Порядок виконання роботи. 2. Після перевірки схеми викладачем включити напругу (реостат повинен бути повністю. Контрольні запитання.

1. Скласти схему (рис.6), використовуючи на вході прилади змінного струму, а на виході – постійного.

2. Після перевірки схеми викладачем включити напругу (реостат повинен бути повністю введений).

3. Паралельно вольтметру підключити осцилограф ЕО і спостерігати (замалювати в масштабі) форму залежності напруги на вході випрямляча від часу при двох різних положеннях вимикача К.

 

ЕО

Рис. 6.

 

4. Визначити ККД двопівперіодного випрямляча на діодах Д1 і Д2. Для цього необхідно:

а) повністю ввести реостат ;

б) замкнути вимикач К;

в) зняти покази вольтметра V, амперметра А і міліамперметра mA, що фіксує струм у первинному колі трансформатора (напруга на первинній обмотці ( ), і занести їх до таблиці.

Однопівперіодний випрямляч				Двопівперіодний випрямляч
I2, мA	U2, B	I1, мA	ηІ	I2, мA	U2, B	I1, мA	ηІІ

 

Вирахувати ККД випрямляча за формулою:

,

де  – струм в реостаті ,  – напруга на ,  – струм в первинній обмотці трансформатора. Зменшуючи опір навантаження, виконати аналогічні вимірювання і вирахувати ККД для інших значень струму .

5. Побудувати графік залежності ККД двопівперіодного випрямляча від струму в навантаженні.

6. Вимкнути вимикач К. тепер діод Д1 утворює однопівперіодний випрямляч. Повторити для нього всі вимірювання згідно п.4. Графік залежності ККД такого випрямляча побудувати в тій же системі координат.

 

Контрольні запитання.

1. Пояснити роботу випрямляча, що показаний на рис.4.

2. Як зміниться режим роботи випрямляча при виході з ладу одного з діодів?

3. Намалюйте схему лампового двопівперіоного випрямляча, пояснити принцип його дії. В чому полягають переваги і недоліки напівпровідникового випрямляча порівняно з ламповим?

4. Як буде змінюватися режим роботи однопівперіодного випрямляча (див. рис.1) з підвищенням температури?

 

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Номер задачі	649	650	651	652	653	654	655	656	657	651

[1], [3], [15], [17]

 

Лабораторна робота №62

ВИВЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПОГЛИНАННЯ

-ВИПРОМІНЮВАННЯ

 

Мета роботи: вивчити поглинання -випромінювання в речовині, експериментально визначити сумарний лінійний коефіцієнт поглинання -випромінювання в металі.

Обладнання: лічильник Гейгера-Мюллера, радіометр, радіоактивний препарат, свинцевий контейнер, набір металевих пластин, секундомір.

 

Проходження -променів через речовину супроводжується розсіянням і поглинанням їх атомами речовини. Зміна інтенсивності -випромінювання визначається законом Бугера:

,

(1)

де  та  – інтенсивність випромінювання до і після проходження через речовину,  – коефіцієнт поглинання,  – товщина шару речовини.

Величини  та  пропорційні енергії, що переноситься -квантами за одиницю часу, а, отже, і числу самих -квантів, зареєстрованих лічильником за одиницю часу ( , де  – кількість -квантів, зареєстрованих лічильником за час ). Тому швидкість рахунку також змінюється згідно закону

.

Ослаблення інтенсивності радіоактивного випромінювання в речовині зумовлено дією принаймні чотирьох механізмів поглинання.

Фотоелектричне поглинання.

Проміння, взаємодіючи з атомом, повністю передає свою енергію одному з електронів. Енергія -квантів іде на відрив електрона від атома та надає електрону кінетичну енергію.

Комптонівське випромінювання.

Взаємодія фотона з електроном речовини відбувається згідно законів пружного удару

Рис.1

 

З закону збереження енергії

(2)

видно, що при такій взаємодії частота і енергія фотона зменшується ( ).

Утворення пар частинок.

Якщо енергія фотона достатньо велика, то проходячи поле ядра він може перетворюватись у пару частинка-античастинка, наприклад:

.

Класичне розсіювання.

Процес відбувається відносно рідко і полягає в розсіянні фотона на електроні без зміни частоти фотона.

Лінійний коефіцієнт поглинання -променів таким чином можна представити у вигляді суми:

де  – коефіцієнти поглинання, що відповідають вищеописаним механізмам поглинання.

 

Порядок виконання роботи

1. Встановити радіоактивний препарат у свинцевий контейнер. Ввімкнути високовольтний випрямляч, програмний реверсивний лічильник.

2. Подати на електроди лічильника високу напругу, використавши для її визначені результати дослідження характеристик лічильника з лабораторної роботи №61.

3. Одночасно з пуском секундоміра, кнопкою “Пуск” ввімкнути установку. Зареєструвати кількість імпульсів  за 30 – 50 с, зупинивши установку кнопкою “Стоп”. Очистити цифрове табло приладу за допомогою кнопки “Сброс”.

4. Виміряти товщину металевої пластинки мікрометром. Помістити її між лічильником Гейгера-Мюллера і радіоактивним препаратом і провести вимірювання згідно п.3.

5. Аналогічні вимірювання провести для 2, 3, 4, 5 пластинок, накладаючи їх одна на одну (або використавши пластинки різної товщини) і не змінюючи при цьому положення радіоактивного препарату.

6. Визначити рівень фону. Для цього вийняти радіоактивний препарат з свинцевого контейнера, закрити контейнер і зареєструвати число імпульсів за 3 хв.

7. Обчислити швидкість рахунку для всіх випадків з вирахуванням вкладу фону. Всі результати записати в таблицю:

 

Номер досліду

Напруга на лічильнику

 

8. Побудувати графік .

9. Використавши графік, визначити коефіцієнт поглинання , як тангенс кута нахилу прямої  до осі абсцис.

 

Контрольні запитання

1. Чи розпадуться за добу всі ядра елемента, період піврозпаду яких 6 годин?

2. Яку енергію повинен мати -квант, щоб спричинити поділ ядра?

3. Визначити товщину шару половинного ослаблення для досліджуваного матеріалу.

4. Визначить співвідношення між швидкістю світла і швидкістю пучка електронів у речовині, якщо випромінювання Черенкова направлене під кутом  до вектора швидкості електронів.

 

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Номер задачі	651	652	653	654	655	656	657	658	659	651

[1] – [3]

 

 

Лабораторна робота №64

ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

 

Мета роботи: визначити довжину хвилі лазерного випромінювання та її площину поляризації; навчитись користуватися лазером як вимірювальним приладом.

Обладнання: газовий лазер неперервної дії, нитка та щілина на підставці, поляроїд, лінійка, екран.

 

1. Особливості найпоширеніших лазерів (від англ. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – підсилення світла з допомогою вимушеного випромінювання):

Азотний лазер – має велику потужність імпульсу, довжина хвилі = 337 нм.

Аргоновий лазер – неперервної дії, з великою потужністю в голубій частині спектра, = 490 нм.

Гелій-неоновий лазер – неперервної дії, середньої потужності, простий, надійний, широко застосовується, = 633 нм (червоно-оранжевий колір променя).

Рубіновий лазер – неперервної та імпульсної дії, значна потужність імпульсу, промінь червоний: = 690 нм.

Лазер на арсеніді гелію – імпульсної дії з лазерною накачкою, випромінює в інфрачервоній області: = 840 нм.

Лазер на неодимовому склі – імпульсний, потужний, = 1060 нм (інфрачервона частина спектра).

Лазер на суміші газів – неперервний і імпульсний, має велике ККД та високу потужність (до 4 кВт у неперервному режимі), випромінює в інфрачервоній частині спектра: = 1060 нм.

 

2. Будова і принцип дії гелій-неонового лазера.

Лазер складається з кварцової трубки (рис.2), заповненої сумішшю Не і Nе. Перпендикулярно до осі трубки розміщено два дзеркала – переднє напівпрозоре 1 і заднє непрозоре 2 (або сферичне з  м), які складають оптичний резонатор.

Трубку охоплюють кільцеві електроди 4, що з’єднані з генератором високої частоти 5. За допомогою цих електродів в трубці створюється змінне електричне поле (  МГц) енергія якого використовується для збудження атомів Не і Nе. Це система накачки – пристрої для створення інверсної заселеності в активному середовищі (атоми Nе), тобто такої ситуації, за якої більшість електронів атомів Nе знаходяться у високих енергетичних станах  і  (рис. 1), а на рівні  та  – вільні.

 

Рис.1

Рис.2

 

Будь-який фотон, частота якого  відповідає енергії переходу, наприклад, з заселеного рівня  на незаселений  ( ), буде стимулювати переходи  в атомах Nе та випромінювання фотонів тих самих частот, поляризації і напрямку розповсюдження, що і вхідний фотон. Таким чином, в середовищі Nе з інверсною заселеністю рівнів  і  відбуватиметься підсилення випромінювання частотою . Найбільше підсилюватиметься випромінювання вздовж трубки, бо воно, неодноразово відбиваючись від дзеркал, пройде в середовищі Nе найбільший шлях.

