DIY LED-фотометр физика же химия сабактары үчүн Arduino менен: 5 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:40

Салам!

Суюктуктар же башка нерселер түстүү болуп көрүнөт, анткени алар кээ бир түстөрдү чагылдырышат же өткөрүп беришет жана башкаларын жутушат (сиңиришет). Фотометр деп аталган аппараттын жардамы менен ошол түстөрдү (толкун узундугун) аныктоого болот, алар суюктуктарга сиңет. Негизги принцип жөнөкөй: белгилүү бир түстөгү светодиод менен алгач суу же башка эриткич куюлган кюветадан жаркырайсыз. Фотодиод келген жарыктын интенсивдүүлүгүн өлчөйт жана U0 пропорционалдуу чыңалуусуна айлантат. Бул баа белгиленген. Андан кийин, изилдене турган суюктугу бар кювета нур жолуна жайгаштырылат жана U жарыктын интенсивдүүлүгүн же чыңалуусун кайра өлчөйт. Өткөрүү коэффициенти пайыз менен T = U / U0 * 100 менен жөн гана эсептелет. Абсорбция коэффициентин алуу үчүн А сиз жөн гана A = 100 минус T эсептөөңүз керек.

Бул өлчөө ар кандай түстөгү LED менен кайталанат жана ар бир учурда T же A толкун узундугу (түс) функциясы катары аныктайт. Эгерде сиз муну жетиштүү светодиод менен аткарсаңыз, анда сиз абсорбциялык ийри сызыкты аласыз.

1 -кадам: Бөлүктөр

Фотометр үчүн сизге төмөнкү бөлүктөр керек:

* Кара корпус өлчөмдөрү 160 x 100 x 70 мм же окшош: корпус

* An Arduino Nano: ebay arduino nano

* Ыкчам күчөткүч LF356: ebay LF356

* 10μF кубаттуулугу бар 3 конденсатор: ebay конденсаторлору

* C = 100nF менен 2 конденсатор жана 1nF менен конденсатор: ebay конденсаторлору

* Бир чыңалуу инвертору ICL7660: ebay ICL7660

* Бир фотодиод BPW34: ebay BPW34 фотодиод

* 6, 100, 1k, 10k, 100k, 1M жана 10M ohms менен резисторлор: ebay каршылыгы

* I²C 16x2 дисплей: ebay 16x2 дисплей

* 2x6 айлануучу которгуч: айлануучу которгуч

* 9В батарейка кармагыч жана 9В батарея: батарея кармагыч

* которгуч: которуштуруу

* Айнек кюветтер: ebay кюветтери

* Ар кандай түстөгү светодиоддор: f.e. ebay LED

* Светодиоддорду иштетүү үчүн жөнөкөй 0-15В электр энергиясы

* кювет кармоочу үчүн жыгач

2-кадам: Circuit жана Arduino коду

Фотометрдин схемасы абдан жөнөкөй. Ал фотодиоддон, иштөөчү күчөткүчтөн, чыңалуу инверторунан жана башка кээ бир бөлүктөрдөн (резисторлор, өчүргүчтөр, конденсаторлор) турат. Мындай схеманын принциби - фотодиоддон (аз) токту жогорку чыңалууга айландыруу, аны ардуино наносу окуй алат. Көбөйтүү коэффициенти ОПАнын кайтарым байланышындагы резистордун мааниси менен аныкталат. Көбүрөөк ийкемдүү болуу үчүн, мен 6 түрдүү резисторлорду алдым, аларды айлануучу которгуч менен тандай аласыз. Эң төмөн "чоңойтуу" 100, эң жогорку 10 000 000. Баары бир 9В батарея менен иштейт.

3-кадам: Биринчи эксперимент: Хлорофиллдин абсорбция-ийри сызыгы

Өлчөө процедурасы үчүн: Кюветага суу же башка тунук эриткич толтурулат. Бул кийин фотометрге жайгаштырылат. Кюветаны жарык өтпөгөн капкак менен жаап жатышат. Эми LEDдин кубаттуулугун 10-20мАга жакын ток LED аркылуу агып тургандай кылып коюңуз. Андан кийин, фотодиоддун чыгуу чыңалуусу 3-4В тегерегинде турган позицияны тандоо үчүн айлануучу которгучту колдонуңуз. Чыңалуу чыңалуусун жакшы жөндөө дагы эле жөнгө салынуучу электр менен камсыздалат. Бул U0 чыңалуусу белгиленген. Андан кийин изилдене турган суюктугу бар кюветаны алып, фотометрге коюңуз. Бул учурда электр менен камсыздоонун чыңалуусу жана айлануучу которгучтун абалы өзгөрүүсүз калышы керек! Андан кийин кюветаны кайрадан капкак менен жаап, U чыңалуусун өлчөңүз. Т берүү үчүн пайыздык мааниси T = U / U0 * 100. А жутуу коэффициентин алуу үчүн A = 100 - T эсептөө керек.

Мен ар кандай түстүү светодиоддорду өз өлкөм Австрияда жайгашкан Ройтнер Ласертехниктен сатып алдым. Бул үчүн тиешелүү толкун узундугу нанометр менен берилет. Чынында, толкундун узундугун спектроскоп жана Theremino программасы (теремино спектрометр) менен текшерүүгө болот. Менин учурда, нмдеги маалыматтар өлчөөлөргө абдан жакшы макул. Светодиоддорду тандоодо, толкун узундугу 395nmден 850nmге чейин бирдей камтууга жетишүү керек.

Фотометр менен биринчи эксперимент үчүн мен хлорофиллди тандадым. Бирок бул үчүн сизди эч ким көрбөйт деп үмүт кылып, шалбаадагы чөптү жулуп алышыңыз керек болот …

Бул чөптү кичине бөлүктөргө бөлүп, казанга пропанол же этанол менен бирге салышат. Эми сиз жалбырактарды миномет же вилка менен эзесиз. Бир нече мүнөттөн кийин хлорофилл пропанолдо жакшы эрийт. Бул чечим дагы эле күчтүү. Бул жетиштүү пропанол менен суюлтуу керек. Жана ар кандай токтотулбоо үчүн, чечимди чыпкалоо керек. Мен кадимки кофе-фильтрди алдым.

Натыйжа сүрөттө көрсөтүлгөндөй болушу керек. Абдан тунук жашыл-саргыч чечим. Андан кийин ар бир LED менен өлчөөнү (U0, U) кайталаңыз. Алынган сиңирүү ийри сызыгынан көрүнүп тургандай, теория менен өлчөө абдан туура келет. Хлорофилл а + б көк жана кызыл спектр диапазонунда абдан күчтүү сиңет, жашыл-сары жана инфракызыл нурлар эритмеге дээрлик тоскоолдуксуз кире алат. Инфракызыл диапазондо абсорбция нөлгө жакын.

4 -кадам: Экинчи эксперимент: Тукум курут болушунун калий перманганатынын концентрациясына көз карандылыгы

Дагы бир эксперимент катары, эриген сунуштардын концентрациясына жараша жок болууну аныктоо. Мен эриген зат катары калий перманганатын колдоном. Эритмеге киргенден кийин жарыктын интенсивдүүлүгү Ламберт-Бир мыйзамына ылайык келет: Ал I = I0 * 10 ^ (- E) деп жазылган. I0-бул ээрибеген интенсивдүүлүк, I эриген зат менен болгон интенсивдүүлүк жана Е деп аталган. Бул Е өчүүсү кюветтин калыңдыгынан x жана эриген заттын c концентрациясына көз каранды (сызыктуу). Ошентип, молярдык жутуу коэффициенти катары k менен E = k * c * x. Өчүүнү аныктоо үчүн сизге I жана I0 керек, анткени E = lg (I0 / I). Качан интенсивдүүлүк, мисалы, 10%га чейин азайганда, жок болуу E = 1 (10 ^ -1). 1%га чейин алсыроо менен, E = 2 (10 ^ -2).

Эгерде кимдир бирөө c концентрациясынын функциясы катары колдонулса, анда нөл чекити аркылуу көтөрүлүүчү түз сызыкты алууну күтөбүз.

Менин өчүү ийри сызыгынан көрүнүп тургандай, бул сызыктуу эмес. Жогорку концентрацияда, ал жалпысынан 0,25тен жогору концентрациядан тегизделет. Бул тукум курут болуу Ламберт-Бир мыйзамына ылайык күтүлгөндөн төмөн экенин билдирет. Бирок, азыраак концентрацияларды эске алганда, мисалы 0 менен 0.25тин ортосунда, c концентрациясы менен Э.нын жоголушунун ортосунда абдан жакшы сызыктуу байланыш пайда болот., концентрацияда эрктүү бирдиктер гана бар, анткени мен эриген калий перманганатынын баштапкы суммасын аныктай элекмин (бул миллиграмм болчу, аны менин ашкана масштабым менен өлчөө мүмкүн эмес, 4 мл сууда эриген чечим).

5 -кадам: Жыйынтыктар

Бул фотометр физика жана химия сабактарына өзгөчө ылайыктуу. Жалпы наркы болгону 60 евро = 70 АКШ доллары. Ар кандай түстүү LEDлар эң кымбат бөлүгү. Ebay же aliexpressте сиз арзаныраак светодиоддорду таба аласыз, бирок, адатта, LEDдин кайсы толкун узундугун билбейсиз. Мындай жол менен, атайын сатуучудан сатып алуу сунушталат.

Бул сабакта сиз суюктуктардын түсү менен алардын жутулушу-жүрүм-турумунун ортосундагы байланыш, маанилүү хлорофилл, Ламберт-Бир мыйзамы, экспоненциалдар, берүү жана сиңирүү, пайыздарды эсептөө жана көрүнүүчү түстөрдүн толкун узундугу жөнүндө бир нерсе үйрөнөсүз. Менимче, бул абдан көп…

Ошентип, бул долбоорду сабагыңызда жана Эврикада өткөрүүдөн ырахат алыңыз!

Акырында, эгер сиз мага класстык-илимий сынакта добуш берсеңиз абдан кубанычта болом. Бул үчүн рахмат…

Эгерде сизди физиканын башка эксперименттери кызыктырса, бул жерде менин youtube-каналым:

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

башка физика долбоорлору: