Сьогодні о 18:00
Вебінар:
«
Формування психологічної готовності працівників закладів освіти до конструктивної поведінки в умовах надзвичайних ситуацій
»
Взяти участь Всі події

Методична розробка (11 клас) - Демонстрація телеуправління за допомогою лазеру

Фізика

Для кого: 11 Клас

08.10.2021

54

0

0

Опис документу:

Як відомо з історії, Альберт Ейнштейн у 1916 році представляє концепцію вимушеного випромінювання, яке є основою роботи лазеру.

У 1927 році Поль Дірак створює квантову теорію вимушеного випромінювання, яка детально пояснює роботу лазеру.

Існування вимушеного випромінювання було експериментально підтверджено в 1928 році вченими Р. Ладенбург і Г. Копферманном.

Першим, хто запатентував робочий лазер, вважається Теодор Майман. Це сталося 16 травня 1960 року в США. До цього часу різні вчені намагалися створити діючий лазер, але їх спроби були невдалі. Для створення випромінювання вчений використовував штучний рубін, імпульсну лампу і резонатор. Майман назвав свій винахід «рубіновим лазером» через отриманий відтінок. Конструюванням лазеру займалось дуже багато вчених, серед них і вчений, Нік (Микола) Голоняк, батько якого виходець з закарпаття. Нік Голоняк працював у Головній лабораторії напівпровідників "Дженерал Електрик Компані" у місті Сіракузі (штат Нью-Йорк), де зробив багато важливих відкриттів у галузі напівпровідникових приладів, серед яких перший функціональний світловипромінювальний діод і напівпровідниковий лазер. Його винаходи дали змогу розробити червоні лазери, які функціонують у видимому спектрі й використовуються у CD- та DVD-програвачах.

Перегляд
матеріалу
Отримати код

Методична розробка (11 клас) - Демонстрація телеуправління за допомогою лазеру


Як відомо з історії, Альберт Ейнштейн у 1916 році представляє концепцію вимушеного випромінювання, яке є основою роботи лазеру.

У 1927 році Поль Дірак створює квантову теорію вимушеного випромінювання, яка детально пояснює роботу лазеру.

Існування вимушеного випромінювання було експериментально підтверджено в 1928 році вченими Р. Ладенбург і Г. Копферманном.

Першим, хто запатентував робочий лазер, вважається Теодор Майман. Це сталося 16 травня 1960 року в США. До цього часу різні вчені намагалися створити діючий лазер, але їх спроби були невдалі. Для створення випромінювання вчений використовував штучний рубін, імпульсну лампу і резонатор. Майман назвав свій винахід «рубіновим лазером» через отриманий відтінок. Конструюванням лазеру займалось дуже багато вчених, серед них і вчений, Нік (Микола) Голоняк, батько якого виходець з закарпаття. Нік Голоняк працював у Головній лабораторії напівпровідників "Дженерал Електрик Компані" у місті Сіракузі (штат Нью-Йорк), де зробив багато важливих відкриттів у галузі напівпровідникових приладів, серед яких перший функціональний світловипромінювальний діод і напівпровідниковий лазер. Його винаходи дали змогу розробити червоні лазери, які функціонують у видимому спектрі й використовуються у CD- та DVD-програвачах.

Американські вчені-фізики, що працюють у лабораторії ім. Лоренца, стверджують, що їм вдалося зробити промінь великої потужності. Винайдений промінь має величину всього 2 мм в діаметрі, але потужність його більше, ніж та, якою володіють всі енергоспоживаючі пристрою в Америці, якщо працюють одночасно. Температура лазера становить 100 мільйонів градусів, а це більше, ніж у центрі основного джерела енергії – Сонця.

Сучасне життя немислиме без лазеру. Застосування лазерів стало звичним. Він використовується в багатьох сферах діяльності людини.

Його створення привело до революції в інформаційній сфері- так, для прикладу, на двошаровому двосторонньому оптичному дискові DVD вміщається 17,4 гігабайтів інформації. Запис і зчитування букв і цифр тепер не вимагає безпосередньої участі людського ока, за людей це робить лазерний привід. Лазер використовується і інших галузях: для різання дерева, заліза, пластику на виробництві, для зварювання матеріалів між собою, для нанесення символів і знаків на металеві деталі, для проведення хірургічних операцій, гравірування, пайка, маркування, голографія, лазерна локація космічних об'єктів, лазерне охолодження, біологія, військова індустрія, локація і зв’язок, зберігання інформації, вимірювання космічних відстаней, проекційне телебачення, високі технології та багато іншого. У військових цілях лазер застосовують для створення засобів наведення. У медицині за допомогою лазера проводяться найскладніші безкровні операції. Лазери широко застосовуються у всіх галузях науки і техніки, а також в побуті. Нікого вже не дивують лазерні принтери, програвачі компакт-дисків. Лазерні указки є майже у всіх вчителів у школах. Лазерний промінь можливо зробити дуже тонким, й одержати велику густину енергії, яка більша за густину енергії при ядерному вибуху.

Демонструвати роботу лазеру для телеуправління можливо за допомогою лазерної указки. Для демонстрації необхідно виготовити приймач лазерного променя (ПЛП), в якому при попаданні на фотодіод лазерного променя буде зміна його стану; тобто переключення. Принципова електрична схема ПЛП приведена на рис.1. Як показав експеримент, магнітоелектричне реле типу М219/6 спрацьовує від напруги, яку утворює фотодіод, якщо відстань між лазерною указкою і ПЛП не більше 30 метрів- для демонстрації цього цілком досить; тому і додаткового підсилення сигналу від фотодіода немає сенсу робити. При подачі живлення на схему ПЛП тригер на мікросхемі DD2 встановлюється в певне положення і світять світлодіоди HL3 і HL5 зеленого кольору, а при короткочасному освітленні фотодіода лазерною указкою формується одновібратором на мікросхемі DD1 імпульс для переведення тригера в інший стійкий стан- при цьому відкривається транзисторний ключ на транзисторі VT1 і будуть світити світлодіоди HL2 і HL4 червоного кольору. Світлодіод HL1 жовтого кольору і встановлений нижче фотодіода і світить постійно (при подачі живлення на ПЛП)- це допомагає при наведення променя лазерної указки на фотодіод.


Конденсатори С5 і С6 встановлені біля корпусів мікросхем DD1 і DD2.

На транзисторі VT1, стабілітроні VD2, резисторі R4, оксидних конденсаторах С1 і С3 зібрано стабілізатор напруги на 5 В для живлення мікросхем. Схема ПЛП живиться напругою ±9 В від батареї з шести елементів типу АА, включених послідовно. При необхідності, в точки «а» і «б» можливо підключити електромагнітне реле типу РП7 з опором обмотки 400…540 Ом (паспорт РС4.521.005) і його контактами включати і вимикати електронні прилади, потужністю до 100 Вт. ПЛП поміщений в пластмасовий корпус розмірами 95 × 175 × 40 мм. Зовнішній вигляд ПЛП показаний на фото 1.



Фото 1. Приймач лазерного променя при подачі живлення, горять

зелені світлодіоди (перша позиція)


При подачі живлення на схему ПЛП (SA1 ввімкнений) і до освітлення фотодіода лазерним променем світять світлодіоди: HL1 (жовтого кольору); HL3, HL5 (зеленого кольору); а після короткочасного освітлення лазерним променем- схема переключиться і будуть світити світлодіоди HL2, HL4, червоного кольору; як це показано на фото 2. Практично, проводити демонстрацію дуже просто: вмикаємо живлення на ПЛП (світить жовтий світлодіод і два зелених) і встановлюємо його біля класної дошки, вчитель відходить до останніх столів в класі і направляє лазерну указку на фотодіод ПЛП- при короткочасному попаданні лазерного променя на фотодіод засвічуються світлодіоди червоного кольору. Якщо знову лазерним променем «ковзнути» по фотодіодові, то замість червоних- будуть світити зелені світлодіоди і т. д.


Фото 2. Приймач лазерного променя після одноразового

короткочасного опромінення лазерною указкою, горять

червоні світлодіоди (друга позиція)

Лазерна указка має малу потужність, всього 5 мВт, але і з нею необхідно поводитись обережно, і не направляти указку на людей, тварин.

Найбільшу загрозу лазерний промінь становить для зору, тому його не можна направляти туди, де знаходяться люди.

Зробити ПЛП не складно, навіть юним радіоаматорам за 2…3 години.


Автор: Бабин Дмитро Святославович


Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу.