Možnosti využitia fotorezistoru V jednoduchých pokusoch



Yüklə 120,16 Kb.
Pdf görüntüsü
tarix18.05.2018
ölçüsü120,16 Kb.
#44977


 

1

Možnosti využitia fotorezistoru v jednoduchých pokusoch 

Doc. RNDr. František Kundracik, PhD. 

Katedra experimentálnej fyziky FMFI UK 

 

Na meranie množstva dopadajúceho svetla sa používajú rôzne senzory. Medzi najjednoduchšie patrí 



fotorezistor.  Je  to  rezistor  zhotovený  z polovodi a,  pri om  jeho  realizácia  umož uje  dopadanie 

svetla na ve ký povrch sú iastky. 

 

Obr.1. Typický fotorezistor (typ FW150) 

 

Po dopade fotónov sa v polovodi i naruší elektrónová štruktúra za vzniku párov elektrón – diera, 



ím  elektrický  odpor  sú iastky  poklesne.  Citlivos   a  presnos   takýchto  senzorov  síce  nie  je 

výnimo ná, ale na ú ely demonštra ných pokusov majú viacero výhod: 

•  mierou  osvetlenia  je  ve kos   (presnejšie  malos )  elektrického  odporu  sú iastky,  takže  pri 

vysvet ovaní elektrických obvodov s fotorezistorom vysta íme s Ohmovým zákonom 

•  na vyhodnotenie elektrického odporu môžeme použi  bežný multimeter bez nutnosti doplni  

experiment elektronickými obvodmi pre prevod signálu na elektrické napätie alebo prúd. 

•  fotorezistory sú lacné (ceny sa pohybujú v rozpätí 30-80 Sk za kus). 

S využitím fotorezistoru možno jednoducho demonštrova  napríklad: 

•  kalibráciu detektora pre meranie osvetlenia 

•  ur ovanie koncentrácie farebných roztokov z ich farebnej sýtosti 

•  prítomnos  prachových  astíc vo vzduchu alebo koloidných  astíc vo vode z rozptylu svetla 

 

Obsahom  aktivity  je  oboznámenie  sa  s fotorezistorom,  prezentovanie  experimentov  a samostatná 



realizácia niektorých z nich. 


 

2

 



Linearizácia senzora 

Princíp linearizácie 

Ako  sme  už  spomínali  vyššie,  vodivos   fotorezistoru  vzrastie  pri  dopade  svetla  na .  Vyššia 

vodivos  (menší odpor) teda znamená, že na fotorezistor dopadá vä šie množstvo svetla. Závislos  

vodivosti od osvetlenia nie je však lineárna - nameranie dvojnásobnej vodivosti neznamená, že na 

senzor  dopadlo  dvojnásobné  množstvo  svetla.  Pri  experimentoch,  v ktorých  potrebujeme 

vyhodnoti   množstvo  dopadajúceho,  svetla,  musíme  údaj  detektora  linearizova   –  prepo íta  

vodivos  fotorezistora na veli inu úmernú množstvu dopadajúceho svetla. 

Postup je jednoduchý: na detektor necháme dopada  postupne rôzne množstvo svetla a pre každú 

hodnotu zmeriame vodivos  (odpor) fotorezistora. Z takto nameraných hodnôt nakreslíme graf (vi  

obr.3) a z neho môžeme potom ur i  množstvo  dopadajúceho svetla aj pre iné namerané hodnoty 

vodivosti. 

Praktická  realizácia  tohoto  experimentu  v školských  podmienkach  však  nie  je  úplne  bezproblé-

mová, pretože: 

1.  Na  zmeranie  osvetlenia  fotorezistora  potrebujeme  merací  prístroj  (luxmeter),  ktorý  je  nie 

vždy k dispozícii. 

2.  Fotorezistor (podobne ako aj  udské oko) má rôznu citlivos  na svetlo rôznych farieb. Zatia  

o  udské oko je najcitlivejšie na žltú farbu, oblas  maximálnej citlivosti fotorezistorov na 

báze  CdS  býva  v okolí  ervenej  farby.  Iné  typy  fotodetektorov  na  báze    Si  (napríklad 

fototranzistory)  sú  najcitlivejšie  dokonca  v infra ervenej  oblasti  pre  udské  oko 

nevidite nej.  Údaj  luxmetra  (má  podobnú  spektrálnu  citlivos   ako  udské  oko) 

a fotorezistoru sa teda pri tom istom osvetlení (fyziologickom pocite) môže líši  v závislosti 

od  použitého  zdroja  svetla  (slne né,  žiarovka,  ervené  svetlo  laserových  ukazovadiel 

a pod.). 

Ak  sa  však  uspokojíme  s relatívnym  meraním  osvetlenia  (nameraná  hodnota  bude  iba  úmerná 

množstvu  dopadajúcej  energie)  z daného  zdroja,  vysta íme  pri  linearizácii  hodnoty  vodivosti 

fotorezistora aj bez luxmetra. 

 

Opis experimentu 

Na  linearizáciu  urobíme  experiment  s  „bodovým“  zdrojom  svetla,  u ktorého  klesá  osvetlenie 

s druhou  mocninou  vzdialenosti  od  zdroja.  Reálne  vysta íme  aj  s oby ajnou  žiarovkou  alebou 

vreckovým lampášom s LED-diódou, pokia  bude vzdialenos  fotorezistoru od zdroja svetla aspo  

nieko konásobne vä šia, než je rozmer svetelného zdroja. Žiarovku s krátkym vláknom alebo LED-

diódu  možno  považova   za  bodový  zdroj  už  vo  vzdialenosti  vä šej  než  10  -20  centimetrov. 

Usporiadanie experimentu je znázornené na obrázku 2. 



 

3

Bodový zdroj



svetla

Fotorezistor

 

Obr.2. Schéma experimentu „Linearizácia senzora“ 

Vzdialenos   d  medzi  fotorezistorom  a zdrojom  svetla  meníme,  pri om  pre  každú  vzdialenos  

zmeriame hodnotu R odporu fotorezistora. Hodnoty vzdialenosti volíme hustejšie v blízkosti zdroja 

svetla. 


Intenzita svetla dopadajúceho na fotorezistor je úmerná výrazu 1/d

2

, vodivos  fotorezistora je rovná 

1/R. Grafom vhodným na linearizáciu by teda mohla by  závislos  veli iny 1/R od veli iny 1/d

2

Tip:  Experiment  je  dobré  robi   v tme,  inak  môžeme  fotorezistor  linearizova   iba  pre  osvetlenie 



vyššie, než je prirodzené osvetlenie v miestnosti. 

Tip: Vzdialenos  d treba meni  v širokom rozsahu. Pri zmene vzdialenosti 10 cm – 10 m (dva rády) 

sa intenzita osvetlenia zmení o štyri rády. 

Celkové usporiadanie experimentu vidno na obr. 3. Použili sme lampáš s piatimi LED-diódami, na 

meranie vzdialenosti sme použili pásové meradlo. 

 

Obr. 3. Fotografia usporiadania experimentu.  



Fotorezistor je prilepený na krabi ke. 

  



 

4

Vyhodnotenie experimentu 

Namerané hodnoty: 

Tabu ka 1. Hodnoty namerané pri experimente „Linearizácia senzora“ 

vzdialenos od 

baterky [cm] 

Odpor   


[k



1000/

d

^2 


[cm

-2



1/

R

 

[mS] 



0,14 


40,000 

7,142 


0,16 


27,777 

6,250 


0,18 


20,408 

5,555 


0,20 


15,625 

5,000 


0,22 


12,345 

4,545 


10 

0,25 


10,000 

4,000 


11 

0,27 


8,264 

3,703 


12 

0,31 


6,944 

3,225 


13 

0,33 


5,917 

3,030 


15 

0,39 


4,444 

2,564 


17 

0,44 


3,460 

2,272 


20 

0,56 


2,500 

1,785 


22 

0,62 


2,066 

1,612 


25 

0,86 


1,600 

1,162 


30 

0,93 


1,111 

1,075 


35 

1,18 


0,816 

0,847 


40 

1,41 


0,625 

0,709 


45 

1,69 


0,493 

0,591 


50 

2,25 


0,400 

0,444 


55 

2,46 


0,330 

0,406 


60 

2,56 


0,277 

0,390 


65 

2,85 


0,236 

0,350 


70 

3,17 


0,204 

0,315 


75 

3,61 


0,177 

0,277 


 

Pri zhasnutej baterke bol odpor fotorezistoru 11,9 k

Ω (nami nameraná najvä šia hodnota odporu pri 

vzdialenosti  od  zdroja  svetla  75  cm  bola  iba  3,61  k

Ω),  takže  v nameraných  hodnotách  môžeme 

prirodzené osvetlenie zanedba . 

Z nameraných  hodnôt  zostrojíme  graf  (Obr.4).  Na  om  vidíme,  že  namerané  hodnoty  sú 

rozmiestnené nerovnomerne (husto v oblasti malých vodivostí) a ležia na krivke. 




 

5

Vodivos  fotorezistoru

0

1

2



3

4

5



6

7

8



0

5

10



15

20

25



30

35

40



45

1000/(l*l)  [1/(cm*cm)]

1/

R

 [m

S

]

 

Obr. 4. Závislos  vodivosti fotorezistoru od osvetlenia 

 

V takých prípadoch treba vyskúša  logaritmické mierky na osiach. Ako vidíme na obr. 5, pri použití 



logaritmických mierok na oboch osiach sa priebeh stal dos  priamkový.  

 

Vodivos  fotoodporu

0,1

1

10



0,1

1

10



100

1000/(l*l)  [1/(cm*cm)]

1/

R

 [m

S

]

 

Obr. 5. Závislos  vodivosti fotorezistoru od osvetlenia – logaritmické mierky na oboch osiach 

 



 

6

To nasved uje, že závislos  vodivosti 1/R fotorezistoru od osvetlenia I v oblasti nami nameraných 



hodnôt by mohla by  mocninná: 

1/R = k.I



n

 

pretože 


log (1/R) = log(k) + n.log(I) 

Výrazný  odklon  od  linearity  možno  vidie   pri  hodnotách  na  osi  x  vä ších  než  10,  o  zodpovedá 

vzdialenosti fotorezistoru od zdroja menšej než 10 cm. Ako sme už spomínali vyššie, pri takýchto 

malých  vzdialenostiach  fotorezistoru  od  zdroja  už  nemožno  zdroj  svetla  považova   za  bodový 

a tieto body by sme mali vylú i . 

Skúsme teda bodmi preloži  metódou najmenších štvorcov mocninnú závislos  (použijeme program 

NELIREG): 

 

Graf funkcie



0,1

1

10



0,1

1

10



X

Y

 



Obr.6. Graf mocninnej funkcie spolu s nameranými bodmi pri použití logaritmickej mierky na 

oboch osiach 

Krivka je optimálna pri hodnote mocninného koeficientu n = 0,68 (štandardná neistota 0,01) a má 

tvar 

1/R = 0,92.I



0,68

 

alebo 



I 

≈ 1/R

1,47 

 

 



 

 

 



 

 

(1) 



Pomocou posledne uvedeného vz ahu možno prepo íta  nameranú hodnotu odporu fotorezistora na 

veli inu úmernú jeho osvetleniu. 




 

7

Koncentrácia farebných roztokov 



Princíp merania 

Ak  dáme  do  nádobky  farebný  roztok,  prejde  cez  u  tým  menej  svetla,  ím  je  roztok 

koncentrovanejší. Ak teda z jednej strany budeme na nádobku svieti  konštantným zdrojom svetla 

a prejdené svetlo budeme mera  fotorezistorom, odpor fotorezistoru bude závisie  od koncentrácie 

roztoku.  Absolútne  hodnoty  koncentrácie  roztoku  ur íme  tak,  že  si  najprv  pripraváme  sériu 

roztokov  so  známymi  koncentráciami  a zmeriame  odpor  fotorezistora  a  nakreslíme  si  kalibra nú 

krivku. Pri roztoku s neznámou koncentráciou zmeriame odpor fotorezistora a z kalibra nej krivky 

ur íme koncentráciu roztoku. 

 

Opis experimentu 

Schéma  experimentu  je  na  obr.7.  Svetlo  postupuje  zo  zdroja,  prechádza  cez  nádobku  s roztokom 

a dopadá na fotorezistor.  

Svetlo

Fotorezistor

 

Obr.7. Schéma experimentu „Koncentrácia farebných roztokov“ 

Pri  praktickej  realizácii  sme  využili  nádobku  z cukríkov  Tic-Tac,  na  ktorú  sme  z jednej  strany 

lepiacou páskou prilepili fotorezistor. Aby na fotorezistor mohlo dopada  svetlo iba zo strany od 

kvapaliny, zadnú stranu fotorezistora sme prekryli  iernou lepiacou páskou. Ako zdroj svetla možno 

využi  prirodzené svetlo prichádzajúce od obloka, stolnú lampu a podobne. Treba však dba  na to, 

aby  sa  množstvov  dopadajúceho  svetla  po as  experimentu  nemenilo.  Prirodzené  svetlo  nie  je 

vhodné  pri  poloobla nom  po así,  pri  použití  lampy  musíme  jej  polohu  fixova .  Rovnako  je 

nevyhnutné  fixova   aj  polohu  nádobky  s roztokom.  My  sme  využili  prirodzené  svetlo  a nádobku 

sme fixovali o stôl lepiacou páskou (obr.8).  

Do nádobky sme naliali 20 ml vody a do nej sme postupne pridávali modrý atrament v dávkach 0,2 

ml. Roztok sme v nádržke zamiešali a po kali sme, kým sa údaj ohmmetra ustáli (odpor spo iatku 

mierne  klesá  pravdepodobne  v dôsledku  mierneho  usadzovania  vä ších  iasto iek  atramentu. 

Ustálenú hodnotu sme zaznamenali. 

 



 

8

 



Obr.8. Celkové usporiadanie experimentu „Koncentrácia farebných roztokov“ 

 

 



Vyhodnotenie experimentu 

Tabu ka 2. Hodnoty namerané pri experimente  

„Koncentrácia farebného roztoku“ 

atrament [ml] 

konc [%] 

R

 [k


0,0 



0,00 

0,42 


0,2 

0,99 


2,46 

0,4 


1,96 

4,67 


0,6 

2,91 


7,72 

0,8 


3,84 

11,3 


1,0 

4,76 


16,8 

1,2 


5,66 

21,1 


1,4 

6,54 


28,7 

1,6 


7,40 

38,0 


1,8 

8,25 


45,0 

2,0 


9,09 

50,9 


 

Z nameraných  údajov  sme  zostrojili  graf  (obr.9).  Z obrázku  vidíme,  že  závislos   je  jednozna ná 

a dá sa využi  na ur ovanie koncentrácie roztokov atramentu. 

Nech  pri  použití  roztoku  atramentu  s neznámou  koncentráciou  sme  namerali  odpor  fotorezistora 

rovný 25 k

Ω. S využitím obr. 6 zistíme, že kocentrácia roztoku by mala by  približne 6%. 

 



 

9

Odpor od koncentrácie atramentu

0

10

20



30

40

50



60

0

1



2

3

4



5

6

7



8

9

10



koncentrácia [%]

O

dp

or

 [k

O

hm

]

 

Obr.9. Závislos  odporu fotorezistoru od koncentrácie roztoku atramentu 

 

Pri serióznejšom ur ovaní koncentrácie treba ur i  aj chybu merania. Už z obrázku 9 je zrejmé, že 



body sú trochu „rozhádzané“, takže presnos  experimentu nie je neobmedzená. Osved ená metóda, 

umož ujúca  nájs   aj  chybu  merania,  je  metóda  najmenších  štvorcov.  Viac  sa  o jej  využití 

v experimentoch využívajúcich kalibráciu môžete dozvedie  v literatúre [1], kapitola 10. 

 

Graf predikcie



0

10

20



30

40

50



60

70

0



2

4

6



8

10

12



X

Y

 



Obr.10. Namerané bodu spolu parabolickou závislos ou ur enou metódou najmenších štvorcov 


 

10

 



Na  obr.10  sú  namerané  body  spolu  s  programom  NELIREG  preloženou  parabolou  a ozna enou 

oblas ou,  kde  s pravdepodobnos ou  95%  leží  skuto ná  závislos   odporu  fotorezistoru  od 

koncentrácie  atramentu.  Pomocou  listu  „Kalibrácia“  v  „Nelireg.xls“  sme  ur ili  koncentráciu 

neznámeho roztoku: 

Najpravdepodobnejšia hodnota: 6,0% 

Interval, v ktorom leží skuto ná hodnota s 95% pravdepodobnos ou: <5,7% ; 6,4%> 

Pokia  je cie om experimentu iba ur i  koncentráciu neznámeho roztoku, vysta íme iba s meraním 

odporu  fotorezistoru  a nepotrebujeme  ho  prepo íta   na  veli inu  úmernú  intenzite  svetla  (vi  

experiment „Linearizácia senzora“). Experiment s farebnými roztokmi má však aj peknú fyzikálnu 

interpretáciu. 

Pravdepodobnos ,  že  fotón  roztokom  neprejde  a „narazí“  do  molekuly  farbiva  ( ím  zanikne),  je 

zrejme  priamoúmerná  koncentrácii  farbiva  v roztoku  a  taktiež  d žke  dráhy  d,  ktorú  musí  fotón 

v roztoku prejs . V takomto prípade sa pokles intenzity riadi tzv. Lambertovým zákonom 

I = I

0

 e



-kd

 

Kde koeficient k závisí od druhu použitého farbiva a od jeho koncentrácie. Ke že hrúbku nádobky 



sme  nemenili,  intenzita svetla  za  nádobkou  by  sa  mala  meni   s koncentráciou  c  atramentu  pod a 

vz ahu 


I 

≈ e


-c

 

Pre overenie našej hypotézy však potrebujeme pozna  intenzitu prejdeného svetla, nesta í nám iba 



hodnota  odpotu  fotorezistoru.  Na  prepo ítanie  odporu  fotorezistoru  na  veli inu  úmernú  intenzite 

svetla použijeme vz ah (1): 



Tabu ka 3. Závislos  intenzity 

 prejdeného svetla od koncentrácie 

c

 [%] 


R

 [k




I

 [ ub.j.] 

0,00 


0,42 

3,5795 


0,99 

2,46 


0,2663 

1,96 


4,67 

0,1038 


2,91 

7,72 


0,0496 

3,85 


11,36 

0,0281 


4,76 

16,80 


0,0158 

5,66 


21,10 

0,0113 


6,54 

28,70 


0,0072 

7,41 


38,00 

0,0048 


8,26 

45,00 


0,0037 

9,09 


50,90 

0,0031 


 

Hodnoty  z tabu ky  3  sme  znázornili  graficky  na  obr.11.  i  je  priebeh  presne  exponenciálny, 

overíme použitím logaritmickej mierky na osi y. Platí totiž: 

I = Ae

-c

 



 

11

 



log I = log A - c log e 

Pri  použití  logaritmickej  mierky  na  osi  y  by  sme  v prípade  exponenciálnej  závislosti  mali  dosta  

klesajúcu priamku. 

Závislos  množstva prejdeného svetla od 

koncentrácie

0

0,1



0,2

0,3


0

2

4



6

8

10



Koncentrácia [%]

P

re

jd

en

é 

sv

et

lo

 [

ub

.j.

]

 

Obr.11. Závislos  intenzity prejdeného svetla od koncentrácie 

 

Závislos  množstva prejdeného svetla od 

koncentrácie

0,001


0,01

0,1


1

0

2



4

6

8



10

Koncentrácia [%]

P

re

jd

en

é 

sv

et

lo

 [

ub

.j.

]

 

Obr.12. Závislos  intenzity prejdeného svetla od koncentrácie 



 pri použití logaritmickej mierky na osi y 


 

12

 



Ako vidíme na obrázku 12, závislos  je klesajúca a takmer priamková, ale od priamky sa predsa len 

trochu líši. Pravdepodobne to nie je spôsobené nepresnos ou Lambertovho zákona, ale spôsobom 

vyhodnotenia  nameraných  údajov.  Všimnite  si  v tabu ke  1,  že  linearizáciu  fotoodporu  sme  robili 

iba do hodnôt cca 3 k

Ω, zatia   o v tomto experimente boli namerané odpory až 50 kΩ. Vz ah (1) 

používaný  na  zistenie  intenzity  prejdeného  svetla  nemusí  by   teda  úplne  presný.  Linearizáciu 

detektora  bolo  treba  robi   precíznejšie  (v  tme)  tak,  aby  sme  mohli  namera   hodnoty  odporu 

fotorezistoru až do rádu stoviek k

Ω. 

 



 

13

Obsah tuku v mlieku 



Princíp experimentu 

Zatia   o  v experimente  „Koncentrácia  farebných  roztokov“  sme  analyzovali  prepustené  svetlo, 

v tomto experimente budeme analyzova  svetlo rozptýlené.  

Pri  prechode  homogénnym  prostredím  sa  svetlo  šíri  priamo iaro  a nerozpty uje  sa.  Preto  nie  je 

možné  vidie   napríklad  dráhu  svetla  laserového  ukazovadla.  Situácia  sa  však  zmení,  ak  sa 

v prostredí  nachádzajú  drobné  iasto ky,  ako  napríklad  prach.  Na  tychto  iasto kách  sa  svetlo 

rozpty uje  a zvidite uje  tak  dráhu  svetelného  lú a.  Tento  jav  možno  dobre  pozorova   aj  v kine 

alebo  ešte  lepšie  na  laserovej  show,  kde  sa  prostredie  umelo  zadymuje.  Princíp  merania  je 

znázornený na obr. 13. 

Podobná situácia je aj v kvapalinách.  istou vodou postupuje svetlo prakticky bez rozpty ovania, 

ak  však  do  nej  pridáme  vo  vode  nerozpustné  kvapô ky,  dráha  lú a  cez  kvapalinu  sa  zvidite ní. 

Tyickou  kvapalinou  silne  rozpty ujúcou  svetlo  je  mlieko.  Tu  je  za  rozptyl  svetla  zodpovedný 

hlavne tuk, v menšej miere  aj v mlieku sa nachádzajúce bielkoviny.  Bežné mlieko však obsahuje 

tak  ve a  rozpty ujúcich  astíc,  že  je  až  neprieh adné  a nie  je  možné  sledova   dráhu  lú a  v  om. 

Preto na naše experimenty budeme používa  mlieko zriedené na 1%: do 1 dl vody pridáme 1 ml 

mlieka.  Množstvo  svetla  z laserového  ukazovadla,  ktoré  s v roztoku  rozptýli,  bude  závisie   od 

koncentrácie tuku v mlieku a budeme ho mera  fotorezistorom. 

 

Opis experimentu 

Vzorku  zriedeného  mlieka  budeme  dáva   do  krabi ky  od  cukríkov  Tic-Tac.  Svetlo  z laserového 

ukazovadla  necháme  prechádza   naprie   užšou  stranou  krabi ky  (10).  Rozptýlené  svetlo  budeme 

mera  z širšej strany krabi ky. 

Svetlo

z lasera

Fotorezistor

 

Obr. 13. Schéma experimentu „Obsah tuku v mlieku“ 

Množstvo  rozptýleného  svetla  je  však  malé,  takže  celý  experiment  musíme  robi   v tmavom 

priestore. Na to sa hodia nosné kartónove rúrky z toaletného papiera, pretože krabi ky Tic-Tac do 

nich presne „pasujú“ a konce rúrky možno  ahko zakry . Do rúrky urobíme dve cca 5mm dierky, 



 

14

ktorými bude vstupova  a vystupova  lú  svetla z ukazovadla (obr. 14). Z kolmého smeru urobíme 



ihlou  do  rúrky  dve  dierky.  Nimi  prestr íme  vývody  fotorezistoru.  Fotorezistor  tak  bude  v rúrke 

(vývody ohneme tak, aby rozptýlené svetlo dopadalo kolmo na fotorezistor) a konce jeho vývodov 

budú tr a  z rúrky von a môžeme k nim pripoji  ohmmeter. Krabi ku od cukríkov vložíme do rúrky 

a pozna íme si jej polohu, aby sme ju po vybratí  ahko vrátili na presne rovnaké miesto. 

 

Obr.14. Usporiadanie experimentu „Obsah tuku v mlieku“ 

Presne  rovnako  musí  by   tiež  umiestnené  laserové  ukazovadlo,  nemôžeme  ho  iba  drža   v ruke. 

Preto si z druhej rúrky urobíme malý stojan ek, na ktorý pripevníme ukazovadlo lepiacou páskou. 

Podobne  prilepíme  lepiacou  páskou  stojan ek  k rúrke  s ampulkou  a fotorezistorom.  Získame  tak 

pomerne pevnú konštrukciu, ktorá zabezpe í reprodukovate nos  meraní. 

V samotnom experimente sme merali rozptyl svetla na 1%  roztoku nasledujúcich druhov mlieka: 

odtu nené 0,5%, nízkotu né 1,5%, a smotana 30%. 

 

Vyhodnotenie experimentu 

Pri  meraní  si  okamžite  všimnete,  že  údaj  ohmmetra  nie  je  stabilný.  Nameraná  hodnota  odporu 

pozvo ne rastie – množstvo rozptýleného svetla sa zmenšuje. Prí ina je v ohrievaní laserovej diódx 

pri svietení. Tým sa menia jej geometrické rozmery a klesá výkon lasera. Okom si ani nevšimnete, 

že svetlo ukazovadlo oslablo povedzme o 10%. Pri meraní rozptýleného svetla prístrojom to však 

ve mi vadí. Správnym riešením tohoto problému je necha  ukazovadlo trvale svieti  (pokia  v  om 

máte nové batérie a nevadí Vám, že sa rýchlo vybijú), alebo miesto batérií pripoji  ukazovadlo na 

adaptér  z  220V.    Po  chví ke  sa  výkon  laseru  ustáli  a môžeme  mera .  Inou  možnos ou  je  laser 

zapnú   vždy  iba  na  pár  sekúnd  a  o  najrýchlejšie  od íta   hodnotu  odporu.  Po as  prípravy  alšej 

vzorky sa laser v ukazovadle vychladí a je pripravený k  alšiemu meraniu. 



 

15

Namerané hodnoty: 



Tabu ka 3. Hodnoty namerné v experimente „Obsah tuku v mlieku“ 

Druh mlieka 

Obsah tuku 

R [k


Nízkotu né mlieko 



0,5% 

19,2 


Polotu né mlieko 

1,5% 


15,1 

Smotana 


30,0% 

9,3 


 

Ako vidno na obrázku 15, závislos  odporu od koncentrácie tuku je preukázna a umož uje mera  

koncentráciu  tuku  v celom  prakticky  potrebnom  rozsahu.  Pre  precíznejšie  meranie  by  bolo  treba 

zmera   ešte  vzorky  s obsahom  tuku  okolo  8%.  Tie  by  bolo  možné  pripravi   napríklad  pridaním 

malého množstva smotany do mlieka. Možno by bolo zaujímavé dlhodobejšie sledova  vlastnosti 

mlieka od rôznych výrobcov, resp sezónne vplyvy na mlieko toho istého výrobcu. 



Odpor od koncentrácie tuku

0,1%


1,0%

10,0%


100,0%

5

7



9

11

13



15

17

19



21

23

25



odpor [kOhm] - priemer

ko

nc

en

tr

ác

ia

 tu

ku

 [%

]

 

Obr. 15. Závislos  odporu fotorezistoru od obsahu tuku vo vzorke. 

Podobne ako v experimente „Koncentrácia farebných roztokov“ aj tu môže by  zaujímavé sledova  

závislos   intenzity  rozptýleného  svetla  od  obsahu  tuku.  Preto  namerané  hodnoty  odporu  prepo í-

tame vz ahom (1) na veli inu úmernú osvetleniu: 

Tabu ka 4. Prepo ítané hodnoty namerné v experimente „Obsah tuku v mlieku“ 

koncentrácia [%] 

intenzita [ ub.j.] 

0,0% 


0,0014 

0,5% 


0,0130 

1,5% 


0,0185 

30,0% 


0,0377 


 

16

 



Na  obr.  16  vidno,  že  množstvo  rozptýleného  svetla  nerastie  s koncentráciou  tuku  lineárne. 

Spo iatku (pre koncentrácie cca 0-2%) množstvo rozptýleného svetla s koncentráciu prudko rastie. 

Je  dokonca  pravdepodobné,  že  pri  podrobnejšom  premeraní  tejto  závislosti  by  sme  zistili,  že 

v oblasti  malých  koncentrácií  je  táto  závislos   lineárna.  Je  na  to  dobrý  fyzikálny  dôvod: 

pravdepodobnos  rozptylu svetla narastá s po tom rozpty ujúcich  astíc. S rastúcou koncentráciiou 

rozpty ujúcich  astíc  dochádza  k mnohonásobnému  rozptylu,  až  v kone nom  dôsledku  svetlo 

opúš a roztok všetkými smermi s rovnakou pravdepodobnos ou.  alšie pridávanie rozpty ujúcich 

astíc už na tejto situácii ni  nemení – preto na obrázku 16 v oblasti vyšších koncentrácií vidíme 

spomalenie  nárastu  rozpty ujúceho  svetla.  Pri  vhosdne  zvolených  koncentráciách  by  sa  malo 

pozorova  postupné zastavenie nárastu množstva rozptýleného svetla. Dokonca, ke že pri každom 

rozptyle  dochádza  aj  k miernemu  oslabeniu  intenzity  svetla,  pri  vyšších  koncentráciách 

rozpty ujúcich  astíc možno o akáva  pokles intenzity rozptýleného svetla. 



Závislos  rozptýleného svetla od 

koncentrácie

0,0000


0,0100

0,0200


0,0300

0,0400


0%

10%


20%

30%


40%

Koncentrácia [%]

In

te

n

zi

ta

 [

u

b

.j.

]

 

Obr. 16. Závislos  množstva rozptýleného svetla od koncentrácie tuku vo vzorke. 

 

Záver 


Ako vidno, pomocou fotoodporu možno realizova  jednoduché, a pritom preukázne experimenty 

založené na rozptyle a absorbcii svetla. Experimenty je možné  alej zdokona ova  a vylepšova , 



takže by mohli slúži  aj ako námety na domáce projekty žiakov. 

 

Yüklə 120,16 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə