Физики впервые наблюдали временное отражение в электромагнитных волнах

Георгий ГоловановВчера, 10:27

Свыше 60 лет физики задумывались о возможности наблюдения одной из форм отражения волн — темпоральной, или временной. Специалисты из США сумели разработать эксперимент, демонстрирующий временные отражения электромагнитных сигналов в метаматериале. Это открытие закладывает фундамент для инноваций в области беспроводных коммуникаций и оптических вычислений.

Когда мы смотримся в зеркало, мы видим собственные отражения, созданные электромагнитными световыми волнами, отраженными от поверхности зеркала. Пространственные отражения звука создают эффект эха. Более 60 лет физики рассуждали о возможности наблюдения за другими формами отражения волн — темпоральными или временными. В отличие от пространственных, они возникают, когда вся среда, в которой движется волна, внезапно и резко меняет свои свойства. Тогда для части волны происходит обращение времени, и ее частота преобразуется в новую частоту.

До сих пор ученые ни разу не наблюдали этот феномен для электромагнитных волн. Главная причина в том, что оптические свойства материала невозможно легко изменить с той скоростью и магнитудой, которая запускает временные отражения. Однако физикам из Научного центра CUNY (США) удалось провести прорывной эксперимент и увидеть временные отражения электромагнитных сигналов в метаматериале, сообщает Science Daily.

При этом значительная часть широкополосного сигнала, проходящего через метаматериал, мгновенно была обращена во времени, а ее частота изменилась. Из-за этого эффекта возникло странное эхо, в котором сначала отразилась последняя часть сигнала. Результат такой же, как если бы вы смотрели в «зеркало времени» и видели бы вместо лица свой затылок. А в акустической версии это были бы звуки, напоминающие прослушивание записи в обратную сторону.

Как показали исследователи, длительность отраженного во времени сигнала была растянута во времени из-за изменения частоты. В результате, если бы световой сигнал был видим для человека, все цвета резко поменялись бы: красный стал бы зеленым, оранжевый синим, а желтый — фиолетовым.

Достижение стало возможно благодаря метаматериаламу, извилистой полосе металла около шести метров длиной, напичканной электронными переключателями, соединенными с накопительными конденсаторами. Все переключатели запускаются одновременно, резко и единообразно удваивая волновое сопротивление вдоль полосы. Такое быстрое и сильное изменение в электромагнитных свойствах производит темпоральную поверхность контакта, а измеренные сигналы переносят обращенную во времени копию входящих сигналов.

Движение времени от прошлого в будущее — центральная характеристика нашего восприятия мира. Но как именно этот феномен стрелы времени возникает в микроскопических взаимодействиях частиц и клеток, остается загадкой. Авторы вышедшей в 2022 году статьи попробовали раскрыть эту тайну. Их открытия могут иметь далеко идущие последствия для физики, нейробиологии и других научных дисциплин.

---

Зеркало в ванной: 4 секрета ухода за ним | Новости Оренбурга

Фото: orenburg-news.net

У каждого человека в ванной комнате точно можно встретить зеркало. Это не просто предмет интерьера, зеркало в ванной имеет большое функциональное значение. Но вот уход за ним не так уж и прост, ведь на нем всегда остаются загрязнения. К тому же именно в ванной комнате зеркало постоянно запотевает, становится мутным. Важно знать 4 секрета, с помощью которых можно поддерживать идеальный вид зеркала без особого труда.

Как ухаживать за таким важным предметом мебели в ванной, как зеркало?

Зеркало, которое не запотевает. Все, вероятно, знакомы с такой ситуацией, когда после горячего душа зеркало в ванной комнате покрывается мутным туманом, оно потеет. Решить данную проблему можно при помощи мало известного обывателям лайфхака – протереть зеркало нужно таким средством, как автомобильный воск.

Далее поверхность насухо протирается полотенцем и более зеркало не запотеет.

Полировка зеркала спасет от разводов. В ванной комнате на поверхность зеркала попадают разные средства – мыло, бытовая химия, зубная паста. Их нужно постоянно отмывать, так как такие загрязнения сильно портят общий вид помещения. Но при мытье зеркало постоянно остаются неприятные для взора разводы. В значительной степени облегчить процесс ухода за зеркалом можно при помощь мебельной полироли. После ее нанесения разводов будет гораздо меньше.

Уксус против затемнений на зеркале. Часто на зеркалах в ванной комнате или в душевой зоне образуются затемнения или пятна. Происходить это из-за повышенной влажности в этой зоне. Но избежать таких последствий можно, если периодически обрабатывать поверхность зеркала уксусом, то затемнения появляться не будут.

Протирать зеркало следует только мягкой тканью. Этот совет касается всех зеркал, не зависимо от места их размещения. Связано это требование с тем, что грубая ткань может при воздействии на поверхность зеркала оставлять на нем микроскопические повреждения или царапины.

OrenGrad.Ru OrenGrad.Ru Газета Сорочинский вестник Ria56.Ru Orenburg.Media В рамках оперативно-профилактического мероприятия «Сообщи, где торгуют смертью» сотрудниками  патрульно-постовой службы МУ МВД России «Оренбургское» по подозрению в незаконном обороте наркотиков задержан 27-летний оренбуржец.
УМВД Оренбургской области Фото: Pixabay Новотроицкий городской суд признал местного жителя виновным в совершении трёх краж.
Ntr.City Происшествие попало на камеру видеонаблюдения. О похищении девушки в полицию сообщила ее подруга.
OrenGrad.Ru Церемония вручения ключей и документов прошла на территории городской больницы имени Пирогова.
Газета Оренбуржье Роспотребнадзор сообщил, что заболевание было выявлено на территории трех муниципальных образованиях.
OrenGrad.Ru Проблема высокого потребления соли напрямую влияет на продолжительность жизни россиян.
Удар56 Музейно-выставочный комплекс Новотроицка  17 марта , в 15 часов приглашает горожан  и гостей города  на открытие художественной выставки «ВЕСНА НАДЕЖДЫ» (0+), проводимой в рамках фестиваля «Новотроицкая весна».
Гвардеец труда Воспитанники молодежного театра-студии «Встреча» побывали на X международном театральном фестивале-лаборатории спектаклей малых форм «Человек театра».
Орская Газета В выставочном зале Бугуруслана работает выставка живописи и декоративно-прикладного искусства «Обильный край, благословенный».
Газета Бугурусланская правда

Зеркальные контакты в контакторах постоянного тока / Schaltbau / Schaltbau

Зеркальные контакты в контакторах постоянного тока / Schaltbau / Schaltbau

• Главная
• Продукция
• Контакторы
• Ноу-хау по контакторам

Зеркальные контакты являются одним из вариантов обеспечения безопасности в электротехнических системах, использующих электромеханические распределительные устройства. В этом отчете показано, как работают зеркальные контакты и каковы их ограничения. Безопасность еще больше повышается благодаря решениям, соответствующим стандартам железнодорожного сектора.

Что такое зеркальные контакты?

Термин «зеркальный контакт» является относительно новым термином – его первое использование в стандартах произошло только в 2005 году. До этого использовались термины «защитный контакт с принудительным приводом и/или зеркальный контакт». Однако этот термин не был указан в стандарте для низковольтных коммутационных устройств, а появился в повседневном языке на основе контактов с принудительным приводом в соответствии с EN 60947-5-1 для вспомогательных переключателей или вспомогательных контакторов. Стандарт гласит: «Если распределительное устройство содержит m нормально замкнутых контактов (NCC) и n нормально разомкнутых контактов (NOC), то NCC и NOC никогда не должны быть замкнуты одновременно». Однако определение зеркальных контактов можно найти в стандарте для контакторов и пускателей двигателей (EN 60947-4-1). По определению, зеркальный контакт является вспомогательным размыкающим контактом, который никогда не может замыкаться одновременно с основным контактом NOC. Он эффективно действует как зеркальное отражение состояния основного NOC. Для обеспечения этого свойства, если происходит прилипание, например, небольшое сплавление основного контакта, зеркальный контакт не должен замыкаться. Он должен оставаться разомкнутым не менее чем на 0,5 мм

Система контактов с сплавленным главным контактом

Сплавленный главный контакт в трехполюсном контакторе приводит к наклону контактной перемычки и, таким образом, к частичному открытию остальные основные контакты. Несмотря на разомкнутое положение переключателя остальных основных контактов, зеркальный контакт все еще открыт не менее чем на 0,5 мм.

Как активируется зеркальный контакт?

По сути, контактор состоит из катушки с якорем, основного контакта(ов) и дополнительных вспомогательных контактов, которые могут быть реализованы как зеркальные контакты. Если через катушку протекает ток, якорь втягивается, а основные контакты, подключенные к нему, замыкаются. Если вспомогательные выключатели механически связаны с главными контактами, то они достаточно точно повторяют состояние главных контактов. Если вспомогательный выключатель реализован как NCC и спроектирован в соответствии с требованиями EN60947-4-1 контакты настроены как зеркальные контакты. Возможен также прямой привод через якорь. При таком принципе, например, к якорю крепится плунжер, приводящий в действие вспомогательный выключатель. Однако при таком типе срабатывания могут возникать неверные отклики вспомогательного контакта. В частности, в случае слияния контактов неправильные уведомления эффективно запрограммированы заранее в результате дизайна. Причина этого в том, что якорь перемещается вместе с исполнительным механизмом в исходное положение, хотя главные контакты находятся в неопределенном состоянии. Следовательно, этот тип конструкции принципиально не рекомендуется и может иметь фатальные последствия для человека и машины.

