استروبوسکوپ جلسه دوم
اهداف:
آشنایی با انواع لامپ ها، روش های ساخت استروبوسکوپ
وسایل لازم: اتاق تاریک با یک لامپ التهابی عادی
مقدمه:
همان گونه که در جلسه پیش گفتیم برای اینکه بتوانیم اجسام متحرک را ثابت ببینیم باید با فرکانسی معادل فرکانس حرکت آنها به صورت لحظه ای به آنها نور بتابانیم.
به نظر شما چگونه می توان این کار را انجام داد؟ آیا می توان از یک لامپ معمولی برای این کار استفاده نمود؟
بهتر است ابتدا کمی با ساختار چند نوع لامپ رایج آشنا شوید.
انواع لامپ: بامقاومت الکتریکی بالا
ساده ترین نوع لامپ، لامپ التهابی می باشد. لامپ التهابی از یک حباب حاوی گاز بی اثر تشکیل می شود که درون آن دو رشته سیم ضخیم بوسیله یک رشته فلزی بسیار نازک به هم وصل می شوند.
عبور جریان برق از این رشته باعث می شود تا این رشته گرم و ملتهب شده و نور و گرما تولید نماید.
پس از لامپ های التهابی، رایج ترین نوع لامپ ها، لامپ های فلورسنت یا مهتابی می باشند. این لامپ ها نور کمتر و عمر بیشتری نسبت به لامپ های رشته ای دارند.
در لامپ های مهتابی الکترون هایی که از الکترودهای گداخته لامپ خارج می شوند با اتم های جیوه موجود در داخل حباب لامپ برخورد کرده و باعث تابش آنها می شود.
بخش عمده ای از این تابش پرتوهای نامرئی فرابنفش می باشند. بخش قابل رویت پرتوهای بخار جیوه در ناحیه سبز و آبی طیف مرئی واقع است که نور ضعیفی را می دهد.
سطح داخلی جدار لامپ با نمک های فلزی فلورسنت یا فسفریت مانند تنگستات کلسیم، سولفید روی، سیلیکات روی و ... پوشیده شده است.
نور فرا بنفش پس از برخورد با ماده فلورسنت موجب ایجاد نوری باطول موج بلندتر و قابل رویت می گردد، به عبارت دیگر، پوشش داخلی لامپ نور نامرئی را به نور مرئی تبدیل می کند.
همان گونه که می دانید، این لامپ ها به استارت نیاز دارند و بلافاصله پس از وصل کردن برق، روشن نمی شوند.
آیا به نظر شما می توان از این دو نوع لامپ برای ساخت استروبوسکوپ استفاده نمود؟
جواب برای لامپ مهتابی که خیر است، زیرا لامپ مهتابی به دلیل اینکه برای روشن شدن به استارت نیاز دارد، قابلیت روشن و خاموش شدن را ندارد.
لامپ های التهابی چطور؟
آیا می توان لامپ های التهابی را با سرعت بسیار بالا خاموش و روشن نمود؟
برای جواب دادن به سوال فوق یک آزمایش انجام دهید. به یک اتاق تاریک که لامپ التهابی دارد رفته و سعی نمایید لامپ را با سرعت بالا روشن و خاموش کنید. مشاهده خواهید نمود که نور لامپ در زمان روشن و خاموش نمودن با سرعت بالا هرگز به طور کامل قطع نمی گردد.
این پدیده را می توان این گونه توجیه نمود که چون نور تولید شده در لامپ های التهابی در اثر حرارت ایجاد می شود، با روشن
لامپ های کم مصرف نیز مکانیزمی شبیه لامپ های مهتابی دارند و برای ساخت استروبوسکوپ مناسب نخواهند بود.
لامپ زنون فلاش می تواند برای استفاده در سخت استروبوسکوپ مناسب ترین گزینه می باشد. این لامپ قادر است با سرعت بسیاز زیاد روشن و خاموش گردد.
اگر دو سر این لامپ ها را به یک خازن شارژ شده وصل نماییم، هر بار که به اتصال وسط برق ولتاژ بالا (1000ولت) وصل کنیم، لامپ یک بار فلاش می زند. با قطع و وصل کردن پایه وسط با سرعت دلخواه و شارژ کردن خازن به طور همزمان، می توانیم یک فلاشر با سرعت دلخواه بسازیم، البته کار کردن با این لامپ ها هم پرخطر و هم پرهزینه می باشد، پس بهتر است دنبال راه دیگری برای ساخت استروبوسکوپ باشیم.
یک راه حل مناسب:
فرض کنید در داخل یک صفحه گرد دوار، یک سوراخ ایجاد کنیم. حال اگر این صفحه را در مقابل یک منبع نور (هر نوع لامپی) قرار دهیم، باهر دور چرخش صفحه، منبع نور یک بار در مقابل سوراخ قرار گرفته و دستگاه یک فلاش خواهد زد. با تغییر سرعت چرخش این صفحه می توان فرکانس این فلاش ها را نیز کم و زیاد نمود.
استفاده از این روش ایمن تر و ساده تر از استفاده از لامپ زنون بوده و هم چنین در این روش می توان از هر نوع لامپی به عنوان منبع نور استفاده نمود. در این پروژه نیز برای ساخت استروبوسکوپ از همین روش (روش مکانیکی) استفاده خواهیم نمود. البته این روش مزایای دیگری نیز دارد. برای مثال برای دست یابی به فرکانس های بالاتر می توان به جای یک عدد سوراخ، چند سوراخ در صفحه ایجاد نماییم.
بهتر است در این روش از لامپ هالوژن به عنوان منبع نور استفاده نماییم زیرا نور را به صورت متمرکز و با شدت مناسب از خود خارج می کند.
جنس صفحه باید به گونه ای باشد که به هیچ عنوان نور را از خود عبور ندهد و هم چنین در برابر گرمای تولید شده توسط لامپ مقاوم باشد.
مناسب ترین گزینه استفاده از صفحه ی فلزی (آهنی یا آلومینیومی) می باشد. همچنین منبع نور باید تا حد امکان به صفحه دوار نزدیک باشد تا نور بتواند با شدت مناسب از سوراخ خارج شود.
تکلیف:
درباره کاردبرهای و مشخصات کاری لامپ های زنون تحقیق نموده و برای ما ارسال نمایید.
محل بازدید/ اردو/ خرید: می توانید به فروشگاه های لوازم الکتریکی مراجعه نمایید و با استروبوسکوپ های آنها از نزدیک آشنا شده و مشخصات آن ها را یادداشت نمایید.
منابع مطالعه: برای مطالعه بیشتر می توانید به سایت شرکت osram که یکی از تولید کنندگان بزرگ لامپ می باشد مراجعه نمایید: www.osram.cm
