Прилади для вимірювання якості довкілля. Словник вимірювальних приладів Професії, що вивчають атмосферу

Прилади основним призначенням яких є вимірювання потужності дози радіації (альфа-, бета- та гамма-з урахуванням рентгенівського) та перевірка тим самим 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 і т.д.

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 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 здатні визначити рівень шуму будь-яких механізмів: наземних, водяних 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, насамперед, їх високої спектральної 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 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 є у багатьох добривах, які активно використовують у сільське господарство 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

Ми знаємо, що провідники зі струмами взаємодіють один з одним із деякою силою (§ 37). Це тим, що у кожен провідник зі струмом діє магнітне полі струму іншого провідника.

Взагалі магнітне поле діє з деякою силою на будь-який провідник зі струмом, що знаходиться в цьому полі.

На малюнку 117, а зображений провідник АВ, підвішений на гнучких дротах, які приєднані до джерела струму. Провідник АВ розміщений між полюсами дугоподібного магніту, тобто знаходиться в магнітному полі. При замиканні електричного ланцюга провідник починає рухатися (рис. 117, б).

Мал. 117. Дія магнітного поля на провідник зі струмом

Напрямок руху провідника залежить від напрямку струму в ньому та від розташування полюсів магніту. У разі струм спрямований від А до Б, і провідник відхилився вліво. У разі зміни напряму струму на протилежне провідник переміститься вправо. Так само провідник змінить напрямок руху при зміні розташування полюсів магніту.

Практично важливе значення має обертання провідника зі струмом у магнітному полі.

На малюнку 118 зображено прилад, за допомогою якого можна продемонструвати такий рух. У цьому приладі легка прямокутна рамка ABCD насаджена на вертикальну вісь. На рамці укладена обмотка, що складається з кількох десятків витків дроту, покритого ізоляцією. Кінці обмотки приєднані до металевих півкільця 2: один кінець обмотки приєднаний до одного півкільця, інший - до іншого.

Мал. 118. Обертання рамки зі струмом у магнітному полі

Кожне півкільце притискається до металевої пластинки - щітки 1. Щітки служать для підведення струму від джерела до рамки. Одна щітка завжди з'єднана з позитивним полюсом джерела, інша - з негативним.

Ми знаємо, що струм у ланцюзі спрямований від позитивного полюса джерела до негативного, отже, в частинах рамки АВ і DC він має протилежний напрямок, тому ці частини провідника переміщатимуться в протилежні сторони і повернеться рамка. При повороті рамки приєднані до її кінців півкільця повернуться разом з нею і кожне притиснеться до іншої щітки, тому струм змінить у рамці напрямок на протилежний. Це потрібно для того, щоб рамка продовжувала обертатись у тому ж напрямку.

Обертання котушки зі струмом у магнітному полі використовується у пристрої електричного двигуна.

У технічних електродвигунах обмотка складається з великої кількості витків дроту. Ці витки укладають у пази (прорізи), зроблені вздовж бічної поверхні залізного циліндра. Цей циліндр необхідний посилення магнітного поля. На малюнку 119 зображено схему такого пристрою, воно називається якорем двигуна. На схемі (вона дана в перпендикулярному перерізі) витки дроту показані кружальцями.

Мал. 119. Схема якоря двигуна

Магнітне поле, в якому обертається якір такого двигуна, створюється потужним електромагнітом. Електромагніт живиться струмом від джерела струму, що й обмотка якоря. Вал двигуна, що проходить центральною осі залізного циліндра, з'єднують з приладом, який приводиться двигуном в обертання.

Двигуни постійного струму знайшли особливо широке застосування на транспорті (електровози, трамваї, тролейбуси).

Є спеціальні безвишукувальні електродвигуни, які застосовують у насосах для викачування нафти зі свердловин.

У промисловості застосовують двигуни, що працюють на змінному струмі (їх ви вивчатимете у старших класах).

Електричні двигуни мають ряд переваг. За однакової потужності вони мають менші розміри, ніж теплові двигуни. При роботі вони не виділяють газів, диму та пари, а отже, не забруднюють повітря. Їм не потрібен запас палива та води. Електродвигуни можна встановити у зручному місці: на верстаті, під підлогою трамвая, на візку електровоза. Можна виготовити електричний двигун будь-якої потужності: від кількох ватів (в електробритвах) до сотень і тисяч кіловат (на екскаваторах, прокатних станах, кораблях).

Коефіцієнт корисної дії потужних електричних двигунів сягає 98%. Такого високого ККД немає жодної інший двигун.

Якобі Борис Семенович (1801-1874)
Російський фізик. Прославився відкриттям гальванопластики Збудував перший електродвигун, телеграфний апарат, який друкує букви.

Один із перших у світі електричних двигунів, придатних для практичного застосування, був винайдений російським ученим Борисом Семеновичем Якобі в 1834 році.

Запитання

1. Як показати, що магнітне поле діє на провідник зі струмом, що знаходиться у цьому полі?
2. Користуючись малюнком 117, поясніть, від чого залежить напрямок руху провідника зі струмом у магнітному полі.
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?
4. Опишіть пристрій технічного двигуна.
5. Де використовуються електричні двигуни? Які їх переваги, порівняно з тепловими?
6. Хто та коли винайшов перший електродвигун, придатний для практичного застосування?

Завдання

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 звернення по якій збігається з періодом звернення 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 сфери використання хвиль наведені в таблиці.

Діапазони радіохвиль
Діапазон хвиль	Довжини хвиль	Властивості поширення	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 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 Землі.

1. · Яка частота відповідає найкоротшим і найдовшим радіохвилях?

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 ґрунтується 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 якимось чином змінювати або, говорячи науковою мовою, модулювати(От. лат. modulatio - мірність, розмірність). Найпростіша модуляція радіохвильвикористовувалася у перших радіотелеграфах, для чого 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 число коливань).

Природно, голос чи музику таким сигналом було передавати неможливо, тому пізніше почали застосовувати іншу модуляцію. Як ви знаєте, звук є хвилею тиску. Наприклад, чистому звуку, відповідному ноте 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 мови, музиці, а також зображенню мають більш складний вигляд, проте суть модуляції залишається незмінною - амплітуди радіохвилі, що обгинає, 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 у вигляді послідовності чисел, які відповідають точкам на екрані. У комп'ютері всі числа зберігаються та обробляються в двійковій системі одиниць, тобто використовуються дві цифри 0 і 1. Очевидно, ці цифри аналогічні точкам і 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 та передача 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 різноманітними радіосигналами, і їх кількість безперервно збільшується. Чи не тісно їм там? Чи є взагалі якісь обмеження на кількість радіо, що одночасно працюють, і телепередавачів?

Виявляється, 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 і дециметрових) хвиль.

Якщо смуги сигналів двох передавачів перекриваються, 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 місце розташування 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 при певному розташуванні 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 показано на Рис. 3.

Радіолокація дає можливість встановити відстань до об'єкта, направлення на об'єкт та 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 приладів. 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. Оберігайте мобільний телефон від таких шкідливих впливів!

Відповідь завдання 1.

У порівнянні зі звичайним телефонним зв'язком мобільний телефонний зв'язок не вимагає підключення абонента до протягнутого до телефонної станції дроту (звідси і назва – мобільний).

Порівняно з радіозв'язком:

1. Мобільний телефонний зв'язок дозволяє зв'язатися з будь-яким абонентом, що має мобільний телефонний апарат, або підключеним до проводової телефонної станції практично в будь-якому районі земної кулі.

2. Передавач у мобільній телефонній трубці не повинен мати великої потужності, 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 телефонними станціями, що знаходяться в далеких регіонах, необхідно мати виходи до міжміської та міжнародної мережі.

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. Однак 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, під час 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 букв 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 використовують? 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 прямою лінією, а потоки цих частинок утворюють промені, які можна спостерігати, пропустивши світло через маленький отвір. Такий розгляд отримав назву геометрична оптика, На відміну від хвильової оптики, де світло розглядається як хвиля.

Геометрична оптика дозволила обґрунтувати закони відбиття 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 лінз розпочалося практичне використання досягнень оптики.

Згадаймо, як будується зображення в тонкій лінзі, що збирає (див. Мал. 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, в результаті чого виходить стрілка з кінцем у точці A’. Зауважимо, що промені мають властивість оборотності, тому, якщо джерело помістити в точку A’ , то його зображення перебуватиме в 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 відстаньтобто відстань від фокусу лінзи до лінзи. Зображення об'єкта може бути як зменшеним, так і збільшеним. Коефіцієнт збільшення (зменшення) нескладно отримати, з Мал. 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 за фокус, зображення буде відстояти на великій відстані від лінзи. Навпаки, якщо потрібно значно зменшити зображення, то об'єкт поміщають на великій відстані від лінзи, яке 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 кілька метрів, наприклад, зображення людини, зменшується до розмірів кілька сантиметрів чи кілька міліметрів. Приймачем, куди проектується зображення, є фотоплівка або спеціальна матриця з 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, з'єднувальні дроти та ін. мають розміри в кілька мікрометрів, а їх число на кремнієвій 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, який зменшує видимі нами об'єкти до розмірів сітківки ока – кілька міліметрів (Рис.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 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 еквівалентна 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 (рис. 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 лінзу перед оком. 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, яке 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 за допомогою збільшення кутового 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 дія 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 дослідити 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 відповідного 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 обернена до фокусної 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 відстанях 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 сама 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 надавати будівництво 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 мати 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 до опалювальної системи 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 окупаються електростанції, побудовані на гірських річках. Будівництво ГЕС на рівнинних річках вимагає, окрім іншого, ще врахування 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, перш за все, 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 згоряє, не повинні негативно впливати на природу. Однак будівництво рівнинних ГЕС завжди пов'язане із затопленням величезних територій. Багато з 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 із 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.: Гідрометеоздат, 1982р.

7. Нікітін -технічний прогрес, природа та людина.-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.

Планета Земля закутана атмосферою, наче невидимою ковдрою. Ця оболонка захищає Землю, і навіть її мешканців від загроз з космосу. Можна стверджувати й те, що життя Землі можливе лише завдяки існуванню атмосфери.

Людство цікавилося вивченням повітряної оболонки планети вже давно, проте прилади для вимірювання показників атмосфери з'явилися відносно недавно - лише близько чотирьох століть тому. Які існують способи вивчення повітряної оболонки Землі? Давайте розглянемо їх докладніше.

Вивчення атмосфери

Кожна людина орієнтується на прогноз погоди зі ЗМІ. Але перш ніж ця інформація стане відома громадськості, вона має бути зібрана за допомогою різних методів. Тим, хто цікавиться, як вивчають атмосферу, важливо дізнатися: основні прилади для її вивчення, які були винайдені в XVI столітті, це флюгер, термометр, а також барометр.

Наразі вивченням повітряної оболонки Землі займається Крім Росії, до її складу входить ще чимало країн. Так як вивчають атмосферу в наш час за допомогою спеціальної техніки, співробітниками ВМО були розроблені спеціальні програми збору та обробки даних. З цією метою застосовуються найсучасніші технології.

Термометри

Вимірювання температури і зараз відбувається з використанням термометрів. Градуси вимірюються за Цельсієм. Ця система ґрунтується на фізичних властивостях води. При нулі градусів за Цельсієм вона переходить у твердий стан, при 100 – у газоподібний.

Система ця названа на честь вченого зі Швеції. Він запропонував вимірювати температуру за допомогою такого способу у 1742 році. Незважаючи на технологічний прогрес, у багатьох місцях досі використовуються ртутні термометри.

Осадкомір

Інформація про те, як вивчають атмосферу, буде цікавою і школярам, ​​і дорослим. Наприклад, цікаво дізнатися, що кількість опадів вимірюється метеорологами з допомогою осадкомера. Це прилад, за допомогою якого можна вимірювати кількість рідких опадів, так і твердих.

Даний метод вивчення атмосфери з'явився у 70-х роках минулого сторіччя. Осадомір складається з відра, яке встановлюється на стовпі та оточується вітрозахистом. Прилад розміщують на рівних майданчиках, оптимальний варіант установки - у місці, оточеному будинками чи деревами. Якщо кількість опадів перевищує 49 мм за 12 годин, то дощ вважається сильним. Для снігу цей термін застосовується, якщо за цей проміжок часу випадає 19 мм.

Вимірювання швидкості та напрямки вітру

Щоб виміряти швидкість вітру, використовується прилад під назвою анемометр. Також він застосовується для того, щоб вивчити швидкість спрямованих повітряних потоків.

Швидкість повітря є одним із найважливіших показників атмосфери. Для того щоб виміряти швидкість та напрямки вітру, використовують і спеціальні ультразвукові датчики (анеморумбометри). Поруч із анемометром, як правило, встановлюють флюгер. Також біля аеродромів, мостів та інших місць, де сильний вітер може становити небезпеку, зазвичай встановлюють спеціальні конусоподібні мішки, зроблені зі смугастої тканини.

Барометри

Ми розглянули, за допомогою яких приладів та як вивчають атмосферу. Однак огляд всіх методів її вивчення був би неповним без згадки про барометр - спеціальний прилад, за допомогою якого можна визначити силу атмосферного тиску.

Ідея барометра була запропонована ще Галілеєм, хоча здійснити її зміг його учень Е. Торрічеллі, який вперше доказав факт атмосферного тиску. Барометри, з яких вимірюється тиск атмосферного стовпа, дозволяють скласти прогноз погоди. Крім цього дані прилади використовуються і як висотометри, так як тиск повітря в атмосфері залежить від висоти.

Чому повітря тисне на поверхню Землі? Молекули повітря, як і інші матеріальні тіла, притягуються до поверхні нашої планети силою тяжіння. Той факт, що повітря має вагу, було продемонстровано Галілеєм, а цього тиску і було винайдено Е. Торрічеллі.

Професії, що вивчають атмосферу

Вивченням повітряної оболонки Землі займаються, головним чином, представники двох професій – синоптики та метеорологи. Яка різниця між цими двома професіями?

Метеорологи беруть участь у різноманітних експедиціях. Нерідко їхня робота проходить на полярних станціях, високогірних плато, а також аеродромах та океанських лайнерах. Метеоролог не може відволіктися ні на мить від своїх спостережень. Якими б незначними не здавалися коливання, він має вносити їх у спеціальний журнал.

Синоптики відрізняються від метеорологів тим, що передбачають погоду за допомогою аналізу фізіологічних процесів. До речі, термін «синоптик» походить із давньогрецької мови та перекладається – «оглядач на місці».

Хто вивчає атмосферу?

Для складання прогнозу погоди необхідно використовувати інформацію, зібрану з кількох точок усієї планети одночасно. Вивчається температура повітря, атмосферний тиск, а також швидкість та сила вітру. Наука, що вивчає атмосферу, називається метеорологією. Вона розглядає будову і всі процеси, що протікають в атмосфері. По всій землі розташовані спеціальні метеорологічні центри.

Нерідко інформація про атмосферу, метеорологію та метеорологів потрібна і школярам. Найчастіше це питання їм доводиться досліджувати у 6 класі. Як вивчають атмосферу, і які фахівці займаються збиранням та обробкою даних про зміни в ній?

Атмосферу вивчають метеорологи, кліматологи та аерологи. Представники останньої професії займаються вивченням різних показників атмосфери. Морські метеорологи – це фахівці, які спостерігають за поведінкою повітряних мас над Світовим океаном. Вчені, які вивчають атмосферу, забезпечують інформацією про атмосферу морського транспорту.

Ці дані потрібні і для сільськогосподарських підприємств. Також існує така галузь науки про атмосферу, як радіометеорологія. А в останні десятиліття набув розвитку ще один напрямок - супутникова метеорологія.

Навіщо потрібна метеорологія?

Для того, щоб було складено правильний прогноз погоди, інформація не тільки повинна бути зібрана з різних куточків земної кулі, а й правильно оброблена. Чим більше інформації є у ​​метеоролога (або іншого дослідника), тим точнішим буде результат його роботи. Наразі обробка всіх даних здійснюється за допомогою комп'ютерних технологій. Метеорологічна інформація як зберігається в ЕОМ, а й використовується для побудови складання прогнозів погоди найближчим часом.

Яка дія магнітного поля на провідник зі струмом?

Магнітне поле діє з деякою силою на будь-який провідник зі струмом, що знаходиться у 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, в протилежних частинах рамки струм має протилежний напрямок.
Тому і 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 протилежний;
У такій конструкції рамка обертається постійно в одному напрямку.

5. Як влаштований технічний електродвигун?

Обертання котушки зі струмом у магнітному полі використовується у пристрої електродвигуна.
В електродвигунах обмотка складається з великої кількості витків дроту.
Вони укладають у прорізи на бічній поверхні залізного циліндра.
Цей циліндр необхідний посилення магнітного поля.
Циліндр з 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.