Пример применения испытательной станции

Как правило, контакторы, используемые в электрических системах, приводятся в действие и контролируются с помощью программируемых логических контроллеров (ПЛК), если они не находятся в критических с точки зрения безопасности частях системы. Типичное применение — испытательная станция для инверторов электромобилей. Обычно образец питается от переключаемого источника постоянного тока, рассчитанного на напряжение до 1000 В постоянного тока и номинальные токи до 1000 А. Образец нагружается либо синхронным двигателем с постоянным возбуждением, либо эмулятором. В этом случае контакторы должны надежно отсоединять отдельные фазы от испытуемого образца и нагрузки. Для обеспечения безопасного разъединения системы и образца в цепи обратной связи контролируются контакты зеркала. Основным компонентом цепи обратной связи является контроллер безопасности, который реализован с модулем безопасности в небольших системах и с ПЛК безопасности в более крупных. В этом приложении контроллер безопасности контролирует встроенные зеркальные контакты контакторов на первичной и вторичной сторонах испытуемого образца. Когда тест начинается, тестовая камера блокируется соответствующей технологией безопасности и снова разблокируется только тогда, когда цепь обратной связи получает сообщение о том, что все контакторы вернулись в состояние ожидания.

Схематическое изображение испытательной станции инвертора для сектора электромобилей

Достаточная безопасность?

Чтобы решить, достаточна ли безопасность, обеспечиваемая зеркальным контактом, можно рассмотреть временную диаграмму.
Как только на катушку подается ток, ходовое движение системы главных контактов (НК) сразу же начинает приводить в действие зеркальный контакт. Последний соответственно сообщает «HK замкнут» еще до того, как будет достигнуто конечное положение главного контактного моста. Это необходимо для соблюдения требований стандарта. При выключении зеркальный контакт переходит в нейтральное положение только после полного открытия НК.

В результате требований стандартов и механики контактора можно однозначно идентифицировать только разомкнутое состояние системы главных контактов. Однако сообщение «Главный контакт замкнут» не гарантирует, что конечное положение действительно достигнуто или что главные контакты все еще находятся в промежуточном положении. В результате возможно, что как при нормальной работе, так и в случае неисправности может возникнуть неопределенное состояние, которое при определенных обстоятельствах может привести к опасной ситуации в виде электрической дуги.

Железнодорожная отрасль уже давно знает об этой проблеме. Здесь также очень важны точные сведения о состоянии переключения контактора. Определяющий стандарт EN60077 Часть 2 для железнодорожной отрасли решает эту проблему, определяя два типа вспомогательных контактов в соответствии с терминологией IE 600050-41. Это вспомогательный NOC a (хорошо закрытый) и вспомогательный NCC b (хорошо открытый). Эти вспомогательные выключатели сигнализируют о замыкании или размыкании главного контакта. Если контактор остается застрявшим в полуоткрытом или замкнутом состоянии, контроллер определяет, что произошло маловероятное событие, и, таким образом, может диагностировать ошибку. 9

Пример из жизни При неблагоприятных условиях может случиться так, что частицы пыли или грязи скопятся между главными контактами и препятствуют безошибочному замыканию цепи. При замыкании главных контактов разделяющее расстояние уменьшается до момента пробоя и зажигания электрической дуги, которая гаснет при замыкании контактов. Как правило, электрическая дуга выжигает частицы грязи между контактами, однако может происходить и плавление материала контактов. В зависимости от степени плавления контактов они могут сплавляться в большей или меньшей степени. В случае однополюсного контактора с двойной контактной перемычкой или многополюсного контактора привод главных контактов может в результате неправильно размыкаться или замыкаться. Поскольку зеркальный контакт может указывать только на «простое» состояние основных контактов, а не на наклонное положение, существует риск возникновения электрической дуги, когда контакты разомкнуты лишь частично. Если ток не прерывается, то электрическая дуга продолжает действовать, в результате чего контактор сгорает.

Двойная контактная перемычка с предохранителем на одной стороне контактора

Схематическое изображение предохранителя однополюсного контактора. Электрическая дуга загорелась из-за небольшого отрыва другого лишь частично разомкнутого контакта.

Вывод

Зеркальные контакты только достоверно указывают на разомкнутое состояние основного контакта. В соответствии с EN60947-4-1 невозможно с помощью зеркальных контактов отличить замкнутый основной контакт от промежуточного положения, возникающего, например, в результате оплавления контактов. Следовательно, это требует дополнительных действий. Напротив, вспомогательные типы контактов, широко используемые в железнодорожной отрасли, решают проблему однозначно. Это позволяет надежно оценить все состояния переключателей системы главных контактов. Если вспомогательные контакты хорошо разомкнуты (ах) и хорошо замкнуты (bx) правильно включены в цепь обратной связи, гораздо более высокий уровень безопасности достигается без больших затрат. Таким образом, обнаружение положения переключения с помощью двух вспомогательных контактов в соответствии с железнодорожным стандартом EN60077, часть 2, явно лучше, чем в конструкциях, использующих зеркальные контакты в соответствии с EN609. 47-4-1.

Есть вопросы?

Автор Энрико Фишбах будет рад лично ответить на ваши вопросы.
Просто пришлите ему свои вопросы по электронной почте.

Энрико Фишбах

Инженер по эксплуатации в Шальтбау.

Применение, продукты

Контакторы постоянного тока высокого напряжения для систем тестирования аккумуляторов

Контакторы постоянного тока серии C310 коммутируют токи зарядки и разрядки до 480 А в системах тестирования аккумуляторов.

C320 – двунаправленное переключение постоянного тока

Компактный контактор переменного и постоянного тока до 1500 В. Непрерывный ток до 1000 ампер; кратковременный ток до 5.000 ампер.

C310 — двунаправленное переключение постоянного тока

Компактный контактор переменного и постоянного тока до 1500 В. Включение тока до 2500 ампер; постоянный ток до 500 ампер; кратковременный ток до 3000 ампер.

Искать на этом сайте

Продукты Приложения СМИ

СМИ сообщают

Зеркальные контакты – Функция и ограничения

8.

6 Формирование изображения зеркалами

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Проиллюстрировать формирование изображения в плоском зеркале
• Объясните лучевыми диаграммами формирование изображения с помощью сферических зеркал
• Определение фокусного расстояния и увеличения с учетом радиуса кривизны, расстояния до объекта и расстояния до изображения

Информация, представленная в этом разделе, поддерживает следующие цели обучения и научные практики AP®:

• 6.E.4.1 Учащийся может планировать стратегии сбора данных и выполнять анализ данных и оценку данных о формировании изображения за счет отражения света от изогнутых сферических зеркал. (СП 3.2, 4.1, 5.1, 5.2, 5.3)
• 6.E.4.2 Учащийся может использовать количественные и качественные представления и модели для анализа ситуаций и решения задач, связанных с формированием изображения, возникающим из-за отражения света от поверхностей. (СП 1.4, 2.2)

Нам нужно только заглянуть в ближайшую ванную комнату, чтобы найти пример изображения, сформированного зеркалом. Изображения в плоских зеркалах имеют такой же размер, как и предмет, и располагаются за зеркалом. Как и линзы, зеркала могут формировать различные изображения. Например, стоматологические зеркала могут давать увеличенное изображение, как это делают зеркала для макияжа. С другой стороны, защитные зеркала в магазинах формируют изображения меньшего размера, чем объект. Мы воспользуемся законом отражения, чтобы понять, как зеркала формируют изображения, и обнаружим, что зеркальные изображения аналогичны изображениям, формируемым линзами.

На рис. 8.33 показано, как плоское зеркало формирует изображение. Два луча выходят из одной точки, падают на зеркало и отражаются в глазу наблюдателя. Лучи могут немного расходиться, и оба все равно попадают в глаз. Если лучи экстраполировать назад, кажется, что они исходят из общей точки за зеркалом, определяющей местонахождение изображения.

Пути отраженных лучей в глаз такие же, как если бы они пришли прямо из этой точки за зеркалом. Используя закон отражения — угол отражения равен углу падения — мы можем видеть, что изображение и объект находятся на одинаковом расстоянии от зеркала. Это мнимое изображение, поскольку его нельзя спроецировать — кажется, что лучи только исходят из общей точки за зеркалом. Очевидно, что если вы идете за зеркалом, вы не можете видеть изображение, так как лучи туда не попадают. Но перед зеркалом лучи ведут себя точно так же, как если бы они исходили из-за зеркала, так что именно там находится изображение.

Рис. 8.33 Два набора лучей из общих точек на объекте отражаются плоским зеркалом в глаз наблюдателя. Отраженные лучи, кажется, исходят из-за зеркала, локализуя мнимое изображение.

Теперь рассмотрим фокусное расстояние зеркала, например, вогнутых сферических зеркал на рис. 8.34. Лучи света, падающие на поверхность, следуют закону отражения. Для зеркала, большого по сравнению с его радиусом кривизны, как на рис. 8.34 (а), мы видим, что отраженные лучи не пересекаются в одной и той же точке, и у зеркала нет четко определенной фокальной точки. Если бы зеркало имело форму параболы, все лучи пересекались бы в одной точке, и у зеркала был бы четко определенный фокус. Но изготовление параболических зеркал намного дороже, чем сферических. Решение состоит в том, чтобы использовать зеркало, маленькое по сравнению с его радиусом кривизны, как показано на рис. 8.34(b). Это зеркальный эквивалент приближения тонкой линзы. В очень хорошем приближении это зеркало имеет четко определенную фокусную точку в точке F, которая является фокусным расстоянием ff размером 12{f} {} от центра зеркала. Фокусное расстояние ff размером 12{f} {} вогнутого зеркала положительно, так как это собирающее зеркало.

Рис. 8.34 (a) Параллельные лучи, отраженные от большого сферического зеркала, не все пересекаются в одной точке. (б) Если сферическое зеркало мало по сравнению с его радиусом кривизны, параллельные лучи сфокусированы в общую точку. Расстояние фокальной точки от центра зеркала равно его фокусному расстоянию f.f. size 12{f} {} Так как это зеркало сходится, оно имеет положительное фокусное расстояние.

Как и для объективов, чем короче фокусное расстояние, тем мощнее зеркало; таким образом, P=1/fP=1/f size 12{P=1/f} {} и для зеркала. Более сильно изогнутое зеркало имеет меньшее фокусное расстояние и большую мощность. Используя закон отражения и некоторую простую тригонометрию, можно показать, что фокусное расстояние равно половине радиуса кривизны, или

8,45 f=R2,f=R2, размер 12{f= {{R} над {2} } } {}

, где размер RR 12{R} {} — радиус кривизны сферического зеркала. Чем меньше радиус кривизны, тем меньше фокусное расстояние и, следовательно, тем мощнее зеркало.

Выпуклое зеркало, показанное на рис. 8.35, также имеет фокальную точку. Параллельные лучи света, отраженные от зеркала, как бы исходят из точки F на фокусном расстоянии ff размером 12{f} {} за зеркалом. Фокусное расстояние и сила выпуклого зеркала отрицательны, так как это рассеивающее зеркало.

Рис. 8.35. Параллельные лучи света, отраженные от выпуклого сферического зеркала (маленького по размеру по сравнению с его радиусом кривизны), по-видимому, исходят из четко определенной фокальной точки на фокусном расстоянии ff размером 12{f} {} за зеркалом. Выпуклые зеркала рассеивают световые лучи и, таким образом, имеют отрицательное фокусное расстояние.

Трассировка лучей полезна как для зеркал, так и для линз. Следующие правила трассировки лучей для зеркал основаны на только что рассмотренных иллюстрациях:

1. Луч, идущий к вогнутому собирающему зеркалу параллельно его оси, отражается через фокальную точку F зеркала с той же стороны. (См. лучи 1 и 3 на рис. 8.34(b).)
2. Луч, приближающийся к выпуклому рассеивающему зеркалу параллельно его оси, отражается так, что кажется, что он исходит из фокуса F за зеркалом. (См. лучи 1 и 3 на рис. 8.35.)
3. За любым лучом, падающим в центр зеркала, следует применение закона отражения; при выходе он составляет с осью тот же угол, что и при приближении. (См. луч 2 на рис. 8.36.)
4. Луч, идущий к вогнутому собирающему зеркалу через его фокальную точку, отражается параллельно его оси. (Обратная сторона лучей 1 и 3 на рис. 8.34.)
5. Луч, приближающийся к выпуклому рассеивающему зеркалу, направляясь к его фокусу на противоположной стороне, отражается параллельно оси. (Обратная сторона лучей 1 и 3 на рис. 8.35.)

Мы будем использовать трассировку лучей, чтобы проиллюстрировать, как изображения формируются зеркалами, и мы можем использовать трассировку лучей для получения числовой информации. Но поскольку мы предполагаем, что каждое зеркало мало по сравнению с его радиусом кривизны, мы можем использовать уравнения тонкой линзы для зеркал так же, как мы делали это для линз.

Рассмотрим ситуацию, показанную на рис. 8.36, отражение вогнутым сферическим зеркалом, при котором объект расположен дальше от вогнутого (сходящегося) зеркала, чем его фокусное расстояние. То есть размер ff 12{f} {} положительный, а размер dodo 12{d rSub { размер 8{o} } } {} > f,f, размер 12{f} {}, поэтому мы можем ожидать, что изображение будет похоже на к случаю 1 действительное изображение, образованное собирающей линзой. Трассировка лучей на рис. 8.36 показывает, что все лучи из общей точки на объекте пересекаются в точке на той же стороне зеркала, что и объект. Таким образом, реальное изображение может быть спроецировано на экран, расположенный в этом месте. Расстояние до изображения положительное, а изображение инвертировано, поэтому его увеличение отрицательно. это корпус 1 образ для зеркал . Оно отличается от изображения случая 1 для линз только тем, что изображение находится с той же стороны зеркала, что и предмет. В остальном он идентичен.

Рис. 8.36. Случай 1. Изображение для зеркала. Объект находится дальше от собирающего зеркала, чем его фокусное расстояние. Лучи из общей точки на объекте трассируются по правилам в тексте. Луч 1 приближается параллельно оси, луч 2 попадает в центр зеркала, а луч 3 проходит через фокальную точку на пути к зеркалу. Все три луча после отражения пересекаются в одной и той же точке, образуя перевернутое реальное изображение. Хотя показаны три луча, только два из трех необходимы для определения местоположения изображения и определения его высоты.

Пример 8.9 Вогнутый отражатель

В электрических комнатных обогревателях используется вогнутое зеркало для отражения инфракрасного (ИК) излучения от горячих змеевиков. Обратите внимание, что ИК подчиняется тому же закону отражения, что и видимый свет. Учитывая, что зеркало имеет радиус кривизны 50,0 см и дает изображение катушек на расстоянии 3,00 м от зеркала, где катушки?

Стратегия и концепция

Нам дано, что вогнутое зеркало проецирует реальное изображение катушек на расстоянии изображения di=3,00 м.di=3,00 м. Катушки — это объект, и нас просят найти их местоположение, то есть найти расстояние до объекта. Нам также дан радиус кривизны зеркала, так что его фокусное расстояние равно f=R/2=25,0 см f=R/2=25,0 см (положительно, поскольку зеркало вогнутое или сходящееся). Предполагая, что зеркало мало по сравнению с его радиусом кривизны, мы можем использовать уравнения тонкой линзы для решения этой проблемы.

Решение

Поскольку размер диди 12{d rSub { размер 8{i} } } {} и размер ff 12{f} {} известны, уравнение тонкой линзы можно использовать для нахождения do.do. размер 12{d rSub { размер 8{o} } } {}

8.46 1do+1di=1f1do+1di=1f размер 12{ { {1} над {d rSub { размер 8{o} } } } + { { 1} over {d rSub { size 8{i} } } } = { {1} over {f} } } {}

Перестановка для выделения додо размера 12{d rSub { size 8{o} } } {} дает

8.47 1do=1f−1di.1do=1f−1di. размер 12{ { {1} на {d rSub { размер 8 {o} } } } = { {1} на {f} } — { {1} на {d rSub { размер 8 {i} } } } } { }

Ввод известных количеств дает значение для 1/до.1/до. размер 12{d rSub { размер 8{o} } } {}

8,48 1do=10,250 м-13,00 м=3,667 м1do=10,250 м-13,00 м=3,667 м размер 12{ { {1} более {d rSub { размер 8{o} } } } = {{1} более {0 «.» «250»» м»} } — {{1} более {3 «.» «00»» м»} } = { {3 «.» «667»} более {m} } } {}

Это нужно инвертировать, чтобы найти do.do. размер 12{d rSub { размер 8{o} } } {}

8,49 do=1 м3,667=27,3 смdo=1 м3,667=27,3 см размер 12{d rSub { размер 8{o} } = { { «1 м»} более {3 «. » «667»} } =»27″ «.» 3″ см»} {}

Обсуждение

Обратите внимание, что объект (нить накаливания) находится дальше от зеркала, чем фокусное расстояние зеркала. Это изображение случая 1 (do>f(do>f и ff положительное), согласующееся с тем, что формируется реальное изображение. Вы получите наиболее концентрированную тепловую энергию непосредственно перед зеркалом и на расстоянии 3,00 м от него. Обычно это нежелательно, так как это может привести к ожогам.Обычно желательно, чтобы лучи выходили параллельно, и это достигается размещением нити накала в фокусе зеркала.

Обратите внимание, что здесь нить накала находится не намного дальше от зеркала, чем его фокусное расстояние, и что создаваемое изображение находится значительно дальше. Это в точности аналог слайд-проектора. Размещение слайда от объектива проектора лишь немного дальше, чем его фокусное расстояние, приводит к значительному удалению изображения. По мере приближения объекта к фокусному расстоянию изображение отдаляется. Фактически, когда расстояние до объекта приближается к фокусному расстоянию, расстояние до изображения приближается к бесконечности, и лучи расходятся параллельно друг другу.

Пример 8.10 Солнечная электрическая генерирующая система

Одной из солнечных технологий, используемых сегодня для производства электроэнергии, является устройство, параболический желоб или концентрирующий коллектор, который концентрирует солнечный свет на почерневшей трубе, содержащей жидкость. Эта нагретая жидкость перекачивается в теплообменник, где ее тепловая энергия передается другой системе, которая используется для выработки пара и, таким образом, выработки электроэнергии посредством обычного парового цикла. На рис. 8.37 показана такая работающая система в южной Калифорнии. Вогнутые зеркала используются для концентрации солнечного света на трубе. Зеркало имеет приблизительную форму сечения цилиндра. Для задачи предположим, что зеркало составляет ровно четверть полного цилиндра.

1. Если мы хотим разместить трубку для жидкости на расстоянии 40,0 см от вогнутого зеркала в фокусе зеркала, каков будет радиус кривизны зеркала?
2. Какое количество солнечного света, сконцентрированного на трубе, будет на метр трубы, если предположить, что инсоляция (падающая солнечная радиация) составляет 0,900 кВт/м2?0,900 кВт/м2? размер 12{«0,900″» Вт/м» rSup { размер 8{2} } } {}
3. Если труба для подачи жидкости имеет диаметр 2,00 см, как изменится температура жидкости на метр трубы за одну минуту? Предположим, что все солнечное излучение, падающее на отражатель, поглощается трубой, а жидкость представляет собой минеральное масло.

Стратегия

Чтобы решить Интегрированную концептуальную задачу , мы должны сначала определить задействованные физические принципы. Часть (а) относится к текущей теме. Часть (б) включает в себя немного математики, в основном геометрии. Часть (c) требует понимания теплоты и плотности.

Решение (а)

В хорошем приближении для вогнутой или полусферической поверхности точка, в которой сходятся параллельные солнечные лучи, будет в фокусе, поэтому R=2f=80,0 см. R=2f=80,0 см. размер 12{R=2f=»80″» см»} {}

Решение (б)

Инсоляция 900 Вт/м2.900 Вт/м2. размер 12{«900″» Вт/м» rSup { размер 8{2} } } {} Мы должны найти площадь поперечного сечения AA вогнутого зеркала, так как отдаваемая мощность составляет 900 Вт/м2×A,900 Вт. /м2×А. Зеркало в этом случае представляет собой четверть сечения цилиндра, поэтому площадь зеркала на длине LL равна A=14(2πR)L. A=14(2πR)L. Тогда площадь для длины 1,00 м равна

8,50 A=π2R(1,00 м)=(3,14)2(0,800 м)(1,00 м)=1,26 м2.A=π2R(1,00 м)=(3,14)2( 0,800 м)(1,00 м)=1,26 м2.

Тогда инсоляция на 1,00 м трубы составит

8,51 (9,00×102Втм2)(1,26м2)=1130 Вт.(9,00×102Втм2)(1,26м2)=1130 Вт.

Решение (с)

Повышение температуры определяется выражением Q=mcΔT.Q=mcΔT. размер 12{Q=mcDT} {} Масса мм размер 12{м} {} минерального масла в метровом отрезке трубы составляет

8,52 м=ρV=ρπ(d2)2(1,00 м)=( 8,00×102 кг/м3)(3,14)(0,0100 м)2(1,00 м)=0,251 кг.м=ρV=ρπ(d2)2(1,00 м)=(8,00×102 кг/м3)(3,14)(0,0100 м)2(1,00 м)=0,251 кг.

Следовательно, повышение температуры за одну минуту составляет

8,53 ΔT=Q/mc=(1,130 Вт)(60,0 с)(0,251 кг)(1670 Дж·кг/ºC)=162 ºC.ΔT=Q/mc =(1130 Вт)(60,0 с)(0,251 кг)(1670 Дж·кг/°С)=162°С.

Обсуждение для (с)

Массив таких труб в калифорнийской пустыне может обеспечить тепловую мощность 250 МВт в солнечный день, а температура жидкости достигает 400°C. 400°C. размер 12{«400″°C} {} Здесь мы рассматриваем только один метр трубы и не учитываем потери тепла вдоль трубы.

Рис. 8.37 Параболические желобные коллекторы используются для выработки электроэнергии в южной Калифорнии. (kjkolb, Wikimedia Commons)

Что произойдет, если объект окажется ближе к вогнутому зеркалу, чем его фокусное расстояние? Это аналогично изображению случая 2 для линз ( dofdof и ff size 12{f} {} положительный), что является лупой. По сути, именно так зеркала для макияжа действуют как лупы. На рис. 8.38(а) трассировка лучей используется для поиска изображения объекта, расположенного рядом с вогнутым зеркалом. Лучи от общей точки на объекте отражаются таким образом, что кажется, что они исходят из-за зеркала, а это означает, что изображение виртуально и не может быть спроецировано. Как и в увеличительном стекле, изображение прямое и больше, чем объект. это case 2 image для зеркал и в точности аналогичен таковому для линз.

Рис. 8.38 (a) Случай 2. Изображения для зеркал формируются, когда к собирающему зеркалу приближается объект, находящийся ближе, чем его фокусное расстояние. Луч 1 приближается параллельно оси, луч 2 попадает в центр зеркала, а луч 3 приближается к зеркалу, как если бы он исходил из фокальной точки. (b) Увеличивающее зеркало, показывающее отражение. (Майк Мелроуз, Flickr)

Все три луча исходят из одной и той же точки после отражения, располагая вертикальное виртуальное изображение за зеркалом и показывая, что оно больше объекта. (b) Зеркала для макияжа, пожалуй, наиболее распространенное использование вогнутого зеркала для получения более крупного вертикального изображения.

Выпуклое зеркало — это рассеивающее зеркало (f(f size 12{f} {} отрицательное) и формирует только один тип изображения. Это изображение case 3 — прямое и меньшее, чем объект 8.39(a) использует трассировку лучей, чтобы проиллюстрировать положение и размер изображения случая 3 для зеркал. Поскольку изображение находится за зеркалом, оно не может быть спроецировано и, таким образом, является виртуальным изображением. также видно, что он меньше объекта.

Рис. 8.39. Случай 3. Изображения для зеркал формируются любым выпуклым зеркалом. Луч 1 приближается параллельно оси, луч 2 попадает в центр зеркала, а луч 3 приближается к фокальной точке. Кажется, что все три луча исходят из одной и той же точки после отражения, располагая вертикальное виртуальное изображение за зеркалом и показывая, что оно меньше объекта. (b) Защитные зеркала выпуклые, что дает вертикальное изображение меньшего размера. Поскольку изображение меньше, отображается большая площадь по сравнению с тем, что можно было бы наблюдать для плоского зеркала (и, следовательно, повышается безопасность). (Лаура Д’Алессандро, Flickr)

Пример 8.11 Изображение в выпуклом зеркале

Кератометр — это устройство, используемое для измерения кривизны роговицы, в частности, для подбора контактных линз. Свет отражается от роговицы, которая действует как выпуклое зеркало, а кератометр измеряет увеличение изображения. Чем меньше увеличение, тем меньше радиус кривизны роговицы. Если источник света находится на расстоянии 12,0 см от роговицы, а увеличение изображения составляет 0,0320, каков радиус кривизны роговицы?

Стратегия

Если мы можем найти фокусное расстояние выпуклого зеркала, образованного роговицей, мы можем найти его радиус кривизны (радиус кривизны в два раза больше фокусного расстояния сферического зеркала). Нам дано, что расстояние до объекта равно do=12,0 смdo=12,0 см и что m=0,0320.m=0,0320. Решаем сначала расстояние изображения di,di, а затем фф. размер 12 {f} {}

Решение

м=–ди/до.м=–ди/до. Решение этого выражения для диди дает

8,54 ди=-мдо.ди=-мдо.

Ввод известных значений дает

8,55 di=–0,032012,0 см=–0,384 см.di=–0,032012,0 см=–0,384 см. размер 12{d rSub { размер 8{i} } «=-» левый (0 «. » «0320» правый ) левый («12» «.» 0″ см» правый )»=-«0 «.» «384»» см»} {}

8,56 1f=1do+1di1f=1do+1di размер 12{ { {1} на {f} } = { {1} на {d rSub { размер 8{o} } } } + { {1} over {d rSub { size 8{i} } } } } {}

Замена известных значений,

8,57 1f=112,0 см+1−0,384 см=−2,52 см.1f=112,0 см+ 1−0,384 см=−2,52 см. размер 12{ { {1} более {f} } = { {1} более {«12» «.» 0″ см»} } + { {1} над {-0 «.» «384»» см»} } = { {-2 «.» «52»} более {«см»} } } {}

Это нужно инвертировать, чтобы найти f.f. размер 12{f} {}

8,58 f=см–2,52=–0,400 смf=см–2,52=–0,400 см размер 12{f= {{«см»} более { +- 2 «.» «52»} } «=-«0 «.» «400»» см»} {}

Радиус кривизны в два раза больше фокусного расстояния, поэтому

8,59 R=2∣f∣=0,800 см. R=2∣f∣=0,800 см. размер 12{R=2 llline f rline =0 «.» «800»» см»} {}

Обсуждение

Хотя фокусное расстояние ff размером 12{f} {} выпуклого зеркала определено как отрицательное, мы берем абсолютное значение, чтобы получить положительное значение для R. R. размера 12{R} {} Радиус кривизны, найденный здесь целесообразно для роговицы. Расстояние от роговицы до сетчатки во взрослом глазу составляет около 2,0 см. На практике многие роговицы не имеют сферической формы, что усложняет работу по подбору контактных линз. Обратите внимание, что расстояние до изображения здесь отрицательное, что согласуется с тем фактом, что изображение находится за зеркалом, куда его нельзя спроецировать. В задачах и упражнениях этого раздела вы покажете, что при фиксированном расстоянии до объекта чем меньше радиус кривизны, тем меньше увеличение.

Три типа изображений, формируемых зеркалами (случаи 1, 2 и 3), в точности аналогичны изображениям, формируемым линзами, как указано в таблице в конце раздела «Формирование изображения линзами». Легче всего сосредоточиться только на трех типах изображений — тогда помните, что вогнутые зеркала действуют как выпуклые линзы, тогда как выпуклые зеркала действуют как вогнутые линзы.

Возьми домой Эксперимент: вогнутые зеркала рядом с домом

Найдите фонарик и определите изогнутое зеркало, используемое в нем.