Розглянемо особливості створення інверсної залежності. За рахунок енергії високочастотного електромагнітного поля в трубці частина атомів Nе переходить з основного енергетичного стану  на довгоживучі рівні  і  (рис.1). На цих рівнях створюється інверсна заселеність відносно короткоживучого рівня . Проте, в чистому Nе створенню інверсної заселеності рівнів  і  заважає метастабільний рівень . Така складність усувається за рахунок введення домішок атомів Не, які мають два збуджених рівні енергії  та , що співпадають з рівнями  та  атомів Nе. Тому, при зіткненні збуджених атомів Не з незбудженими атомами Nе, можлива резонансна передача енергії атомам Nе, в результаті чого незбуджений атом Nе переходить в стан  або , а атом Не повертається в основний стан. Підібравши тиск Не і Nе в суміші, можна добитись такої заселеності рівня  електронами Nе, що значно перевищує заселеність .

3. Технічні умови ефективної роботи лазера.

а) при роботі лазера електрони атомів Nе переходять на рівень , а далі – на рівень , де можуть знаходитись тривалий час. Виникає необхідність примусово звільняти цей рівень, щоб повернути атоми в основний стан з послідуючим їх включенням в механізм створення інверсної заселеності. Звільнення метастабільного рівня  відбувається за рахунок зіткнення атомів Nе зі стінками трубки. Тому діаметр трубки впливає на потужність випромінювання. Найбільшою потужність буде при діаметрі 7 мм.

б) щоб лазерне випромінювання було плоскополяризованим, торці трубки закривають кварцовими пластинками, встановленими так, щоб випромінювання падало на них під кутом Брюстера. Це дає можливість позбавитись підсилення випромінювання іншої поляризації.

в) одне (або й обидва) з дзеркал виготовляють сферичними. Це суттєво полегшує настройку лазера, підвищує його надійність, хоч і зменшує частково паралельність променів у пучках.

4. Властивості лазерного випромінювання.

Лазерний промінь монохроматичний, плоскополяризований, має малий кут розходження, велику часову і просторову когерентність. З допомогою лазера легко спостерігати явище дифракції світла, що використано в даній роботі.

 

Порядок виконання роботи

I. Визначення робочої довжини хвилі лазера:

1. Ввімкнути лазер (див. окрему інструкцію).

2. Помістити на шляху променя пластинки з ниткою, виміряти відстань  від нитки до екрана та відстань  між центральним та 1÷3 максимумами. Дані занести до таблиці 1.

 За формулою , (з умови дифракційного максимуму  з урахуванням  для малих кутів) обчислити довжину хвилі. Товщина нитки  вказана на пластинці.

3. Знайти середнє значення , оцінити похибки вимірювань, записати результати вимірювань у вигляді .

 

II. Знаходження положення площини поляризації світла лазера:

1. Встановити на шляху променя поляроїд з лімбом і вентильний фотоелемент, до якого підключити чутливий амперметр.

2. Повертаючи поляроїд, за максимумом струму знайти кут між площиною поляризації і вертикальною площиною.

 

III. Визначення ширини щілини:

1. Встановити на шляху променя щілину на підставці.

2. Визначити по шкалі на екрані положення 3 – 5 мінімумів і занести дані до таблиці 1.

Таблиця 1.

Об’єкт дифракції

Порядок максимуму чи мінімуму

lK, м

 

Обчислити ширину щілини за формулою , де  – номер мінімуму,  – довжина хвилі лазера (за результатами завдання №1),  – відстань між щілиною та екраном,  – половина відстані між двома -ми мінімумами.

3. Обчислити похибки вимірювань, записати результат.

 

Контрольні запитання

1. Вкажіть особливості роботи імпульсного лазера на рубіні.

2. Перерахуйте відомі вам застосування лазерів.

3. Як за допомогою даної установки перевірити виконання закону Малюса для плоскополяризованого світла?

 

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Номер задачі	614	615	616	617	618	619	623	626	628	629

[1] – [3]

 

Лабораторна робота № 65

ВИВЧЕННЯ ЕФЕКТУ ХОЛЛА В НАПІВПРОВІДНИКАХ

 

Мета роботи: вивчити властивості напівпровідника при дії на нього магнітного поля, дослідити магнітне поле соленоїда за допомогою датчика Холла.

Прилади і матеріали: соленоїд (котушка), датчик Холла, блоки живлення Б 5-8Б, ИПД 1, прилад комбінований цифровий Щ 4315, Міліамперметр Ц 4340

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: