Ćw.2. Prawo stygnięcia Newtona

Podobne dokumenty
Ćw.1. Monitorowanie temperatury

ĆWICZENIE Nr 4 LABORATORIUM FIZYKI KRYSZTAŁÓW STAŁYCH. Badanie krawędzi absorpcji podstawowej w kryształach półprzewodników POLITECHNIKA ŁÓDZKA

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 3. Światłowodowy, odbiciowy sensor przesunięcia

OPTYKA. Leszek Błaszkieiwcz

Efekt fotoelektryczny

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

Badanie zjawisk optycznych przy użyciu zestawu Laser Kit

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

PL B1. Sposób pomiaru współczynnika załamania oraz charakterystyki dyspersyjnej, zwłaszcza cieczy. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL

Politechnika Warszawska Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Zakład Optoelektroniki

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

INTERFERENCJA WIELOPROMIENIOWA

Czujniki światłowodowe

Optyka stanowi dział fizyki, który zajmuje się światłem (także promieniowaniem niewidzialnym dla ludzkiego oka).

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Prawa optyki geometrycznej

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Światłowody

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

Pomiar drogi koherencji wybranych źródeł światła

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

WFiIS. Wstęp teoretyczny:

Problemy optyki falowej. Teoretyczne podstawy zjawisk dyfrakcji, interferencji i polaryzacji światła.

FACULTY OF ADVANCED TECHNOLOGIES AND CHEMISTRY. Wprowadzenie Podstawowe prawa Przetwarzanie sygnału obróbka optyczna obróbka elektroniczna

OPTYKA FALOWA I (FTP2009L) Ćwiczenie 2. Dyfrakcja światła na szczelinach.

Spektroskopia modulacyjna

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Ćwiczenie Nr 11 Fotometria

Natura światła. W XVII wieku ścierały się dwa, poglądy na temat natury światła. Isaac Newton

( Wersja A ) WYZNACZANIE PROMIENI KRZYWIZNY SOCZEWKI I DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ PIERŚCIENI NEWTONA.

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

Rys. 1 Geometria układu.

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

PL B1. Aberracyjny czujnik optyczny odległości w procesach technologicznych oraz sposób pomiaru odległości w procesach technologicznych

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Badanie efektu Faraday a w kryształach CdTe i CdMnTe

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

Analiza spektralna widma gwiezdnego

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ. Instrukcja wykonawcza

WYZNACZANIE PROMIENIA KRZYWIZNY SOCZEWKI I DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ PIERŚCIENI NEWTONA

UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI INSTYTUT FIZYKI ZAKŁAD FIZYKI CIAŁA STAŁEGO. Ćwiczenie laboratoryjne Nr.2. Elektroluminescencja

Monochromatyzacja promieniowania molibdenowej lampy rentgenowskiej

Podstawy fizyki wykład 8

CHARAKTERYSTYKA WIĄZKI GENEROWANEJ PRZEZ LASER

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

Zjawiska w niej występujące, jeśli jest ona linią długą: Definicje współczynników odbicia na początku i końcu linii długiej.

Ćw. 20. Pomiary współczynnika załamania światła z pomiarów kąta załamania oraz kąta granicznego

Wykład III. Interferencja fal świetlnych i zasada Huygensa-Fresnela

Instrukcja do ćwiczenia Optyczny żyroskop światłowodowy (Indywidualna pracownia wstępna)

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Stałe : h=6, Js h= 4, eVs 1eV= J nie zależy

Załącznik nr 8. do sprawozdania merytorycznego z realizacji projektu badawczego

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

Aby nie uszkodzić głowicy dźwiękowej, nie wolno stosować amplitudy większej niż 2000 mv.

IM21 SPEKTROSKOPIA ODBICIOWA ŚWIATŁA BIAŁEGO

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2012/2013 Zadania dla grupy elektronicznej na zawody III stopnia

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 3. Pomiar drgao przy pomocy interferometru Michelsona

Ćwiczenie 375. Badanie zależności mocy promieniowania cieplnego od temperatury. U [V] I [ma] R [ ] R/R 0 T [K] P [W] ln(t) ln(p)

Przejścia promieniste

Zjawisko interferencji fal

Nowoczesne sieci komputerowe

Ćwiczenie O 13 -O 16 BADANIE ABSORPCJI ŚWIATŁA W MATERII Instrukcja dla studenta

Ćwiczenie 9 Y HOLOGRAM. Punkt P(x,y) emituje falę sferyczną o długości, której amplituda zespolona w płaszczyźnie hologramu ma postać U R exp( ikr)

- pozorny, czyli został utworzony przez przedłużenia promieni świetlnych.

Wyznaczenie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody.

n n 1 2 = exp( ε ε ) 1 / kt = exp( hν / kt) (23) 2 to wzór (22) przejdzie w następującą równość: ρ (ν) = B B A / B 2 1 hν exp( ) 1 kt (24)

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 02/08. PIOTR KURZYNOWSKI, Wrocław, PL JAN MASAJADA, Nadolice Wielkie, PL

Zwierciadło kuliste stanowi część gładkiej, wypolerowanej powierzchni kuli. Wyróżniamy zwierciadła kuliste:

Widmo fal elektromagnetycznych

Ćwiczenie nr 5 Doświadczenie Franka-Hertza. Pomiar energii wzbudzenia atomów neonu.

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Ćwiczenie 1. Parametry statyczne diod LED

Światło fala, czy strumień cząstek?

POMIAR APERTURY NUMERYCZNEJ

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

Pomiar tłumienności światłowodów włóknistych

Światłowodowe Sensory interferencyjne: zasady pracy i konfiguracje

Rys. 1 Interferencja dwóch fal sferycznych w punkcie P.

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

ĆWICZENIE 6. Hologram gruby

UMO-2011/01/B/ST7/06234

Wykład FIZYKA II. 7. Optyka geometryczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

SPEKTROSKOPIA RENTGENOWSKA. Demonstracja instrukcja wykonawcza. goniometr

Schemat układu zasilania diod LED pokazano na Rys.1. Na jednej płytce połączone są różne diody LED, które przełącza się przestawiając zworkę.

Ćwiczenie nr 82: Efekt fotoelektryczny

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

Interferometr Michelsona zasada i zastosowanie

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Szczegółowy rozkład materiału z fizyki dla klasy III gimnazjum zgodny z nową podstawą programową.

Transkrypt:

Ćw.2. Prawo stygnięcia Newtona Wstęp Ćwiczenie przedstawia metodę monitorowania temperatury w czasie rzeczywistym przy użyciu czujników światłowodowych. Specjalna technologia kryształów półprzewodnikowych odgrywa ważną rolę w metrologii. Zaproponowano sposób pomiaru czujnikiem opartym na wykorzystaniu interferometru Fabry-Pérota. 1. Technologia arsenku galu Głównym elementem układu pomiarowego jest czujnik światłowodowy wykonany na technologii arsenku galu. Arsenek galu (GaAs) jest związkiem półprzewodnikowym: złożonym z dwóch składników, galu (Ga) i arsenu (As). Zaletą użycia arsenku galu w urządzeniu jest to, iż generuje mniej zakłóceń niż większość innych materiałów półprzewodnikowych i w rezultacie, jest przydatny przy stosowaniu słabych sygnałów. GaAs jest bardzo odporny na zakłócenia spowodowane promieniowaniem elektromagnetycznym, to, wraz z wysoką wydajnością, czyni arsenek galu bardzo pożądanym do zastosowań metrologicznych oraz pozwala przenosić informację szybko i na duże odległości. 2. Zasada działania czujnika światłowodowego Zasada działania czujnika opiera się na interferencji fali świetlnych, które przetwarzane są na informację cyfrowe. Zjawisko to jest przedstawione na rysunku 1: ysunek 1. Schemat działania czujnika opartego na technologii arsenku galu. Źródło: www.fiso.com Ciągłe szerokopasmowe źródło światła jest używane do oświetlenia układu półprzewodnikowego poprzez jednomodowy światłowód. Fotony o wystarczającej energii mogą być pochłonięte przez sprężyste zderzenia z elektronami pasma walencyjnego, a zatem pozwalą na przeskoczenie do pasma przewodzenia. Obydwa pasma są oddzielone przerwą energetyczną ( wyrażone w ev), która oczywiście zależy od struktury półprzewodnika, ale również ciśnienia hydrostatycznego i temperatury jak przedstawia równanie (1) i (2) odpowiednio: (1)

gdzie P jest ciśnieniem wyrażonym w GPa i dla arsenku galu w temperaturze 300K, i. (2) gdzie T jest temperaturą wyrażoną w K ( i dla GaAs przy ciśnieniu w warunkach normalnych, i. Gdy półprzewodnik jest oświetlony przez szerokopasmowe źródło światła, fotony mogą oddziaływać z elektronami walencyjnymi zależnie od ich energii wyrażonej wzorem: hc 1239,84 E ( ) (3) e gdzie jest energią fotonu wyrażoną w ev, jest długością fali fotonu wyrażoną w nm, h jest stałą Plancka, c jest prędkością światła w próżni i e jest bezwzględną wartością ładunku elementarnego elektronu. Wysoka energia fotonów (mniejsze długości fal) jest w przybliżeniu pochłaniana, gdy. Fotony z mniejszą energią (większe długości fal) przechodzą przez półprzewodnik i powracają do czujnika optycznego po odbiciu od lustra ograniczające układ. W rezultacie światło powracające do układu badawczego posiada w długościach fal formę filtru górnoprzepustowego pokazaną na rysunku 2. Energia pasma zabronionego jest głównie zależna od temperatury jak opisuje równanie (2), odcięcia długości fali są również zależne od temperatury. Światło powracające do układu badawczego jest falą rozprzestrzeniającą się geometrycznie nad detektorem ze sprzężeniem ładunkowym (CCD) i położenia odcięć długości fali są określane przez przetworzenie sygnału żeby określić temperaturę widzianą przez czujnik. ysunek 2. Widmo czujnika GaAs mierzone optycznym analizatorem widma dla temperatur od -20 do +140 z różnicą co 20. Źródło: www.fiso.com Pomiar czujnikiem światłowodowym opiera się na wykorzystaniu interferometru Fabry- Pérota (IFP). Obraz interferencyjny uzyskiwany jest dzięki wnęce rezonansowej. W płaskim IFP równoległa wiązka światła może odbijać się wielokrotnie od płaskich zwierciadeł

ustawionych równolegle lub nie odbijać się wcale. Wszystkie promienie (odbijające się i nie odbijające się) interferują ze sobą dając wkład do wypadkowego natężenia światła przechodzącego przez IFP. Natężenia światła na wyjściu określa wzór: (1) gdzie Φ jest opóźnieniem fazy, powstałym przy jednokrotnym przejściu wiązki przez wnękę rezonansową, natomiast wielkość (2) nazywana jest współczynnikiem smukłości prążków interferencyjnych, oznacza natężeniowy współczynnik odbicia luster [5]. Zasada działania IFP przedstawiona jest na rysunku 3. Ciągłe szerokopasmowe źródło światła jest wprowadzane do czujnika optycznego, na którego zakończeniu zlokalizowany jest sensor F-P. Ten czuły element składa się z dwóch równoległych półprzepuszczalnych luster oddzielonych wnęką. Światło przechodzące przez pierwsze lustro jest po części odbijane z powrotem a część przedostaje się naprzód. Powtarza się to wiele razy pomiędzy dwoma równoległymi płaszczyznami tworzącymi interferometr F-P. ysunek 3. Schematyczny opis bezwzględnego sygnału pomiarowego F-P opartego na interferencji światła białego (po lewej) i struktura interferometru pomiarowego F-P pokazująca bieg promieni uzyskanych przez rozchodzenie się wiązki światła w rdzeniu włókna optycznego (po prawej). Sonda TPT-62 jest solidnym, światłowodowym czujnikiem temperatury. Parametry geometryczne czujnika przedstawia rysunek 4:

ysunek 4. Konstrukcja sondy pomiarowej TPT-62. Źródło: www.fiso.com Zakres pomiarowy temperatury czujnika TPT-62 wynosi od -40 C do 225 C, rozdzielczość 0.1 C, a dokładność pomiaru temperatury ±1 C. Czujnik światłowodowy wykonany jest z materiałów izolacyjnych i jest niewrażliwy na zakłócenia elektromagnetyczne. 3.Prawo stygnięcia Zgodnie z prawem stygnięcia Newtona szybkość z jaką układ stygnie jest proporcjonalna do różnicy temperatur pomiędzy układem a otoczeniem dt dt k( ) kt gdzie: T - temperatura ciała; T - temperatura otoczenia; ΔT - różnica temperatur układu i otoczenia;

t - czas; k - stała dla danego układu (zależna m.in. od fizycznej wielkości układu, jego pojemności cieplnej i jego wewnętrznej struktury, przenikalności cieplnej ścianek układu, rodzaju otoczenia). dt kdt T dt T T0 0 kdt ln( T T ) ln( T0 T ) kt ln 0 kt T T ( T 0 T )exp( kt) T T T exp( kt) ln( ) ln T kt Dopasowujemy prostą y=b-at i obliczamy k oraz u(k) Przebieg ćwiczenia 1.Ustawić czujniki temperatury w odpowiedniej pozycji: czujnik zanurzony jest w szklance lub kubku styropianowym w połowie wysokości, zagotować wodę w czajniku. 2.Otworzyć program FISO -włączyć POT: COM3, opcja: Connect -włączyć Monitor view: graph Set duration: 1day -układ mierzy temperaturę otoczenia w czasie rzeczywistym -włączyć: Stop, eset, Start. -po kilku sekundach nalać gorącą wodę do naczynia -obserwować obniżanie się temperatury przez około 40 min. 3.Zapisać wyniki w Excelu i zrobić wykresy zmian temperatury 4.Zaznaczyć prawą ikonę celem zapisania wyników komputer DANE(E) pomiary grupa nr stygnięcie

wyniki materiał data zapisz