Реферат на тему Свет и его скорость - Фізика - Реферати - Каталог статей

Реферат на тему Свет и его скорость. Остроумное решение сложной задачи определения скорости света было найдено в 1676 г. датским астрономом Олафом Ремером. Олаф Ремер, наблюдая движение спутников Юпитера, заметил, что во время затмения спутник выходит из области тени периодически запаздывая. Ремер объяснил это тем, что к моменту очередного наблюдения Земля находится в иной точке своей орбиты, чем в предыдущий раз, и, следовательно, расстояние между ней и Юпитером иное. Максимальная величина, на которую возрастает это расстояние, равняется диаметру земной орбиты. И именно тогда, когда Земля больше всего удалена от Юпитера, спутник выходит из тени с наибольшим запаздыванием. Сопоставив эти данные, Ремер пришел к выводу, что свет от спутника проходит расстояние, равное диаметру земной орбиты – 299 106 тыс. км в 1320 сек. Такой вывод не только убеждает в том, что скорость распространения света не может быть мгновенной, но и позволяет определить величину скорости; для этого надо разделить величину диаметра орбиты Земли на время запаздывания спутника. По вычислениям Ремера, скорость распространения света оказалась равной 215 тыс. км / сек. Последующие, более совершенные методы наблюдения за временем запаздывания спутников Юпитера позволили уточнить эту величину. Скорость распространения света, по современным данным, равна 299 998,9 км / сек. Для практических расчетов принимают скорость света в вакууме равной 300 тыс. км / сек. Огромная величина скорости света ошеломила не только современников Ремера, но и послужила поводом для отрицания корпускулярной теории света. Если свет представляет собой поток корпускул, то при такой скорости движения энергии их должна быть очень велика. Удары корпускул при падении на тела должны быть ощутимы, т. е. Свет должен оказывать давление ! Следующим после Ремера скорость света измерял Джеймс Брадлей. Переезжая однажды через р.Темзу, Брадлей обратил внимание на то, что во время движения лодки ветер дул как будто по другому направлению, чем это было на самом деле. Это наблюдение, вероятно, и дало ему основание объяснить аналогичным явлением кажущееся движение неподвижных звезд, называемое а б е р р а ц и е й света. Свет звезды достигает Земли подобно тому, как капли отвесно падающего дождя падают на окна движущегося вагона. Движение луча света и движение Земли складываются. Следовательно, чтобы свет от звезды, расположенной перпендикулярно к плоскости движения Земли, попадал в телескоп, его необходимо наклонить на некоторый угол, который зависит не от расстояния до звезды, а только, от скорости света и скорости движения Земли (она была уже в то время известна – 30 км / сек). Измерив угол, Брадлей нашел, что скорость света равна 308 тыс. км/сек. Измерения Брадлея, как и Ремера, не разрешали спорного вопроса о значении постоянной в законе преломления, так как Брадлей и Ремер определяли скорость сета не в какой-либо среде, а в космическом пространстве. Идею нового метода измерения скорости света предложил Д. Араго. Осуществили ее двумя различными способами И.Физо и Л.Фуко. Физо в 1849 г. тщательно измерил расстояние между двумя пунктами. В доном из них он поместил источник света, а в другом – зеркало, от которого свет должен отразиться и вновь вернуться к источнику. Для того чтобы определить скорость распространения света, надо было очень точно измерить промежуток времени, который необходим свету для прохождения удвоенного пути от источника до зеркала. Расстояние от источника, находящегося в предместье Парижа Сюрене, до зеркала, установленного на Монмартре, составляло 8633 м. Значит, удвоенное расстояние было 17 266 м. Время, в течении которого свет пройдет это расстояние, если воспользоваться результатами измерения скорости Ремера, будет не более шести стотысячных долей секунды. Средств для измерения столь малых промежутков времени тогда не было. Значит, эти измерения следовало исключить из опыта. В Сюрене была установлена зрительная труба, направленная на Париж. Сбоку через другую трубку поступал свет от источника. От поверхности прозрачной стеклянной пластинки, расположенной в трубке под углом в 45 , свет частично отражался по направлению к Парижу. В Париже на Монмартре была установлена другая зрительная труба, в которую попадал свет, отраженный прозрачной пластинкой. Глядя в окуляр, можно было видеть источник света, расположенный за боковой трубкой. Окуляр трубы, установленной на Монмартре , был заменен зеркалом, благодаря чему свет возвращался в Сюрен. Отраженный зеркалом на Монмартре свет, встречая на обратном пути внутри трубы прозрачную стеклянную пластинку, частично отражался от ее поверхности, а сект, прошедший через пластинку и окуляр трубы, попадал в глаз наблюдателя. Такое устройство позволяло наблюдателю видеть в окуляре зрительной трубы свет от источника, который поступал через боковую трубку.Зрительная труба в Сюрене, кроме боковой трубки, через которую поступал свет, имела прорезь в том месте, где располагался фокус объектива и окуляра. Сквозь прорезь проходило зубчатое колесо, которое приводилось в движение часовым механизмом. Когда колесо было неподвижно и установлено так, что свет проходил между зубцами, то в окуляре трубы был виден свет, отраженный от зеркала на Монмартре. Когда колесо было приведено в движение, свет исчез. Произошло это в тот момент, когда свет, прошедши между зубцами колеса по направлению к Парижу, встретил на обратном пути зубец, а не промежуток между зубцами. Для того чтобы свет в окуляре появился вновь, необходимо было удвоить число оборотов колеса. При дальнейшем увеличении числа оборотов свет вновь исчез. В опытах Физо зубчатое колесо имело 720 зубцов. Первое исчезновение сета наблюдалось, когда колесо совершало 12,67 оборота в секунду. Один оборот оно делало за время, равное 1/12,67 сек. При этом промежуток между зубцами сменялся зубцом. Если зубцов 720, то промежутков тоже 720. Следовательно, смена происходит за время, равное 1/12,672720 = 1/18245 сек. За это время свет проходил удвоенное расстояние от Сюрена до Монмартра. Следовательно, его скорость была равной 315 тыс. км/сек. Таким остроумным методом удалось избежать измерений малых промежутков времени и все же определить скорость света. Сравнительно большое расстояние между источником света и зеркалом не позволяло на пути света поместить какую-либо среду. Физо определял скорость света в воздухе. Скорость света в других средах была определена Фуко в 1862 г. В опытах Фуко расстояние от источника до зеркала было всего в несколько метров. Это позволило поместить на пути света трубку, заполненную водой. Фуко установил, что скорость распространения света в различных средах меньше, чем в воздухе. В воде, например, она составляет величину, равную ¾ скорости света в воздухе. Полученные результаты разрешили двухвековой спор между корпускулярной и волновой теориями о величине постоянной в законе преломления. Правильное значение в законе преломления дает волновая теория света. Измерения скорости распространения света в различных средах позволили ввести понятие оптической плотности вещества. И Л И Ц Е Й Т У Р И З М А Н С Т И Т У Т Т У Р И З М А ФЕДЕРАЦИИ ПРОФСОЮЗОВ УКРАИНЫ по физике «МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ СВЕТА» СТУДЕНТКИ 3-ГО КУРСА ГРУППЫ Г-31 ПАЛИЙ НАТАЛИИ КИЕВ-1999 В несите в язычок пламени газовой горелки или в пламя спиртовой горелки кончик папиросы, и пламя тотчас окрасится в светло-сиреневый цвет: это обнаружил себя калий, извлеченный когда-то из почвы корешками табака. Если в анализируемом веществе присутствуют и калий и натрий, то натрий вы откроете описанным способом, а калий – нет. Желтая окраска, сообщаемая пламени солями натрия, так интенсивна, что она замаскирует окраску пламени калием. Впрочем, калий все-таки можно открыть реакцией «на пламя», если у вас найдется густо-синее стекло (его можно заменить пробиркой с раствором фиолетовых чернил). Это стекло не пропустит желтых лучей натрия, но позволит обнаружить по сиреневой окраске пламени присутствие калия. Но существует прибор, полностью устраняющий подобные помехи. Это спектроскоп. Он позволяет открывать химические элементы по окраске пламени, сколько бы этих элементов не содержалось в анализируемой смеси. Взглянув в спектроскоп, мы видим вместо колеблющегося язычка пламени темное поле, пересеченное яркими тонкими линиями. Из них особенно выделяется в середине спектра двойная желтая линия, принадлежащая натрию. Ближе к фиолетовому концу спектра мерцает целая группа более слабых линий – голубых и фиолетовых, они принадлежат калию. Свет, посылаемый в наш глаз пламенем спиртовой лампочки, спектроскоп разложил на отдельный лучи. Теперь не представляет особого труда расшифровать спектр, т. е. Разобраться в том, какому химическому элементу принадлежит каждая линия. Для этого цветные линии сравнивают с «атласом спектральных линий» – своего рода описью всех изученных спектров элементов. Итак, в спектре пламени против определенного деления спектроскопической шкалы появляются спектральные линии элементов, содержащихся в смеси. По окраске, сообщаемой пламени, иногда можно спутать элементы, скажем стронций с кальцием (оба окрашивают пламя в красный цвет). Но спектры их содержат разное число линий, которые размещены по-разному. Теперь вы легко представите себе переживания химика Лекока де Буабодрана, когда среди других хорошо знакомых ему линий он в 1875 г. разглядел в спектре цинковой обманке чуть заметную линию, которая заведомо не принадлежала ни одному из числа известных в то время химических элементов. Эту линию спектра давал какой-то новый элемент. Буабодран выделил его и назвал галлием.Галлий – не единственный химический элемент, открытый с помощью спектрального анализа. Задолго до него, почти в одно и тоже время и таким же способом были открыты рубидий и цезий, индий и таллий. Свои названия эти четыре элемента получили по окраске более бросающихся в глаза линий в их спектрах: голубой у цезия (от «цезиус» – небесно-голубой), двух красных у рубидия (от «рубидус» – ярко-красный), зеленой у таллия (от «таллос» – зеленый ветка) и синей у индия (от «индиго» - синяя краска). Но поистине триумфом спектрального анализа было открытие в спектре солнечного протуберанца нового химического элемента – гелия. А двадцать семь лет спустя тот же гелий был повторно открыт на Земле. Незадолго до открытия гелия на Солнце французский философ-идеалист Огюст Конт, стремясь доказать бессилие человеческого разума, объявил, что человек никогда не узнает, например, химического состава небесных светил. Спектральный анализ, сделал «невозможное» возможным. Более того, определять с его помощью состав далеких небесных светил оказалось не труднее, чем анализировать то, что мы можем взять в руки. Спектральный анализ отличается необыкновенной чувствительностью. Желтая линия натрия, например, на мгновенье вспыхивает в спектре пламени, когда в него вводится всего десятимиллионная доля миллиграмма натрия. Мы еще только мечтаем об аналитических весах, на которых можно было бы взвесить такое малое количество вещества. Спектральный анализ характеризуется также быстротой. Существуют спектральные приборы – они называются квантометрами, - автоматически выдающие спустя всего 2-3 мин. готовый количественный анализ помещенного в них образца, содержащего десятки химических элементов. При спектральном анализе расходится совсем незначительное количество анализируемого вещества, что позволяет исследовать даже готовые металлические детали, не причиняя им никакого вреда. С помощью спектрального анализа решаются самые разнообразные производственные задачи: от сортировки сплавов в заготовительных цехах до проверки сорта металла в уже готовых изделиях. При помощи спектрального анализа регистрируются ничтожные доли примесей (до 0,000001 в особо чистых материалах для техники полупроводников. Особенно же широкое применение спектральный анализ наше в сталелитейной промышленности. На многих заводах нашей страны до 70-80 % всех анализов металла проводится методами спектрального анализа. Спектроскопия сыграла огромную роль в развитии квантовой механики. Первая квантовая модель атома была создана Нильсом Бором (1885-1962) на основе анализа формулы швейцарского ученого И.