Η εστιακή απόσταση ενός κοίλου καθρέφτη και ενός κυρτού φακού με τη μέθοδο u-v

Κυρτός φακός

Ένας τυπικός οπτικός φακός αποτελείται από δύο σφαιρικές επιφάνειες. Ονομάζουμε έναν φακό αμφίκυρτο φακό ή απλώς κυρτό φακό εάν αυτές οι επιφάνειες είναι κυρτές προς τα έξω. Το κέντρο αυτών των φακών είναι παχύτερο, ενώ οι γωνίες είναι πιο λεπτές.

Επιπλέον, αυτός ο τύπος φακού μπορεί να συγκλίνει και να συγκεντρώνει μια δέσμη φωτός που προέρχεται από το εξωτερικό σε ένα σημείο στην άλλη πλευρά. Αυτό το σημείο αναφέρεται ως εστίαση.

u έναντι v Graph

Το γράφημα απεικονίζει το γράφημα u έναντι v. Τα ακόλουθα είναι τα βασικά σημεία στο διάγραμμα:

• Το γράφημα είναι υπερβολή, με ασύμπτωτες στο u =-f και v =f, δηλαδή, η εικόνα ενός αντικειμένου που βρίσκεται στο F σχηματίζεται στο άπειρο και η εικόνα ενός αντικειμένου που βρίσκεται στο άπειρο σχηματίζεται στο F.
• Τα μεγέθη των u και v είναι ίδια στο σημείο C, αλλά τα πρόσημά τους είναι αντίθετα, δηλ. v =-u =2f. Αυτό είναι το σημείο όπου η καμπύλη u-v συναντά την ευθεία v =-u. Όταν ένα αντικείμενο τοποθετείται σε απόσταση 2 f από τον πόλο, η εικόνα του δημιουργείται στην ίδια απόσταση (στην άλλη πλευρά).

Γράφημα 1/u έναντι 1/v

Η γραφική παράσταση 1/u έναντι 1/v εμφανίζεται στο σχήμα. Το γράφημα δείχνει μια ευθεία γραμμή με κλίση 1 και τομή 1f στον άξονα v. Όταν ένα αντικείμενο τοποθετείται στο άπειρο, 1/u ισούται με μηδέν. Η εικόνα δημιουργείται στο επίκεντρο σε αυτό το παράδειγμα, επομένως v =f.

Κοίλος καθρέφτης

Η ανακλώσα επιφάνεια ενός κοίλου καθρέφτη, γνωστό και ως συγκλίνον κάτοπτρο, είναι βυθισμένη προς τα μέσα (μακριά από το προσπίπτον φως). Το φως αντανακλάται προς τα μέσα από κοίλους καθρέφτες σε ένα μόνο σημείο εστίασης. Χρησιμοποιούνται για τη συγκέντρωση του φωτός. Οι κοίλοι καθρέφτες, σε αντίθεση με τους κυρτούς καθρέφτες, παράγουν μια ποικιλία εικόνων με βάση την απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και του καθρέφτη.

Οι συγκλίνοντες καθρέφτες συλλέγουν το φως που πέφτει πάνω τους, εκτρέποντας τις παράλληλες εισερχόμενες ακτίνες σε μια εστία. Επειδή η κανονική προς την επιφάνεια του καθρέφτη ποικίλλει σε διαφορετικά σημεία του καθρέφτη, το φως αντανακλάται σε διαφορετικές γωνίες σε διαφορετικά σημεία.

u έναντι v Graph

Το γράφημα απεικονίζει το γράφημα u έναντι v. Τα ακόλουθα είναι τα βασικά σημεία σε αυτό το διάγραμμα:

• Το γράφημα είναι υπερβολή με ασύμπτωτες στο u =f και v =f, δηλ. η εικόνα δημιουργείται στο άπειρο για το αντικείμενο που βρίσκεται στο F και στο άπειρο για το αντικείμενο που βρίσκεται στο F.
• Στο σημείο Γ, οι τιμές των u και v είναι ίσες, αντιστοιχούν σε u =v =2f. Αυτό είναι το σημείο όπου η καμπύλη u-v συναντά την ευθεία v =u. Αυτό αντιπροσωπεύει το κέντρο της καμπυλότητας του καθρέφτη.

Γράφημα 1/u έναντι 1/v

Η γραφική παράσταση 1/u έναντι 1/v εμφανίζεται στο σχήμα. Το γράφημα είναι μια ευθεία γραμμή με κλίση -1 και τομή άξονα 1/v 1/f. Όταν το αντικείμενο τίθεται στο άπειρο, 1/u ισούται με μηδέν. Η εικόνα δημιουργείται στο επίκεντρο σε αυτό το παράδειγμα, επομένως v =f.

Εύρεση εστιακής απόστασης κοίλου κατόπτρου

Η εστιακή απόσταση του κοίλου καθρέφτη μπορεί να ληφθεί με τους ακόλουθους τρόπους:

• Ένας κοίλος καθρέφτης είναι ένας σφαιρικός καθρέφτης με κυρτή προς τα μέσα ανακλώσα επιφάνεια που ακολουθεί τους νόμους της ανάκλασης του φωτός.
• Οι ακτίνες φωτός από ένα μακρινό αντικείμενο μπορούν να θεωρηθούν παράλληλες μεταξύ τους.
• Οι παράλληλες ακτίνες φωτός συναντούν το σημείο μπροστά από τον καθρέφτη εάν η εικόνα που δημιουργείται είναι πραγματική, ανεστραμμένη και πολύ μικρή σε μέγεθος.
• Η εικόνα που δημιουργείται από τον κυρτό φακό είναι πραγματική και μπορεί να προβληθεί σε οθόνη.
• Η διαφορά μεταξύ του πρωτεύοντος άξονα P και της εστίασης F του κοίλου κατόπτρου συμβολίζεται με το γράμμα f.

Εύρεση της εστιακής απόστασης του κυρτού φακού

Ακολουθούν διάφορες μέθοδοι για τον προσδιορισμό της εστιακής απόστασης ενός κυρτού φακού:

• Ο κυρτός φακός, γνωστός και ως συγκλίνοντας φακός, είναι παχύτερος στη μέση και λεπτότερος στις άκρες.
• Στην άλλη πλευρά του κυρτού φακού, οι διαθλασμένες ακτίνες από την παράλληλη δέσμη φωτός συγκλίνουν.
• Εάν η εικόνα λαμβάνεται στο επίκεντρο του φακού, θα είναι πραγματική, ανεστραμμένη και πολύ μικρή.
• Η εστιακή απόσταση ενός φακού ορίζεται ως η απόσταση μεταξύ του οπτικού κέντρου και της κύριας εστίασης.
• Καθώς η εικόνα που δημιουργείται από τον φακό είναι πραγματική, μπορείτε να την αποκτήσετε στην οθόνη.

Διαδικασία της μεθόδου u-v Πείραμα

1. Τοποθετήστε τον κοίλο καθρέφτη στη βάση που παρέχεται. Τοποθετήστε την οθόνη στο τραπέζι έτσι ώστε να εμφανίζει την εικόνα του απομακρυσμένου αντικειμένου. Χρησιμοποιώντας μια κλίμακα μετρητή, μετρήστε την απόσταση μεταξύ του καθρέφτη και της οθόνης. Αυτή η απόσταση είναι η κατά προσέγγιση εστιακή απόσταση του καθρέφτη (f).
2. Ορίστε την τιμή του u να είναι μεταξύ 1,5f και 2,5f. Διαχωρίστε το εύρος σε ένα σύνολο βημάτων που έχουν όλα το ίδιο μέγεθος.
3. Τοποθετήστε τον καθρέφτη μπροστά από ένα έντονα φωτισμένο αντικείμενο. Τοποθετήστε τον καθρέφτη στην απόσταση u τώρα (η οποία προκύπτει ως 1,5f).
4. Τοποθετήστε την οθόνη στο τραπέζι μπροστά από τον καθρέφτη, έτσι ώστε η ανακλώμενη εικόνα να είναι ορατή. Προσαρμόστε τη θέση της οθόνης για να έχετε μια καθαρή εικόνα του πράγματος, διατηρώντας παράλληλα σταθερή την απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και του καθρέφτη. Για να αποκτήσετε ακριβή θέση εικόνας, αφαιρέστε την παράλλαξη.
5. Μετρήστε την απόσταση μεταξύ του καθρέφτη και του αντικειμένου, καθώς και την απόσταση μεταξύ του καθρέφτη και της οθόνης. Αντιστοιχίστε αυτές τις τιμές στα γράμματα u και v, ανάλογα. Χρησιμοποιώντας τον τύπο f =uv/(u+v), βρείτε την εστιακή απόσταση του δεδομένου κοίλου κατόπτρου.
6. Επαναλάβετε το πείραμα με διαφορετικές τιμές του u (έως 2,5f) και καταγράψτε το v στη στήλη του πίνακα κάθε φορά. Υπολογίστε την εστιακή απόσταση (f) του κοίλου καθρέφτη κάθε φορά.
7. Υπολογίστε τη μέση τιμή όλων των εστιακών αποστάσεων για να προσδιορίσετε τη σωστή εστιακή απόσταση του κοίλου καθρέφτη.
8. Γραφικά, η εστιακή απόσταση του καθρέφτη μπορεί να προσδιοριστεί με τη δημιουργία γραφημάτων μεταξύ u και v, καθώς και 1/u και 1/v.

Βαθμονόμηση φασματοφωτόμετρου UV

Στη φαρμακευτική βιομηχανία, τα φασματοφωτόμετρα UV-Visible χρησιμοποιούνται συνήθως στο τμήμα ποιοτικού ελέγχου για αναλυτικούς σκοπούς. Η βαθμονόμηση του φασματοφωτόμετρου UV-Visible εκτελείται σε τακτική βάση προκειμένου να διατηρηθεί η ακρίβεια και οι συνθήκες λειτουργίας του.

Βαθμονόμηση του φασματοφωτόμετρου UV-Visible ανά εξαρτήματα

• Κύτταρα απορρόφησης
• Έλεγχος απορρόφησης
• Φωτομετρική γραμμικότητα
• Όριο αδέσποτου φωτός
• Ισχύς ανάλυσης
• Έλεγχος μηκών κύματος

Κύτταρα απορρόφησης

Γεμίστε την κυψελίδα με νερό milli-Q στα 240 nm και η απορρόφηση της μεμονωμένης κυβέτας δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0,093.

Περιστρέψτε μία προς μία και τις δύο κυβέτες κατά 180 μοίρες.

Κριτήρια αποδοχής :Η διαφορά απορρόφησης κατά την περιστροφή της κυψελίδας πρέπει να είναι μικρότερη από 0,005.

Έλεγχος απορρόφησης

Για την περιοχή UV:

Παρασκευασμένο θειικό οξύ 0,005M:

Ζυγίστε 60,0 mg διχρωμικού καλίου που έχει στεγνώσει σε σταθερό βάρος στους 130°C σε 1000,0 ml και έχει διαλυθεί σε θειικό οξύ 0,005 Μ με ακρίβεια.

Χρησιμοποιώντας θειικό οξύ 0,005 M ως τυφλό, μετρήστε την απορρόφηση στα 235 nm, 257 nm, 313 nm και 350 nm.

Για ορατή περιοχή:

60,0 mg διχρωμικού καλίου, ξηράνθηκαν σε σταθερό βάρος στους 130°C και μεταφέρθηκαν σε ογκομετρική φιάλη 100,0 ml, διαλυμένο σε θειικό οξύ 0,005 Μ

Χρησιμοποιώντας 0,005M θειικό οξύ ως τυφλό, μετρήστε την απορρόφηση στα 430 nm.

Φωτομετρική γραμμικότητα:

Σε ογκομετρική φιάλη των 50 ml, διαλύστε 50 mg διχρωμικού καλίου σε θειικό οξύ 0,005 M.

Επιπλέον, αραιώστε το προαναφερθέν διάλυμα ως εξής:

100 ml =1 χιλιοστόλιτρο

100 ml x 2 χιλιοστόλιτρα

100 ml x 3 χιλιοστόλιτρα

100 ml x 4 χιλιοστόλιτρα

100 ml x 5 χιλιοστόλιτρα

Σε μήκη κύματος 235.257, 313 και 350 nm, πραγματοποιήστε τρεις διαδοχικές μετρήσεις για κάθε αραίωση.

Κριτήρια αποδοχής: Με μέση τιμή 0,999 για κάθε μήκος κύματος.

Όριο αδέσποτου φωτός

Χρησιμοποιώντας νερό ως τυφλό, καταγράψτε την απορρόφηση ενός διαλύματος χλωριούχου καλίου 1,2 τοις εκατό σε νερό στα 200 nm.

Κριτήρια αποδοχής: Η απορρόφηση πρέπει να είναι τουλάχιστον 2,0.

Ισχύς ανάλυσης

Στα 250 nm έως 300 nm, καταγράψτε τα φάσματα ενός τολουολίου 0,02 τοις εκατό v/v σε διάλυμα εξανίου.

Κριτήρια αποδοχής: Ο λόγος της μέγιστης απορρόφησης στα 269 nm προς την ελάχιστη απορρόφηση στα 266 nm περίπου δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 1,5.

Έλεγχος μηκών κύματος

Για να φτιάξετε ένα διάλυμα οξειδίου του ολμίου 4,0 τοις εκατό w/v, διαλύστε 1,0 g οξειδίου του ολμίου σε 1,4 M υπερχλωρικό οξύ σε 25 mL.

Χρησιμοποιώντας 1,4 Μ υπερχλωρικό οξύ ως διάλυμα αναφοράς, καταγράψτε το φάσμα του διαλύματος υπερχλωρικού ολμίου από 200 nm έως 600 nm.

Μήκος κύματος	Μέγιστη ανοχή
241,14	240,15 έως 242,15
287,15	286,15 έως 288,15
361,50	360,50 έως 362,50
536,30	533,30 έως 539,30

Συμπέρασμα

Ένας τυπικός οπτικός φακός αποτελείται από δύο σφαιρικές επιφάνειες. Ονομάζουμε έναν φακό αμφίκυρτο φακό ή απλώς κυρτό φακό εάν αυτές οι επιφάνειες είναι κυρτές προς τα έξω. Το κέντρο αυτών των φακών είναι παχύτερο, ενώ οι γωνίες είναι πιο λεπτές. Επιπλέον, αυτός ο τύπος φακού μπορεί να συγκλίνει και να συγκεντρώνει μια δέσμη φωτός που προέρχεται από το εξωτερικό σε ένα σημείο στην άλλη πλευρά. Αυτό το σημείο αναφέρεται ως εστίαση.

Η ανακλώσα επιφάνεια ενός κοίλου καθρέφτη, γνωστό και ως συγκλίνον κάτοπτρο, είναι βυθισμένη προς τα μέσα (μακριά από το προσπίπτον φως). Το φως αντανακλάται προς τα μέσα από κοίλους καθρέφτες σε ένα μόνο σημείο εστίασης. Χρησιμοποιούνται για τη συγκέντρωση του φωτός. Οι κοίλοι καθρέφτες, σε αντίθεση με τους κυρτούς καθρέφτες, παράγουν μια ποικιλία εικόνων με βάση την απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και του καθρέφτη. Οι συγκλίνοντες καθρέφτες συλλέγουν το φως που πέφτει πάνω τους, εκτρέποντας τις παράλληλες εισερχόμενες ακτίνες σε μια εστία. Επειδή η κανονική προς την επιφάνεια του καθρέφτη ποικίλλει σε διαφορετικά σημεία του καθρέφτη, το φως αντανακλάται σε διαφορετικές γωνίες σε διαφορετικά σημεία.