Ατµοσφαιρική Τεχνολογία: Εργαστήριο Ακτινοµετρίας Εξοπλισµός:. Ρυθµιζόµενη πηγή τροφοδοσίας συνεχούς ρεύµατος 4 V, 0 Α.. Ψηφιακό πολύµετρο για τη µέτρηση της τάσης (Β). 3. Ψηφιακό πολύµετρο για τη µέτρηση της θερµοκρασίας του οργάνου(α). 4. Λυχνίες βαθµονόµησης (GRB, GRA). 5. Βάση στήριξης λυχνιών µε προστατευτικό κάλυµµα. 6. Μεταλλική κλίµακα (Μέτρο). 7. Ακτινόµετρο YES ερυθηµατογόνου δόσης ( ως 400 nm) και το αντίστοιχο τροφοδοτικό. Κανόνες προστασίας: Πριν ανάψετε τη λυχνία τοποθετείστε το κάλυµµα ώστε να µην βλέπετε τη λυχνία. Μην κοιτάτε µε γυµνά µάτια τη λυχνία όταν είναι αναµµένη. Μην αγγίζετε ποτέ το γυάλινο µέρος της λυχνίας (η εναπόθεση λίπους από το δέρµα σας µπορεί να µεταβάλει τα χαρακτηριστικά της λυχνίας). Η λυχνία αλλά και η βάση στήριξής της έχουν πολύ υψηλή θερµοκρασία ακόµη και µετά το σβήσιµο της λυχνίας. Αποφύγετε απότοµες κινήσεις ή κραδασµούς που µεταδίδονται στη λυχνία. Ιδιαίτερα ό- ταν αυτή είναι αναµµένη µπορεί πολύ εύκολα να σπάσει το πυρακτωµένο νήµα. Προσοχή στην πίσω όψη του τροφοδοτικού (ιδιαίτερα στις ψήκτρες), όπου αναπτύσσονται πολύ υψηλές θερµοκρασίες. Στήσιµο της διάταξης: α) Σύνδεση λυχνίας µε την πηγή συνεχούς τάσης. β) Τοποθέτηση της λυχνίας σε απόσταση 50 cm (ή 35 cm, ανάλογα µε την άσκηση) από το επίπεδο αναφοράς του ακτινόµετρου (η µέτρηση να γίνει από την κάτω επιφάνεια της µεταλλικής βάσης της λυχνίας). Τοποθέτηση του προστατευτικού καλύµµατος µπροστά από τη λυχνία και κάλυψη του ακτινόµετρου (µέτρηση σήµατος σκότους). γ) Εκκίνηση της λυχνίας: Το µαύρο καλώδιο της λυχνίας αρχικά είναι αποσυνδεδεµένο. Τροφοδοτικό στο ON. Τα δύο ποτενσιόµετρα του ρεύµατος είναι εντελώς ανοιχτά (τέρµα δεξιά) και η τάση ρυθµισµένη στα,5v. Σύνδεση και του µαύρου καλωδίου της λυχνίας. Σταδιακή αύξηση της τάσης µέχρι το ρεύµα που διαρρέει τη λυχνία να γίνει ακριβώς 8.0 Α. Αναµονή για 0 λεπτά (ζέσταµα της λυχνίας) και εκ νέου ρύθµιση του ρεύµατος, αν είναι απαραίτητο. δ) Σβήσιµο της λυχνίας: Σταδιακή µείωση της τάσης µέχρι να τερµατίσει το ποτενσιόµετρο. Τροφοδοτικό στο OFF. Εργαστήριο Ακτινοµετρίας, /5
Εκτέλεση µετρήσεων µε το ακτινόµετρο: Μόλις ανοίξετε τον διακόπτη του ακτινόµετρου, περιµένετε περίπου λεπτά για να σταθεροποιηθεί η θερµοκρασία (πολύµετρο Α) του οργάνου. Όταν η θερµοκρασία σταθεροποιηθεί στους 47. ο C (± o C), που αντιστοιχεί σε αντίσταση 39 kω, αρχίζετε τις µετρήσεις. Κατά την διάρκεια των ασκήσεων σηµειώνετε την ένδειξη του πολυµέτρου Β (τάση) και την θερµοκρασία του πυρανόµετρου από το πολύµετρο Α. Από τις ενδείξεις της τάσης πρέπει πάντα να αφαιρείται η ένδειξη που αντιστοιχεί στο σήµα σκότους. Εάν το σήµα σκότους είναι αρνητικό, η τιµή προστίθεται στην ένδειξη του οργάνου. Μεθοδολογία εκτέλεσης των ασκήσεων του Εργαστηρίου Χρήσιµα µεγέθη: Φασµατική απόκριση s(λ) του ακτινόµετρου: Για λ p 98nm, ισχύει s(λ)=. Για 98nm λ p 38nm, ισχύει s( λ) = 0 Για 38nm λ p 400nm, ισχύει s( λ) = 0 ( 0.094 ( 98 λ )) ( 0.05 ( 39 λ )) Πυκνότητα ροής της ακτινοβολίας της πρότυπης λυχνίας (GRB) σε απόσταση 50 cm λ [nm] 300 350 400 450 500 Ε(λ) [mw m - nm - ] 0.8 0.74 0.838.47 4.40 7.303 Α. Βαθµονόµηση του πυρανοµέτρου µε πρότυπη λυχνία (GRB, d = 50 cm): α) Αφού ρυθµίστε την απόσταση της λυχνίας από το ακτινόµετρο στα 50 cm, ανάψτε τη λυχνία και περιµένετε να ζεσταθεί για 0 περίπου λεπτά. β) Μετρήστε 0 φορές (κάθε περίπου 5 δευτερόλεπτα) την ένδειξη του ακτινόµετρου (σε mv) αφού έχει αποκατασταθεί ισορροπία στο ρεύµα της λυχνίας. Αν απαιτηθεί, ρυθµίστε το ρεύµα µεταξύ διαδοχικών µετρήσεων. Πριν και µετά τις µετρήσεις να καταγραφεί το σήµα σκότους. Η µέση τιµή των δύο ενδείξεων θα χρησιµοποιηθεί για τη διόρθωση των µετρήσεων. Σηµειώστε την ένδειξη της θερµοκρασίας. γ) Γνωρίζοντας το φάσµα εκποµπής της πρότυπης λυχνίας και την φασµατική απόκριση του ακτινόµετρου για τη φασµατική περιοχή 400 nm, να υπολογίσετε τον συντελεστή απόλυτης βαθµονόµησης του οργάνου C, σε mv mw - m. S Όπου C = και E Eολ 400 ( λ) s( λ) E ολ = 400 s ( λ) όπου Ε(λ) η συνάρτηση που υπολογίζεται τοποθετώντας τα έξι σηµεία που δίνονται στον δεύτερο πίνακα σε άξονες λ - Ε(λ) και επιλέγετε την µορφή της (πολυωνυµική ή λογαριθµική ή εκθετική κτλ.) µε βάση την καταλληλότερη απεικόνιση. Εργαστήριο Ακτινοµετρίας, /5
δ) Υπολογίστε έναν συντελεστή βαθµονόµησης C UV-B για το όργανο ώστε αυτό να ανταποκρίνεται στην UV-B ακτινοβολία (-35 nm). S Όπου CUV B = και E UVB 35 ( λ) s( λ) E E UVB αλλά να θεωρηθεί ότι s(λ)= για την = 35 συγκεκριµένη φασµατική περιοχή. s ( λ) Β. Βαθµονόµηση δευτερεύουσας λυχνίας (GRA, d = 35 cm): α) Αφού σβήσετε την πρότυπη λυχνία, περιµένετε 5 λεπτά για να κρυώσει και τοποθετείτε στη βάση την δευτερεύουσα λυχνία. Ρυθµίζετε την απόσταση του πυρανόµετρου από τη λυχνία στα 35 cm. Αφού την ανάψετε, περιµένετε να ζεσταθεί για 0 λεπτά. β) Μετρείστε 0 φορές (κάθε περίπου 5 δευτερόλεπτα) την ένδειξη του ακτινόµετρου (σε mv) αφού έχει αποκατασταθεί ισορροπία στο ρεύµα της λυχνίας. Αν απαιτηθεί ρυθµίστε το ρεύµα µεταξύ διαδοχικών µετρήσεων. Πριν και µετά τις µετρήσεις να καταγραφεί το σήµα σκότους. Η µέση τιµή των δύο ενδείξεων θα χρησιµοποιηθεί για τη διόρθωση των µετρήσεων. Σηµειώστε την ένδειξη της θερµοκρασίας. γ) Έχοντας υπολογίσει τον συντελεστή βαθµονόµησης C για το ακτινόµετρο από την προηγούµενη άσκηση (Α), να υπολογίστε την πυκνότητα ροής της ακτινοβολίας που εκπέµπει η δευτερεύουσα λυχνία (Ε λυχνίας ) στην φασµατική περιοχή λειτουργίας του ακτινόµετρου και σε απόσταση d = 50 cm. Για την µετατροπή αυτή θα πρέπει να έχετε υπόψιν σας ότι η ακτινοβολία µειώνεται αντιστρόφως ανάλογα µε το τετράγωνο της απόστασης ( E( λ ) ). r δ) Αν θεωρηθεί ότι οι δύο λυχνίες συµπεριφέρονται µε τον ίδιο τρόπο σε ότι αφορά την φασµατική τους εκποµπή (που σηµαίνει ότι σε ένα διάγραµµα λ - Ε(λ) τα εµβαδά κάτω από τις καµπύλες της πρότυπης και της δευτερεύουσας λυχνίας θα είναι ανάλογα), να κατασκευάσετε τον πίνακα πυκνότητας ροής της ακτινοβολίας της δευτερεύουσας λυχνίας έχοντας υπόψιν ότι οι τιµές στον δεύτερο πίνακα αλλά και σε αυτόν που θα κατασκευάσετε αναφέρονται σε στήλες πλάτους nm. Σχετικά κεφάλαια των Σηµειώσεων «Ατµοσφαιρικής Τεχνολογίας» 5. Ακτινοµετρικά µεγέθη. 5. Γενικά για όργανα µέτρησης της ακτινοβολίας. 5.3.5 Απόλυτη βαθµονόµηση. 5.4. Ακτινόµετρα. 5.4. Μέθοδοι βαθµονόµησης. Εργαστήριο Ακτινοµετρίας, 3/5
Αποτελέσµατα Εργαστηρίου Ακτινοµετρίας ΒΑΘΜΟΣ Ονοµατεπώνυµο:.............................. Αριθµός Μητρώου:......... Ηµεροµηνία Εργαστηρίου:... /... /....... Οµάδα µε τους:................,...................., 3................... Α. Βαθµονόµηση του πυρανοµέτρου µε πρότυπη λυχνία Θερµοκρασία Σήµα σκότους Σήµα σκότους α/α 3 4 5 6 7 8 9 0 Μέτρηση οργάνου (mv) Μέση τιµή ± τυπική απόκλιση: ιορθωµένη τιµή µε το σήµα σκότους (mv)..... ±..... [.... ] Συντελεστής απόλυτης βαθµονόµησης C:....... ±...... [.......... ] Συντελεστής βαθµονόµησης C UVB :....... ±...... [.......... ] Εργαστήριο Ακτινοµετρίας, 4/5
Β. Βαθµονόµηση δευτερεύουσας λυχνίας: Θερµοκρασία Σήµα σκότους Σήµα σκότους α/α 3 4 5 6 7 8 9 0 Μέτρηση οργάνου (mv) Μέση τιµή ± τυπική απόκλιση: ιορθωµένη τιµή µε το σήµα σκότους (mv)..... ±..... [.... ] Ε λυχνίας για nm<λ<400nm και d = 50 cm....... ±...... [.......... ] Πίνακας πυκνότητας ροής της ακτινοβολίας της δευτερεύουσας λυχνίας: λ [nm] 300 350 400 450 500 Ε(λ) [mw m - nm - ] Ερώτηση: Στο χώρο του εργαστηρίου υπάρχει φως και από άλλες πηγές. Εκτιµήστε το σφάλµα που υ- πεισέρχεται στις µετρήσεις σας. Η εργασία που θα παραδώσετε θα πρέπει να περιλαµβάνει µαζί µε τις δύο τελευταίες σελίδες του φυλλαδίου και µια ακόµη σελίδα στην οποία να εξηγείτε σχετικά λεπτοµερώς όλα τα ενδιάµεσα βήµατα των υπολογισµών σας. Εργαστήριο Ακτινοµετρίας, 5/5