- М: Енергія, 1981р.
9. Фізика та науково-технічний прогрес/ За ред. , .- М:Освіта, 19888г.
10. Енергетика та охорона навколишнього середовища / За ред. та ін-М.: Енергія, 1979р.
Сучасні електростанції є складними інженерними спорудами. Вони є необхідними існування сучасного суспільства. Однак їх будівництво має вестися таким чином, щоб мінімізувати збитки, які завдають природі.