Бальмера, описывающий спектр водорода. По спектрам ученые определяют энергетические уровни молекул и атомов. Спектры ионизированных атомов лежат в диапазоне длин волн 0,2-200 нм, нейтральных атомов и молекул – в ИК-диапазоне (в инфракрасной области спектра). Частоты излучения прочно связанных внутренних атомных электронов ученые исследуют с помощью энергичных гамма квантов и электронов. Излучения атомов при малых энергиях переходов между уровнями изучают, применяя радиотехнические средства. Спектральный анализ – это метод определения химического состава вещества по его спектру. ИНСТИТУТ ТУРИЗМА ФЕДЕРАЦИИ ПРОФСОЮЗОВ УКРАИНЫ ЛИЦЕЙ ТУРИЗМА ПО ХИМИИ «ЧУДЕСНЫЕ КРИСТАЛЛЫ» СТУДЕНТКИ 3-ГО КУРСА ГРУППЫ Г-31 ПАЛИЙ НАТАЛИИ К И Е В –1999 У сахара интересная история. Не всем известно, что одним из главных ее событий было… путешествие Колумба в Америку. В трюмах его каравелл, направлявшихся на запад, лежали черенки сахарного тростника - единственного в то время растения, из которого делали сахар. Родина сахарного тростника – Индия, Китай, Океания. Само слово «сахар» происходит от санскритского «саркара», или в персидском варианте «шакара». Правда, в Индии в древности получали лишь сладкий сироп. Но уже 800 лет назад, по-видиму, арабы научились делать твердый сахар. Сахарный тростник стали возделывать на юге Европы, на Канарских о-вах – близ северо-западных берегов Африки. Отсюда – то и завез его Колумб на Антильские о-ва, тропический климат которых оказался вполне подходящим для тростника. Уже в 18 веке эти острова, особенно Куба и Пуэрто-Рико, стали главным центром производства сахара. Почти всю торговлю сахаром захватили в свои руки англичане. Они продавали его другим странам, в том числе и России. Своего сахара наша страна тогда не имела. Употребляли мед, сладкий сок деревьев (клена, березы, липы), варили солод, пастилу. А сахар был диковинкой, и притом очень дорогой. В конце 18 века в России начались поиски заменителей сахарного тростника, которые позволили бы производить сахар у себя. Тогда уже было известно, что для этого можно использовать свеклу. Но многие возражали против свеклы, так как в ней содержалось мало сахара.И все же свекла победила. Еще в начале прошлого столетия лучшие ее сорта содержали не более 6 % сахара, но уже к 1842 г. селекционеры удвоили ее сахаристость. В наше время свекла содержит 20 % и больше сахара. Сейчас почти половина потребляемого во всем мире сахара производится из свеклы. В России первый свеклосахарный завод был построен в 1802 г. Примерно в это же время возник первый завод в Германии, а спустя несколько лет – во Франции. Современный сахарный завод – это мощное механизированное предприятие. Не случайно производство сахара называют тяжелой индустрией пищевой промышленности. Сначала свекла попадает в специальное корыто с водой – свекломойку. В ней вращается вал с засаженными на него кулаками, которые переворачивают клубни. Потом свеклу взвешивают автоматические весы, а свеклорезка превращает ее в стружку. Пышными светлыми клубами падает стружка на транспортер и направляется к рядам больших круглых баков. Здесь ее заливают горячей водой, и из стружки, как из ломтика лимона в чае, выходит сок. Такое медленное проникновение одного вещества в другое при их соприкосновении называют диффузией. В свекле диффузия затруднена, так как раствор сахара находится в клетках с прочной оболочкой. Изнутри оболочка выстлана пленкой белкового вещества – протоплазмы. Она почти не пропускает сахара. Поэтому-то свекловичною стружку ошпаривают именно горячей водой: при температуре в 60° протоплазма свертывается и уже не мешает диффузии. Так происходит первое превращение : из свекловичной стружки получают вымоченную, обессахаренную массу – жом, идущий на корм скоту, и сладкий сок, который начинает свое путешествие по заводу. Стружка была белая, а сок из нее получился черный. Некоторые органические вещества, входящие в состав свеклы, окисляются и темнеют, как темнеет разрезанный сырой картофель. Если эта вещества не удалить, сахар получится темный. Поэтому сок приходится очищать. Сначала в массивных наглухо закрытых металлических баках его обрабатывают известью, а также углекислым и сернистым газами. Вредные примеси выпадают в осадок, который отделяется в специальных отстойниках и на всевозможных фильтрах. После этого насосы гонят его по трубам к высоким белым бакам для выпаривания. Внутри них в нижней части укреплены нагревательные батареи из труб, по которым пропускается пар. Сок кипит и постепенно сгущается. Его поочередно пропускают сквозь целый ряд аппаратов (или, как их называют, корпусов выпарки). И хотя они установлены на одном уровне, сок самотеком переходит из корпуса в корпус, как по лесенке. «Лесенка» создается постепенно понижающимся давлением: выше всего оно в первом корпусе и ниже всего – в последнем. Это устройство помогает не только перемещать сок, но и экономить топливо. Отработанный пар от турбины – источник тепла для сгущения сока – подается только в первый корпус. Здесь он отдает свое тепло соку, а сам превращается в воду. Сок же кипит и, сгущаясь, выделяет пар. Теперь уже «соковый» пар направляется во второй корпус. Там давление ниже, поэтому ниже и температура кипения сока. Пар из первого корпуса, конечно, холоднее турбинного, но он все же достаточно горяч, чтобы здесь при более низком давлении вскипятить сок. Образуется новый соковый пар, который обогревает третий корпус, где давление еще ниже и т.д. В этой «парилке» из сока выпаривается лишняя вода и происходит его новое превращение – в густой сироп. Сироп снова обрабатываю снова сернистым газом, фильтруют и направляют к другой шеренге аппаратов, похожих на выпарные. В этих вакуум-аппаратах (они называются так потому, что в них поддерживается пониженное давление – вакуум) и происходит самый главный процесс. Здесь рождается сахар – маленькие кристаллики, тысячи которых умещаются в чайной ложке. Начинается этот процесс с того, что сироп в вакуум-аппаратах снова выпаривается и становится еще гуще. Потом в него вводят сахарную тончайшую пудру или специальный сахарный кристаллический препарат, содержащий в грамме 15 млн. кристалликов. Сахар из густого сиропа оседает и застывает на этих кристалликах, как в мартовский день вода на сосульках. Когда кристаллики подрастут (их уже насчитывается 3 тыс. на грамм), через нижнее отверстие вакуум-аппарата выпускают густую массу – утфель, смесь кристаллов и остатков раствора. Утфель коричневого цвета, так как часть сахара превратилась в бурые вещества – карамели (они входят в состав конфет, которые носят тоже название). Теперь надо отделить родившиеся в вакуум-аппаратах сладкие кристаллики от остатков раствора – межкристальной патоки. Для этого служат центрифуги – вращающиеся барабаны с боковой поверхностью в виде частого сита. Барабаны вращаются с большой скоростью – 1000 об/ мин – и под действием центробежной силы патока проходит сквозь сито, а кристаллы остаются. Но эти кристаллы – еще не тот белоснежный сахар, который мы знаем. Цвет их желтый, так как они покрыты слоем патоки. Чтобы окончательно очистить кристаллы, их пробеливают струей воды.Так совершается их последнее превращение: из центрифуги высыпается уже готовый сахарный песок. Остается лишь просушить его. Сушилка – широкая горизонтальная труба с внутренними ребрами-полками. При ее вращении ребра пересыпают сахарный песок, а постоянно продуваемый воздух сушит его. Затем сахар автоматически взвешивается и упаковывается в мешки. А патока, в которой осталось еще немного сахара, снова варится в вакуум-аппаратах и в дальнейшем повторяет уже знакомый нам путь. Чтобы получить рафинад, сахарный песок везут обычно на специальные заводы, где его снова растворяют в воде, очищают и варят в вакуум-аппаратах. Но готовый утфель здесь направляют не на центрифугу, а в формы, в которых при охлаждении продолжается кристаллизация. Кристаллы срастаются в сплошную массу. Их пробеливают уже не водой, а сиропом, приготовленным из самого лучшего сахара, хорошо очищенного, наиболее светлого. Этот сироп вытесняет из промежутков между кристаллами остатки патоки и, застывая, окончательно скрепляет их в единый сахарный монолит. На специальных станках этот монолит разделывают на кусочки. Так готовят литой рафинад. Применяют также другой, более совершенный способ – прессование. В этом случае кристаллы сахара, пробеленные на центрифуге, спрессовывают в монолит, который затем тоже распиливают на кусочки. Столь же тщательно исследуют ученые и сам процесс производства сахара. Они стремятся предельно сократить потери и получить как можно больше сахара из свеклы. При наших масштабах производства уменьшить потери лишь на 1% - значит дать народу дополнительно миллионы центнеров сахара.
1 2 3 4 5 Категория: Фізика \| Добавил: Aspirant (06.05.2013)
Просмотров: 3091 \| Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0


Имя *:
Email *:

Код *: