Page 1
3B SCIENTIFIC
Gerätesatz Lichtgeschwindigkeitsmessung U8476460
Bedienungsanleitung
02/08 TL
®
PHYSICS
1. Sicherheitshinweise
Das Gerät entspricht den Sicherheitsbestimmungen
für elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und Laborgeräte nach DIN EN 61010 Teil 1 und ist nach Schutzklasse I aufgebaut. Es ist für den Betrieb in trockenen Räumen vorgesehen, welche für elektrische
Betriebsmittel oder Einrichtungen geeignet sind.
Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch ist der sichere Betrieb des Gerätes gewährleistet. Die Sicherheit
ist jedoch nicht garantiert, wenn das Gerät unsachgemäß bedient oder unachtsam behandelt wird.
Wenn anzunehmen ist, dass ein gefahrloser Betrieb
nicht mehr möglich ist, ist das Gerät unverzüglich
außer Betrieb zu setzen (z.B. bei sichtbaren Schä-
den) und gegen unbeabsichtigten Betrieb zu sichern.
• Vor der Erstinbetriebnahme überprüfen, ob
das Gerät für die ortsübliche Netzspannung
ausgelegt ist.
• Vor Versuchsbeginn Grundgerät auf Beschädi-
gungen untersuchen.
• Bei sichtbaren Schäden oder Funktionsstörun-
gen ist das Gerät unverzüglich außer Betrieb zu
setzen.
• Gerät nur an Steckdosen mit geerdetem Schutz-
leiter anschließen.
• Gerät nur durch eine Elektrofachkraft öffnen
lassen.
1
Page 2
2. Beschreibung
Der Gerätesatz U8476460 dient zur Bestimmung
der Lichtgeschwindigkeit durch elektronische Laufzeitmessung.
Von einer Lichtquelle (LED) gelangen extrem kurze
Lichtimpulse über einen Strahlteiler auf zwei Fotowandler, deren nachgeschaltete Verstärker Spannungsimpulse für eine oszillografische Auswertung
an die Geräteausgänge “A” und “B” liefern. Der
Ausgang “B” führt das Referenzsignal, während am
Ausgang “A” das um die Lichtlaufzeit zwischen
Sender, Spiegel und Empfänger verzögerte Messsignal bereitgestellt wird. Die Strahltriggerung des
Oszilloskops erfolgt durch einen Impuls von Ausgang “C”.
Der Gerätesatz U8476460-115 ist für eine Netzspannung von 115 V (±10 %) ausgelegt, U8476460230 für 230 V (±10 %).
3. Lieferumfang
1 Grundeinheit einschließlich Sender, Empfänger
und eingebauter Netzversorgung
1 Fresnellinse auf Stiel
1 Triple-Prismen-Reflektor auf Stiel
3 BNC-Kabel
3. Technische Daten
Grundgerät
Lichtsender: LED
Pulsfrequenz: ca. 30 kHz
Leistungsaufnahme: ca. 3 W
Spannung: 115/230 V, 50/60 Hz
Abmessungen: 103 x 56 x 175 mm
Stiel: 150 mm x 10 mm Ø
Masse: ca. 1 kg
Linse
Fresneloptik: f = 375 mm
Linsenfläche: 245 mm x 245 mm
Abmessungen: 285 mm x 285 mm
Stiel: 54 mm x 10 mm Ø
Masse: ca. 200 g
Spiegel
Bauart: Mikroprismenspiegel
Spiegeldurchmesser: ca. 100 mm
Abmessungen: 170 x 170 x 40 mm
Stiel: 54 mm x 10 mm Ø
4. Bedienung
4.1 Versuchsaufbau
Grundgerät und Fresnellinse werden entsprechend
Fig. 1 auf die Reiter einer optischen Bank montiert
und mit dem Mikroprismenspiegel auf eine optische Achse gebracht.
Die minimale Entfernung von Grundgerät und
Linse (Abstand a) ist etwa f, die Brennweite der
Linse. Der Abstand b wäre im Fall a = f unendlich.
fa
⋅
b
=
fa
−
Der minimale Abstand zwischen Sender und Spiegel liegt bei ca. 150 cm und mittiger Linsenstellung.
Mit zunehmender Entfernung des Reflektors verringert sich der optimale Abstand a bis auf ca. 37
cm, wobei dann b gegen unendlich geht.
Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sollte besonders auf hinreichende Genauigkeit der horizontalen und vertikalen Ausrichtung von Grundgerät und
Linse geachtet werden.
Die Projektion des roten Leuchtflecks auf den Reflektor ist aus der dargestellten Position gut sichtbar und bis zu einer Entfernung von ca. 8 m noch
vollständig auf dem Reflektorsegment abgebildet.
Die Ausgänge “A” und “B” des Grundgerätes werden
über HF-Leitungen gleicher Länge und gleicher
Impedanz an die Y-Eingänge eines Oszilloskops
angeschlossen (Fig. 2).
Die Synchronisation sollte am Oszilloskop auf “ext”
eingestellt werden. Der Sychronisationsimpuls
kommt von Ausgang “C”.
Um einen hohen Anteil an reflektiertem Licht zu
empfangen, müssen Fresnellinse und ggf. auch
Mikroprismenspiegel noch einmal genau ausgerichtet werden. Hilfreich zur korrekten Justierung
ist der Blick aus der Position des Grundgerätes auf
den Spiegel. Ist die Einstellung optimal, zeigt sich
auf dem Spiegel die fokussierte Leuchtfläche des
Lichtsenders.
Bei Versuchsanordnungen mit größeren Distanzen
(a + b) bzw. ungünstigen Lichtverhältnissen kann
das Suchen aus der Spiegelposition vorteilhaft sein.
Hierbei begibt sich eine Person mit dem Kopf unmittelbar vor den Mikroprismenspiegel und blickt
durch die Linse dem Lichtsender entgegen. Durch
Veränderung der Kopfposition kann der Strahl
gesucht und mühelos gefunden werden. Linse oder
Spiegel sind daraufhin leichter zu korrigieren.
4.2 Externe Synchronisation
Buchse “C” führt einen vom Lichtsender ausgekoppelten Synchronimpuls, welcher dem Impulspaar
(Referenzimpuls und Messimpuls an Buchse “A”
bzw. an Buchse “B”) um 60 ns “vorauseilt”. Durch
diese Maßnahme können auch ältere Oszilloskope
2
Page 3
mit Bandbreiten über 20 MHz für diesen Versuch
Verwendung finden.
4.3 Einstellungen am Oszilloskop
Mode: (Zweikanalbetrieb)
Empfindlichkeit: Y1 / Y2 auf 100 mmV/DIV
Ablenkung: kleinstmöglicher Wert
z.B. 50 ns/DIV
Triggerung extern: “EXT” (Synchronimp. von
C)
(für Oszilloskope mit Bandbreiten von weniger als
100 MHz empfohlen)
Der Messimpuls von Ausgang “A” ist zunächst durch
feinfühliges Positionieren der Versuchskomponenten auf Maximalwert zu bringen.
Bei optimierter Positionierung von Spiegel und
Linse kann bis zu einer Entfernung von 8 m die
Amplitude des Messsignals größer als die des Referenzsignals sein. In diesem Fall ist durch geringfügiges Drehen der Linse aus der “Optimalposition”
Zum Ablesen bzw. Bewerten der Verzögerungszeit
zwischen “A” und “B” (Laufzeit des Lichtes) müssen
beide Maxima auf gleiche Höhe gebracht werden.
Einstellung erfolgt mit einem der beiden “Y-Pos”Regler am Oszilloskop.
4.4 Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit
Der Quotient aus dem zurückgelegten Weg des
Lichtes und der Laufzeit des Lichtes ist die Lichtgeschwindigkeit c.
Für den Weg wird die doppelte Entfernung zwischen Lichtsender und Spiegel angesetzt, da der
ausgesendete Lichtimpuls diese Strecke zweimal
durchläuft.
Die Laufzeit des Lichtes ist am Oszilloskop als horizontale Distanz zwischen den beiden Impulsmaxima abzulesen.
eine Übereinstimmung der Amplituden von “A”
und “B” erzielbar.
Fig. 1 Versuchsaufbau A Mikroprismenspiegel, B Fresnellinse, C Optische Bank, D Grundgerät
Fig.2. Kabelverbindung zwischen Grundgerät und Oszilloskop
3
Page 4
Fig. 3: Messsignal
(Y1 > 50 mV/DIV, Y2 = 100 mV/DIV., t = 50 ns/DIV)
Elwe Didactic GmbH • Steinfelsstr. 6 • 08248 Klingenthal • Deutschland • www.elwedidactic.com
3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Deutschland • www.3bscientific.com
Technische Änderungen vorbehalten
© Copyright 2008 3B Scientific GmbH
Page 5
3B SCIENTIFIC
®
PHYSICS
Equipment set for measuring the speed of light U8476460
Instruction sheet
02/08 TL
1. Safety instructions
The equipment set conforms to safety regulations
for electrical measuring, control, monitoring and
laboratory equipment, as specified under
DIN EN 61010, section 1, and is designed to be
classified as protection class I equipment. It is intended for operation in a dry environment suitable
for the operation of electrical equipment and systems.
Safe operation of the equipment is guaranteed,
provided it is used correctly. However, there is no
guarantee of safety if the equipment is used in an
improper or careless manner. If it is deemed that
the equipment can no longer be operated without
risk (e.g. visible damage has occurred), the equip-
ment should be switched off immediately and
secured against any unintended use.
• Before putting the equipment into operation,
confirm it is compatible with the local mains
voltage.
• Before setting starting any experiments, check
the basic unit for any damage.
• In the event of any malfunction/defect or visi-
ble damage, switch off the equipment immediately and secure it against any unintentional
use.
• The instrument may only be connected to the
mains via a socket that has an earth connection.
• The equipment may only be opened/repaired
by qualified and trained personnel.
1
Page 6
2. Description
Equipment set U8476460 is used for determining
the speed of light by electronically measuring the
time it takes to travel a certain path.
Extremely short light pulses are transmitted from
an LED light source via a beam splitter before finally reaching two photo-voltaic converters connected to two amplifiers that send voltage pulses to
outputs “A” and “B” for evaluation on an oscilloscope. Output “B” provides the reference signal
while output “A” outputs a signal that is delayed by
the time it takes for light to travel from the source
to the mirror and back to the detector. The oscilloscope can be triggered via a pulse from output “C”.
The equipment set U8476460-115 is for operation
with a mains voltage of 115 V (±10%), and the unit
U8476460-230 is for operation with a mains voltage
of 230 V (±10%).
3. Scope of delivery
1 Basic unit including light emitter, receiver and
integrated power supply
1 Fresnel lens on stem
1 Triple prism reflector on stem
3 BNC cables
3. Technical data
Basic unit
Light emitter: LED
Pulse rate: 30 kHz approx.
Power input: 3 W approx.
Voltage: 115/230 V, 50/60 Hz
Dimensions: 103 x 56 x 175 mm
3
Stem: 150 mm x 10 mm diam.
Weight: 1 kg approx.
Lens
Fresnel lens: f = 375 mm
Lens surface: 245 mm x 245 mm
Dimensions: 285 mm x 285 mm
Stem: 54 mm x 10 mm diam.
Weight: 200 g approx.
Mirror
Design: Micro-prism mirror
Mirror diameter: 100 mm approx.
Dimensions: 170 x 170 x 40 mm
3
Stem: 54 mm x 10 mm diam.
4. Operation
4.1 Experiment set-up
The basic unit and the Fresnel lens are mounted on
riders along an optical bench and should be
aligned together with the microprism along the
optical axis.
The minimum distance between the basic unit and
the lens (distance a) should be approximately f, the
focal length of the lens. If a = f, then distance b
would be infinity.
fa
⋅
b
=
fa
−
The minimum distance between the light emitter
and the mirror should be approximately 150 cm if
the lens is positioned in the middle. If the distance
to the reflector is increased, then the ideal distance
for a comes down towards approximately 37 cm.
Distance b then tends towards infinity.
To achieve optimum results, take special care to
maintain sufficient accuracy in the horizontal and
vertical alignment of the basic unit and the lens.
The red spot projected onto the reflector is clearly
visible in the position illustrated and it continues
to appear in full on the reflector segment even at a
distance of up to approximately 8 m.
Outputs “A” and “B” of the basic unit are connected
to the Y inputs of the oscilloscope via highfrequency leads of equal length and equal impedance (see Fig. 2).
The synchronising trigger for the oscilloscope
should be set to “ext”. A synchronising trigger
pulse is provided by output “C”.
In order to receive a high proportion of reflected
light, the Fresnel lens and, if necessary, the microprism mirror should be realigned so that they are
precisely in line. It helps when making the adjustment to look along the line to the mirror from the
basic unit. The setting is optimal when the light
beam from the source is clearly visible, focussed on
the surface of the mirror.
In an experimental set-up involving greater distances (a + b) or unfavourable lighting conditions,
it may be easier to pick out the beam from the
position of the mirror. This means putting your
head just in front of the mirror and moving it till
you can see the light source through the lens. This
should enable you to adjust the lens and the mirror more easily.
4.2 External synchronisation
Socket “C” outputs a synchronising trigger pulse
which is coupled to the light beam and precedes
the two beam pulses (reference pulse and test
pulse) from output “A” and output “B” by 60 ns.
This method allows older oscilloscope models to be
2
Page 7
used for this experiment as long as their bandwidths are over 20 MHz.
4.3 Oscilloscope settings
Mode: Dual channel operation
Sensitivity: Y1/Y2 at 100 mV/DIV
Time base: Minimum value, e.g.
50 ns/DIV
External triggering: “EXT” (trigger from C)
(recommended for oscilloscopes with bandwidths
of less than 100 MHz)
The test pulse from output “A” should first be optimised to a maximum value by carefully positioning the components required for the experiment.
If the mirror and the lens are optimally positioned,
the amplitude of the test signal can be greater than
that of the reference signal for a distance of up to
8 m. This being the case, it is then possible to make
the amplitudes from outputs “A” and “B” roughly
equal by turning the lens very slightly from its
“ideal position”.
In order to measure or evaluate the delay between
“A” and “B” (time taken for light to travel the path),
both of the pulse maxima should be adjusted to
about the same height. This can be set by adjusting
one of the two “Y position” (Y-POS) knobs on the
oscilloscope.
4.4 Determining the speed of light
The speed of light c is simply given by the length of
the path travelled by the light divided by the time
the light takes to cover it.
The length of the beam path is double the distance
from the light emitter to the mirror since the light
travels this distance twice, there and back.
The time taken for the light to travel this distance
is read off from the oscilloscope by measuring the
distance between the maxima of the two pulses.
Fig. 1: Experiment set-up: A Microprism mirror, B Fresnel lens, C Optical bench, D Basic unit
Fig. 2: Connections between the basic unit and the oscilloscope
3
Page 8
Fig. 3: Measured signal
(Y1 > 50 mV/DIV, Y2 = 100 mV/DIV., t = 50 ns/DIV)
Elwe Didactic GmbH • Steinfelsstr. 6 • 08248 Klingenthal • Germany • www.elwedidactic.com
3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Germany • www.3bscientific.com
Subject to technical amendments.
© Copyright 2008 3B Scientific GmbH
Page 9
3B SCIENTIFIC® PHYSICS
Ensemble d'appareils permettant de mesurer la vitesse de la
lumière U8476460
Instructions d’utilisation
02/08 TL
1. Consignes de sécurité
Ce dispositif répond aux dispositions relatives à la
sécurité de la norme NF EN 61010 — Règles de
sécurité pour appareils électriques de mesurage, de
régulation et de laboratoire - Partie1 : prescriptions
générales. Sa construction correspond à la Classe
de protection I. Ce dispositif est prévu pour une
exploitation dans des locaux secs, convenant à des
matériels ou dispositifs électriques.
Un emploi correspondant à l’usage prévu garantit
le fonctionnement fiable du dispositif. La sécurité
ne peut toutefois plus être garantie si le dispositif
est incorrectement manié ou s'il est traité avec
négligence. S'il est présumé qu'un fonctionnement
sans danger du dispositif n'est plus possible, ce
dernier devra être immédiatement mis hors service
(en cas de dommages visibles, par exemple) et être
protégé contre une utilisation accidentelle.
• Avant la première mise en service, assurez-vous
que le dispositif s'adapte à la tension secteur
locale.
• Avant de débuter l'essai expérimental, il est
indispensable de vérifier que l'appareil de base
ne présente aucune détérioration.
• En cas de dommages visibles ou de défaillances
fonctionnelles, le dispositif devra être
immédiatement mis hors service.
• Ne branchez l'appareil qu'à des prises de
courant avec mise à la terre du neutre.
• Seul un spécialiste en électricité devra se
charger d'ouvrir le dispositif.
1
Page 10
2. Description
L'ensemble d'appareils U8476460 sert à définir la
vitesse de la lumière par une mesure électronique
du temps de propagation.
En passant par un séparateur de faisceau, des
impulsions lumineuses extrêmement courtes
venant d'une source lumineuse (LED) arrivent à
deux convertisseurs photo, dont les amplificateurs
en aval fourniront des impulsions de tension aux
sorties de l'appareil « A » et « B », ces impulsions
servant à une analyse oscillographique. La sortie
« B » amène le signal de référence ; le signal de
mesure — avec un retard égal au temps de
propagation de la lumière entre l'émetteur, le
miroir et le récepteur — étant fourni à la sortie
« A ». Le déclenchement du faisceau de
l'oscilloscope s'effectue par une impulsion de sortie
« C ».
L'ensemble d'appareils U8476460-115 est prévue
pour une tension secteur de 115 V (±10 %) et
U8476460-230 pour une tension secteur de 230 V
(±10 %).
3. Étendue de la livraison
1 Unité de base comprenant également
l'émetteur, le récepteur et l'appareil
d'alimentation intégré
1 Lentille de Fresnel en monture
1 Réflecteur triple prisme en monture
3 Câble BNC
3. Caractéristiques techniques
Appareil de base
Émetteur de lumière : LED
Fréquence d'impulsions :d'environ 30 kHz
Puissance absorbée : d'environ 3 watts
Tension : 115 - 230 V, 50 - 60 Hz
Dimensionnements : 103 x 56 x 175 mm
3
Monture : 150 mm x 10 mm Ø
Poids : d'environ 1 kg
Lentille
Optique de Fresnel : f = 375 mm
Surface de la lentille : 245 mm x 245 mm
Dimensionnements : 285 mm x 285 mm
Monture : 54 mm x 10 mm Ø
Poids : d'environ 200 g
Miroir
Type : Miroir en verre à
microprismes
Diamètre du miroir : d'environ 100 mm
Dimensionnements : 170 x 170 x 40 mm
3
Monture : 54 mm x 10 mm Ø
4. Manipulation
4.1 Dispositif expérimental
L'appareil de base et la lentille de Fresnel seront
montés sur les cavaliers d'un banc optique,
conformément à la 1ère illustration, et placés avec
le miroir en verre à microprismes sur un axe
optique.
L'écart minimal de l'appareil de base et de la
lentille (écart a) est environ f, la distance focale de
la lentille. Au cas a = f, l'écart b serait égal à
l'infini.
fa
⋅
b
=
fa
−
L'écart minimal entre l'émetteur et le miroir se
trouve à environ 150 cm et à une position médiane
de la lentille. Si la distance par rapport au
réflecteur augmente, l'écart optimal a se réduit
alors à environ 37 cm, b tendant alors vers l'infini.
Afin d'obtenir des résultats optimaux, il faudra
faire particulièrement attention à une précision
suffisante des alignements horizontal et vertical de
l'appareil de base et de la lentille.
La projection de la tache lumineuse rouge sur le
réflecteur est bien visible depuis la position
illustrée ; elle est encore entièrement projetée sur
le segment du réflecteur jusqu'à une distance
d'environ 8 m.
Les sorties « A » et « B » de l'appareil de base seront
raccordées aux entrées Y d'un oscilloscope en
utilisant des lignes HF de la même longueur et de
la même impédance (Illustration 2).
Sur l'oscilloscope, la synchronisation devrait être
réglée à « ext ». L'impulsion de synchronisation
vient de la sortie « C ».
Afin de recevoir un taux important de lumière
réfléchie, il faudra encore une fois aligner
exactement la lentille de Fresnel et éventuellement
le miroir en verre à microprismes. Pour un ajustage
correct, il sera utile de regarder dans le miroir
depuis la position de l'appareil de base. Si le
réglage est optimal, la surface lumineuse focalisée
de l'émetteur de lumière est visible sur le miroir.
Dans le cas de dispositions de l'essai expérimental
où les distances (a + b) sont grandes ou sous des
conditions lumineuses défavorables, il pourra être
avantageux de faire une visée depuis la position du
miroir. Une personne se plaçant alors avec sa tête
directement devant le miroir en verre à
microprismes et regardant en direction de
l'émetteur de lumière à travers la lentille. Une
modification de la position prise par la tête
permettra de chercher et de trouver facilement le
faisceau. Il sera ensuite plus facile de corriger la
lentille ou le miroir.
2
Page 11
4.2 Synchronisation externe
Le connecteur femelle « C » amène une impulsion
de synchronisation découplée de l'émetteur de
lumière, qui « est en avance » de 60 ns par rapport
à la paire d'impulsions (impulsion de référence
plus impulsion de mesure sur le connecteur
femelle « A » ou sur le connecteur femelle « B »).
Dans le cadre de cet essai expérimental, il sera
également possible de mettre en œuvre — grâce à
cette mesure — des modèles plus anciens
d'oscilloscope aux bandes passantes supérieures à
20 MHz.
4.3 Réglages de l'oscilloscope
Mode : (fonctionnement à deux
canaux)
Sensibilité : Y1 / Y2 à 100 mm V/DIV
Déflexion : la plus petite valeur
possible, par exemple 50
ns/DIV
Déclenchement externe : « EXT » (impulsion de
synchronisation de C)
(recommandé pour des oscilloscopes dont les
bandes passantes sont inférieures à 100 MHz)
Il faudra d'abord amener l'impulsion de mesure de
la sortie « A » à sa valeur maximale, en
positionnant soigneusement les composantes de
l'essai expérimental.
Si le miroir et la lentille sont optimalement
positionnés, l'amplitude du signal de mesure
pourra être supérieure à celle du signal de
référence jusqu'à une distance de 8 m. Dans ce cas,
il est possible d'obtenir une correspondance entre
les amplitudes de « A » et de « B » en tournant
légérement la lentille depuis la « position
optimale ».
Pour la lecture ou l'évaluation du temps de retard
entre « A » et « B » (temps de propagation de la
lumière), il faudra amener les deux valeurs
maximales à la même hauteur. Le réglage
s'effectue à l'aide de l'un des deux régulateurs « YPos » de l'oscilloscope.
4.4 Détermination de la vitesse de la lumière
La vitesse de la lumière c est représentée par le
quotient du chemin parcouru par la lumière et du
temps de propagation de cette dernière.
Pour le chemin, il sera appliqué la distance double
entre l'émetteur de lumière et le miroir,
l'impulsion lumineuse émise traversant deux fois
cette longueur.
Le temps de propagation de la lumière se lira sur
l'oscilloscope en tant que distance horizontale
entre les deux valeurs maximales d'impulsion.
ère
1
illustration : dispositif expérimental, A : miroir en verre à microprismes, B : lentille de Fresnel, C : banc optique, D :
appareil de base
3
Page 12
ème
2
illustration : Connexion par câble entre l'appareil de base et l'oscilloscope
ème
illustration : Signal de mesure
3
(Y1 > 50 mV/DIV, Y2 = 100 mV/DIV., t = 50 ns/DIV)
Elwe Didactic GmbH ▪ Steinfelsstr. 6 ▪ 08248 Klingenthal ▪ Allemagne ▪ www.elwedidactic.com
3B Scientific GmbH ▪ Rudorffweg 8 ▪ 21031 Hamburg ▪ Allemagne ▪ www.3bscientific.com
Sous réserve de modifications techniques
© Copyright 2008 3B Scientific GmbH
Page 13
3B SCIENTIFIC
®
PHYSICS
Set di apparecchi per la misurazione della velocità della luce
U8476460
Istruzioni per l'uso
02/08 TL
1. Avvertenze per la sicurezza
L’apparecchio risponde alle disposizioni di
sicurezza per apparecchi elettrici di misura, di
comando, di regolazione e da laboratorio della
norma DIN EN 61010 parte 1 ed è realizzato in base
alla classe di protezione I. L’apparecchio è pensato
per l’utilizzo in ambienti asciutti, adatti per
strumenti o dispositivi elettrici.
Un utilizzo conforme garantisce il funzionamento
sicuro dell'apparecchio. La sicurezza non è tuttavia
garantita se l'apparecchio non viene utilizzato in
modo appropriato o non viene trattato con cura. Se
si ritiene che non sia più possibile un
funzionamento privo di pericoli, l’apparecchio
deve essere messo immediatamente fuori servizio
(p. es. in caso di danni visibili) e al sicuro da ogni
funzionamento involontario.
•
Prima della prima messa in funzione
controllare se l'apparecchio è predisposto per
la tensione di rete locale.
• Prima di iniziare l'esperimento controllare
l'apparecchio di base per verificare l'eventuale
presenza di danni.
• In caso di danni visibili o di disturbi nel
funzionamento mettere l'apparecchio fuori
servizio.
• Collegare l'apparecchio solo a prese con
conduttore di protezione collegato a terra.
Fare aprire l'apparecchio solo da un elettricista
•
specializzato.
1
Page 14
2. Descrizione
Il set di apparecchi U8476460 serve per
determinare la velocità della luce tramite
misurazione elettronica della durata.
Gli Impulsi di luce estremamente brevi emessi da
una fonte di luce (LED) raggiungono tramite un
divisore di fascio due fototrasduttori, il cui
amplificatore collegato a valle invia degli impulsi
di tensione per una valutazione oscillografica alle
uscite “A” e “B” dell'apparecchio. L'uscita “B”
produce il segnale di riferimento, mentre
sull'uscita “A” viene preparato il segnale di
misurazione ritardato del tempo di transito tra
trasmettitore, specchio e ricevitore. Il triggering del
fascio dell'oscilloscopio avviene mediante un
impulso proveniente dall'uscita “C”.
Il set di apparecchi U8476460-115 è progettato per
una tensione di rete di 115 V (±10 %), U8476460230 per 230 V (±10 %).
3. Fornitura
1 Unità di base comprendente trasmettitore,
ricevitore e alimentatore integrato
1 Lente di Fresnel su asta
1 Riflettore a prisma triplo, su asta
3 Cavo BNC
3. Dati tecnici
Unità di base
Trasmettitore di luce: LED
Frequenza impulsi: ca. 30 kHz
Assorbimento di potenza: ca. 3 W
Tensione: 115/230 V, 50/60 Hz
Dimensioni: 103 x 56 x 175 mm
3
Asta: 150 mm x 10 mm Ø
Peso: ca. 1 kg
Lente
Ottica Fresnel: f = 375 mm
Superficie della lente: 245 mm x 245 mm
Dimensioni: 285 mm x 285 mm
Asta: 54 mm x 10 mm Ø
Peso: ca. 200 g
Specchio
Tipo di costruzione: Specchio a microprismi
Diametro dello specchio: ca. 100 mm
Dimensioni: 170 x 170 x 40 mm
Asta: 54 mm x 10 mm Ø
3
4. Utilizzo
4.1 Comandi
L'unità di base e la lente Fresnel vengono montate
come illustrato nella Fig. 1 sui cursori di un banco
ottico e portate su un asse ottico con lo specchio a
microprismi.
La distanza minima di unità di base e lente
(distanza a) è all'incirca f, ossia la distanza focale
della lente. La distanza b sarebbe nel caso a = f
all'infinito.
fa
⋅
b
=
fa
−
La distanza minima tra trasmettitore e specchio è
all'incirca di 150 cm, con posizione della lente al
centro. Allontanando progressivamente il riflettore,
la distanza ottimale a diminuisce fino a circa 37
cm, mentre b si sposta verso l'infinito.
Per ottenere risultati ottimali, occorre prestare
particolare attenzione ad una adeguata precisione
dell'allineamento orizzontale e verticale dell'unità
di base e della lente.
La proiezione della macchia di luce rossa sul
riflettore è ben visibile dalla posizione raffigurata e
ancora completamente rappresentata sul segmento
del riflettore fino ad una distanza di circa 8 m.
Le uscite “A” e “B” dell'unità di base vengono
collegate tramite cavi HF di uguale lunghezza e di
uguale impedenza alle entrate Y di un oscilloscopio
(Fig. 2).
Sull'oscilloscopio la sincronizzazione dovrebbe
essere impostata su “ext”. L'impulso della
sincronizzazione arriva dall'uscita “C”.
Per ricevere un'alta percentuale di luce riflessa, le
lenti Fresnel ed evtl. anche lo specchio a
microprismi devono essere riallineati con
precisione. Per una corretta regolazione è utile
guardare lo specchio dalla posizione dell’unità di
base. Se la regolazione è ottimale, lo specchio
riflette la superficie luminosa focalizzata del
trasmettitore di luce.
In caso di allestimenti sperimentali con distanze
maggiori (a + b) e/o in condizioni di luce
sfavorevoli può essere utile eseguire la ricerca dalla
posizione dello specchio. In questo caso una
persona si mette con la testa direttamente davanti
allo specchio del microscopio e guarda il
trasmettitore di luce attraverso la lente.
Cambiando la posizione della testa è possibile
cercare il fascio e trovarlo senza difficoltà. Lente e
specchio dovranno quindi essere leggermente
corretti.
4.2 Sincronizzazione esterna
La presa “C” produce un impulso sincrono
disaccoppiato dal trasmettitore luminoso, che
„anticipa“ la coppia di impulsi (impulso di
2
Page 15
riferimento ed impulso di misurazione sulla presa
“A” o sulla presa “B”) di 60 ns. Grazie a questa
misura possono essere utilizzati per questo
esperimento anche oscilloscopi più vecchi con
ampiezze di banda superiori a 20 MHz.
4.3 Impostazioni dell’oscilloscopio
Modalità: (funzionamento a due canali)
Sensibilità: Y1 / Y2 su 100 mmV/DIV
Deflessione: Valore minimo possibile
ad es. 50 ns/DIV
Triggering esterno: “EXT” (Imp. sincron. di C)
(raccomandato per oscilloscopi con ampiezze di
banda inferiori a 100 MHz)
Mediante un posizionamento estremamente
sensibile dei componenti dell’esperimento
l’impulso dell’uscita “A” deve essere portato
inizialmente sul valore massimo.
Con un posizionamento ottimizzato di specchio e
lente, fino ad una distanza di 8 m, l’ampiezza del
segnale di misurazione può essere maggiore di
quella del segnale di riferimento. In questo caso
con una minima rotazione della lente rispetto alla
“posizione ottimale” è possibile raggiungere una
coincidenza delle ampiezze di “A” e “B”.
Per una lettura e/o valutazione del tempo di
ritardo tra “A” e “B” (durata della luce) i due valori
massimi devono essere portati alla stessa altezza.
Per l’impostazione vengono utilizzati i due
regolatori di “Pos.Y” sull’oscilloscopio.
4.4 Determinazione della velocità della luce
Il quoziente ottenuto dal percorso effettuato dalla
luce e dalla durata della luce è la velocità della
luce c.
Per il percorso viene applicata la distanza doppia
tra il trasmettitore luminoso e lo specchio, in
quanto l’impulso luminoso emesso ha percorso il
tratto due volte.
La durata della luce deve essere letta
sull’oscilloscopio come distanza orizzontale tra i
due massimi dell’impulso.
Fig. 1: Struttura dell’esperimento A Specchio a microprismi, B Lente Fresnel, C Banco ottico, D Unità di base
3
Page 16
Fig.2: Collegamento cavi tra unità di base ed oscilloscopio
Fig. 3: Segnale di misurazione
(Y1 > 50 mV/DIV, Y2 = 100 mV/DIV., t = 50 ns/DIV)
Elwe Didactic GmbH • Steinfelsstr. 6 • 08248 Klingenthal • Germania • www.elwedidactic.com
3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Amburgo • Germania • www.3bscientific.com
Con riserva di modifiche tecniche
© Copyright 2008 3B Scientific GmbH
Page 17
3B SCIENTIFIC
®
PHYSICS
Equipo para la medición de la velocidad de la luz U8476460
Instrucciones de uso
02/08 TL
1. Avisos de seguridad
El aparato cumple con las prescripciones de
seguridad para equipos de medición, control,
regulación y laboratorio, estipuladas en la norma
DIN EN 61010, parte 1 y su diseño pertenece a la
clase de protección I. Ha sido previsto para
funcionar en recintos secos, aptos para los medios
de servicio eléctricos o instalaciones eléctricas.
La utilización acorde con lo determinado garantiza
el funcionamiento seguro del equipo. No obstante,
la seguridad no está garantizada si el equipo se
utiliza de manera inapropiada o si se lo manipula
descuidadamente. Si existen indicios de que ya no
es posible un funcionamiento libre de peligros, el
equipo se debe poner fuera de servicio
inmediatamente (por ejemplo, si presentara daños
visibles) y se debe asegurar que no pueda volver a
ponerse en funcionamiento por alguna acción
involuntaria.
• Antes de la primera puesta en marcha se debe
observar que el equipo se encuentre ajustado
al valor de tensión de la red local.
• Antes de iniciar la experimentación, se debe
comprobar que el equipo básico no presente
daños.
• En el caso de que se presenten daños visibles o
perturbaciones en el funcionamiento, el
equipo se debe poner inmediatamente fuera
de servicio.
• El aparato se conecta sólo en enchufes con un
conductor de protección conectado a la tierra.
• Sólo personal instruido en electrotecnia está
autorizado a abrir el equipo.
1
Page 18
2. Descripción
El equipo U8476460 sirve para determinar la
velocidad de la luz midiendo electrónicamente el
tiempo que ésta necesita para cubrir un recorrido
determinado.
Los impulsos luminosos extremadamente cortos
que emite una fuente (LED), atraviesan un divisor
de haz para llegar a dos convertidores
fotovoltaicos, a los que se encuentran conectados
amplificadores que a su vez suministran los
impulsos de tensión que permitirán una evaluación
oscilográfica de las salidas “A” y “B” del equipo. La
salida “B” conduce la señal de referencia, mientras
que la salida “A” proporciona la señal de medición
retardada por el tiempo que necesitó la luz para ir
del emisor al espejo hasta llegar al receptor. El
disparo del osciloscopio se realiza por medio de un
pulso de la salida “C”.
El equipo U8476460-115 está dimensionada para
una tensión de red de 115 V (±10 %) resp.
U8476460-230 para 230 V (±10 %).
3. Volumen de suministro
1 unidad básica, que incluye emisor, receptor y
fuente de alimentación incorporada
1 lente de Fresnel con vástago
1 reflector de prisma triple con vástago
3 cables BNC
3. Datos técnicos
Equipo básico
Emisor de luz: LED
Frecuencia de pulso: aprox. 30 kHz
Consumo de potencia: aprox. 3 W
Tensión: 115/230 V, 50/60 Hz
Dimensiones: 103 x 56 x 175 mm
3
Vástago: 150 mm x 10 mm Ø
Peso: aprox. 1 kg
Lentes
Lente de Fresnel: f = 375 mm
Superficie de lente: 245 mm x 245 mm
Dimensiones: 285 mm x 285 mm
Vástago: 54 mm x 10 mm Ø
Peso: aprox. 200 g
Espejo
Tipo: Espejo de microprismas
Diámetro de espejo: aprox. 100 mm
Dimensiones: 170 x 170 x 40 mm
3
Vástago: 54 mm x 10 mm Ø
4. Operación
4.1 Montaje experimental
El equipo básico y la lente de Fresnel se montan
sobre el soporte de un banco óptico, como se
muestra en la Fig. 1, y se orientan hacia el mismo
eje óptico del espejo de microprismas.
La distancia mínima entre el equipo básico y la
lente (distancia a) es aproximadamente f, esto es, la
distancia focal del lente. En el caso de que a = f la
distancia b sería infinita.
fa
⋅
b
=
fa
−
La distancia mínima entre el emisor y el espejo es,
aproximadamente, 150 cm si el lente se encuentra
posicionado en el centro. Si la distancia del
reflector aumenta, disminuye la distancia a óptima
hasta aproximadamente 37 cm, mientras que la
distancia b tiende al infinito.
Para alcanzar resultados óptimos se debe prestar
especial atención a la exactitud de la orientación
horizontal y vertical del equipo básico y de la lente.
En la posición representada, la proyección de la
marca roja sobre el reflector es perfectamente
visible y continúa apareciendo perfectamente
sobre el reflector hasta una distancia de
aproximadamente 8 m.
Las salidas “A” y “B” del equipo básico se conectan
por medio de cables HF, de igual longitud e
impedancia, a las entradas Y de un osciloscopio
(Fig. 2).
En el osciloscopio, la sincronización se debe ajustar
en “Ext.”. El pulso de sincronización proviene de la
salida “C”.
Para recibir un elevado porcentaje de la luz
reflejada, la lente de Fresnel y, dado el caso,
también el espejo de microprismas se deben volver
a orientar más exactamente. Para el ajuste
correcto, resulta útil mirar hacia el espejo desde la
posición del equipo básico. Si el emplazamiento es
óptimo, en el espejo se muestra la superficie
luminosa focalizada del emisor de luz.
En el caso de montajes experimentales con
mayores distancias (a + b) o condiciones luminosas
no favorables, puede resultar ventajosa la
búsqueda realizada desde la posición del espejo.
Aquí, una persona puede colocarse directamente
con la cabeza delante del espejo de microprismas y
mirar a través de la lente hacia el emisor de luz.
Variando la posición de la cabeza se puede buscar
y encontrar el haz sin grandes dificultades. A partir
de esto se puede corregir fácilmente la orientación
de la lente o del espejo.
2
Page 19
4.2 Sincronización externa
El clavijero “C” conduce un pulso sincrónico que se
desprende del emisor luminoso y que “se adelanta”
al par de pulsos (pulso de referencia y pulso de
medición de los clavijeros “A” y “B”). De esta
manera también se pueden emplear en este
experimento osciloscopios antiguos con anchos de
banda mayores a 20 MHz.
4.3 Ajustes del osciloscopio
Modo: (operación de dos
canales)
Sensibilidad: Y1 / Y2 con 100
mmV/DIV
Base de tiempo: menor valor posible, por
ejemplo 50 ns/DIV
Disparo externo: “EXT” (pulso sincr. de C)
(recomendado para osciloscopios con anchos de
banda menores a 100 MHz)
En primer lugar, por medio de un ajuste fino de los
componentes del experimento, el pulso de
medición de la salida “A” se debe llevar a su valor
máximo.
Si el posicionamiento del espejo y la lente es
óptimo, la amplitud de la señal de medición puede
ser mayor que la de la señal de referencia incluso a
una distancia de 8 m. En este caso, girando
ligeramente la lente desde esta “posición óptima”
se puede conseguir una concordancia entre las
amplitudes de “A” y “B”.
Para la lectura y evaluación del retardo de tiempo
entre “A” y “B” (tiempo empleado por la luz para su
recorrido), ambos valores máximos deben ajustarse
a la misma altura. Este ajuste se realiza por medio
de uno de los reguladores de la posición Y (“Y-Pos”)
del osciloscopio.
4.4 Determinación de la velocidad de la luz
El cuociente entre la trayectoria recorrida por la luz
y el tiempo que empleó en cubrirla nos da por
resultado la velocidad de la luz c.
Para la trayectoria se emplea el doble de la
distancia que existe entre el emisor luminoso y el
espejo puesto que el impulso luminoso emitido
recorre dos veces esta distancia.
El tiempo empleado por la luz para cumplir con su
recorrido se puede leer en el osciloscopio como la
distancia horizontal entre los valores máximos de
ambos pulsos.
Fig. 1: Montaje experimental, A espejo de microprismas, B lente de Fresnel, C banco óptico, D equipo básico
3
Page 20
Fig.2.: Cableado entre el equipo básico y el osciloscopio
Fig. 3: Señal de medición
(Y1 > 50 mV/DIV, Y2 = 100 mV/DIV., t = 50 ns/DIV)
Elwe Didactic GmbH • Steinfelsstr. 6 • 08248 Klingenthal • Alemania • www.elwedidactic.com
3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburgo • Alemania • www.3bscientific.com
Se reservan las modificaciones técnicas
© Copyright 2008 3B Scientific GmbH
Page 21
3B SCIENTIFIC
Aparelho para medição da velocidade da luz U8476460
Instruções para o uso
02/08 TL
®
PHYSICS
1. Indicações de segurança
O aparelho corresponde às determinações de
segurança para aparelhos elétricos de medição,
controle, regulação e de laboratório conforme a
DIN EN 61010, parte 1, e é construído conforme a
classe de proteção I. Ele é previsto para a operação
em ambientes secos, que são adequados para
equipamentos ou dispositivos elétricos.
Quando do uso conforme com o fim especificado, é
assegurado o funcionamento seguro do aparelho. A
segurança não fica garantida, entretanto, quando o
aparelho for operado de forma incorreta ou
tratado de maneira desatenciosa. Quando for
assumido que não é mais possível um
funcionamento sem riscos, o aparelho deverá ser
colocado imediatamente fora de funcionamento
(p.ex. no caso de danos visíveis) e protegido contra
funcionamento inadvertido.
• Antes da primeira colocação em
funcionamento verificar se o aparelho é
projetado para a tensão de rede usual do local.
• Antes do início de testes, examinar o aparelho
básico quanto a danos.
• Quando de danos visíveis ou falhas de
funcionamento, o aparelho deverá ser
colocado imediatamente fora de
funcionamento.
• Só conectar o aparelho em tomada com
condutor de proteção aterrado.
• Somente deixar que o aparelho seja aberto por
um eletrotécnico.
1
Page 22
2. Descrição
O aparelho U8476460 serve para a determinação
da velocidade da luz através de medições
eletrônicas do tempo de propagação.
Dois fotoconversores são atingidos por impulsos
luminosos extremamente curtos, através de um
distribuidor de feixe, originados a partir de uma
fonte de luz (LED). Estes fornecem impulsos de
tensão através de um amplificador conectado
posteriormente para uma avaliação oscilográfica
nas saídas “A” e “B” do aparelho. A saída “B” leva o
sinal de referência, enquanto a saída “A” põe à
disposição o sinal de medição retardado no tempo
de propagação da luz entre o emissor, espelho e
receptor. O engatilhamento de feixe do
osciloscópio ocorre através de um impulso da saída
“C”.
O aparelho U8476460-115 está equipado para
trabalhar com uma tensão de rede de 115 V (±10
%) U8476460-230 para 230 V (±10 %).
3. Fornecimento
1 Unidade básica, incluindo emissor, receptor e
alimentação de rede montada.
1 Lente de Fresnel na haste.
1 Refletor de prisma triplo na haste.
3 Cabo BNC.
3. Dados técnicos
Aparelho básico
Emissor de luz: LED
Freqüência de pulso: aprox. 30 kHz
Consumo de potência: aprox. 3 W
Tensão: 115/230 V, 50/60 Hz
Dimensões: 103 x 56 x 175 mm
3
Haste: 150 mm x 10 mm Ø
Peso: aprox. 1 kg
Lente
Óptica de Fresnel: f = 375 mm
Superfície da lente: 245 mm x 245 mm
Dimensões: 285 mm x 285 mm
Haste: 54 mm x 10 mm Ø
Peso: aprox. 200 g
Espelho
Tipo de construção: Espelho de microprisma
Diâmetro do espelho: aprox. 100 mm
Dimensões: 170 x 170 x 40 mm
3
Haste: 54 mm x 10 mm Ø
4. Operação
4.1 Montagem do ensaio
O aparelho principal e a lente de Fresnel são
montados, conforme a Fig. 1, sobre o carrinho no
banco óptico e levados a um eixo óptico com o
espelho de microprisma.
A menor distância entre o aparelho principal e a
lente (distância a) é aproximadamente f, a
distância focal da lente. A distância b seria, no caso
a = f, infinita.
fa
⋅
b
=
fa
−
A menor distância entre o emissor e o espelho
encontra-se a aprox. 150 cm na posição central da
lente. Com o aumento da distância do refletor,
reduz-se a distância óptima a até, aprox. 37 cm,
conquanto b, assim, tenda ao infinito.
Para que sejam obtidos resultados óptimos, deverse-á prestar atenção especialmente a precisão
apropriada do alinhamento horizontal e vertical do
aparelho principal e da lente.
A projeção da mancha luminosa vermelha sobre o
refletor é bel visível a partir da posição
representada e reproduzida ainda completamente
sobre o segmento de refletor até uma distância de
aprox. 8 m.
As saídas “A” e “B” do aparelho principal são
conectadas, através de condutores de AF, de
mesmo comprimento e impedância nas entradas Y
de um osciloscópio (Fig. 2).
A sincronização no osciloscópio deve ser ajustada
para “ext”. O impulso de sincronização provém da
saída “C”.
Para que se possa receber uma alta fração da luz a
ser refletida, a lente de Fresnel e, caso necessário,
também o espelho de microprisma devem ser,
ainda mais uma vez, alinhados exatamente. Uma
boa ajuda para o ajustamento correto é a
perspectiva a partir da posição do aparelho
principal sobre o espelho. Se o ajuste estiver
óptimo, é indicada sobre o espelho a superfície
luminosa focada do emissor de luz.
Quando de disposições de ensaio com distâncias
maiores (a + b), respect., condições luminosas
desfavoráveis, poderá ser vantajosa a busca a partir
da posição do espelho. Nesta ocasião, uma pessoa
coloca a cabeça exatamente na frente do espelho
de microprisma e olha através da lente contra o
emissor de luz. Pela modificação da posição da
cabeça, o feixe de luz poderá ser procurado e
encontrado sem esforço. A lente e o espelho são,
desta maneira, mais fáceis de corrigir.
4.2 Sincronização externa
O plugue “C” conduz um impulso síncrono
desacoplado do emissor de luz, que “toma a
2
Page 23
dianteira”, em 60 ns, do par de impulso (impulso
de referência e impulso de medição no plugue “A”,
respect., no plugue “B”). Através desta medida,
encontram uso para este ensaio, também,
osciloscópios mais antigos com larguras de linha de
mais de 20 MHz.
4.3 Ajuste no osciloscópio
Modo: (operação de dois canais)
Sensibilidade: Y1 / Y2 em 100 mmV/DIV
Deflexão: o menor valor possível,
p.ex. 50 ns/DIV
Disparo externo: “EXT” (imp.síncrono de C)
(Recomendados para osciloscópios com largura de
linha de menos do que 100 MHz).
O impulso de medição da saída“A” deve ser levado
ao valor máximo por posicionamento fino dos
componentes do ensaio.
Quando do posicionamento óptimo do espelho e
da lente, a amplitude do sinal de medição poderá
ser maior do que a do sinal de referência, até uma
distância de 8 m. Neste caso, poderá ser atingida
uma coincidência das amplitudes de “A” e “B”
através de rotação mínima da lente a partir da
“posição óptima”.
Para a leitura, respect., avaliação do tempo de
retardo entre“A” e “B” (tempo de propagação da
luz), ambos os máximos deverão ser levados para
uma mesma altura. O ajuste ocorre com um dos
reguladores“Y-Pos” no osciloscópio.
4.4 Determinação da velocidade da luz
O quociente entre a distância percorrida pela luz e
o tempo de propagação da luz é a velocidade da
luz c.
A distância é tomada como a distância dupla entre
o emissor de luz e o espelho, pois o impulso
luminoso enviado percorre este percurso duas
vezes.
O tempo de propagação da luz deve ser lido no
osciloscópio como a distância horizontal entre
ambos os pontos de máximo do impulso.
Fig. 1: Montagem de teste A Espelho de microprisma, B Lente de Fresnel, C Banco óptico, D Aparelho básico
3
Page 24
Fig. 2: Ligação de cabo entre o aparelho básico e o osciloscópio
Fig. 3: Sinal de medição
(Y1 > 50 mV/DIV, Y2 = 100 mV/DIV., t = 50 ns/DIV)
Elwe Didactic GmbH • Steinfelsstr. 6 • 08248 Klingenthal • Alemanha • www.elwedidactic.com
3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Alemanha • www.3bscientific.com
Reservadas as modificações técnicas
© Copyright 2008 3B Scientific GmbH
Loading...