DIY LED-photometer ከ Arduino ጋር ለፊዚክስ ወይም ለኬሚስትሪ ትምህርቶች -5 ደረጃዎች (ከስዕሎች ጋር)

2024 ደራሲ ደራሲ: John Day | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2024-01-30 07:31

ሰላም!

ፈሳሾች ወይም ሌሎች ነገሮች ቀለም ያላቸው ይመስላሉ ምክንያቱም የተወሰኑ ቀለሞችን ስለሚለዩ ወይም ስለሚያስተላልፉ እና በተራው ሌሎችን በመዋጥ (በመዋጥ)። በፎቶሜትር በሚባል ፣ እነዚያ ቀለሞች (የሞገድ ርዝመት) ሊለዩ ይችላሉ ፣ ይህም በፈሳሾች ተውጠዋል። መሠረታዊው መርህ ቀላል ነው -በአንድ የተወሰነ ቀለም ኤልዲ በመጀመሪያ በውሃ ወይም በሌላ ፈሳሽን በተሞላ ኩዌት ውስጥ ያበራሉ። አንድ ፎቶዶዲዮ የሚመጣውን የብርሃን መጠን ይለካል እና ወደ ተመጣጣኝ ቮልቴጅ U0 ይቀይረዋል። ይህ እሴት ተስተውሏል። ከዚያ በኋላ ፣ ሊመረመር የሚገባው ፈሳሽ ያለው ኩዌት በጨረር ዱካ ውስጥ ይቀመጣል እና እንደገና የብርሃን ጥንካሬን ወይም ቮልቴጅን ይለካል። U በመቶ ውስጥ ያለው የመተላለፊያ ሁኔታ ከዚያ በቀላሉ በ T = U / U0 * 100 ይሰላል። ሀ እርስዎ = A = 100 ሲቀነስ ቲ ብቻ ማስላት አለብዎት።

ይህ ልኬት በተለያየ ቀለም ባላቸው ኤልኢዲዎች ተደግሟል እና በእያንዳንዱ ሁኔታ T ወይም A እንደ የሞገድ ርዝመት (ቀለም) ተግባር ይወስናል። ይህንን በበቂ ኤልኢዲዎች ካደረጉ የመጠጫ ኩርባ ያገኛሉ።

ደረጃ 1: ክፍሎች

ለፎቶሜትር የሚከተሉትን ክፍሎች ያስፈልግዎታል

* ልኬቶች 160 x 100 x 70 ሚሜ ወይም ተመሳሳይ - ጥቁር መያዣ

* አንድ አርዱዲኖ ናኖ ኢባይ አርዱዲኖ ናኖ

* የአሠራር ማጉያ LF356: ebay LF356

* 10 capacF አቅም ያላቸው 3 capacitors: ebay capacitors

* 2 capacitors C = 100nF እና 1nF ያለው capacitor: ebay capacitors

* አንድ የቮልቴጅ inverter ICL7660: ebay ICL7660

* አንድ photodiode BPW34: ebay BPW34 photodiode

* 6 ተቃዋሚዎች በ 100 ፣ 1 ኪ ፣ 10 ኪ ፣ 100 ኪ ፣ 1 ሜ እና 10 ሜ ohms: ebay resistors

* አንድ I²C 16x2 ማሳያ: ebay 16x2 ማሳያ

* 2x6 የማዞሪያ መቀየሪያ -የማዞሪያ መቀየሪያ

* የ 9 ቪ ባትሪ መያዣ እና የ 9 ቪ ባትሪ - የባትሪ መያዣ

* መቀየሪያ: መቀያየር

* የመስታወት ኩዌቶች - ebay cuvettes

* የተለያየ ቀለም ያላቸው ኤልኢዲዎች - f.e. ebay LEDs

* ኤልኢዲዎችን ለማብራት ቀላል 0-15V የኃይል አቅርቦት

* ለእንጨት-መያዣው እንጨት

ደረጃ 2-ወረዳው እና አርዱዲኖ-ኮድ

ለፎቶሜትር መለኪያው በጣም ቀላል ነው። እሱ የፎቶዲዲዮ ፣ የአሠራር ማጉያ ፣ የ voltage ልቴጅ እና ሌሎች አንዳንድ ክፍሎች (ተቃዋሚዎች ፣ መቀየሪያዎች ፣ መያዣዎች) ያካትታል። የዚህ ዓይነቱ የወረዳ መርህ (ከዝቅተኛ) የአሁኑን ከ phododiode ወደ ከፍተኛ ቮልቴጅ መለወጥ ነው ፣ ይህም በአርዱዲኖ ናኖ ሊነበብ ይችላል። ማባዛት-ምክንያቱ የሚወሰነው በኦ.ፒ.ኦ ግብረመልስ ውስጥ በተከላካዩ እሴት ነው። የበለጠ ተጣጣፊ ለመሆን 6 የተለያዩ ተከላካዮችን ወስጄ ነበር ፣ ይህም በ rotary switch ሊመረጥ ይችላል። ዝቅተኛው “ማጉላት” 100 ፣ ከፍተኛው 10 000 000. ሁሉም ነገር በአንድ 9V ባትሪ የተጎላበተ ነው።

ደረጃ 3: የመጀመሪያ ሙከራ-የክሎሮፊል መምጠጥ-ኩርባ

ለመለኪያ አሠራሩ - ኩዌት በውሃ ወይም በሌላ ግልፅ የማሟሟት ተሞልቷል። ይህ በፎቶሜትር ውስጥ ይቀመጣል። ኩዌቱ በብርሃን በተሸፈነ ክዳን እየተሸፈነ ነው። አሁን ከ10-20mA ገደማ በ LED ውስጥ እንዲፈስ የኃይል አቅርቦቱን ለኤዲዲ ያዘጋጁ። ከዚያ በኋላ የፎቶዲዲዮው ውፅዓት voltage ልቴጅ በ 3-4 ቪ አካባቢ የሚገኝበትን ቦታ ለመምረጥ የማዞሪያ መቀየሪያውን ይጠቀሙ። የውጤት ቮልቴጁ ጥሩ ማስተካከያ አሁንም በተስተካከለ የኃይል አቅርቦት ሊከናወን ይችላል። ይህ ቮልቴጅ U0 ተለይቷል። ከዚያ ለመመርመር ፈሳሹን የያዘውን ኩዌት ይውሰዱ እና በፎቶሜትር ውስጥ ያስቀምጡት። በዚህ ጊዜ የኃይል አቅርቦቱ voltage ልቴጅ እና የማዞሪያ መቀየሪያው አቀማመጥ ሳይለወጥ መቆየት አለበት! ከዚያ እንደገና cuvette ን በክዳኑ ይሸፍኑ እና ቮልቴጅን ይለኩ U. ለትርጉም ቲ በመቶው እሴቱ T = U / U0 * 100 ነው። የመሳብ አቅሙን ሀ ለማግኘት እርስዎ ሀ = 100 - ቲ ብቻ ማስላት አለብዎት።

በትውልድ አገሬ አውስትሪያ ውስጥ ከሚገኘው ከሮይትነር ላዘርቴኒክኒክ የተለያየ ቀለም ያላቸውን ኤልኢዲዎች ገዛሁ። ለእነዚህ ፣ የሚመለከተው የሞገድ ርዝመት በናኖሜትር ይሰጣል። በእውነቱ እርግጠኛ ለመሆን አንድ ሰው ዋናውን የሞገድ ርዝመት በ spectroscope እና በ ‹Teremino› ሶፍትዌር (theremino spectrometer) ማረጋገጥ ይችላል። በእኔ ሁኔታ ፣ በ nm ውስጥ ያለው መረጃ በመለኪያዎቹ በጣም ጥሩ ተስማምቷል። ኤልኢዲዎችን በሚመርጡበት ጊዜ ከ 395nm እስከ 850nm ያለው የሞገድ ርዝመት ሽፋን እንኳን እንደ መድረስ አለብዎት።

በፎቶሜትር ለመጀመሪያው ሙከራ ክሎሮፊልን መርጫለሁ። ግን ለዚህ ማንም ማንም አይመለከትዎትም ብለው ከሜዳ ላይ ሣር መንቀል ይኖርብዎታል…

ይህ ሣር በትንሽ ቁርጥራጮች ተቆርጦ ከፕሮፓኖኖል ወይም ከኤታኖል ጋር በአንድ ማሰሮ ውስጥ ይቀመጣል። አሁን ቅጠሎቹን በመዶሻ ወይም በሹካ ይደቅቃሉ። ከጥቂት ደቂቃዎች በኋላ ክሎሮፊል በፕሮፖኖል ውስጥ በደንብ ተሟሟል። ይህ መፍትሔ አሁንም በጣም ጠንካራ ነው። በበቂ ፕሮፔኖል መሟሟት ያስፈልጋል። እና ከማንኛውም የታገደ መፍትሄን ማጣራት አለበት። እኔ የተለመደ የቡና ማጣሪያ ወስጄ ነበር።

በስዕሉ ላይ እንደሚታየው ውጤቱ መምሰል አለበት። በጣም ግልፅ አረንጓዴ-ቢጫ መፍትሄ። ከዚያ መለኪያው (U0 ፣ U) ከእያንዳንዱ LED ጋር ይደግሙታል። ከተገኘው የመጠጫ ኩርባ እንደሚታየው ፣ ፅንሰ -ሀሳብ እና ልኬት በጥሩ ሁኔታ ይስማማሉ። ክሎሮፊል ሀ + ለ በሰማያዊ እና በቀይ ስፔክትሪክ ክልል ውስጥ በጣም አጥብቆ ይይዛል ፣ አረንጓዴ-ቢጫ እና የኢንፍራሬድ ብርሃን ወደ መፍትሄው ዘልቆ ሊገባ ይችላል። በኢንፍራሬድ ክልል ውስጥ ፣ መምጠጥ እንኳን ወደ ዜሮ ቅርብ ነው።

ደረጃ 4 - ሁለተኛ ሙከራ - በፖታስየም ፐርማንጋን ማተኮር ላይ የመጥፋት ጥገኝነት

እንደ ተጨማሪ ሙከራ ፣ በሟሟ አቅርቦቶች ትኩረት ላይ በመመርኮዝ የመጥፋት ውሳኔ። እንደ መፍትሄ ፣ ፖታስየም ፐርጋናንቴን እጠቀማለሁ። መፍትሄው ውስጥ ከገባ በኋላ የብርሃን ጥንካሬ የላምበርት-ቢራ ሕግን ይከተላል- I = I0 * 10 ^ (- E) ን ያነባል። I0 ጥንካሬው ያለ መሟሟት ፣ እኔ ጥንካሬው በሶልት እና ኢ መጥፋት ተብሎ የሚጠራው ነው። ይህ መጥፋት E በኩብቱ ውፍረት x እና በሟሟው ማጎሪያ ሐ ላይ (በመስመር) ላይ የተመሠረተ ነው። ስለዚህ ፣ E = k * c * x ከ k ጋር እንደ ሞላር መምጠጥ ቅንጅት። የመጥፋት E ን ለመወሰን እርስዎ እኔ እና I0 ብቻ ያስፈልግዎታል ፣ ምክንያቱም E = lg (I0 / I)። መጠኑ ሲቀነስ ፣ ለምሳሌ ፣ 10%፣ የመጥፋት E = 1 (10 ^ -1)። ወደ 1%ብቻ በመዳከም ፣ E = 2 (10 ^ -2)።

አንድ ኢ ን እንደ ማጎሪያ ሐ ተግባር ከሆነ ፣ በዜሮ ነጥብ በኩል የሚያድግ ቀጥተኛ መስመር ለማግኘት እንጠብቃለን።

ከእኔ የመጥፋት ኩርባ እንደምትመለከቱት ፣ መስመራዊ አይደለም። ከፍ ባለ ክምችት ላይ ፣ በተለይም ከ 0.25 ከሚበልጡ ስብስቦች ይርገበገባል። ይህ ማለት በላምበርት-ቢራ ሕግ መሠረት ከሚጠበቀው በታች ነው ማለት ነው። ሆኖም ፣ ዝቅተኛ ምጣኔዎችን ብቻ ከግምት ውስጥ በማስገባት ፣ ለምሳሌ በ 0 እና 0.25 መካከል ፣ በማጎሪያ ሐ እና በመጥፋቱ መካከል በጣም ጥሩ የመስመር ግንኙነትን ያስከትላል በዚህ ክልል ውስጥ ፣ ያልታወቀ ማጎሪያ ሲ ከተለካው መጥፋት E. ሊወስን ይችላል። ፣ የተከማቸ የፖታስየም ፐርጋናንታን የመጀመሪያ መጠን ስላልወሰንኩ ፣ ማጎሪያው የዘፈቀደ አሃዶች ብቻ አሉት (እሱ በእኔ ሁኔታ በኩሽና-ልኬቴ ሊለካ የማይችል ሚሊግራም ብቻ ነበር ፣ ለ 4 ሚሊ ሜትር ውሃ ውስጥ ተበታተነ። መፍትሄ)።

ደረጃ 5 መደምደሚያዎች

ይህ የፎቶሜትር በተለይ ለፊዚክስ እና ለኬሚስትሪ ትምህርቶች ተስማሚ ነው። አጠቃላይ ወጪው 60 ዩሮ = 70 ዶላር ብቻ ነው። የተለያየ ቀለም ያላቸው ኤልኢዲዎች በጣም ውድ ክፍል ናቸው። በ ebay ወይም aliexpress ላይ በርካሽ ርካሽ ኤልኢዲዎችን ያገኛሉ ነገር ግን ብዙውን ጊዜ ኤልዲዎቹ የትኞቹ የሞገድ ርዝመቶች እንዳሉ አያውቁም። በዚህ መንገድ የታየ ፣ ከልዩ ባለሙያ ቸርቻሪ መግዛት ይመከራል።

በዚህ ትምህርት ውስጥ ስለ ፈሳሾች ቀለም እና ስለ መምጠጥ-ባህርይ ፣ ስለ አስፈላጊው ክሎሮፊል ፣ ስለ ላምበርት-ቢራ ሕግ ፣ ትርጓሜዎች ፣ ማስተላለፍ እና መምጠጥ ፣ የፐርሰንት ስሌት እና የሚታዩ ቀለሞች ሞገድ ርዝመቶች መካከል ስላለው ግንኙነት አንድ ነገር ይማራሉ። ይህ በጣም ብዙ ይመስለኛል…

ስለዚህ ይህንን ፕሮጀክት በትምህርትዎ እና በዩሬካ ውስጥ በማድረጉ ይደሰቱ!

በመጨረሻ ግን በክፍል-ሳይንስ-ውድድር ውስጥ ለእኔ ድምጽ ቢሰጡኝ በጣም ደስ ይለኛል። ለዚያ አመሰግናለሁ…

እና ለተጨማሪ የፊዚክስ ሙከራዎች ፍላጎት ካለዎት ፣ የእኔ የዩቲዩብ-ሰርጥ እዚህ አለ

www.youtube.com/user/stopperl16/videos?

ተጨማሪ የፊዚክስ ፕሮጄክቶች