24. Лінзи. Формула тонкої Лінзи. Лінійне збільшення

Лінзою називають прозоре тіло, обмежене з обох боків сферичними поверхнями (одна з поверхонь може бути плоскою).

Розрізняють такі лінзи як показано на (рис. 6.15): а - двовипукла, б - плоско-опукла, в - двоввігнута, г - плоско-ввігнута, д - опукло-ввігнута, е - схематичне зображення збиральної та розсіювальної лінз.

а) двовипукла	б) плоско-опукла	в) двоввігнута	г) плоско- ввігнута	д) опукло-вігнута	е)
Рис.6.15.

 

Якщо товщина лінзи значна і менша від радіуса її кривизни, то таку лінзу називають тонкою. Якщо паралельний пучок променів, що падають на поверхню лінзи, лінза збирає в одній точці (фокусі), то її називають збиральною (рис. 6.16).

Якщо ж паралельний пучок променів, який падає на лінзу, лінза розсіює, то її називають розсіювальною (рис. 6.17).

Після проходження такої лінзи паралельні промені рівномірно розходяться так, що їх продовження перетинаються в уявній точці - фокусі. У збиральній лінзі фокус буде дійсним, а в розсіювальній - уявним.

Центр лінзи називають оптичним центром. Пряма лінія, яка проходить через обидва фокуси лінзи і її центр. перпендикулярно до площини лінзи, називають головною оптичною віссю, а будь-яка інша пряма, яка проходить через центр лінзи - побічною віссю. Дві площини, паралельні головній площині з обох боків лінзи, які проходять через фокуси, називають фокальними площинами. Точки перетину побічних осей з ними називають побічними фокусами. У цих точках збігаються паралельні промені (для розсіювальних лінз - їх продовження після проходження лінзи), що утворюють паралельний до даної побічної осі пучок променів.

Відстань від фокуса до оптичного центра називають фокусною відстанню лінзи (F). Фокусна відстань збиральної лінзи є додатною, а розсіювальної - від'ємною. Величину, обернену до фокусної відстані, називають оптичною силою лінзи D.

.               (1)

У системі СІ оптичну силу лінзи вимірюють в діоптріях;

[D] = 1/м = 1 дптр.

Оптична сила лінзи дорівнює одній діоптрії, якщо її фокусна відстань дорівнює одному метру. Головна цінність лінзи полягає в тому, що а її допомогою можна отримати зображення предметів, які можуть світитись самі чи світяться відбитим світлом.

Якщо d - відстань від предмета до лінзи, то f - відстань від лінзи до зображення на екрані, F - фокусна відстань, то розміщення предмета і його зображення можна визначити за формулою тонкої лінзи:

.               (2)

Користуючись формулою слід враховувати правило знаків:

1) якщо лінза розсіювальна, то величину F беруть зі знаком "-".

2) якщо лінза дає уявне зображення, то і f також беруть з "-".

3) якщо предмет уявний, то і d беруть зі знаком "-".

Якщо h - висота предмета, а H - висота зображення, то можна знайти збільшення лінзи:

.

25. Внутрішня енергія, способи її зміни. Кількість теплоти та робота. Перший закон термодинаміки

Внутрішня енергія – це сума енергій молекулярних взаємодій і енергії теплового руху молекул. Оскільки потенціальна енергія взаємодії молекул ідеального газу дорівнює нулю, то внутрішня енергія ідеального газу дорівнює сумі кінетичних енергій молекул.

Внутрішня енергія ідеального газу пропорційна масі газу і його термодинамічній температурі. Внутрішню енергію можна змінити двома способами: теплообміном і виконанням механічної роботи.

Теплообмін – зміна внутрішньої енергії за рахунок передавання її від одного тіла до іншого без виконання роботи.

Виконання механічної роботи:

1. При деформації тіла нагріваються.

2. Нагрівання тіл, яке зумовлено виконанням роботи проти сил тертя.

Теплопередача між тілами можлива за рахунок теплопровідності, конвекції, випромінювання.

Теплопровідність – обмін енергією між тілами, що перебувають у безпосередньому контакті.

Конвекція – перенесення енергії потоками рідини або газів.

Випромінювання – перенесення енергії електромагнітними хвилями, видимим світлом, інфрачервоним випромінюванням.

Навколишні тіла (зовнішня сила) виконують над газом роботу А, причому робота в обох випадках однакова, її значення різняться лише знаком: А=А’.

В результаті зміни об’єму на під час ізобарного процесу робота дорівнює:

Під час розширення газу V₂ > V₁ - робота додатна. Під час стискання газу V₂ < V₁ - робота від’ємна.

Чисельно робота дорівнює площі відповідної криволінійної трапеції, обмеженої графіком залежності .

Теплоємністю тіла називають відношення кількості теплоти, потрібної для підвищення його температури від значення до значення , до різниці цих температур :

Q – кількість теплоти, С – теплоємність тіла, - різниця температур.

Питома теплоємність тіла С – характеристика речовини, що визначається кількістю теплоти, яка необхідна для нагрівання 1кг речовини на 1 К.

Вимірюється в СІ питома теплоємність Дж/ кг·К.

Тіла, нагріті до певної температури, віддають холоднішим тілам деяку кількість теплоти. Знаючи початкові температури, маси всіх тіл і питомі теплоємності, можна обчислити невідому теплоємність твердого тіла, виходячи з так званого рівняння теплового балансу, яке формулюється так: кількість теплоти Q₁, яку віддає більш нагріте тіло, дорівнює кількості теплоти, що її набуває менш нагріте тіло Q₂.

Якщо в теплообміні бере участь кілька тіл, умова їхньої рівноваги така:

Це рівняння виражає закон збереження енергії при тепловому обміні і називається рівнянням теплового балансу.

Перший закон термодинаміки

Збільшення внутрішньої енергії тіла може бути спричинене

передаванням кількості теплоти , а також виконанням роботи А. Перший закон термодинаміки формулюється так: зміна внутрішньої енергії DU системи дорівнює сумі роботи А, виконаної над системою зовнішніми силами і наданої їй кількості теплоти .

Якщо роботу виконує система над зовнішніми тілами, то , тоді

Кількість теплоти , що надана системі, йде на збільшення її внутрішньої енергії і виконання системою роботи проти зовнішніх сил.

1) Ізохорний процес: DV = 0, A=0 , отже , де - питома теплоємність при сталому об’ємі.

2) Ізобарний процес:

3) Ізотермічний процес: ?Т=0, ?U=0, якщо ізотермічне нагрівання, A>0, , Q>0 газ отримує енергію ззовні.

При ізотермічному стисканні A<0, Q<0 тому тому, газ віддає енергію навколишньому середовищу. Процес, який відбувається без теплообміну з навколишніми тілами, називається адіабатичним. Адіабатичними можна наближено вважати процеси, які швидко відбуваються. Отже, в такому процесі Q = 0, , тобто робота виконується за рахунок зміни внутрішньої енергії тіла.