F6- Wyznaczanie prędkości dźwięku metodą fali biegnącej

I Pracownia Fizyczna IF UJ
F6- Wyznaczanie prędkości dźwięku metodą fali biegnącej
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie prędkości dźwięku w wodzie metodą fali biegnącej
i zapoznanie się ze składaniem drgań harmonicznych oraz zasadą działania i obsługą
oscyloskopu.
Zagadnienia do przygotowania
•
•
•
•
•
•
drgania harmoniczne, składanie drgań harmonicznych - krzywe Lissajoux [2]
fale w ośrodkach spręŜystych; fale poprzeczne i podłuŜne
fale dźwiękowe
pomiar prędkości dźwięku metodą fali biegnącej
zasada działania i obsługa oscyloskopu (dodatek A)
zasada działania noniusza, pomiary śrubą mikrometryczną (dodatek B)
Wprowadzenie
Fale biegnące w ośrodku spręŜystym
W wyniku wychylenia jakiegoś elementu objętości ośrodka spręŜystego z połoŜenia
równowagi następują jego drgania (harmoniczne) wokół tego połoŜenia. Dzięki spręŜystym
właściwościom ośrodka drgania te propagują się w ośrodku (są przekazywane do dalszych
jego części). Falą biegnącą nazywamy falę zagęszczeń i rozrzedzeń ośrodka, mogącą się
rozchodzić w ciałach stałych, ciekłych i gazowych. Taką falę opisuje równanie:
y = A cos (ω t – kx)
(1)
gdzie ω = 2π f jest tzw. częstością kołową a f – częstością fali, natomiast wielkość k
(nazywaną liczbą falową) definiuje się poprzez poniŜszy związek z długością fali λ:
k = 2π / λ
(2)
Prędkość rozchodzenia się fali w danym ośrodku (u) zaleŜy od własności tego ośrodka
i związana jest następującym wzorem z długością oraz częstością rozchodzącej się fali:
u = λf
(3)
Częstość fali f zadawana jest przez wytwarzające falę źródło i równa jest odwrotności okresu:
f = 1/T
(4)
Z propagacją (rozchodzeniem się ) fali w ośrodku spręŜystym wiąŜe się przenoszenie energii
przez drgające cząstki ośrodka (dzięki propagacji zaburzenia w materii), nie jest ono jednak
związane z przenoszeniem masy ( nie zachodzi ruch postępowy ośrodka jako całości).
1
I Pracownia Fizyczna IF UJ
Fale poprzeczne i podłuŜne
Rodzaj fal rozchodzących się w danym ośrodku zaleŜy od jego właściwości spręŜystych, gdyŜ
rozchodzą się tylko te drgania, które wywołują spręŜyste odkształcenia ośrodka. Gdy cząstki
ośrodka wykonują drgania w kierunku zgodnym z kierunkiem rozchodzenia się fali mówimy,
Ŝe w ośrodku rozchodzi się fala podłuŜna, a gdy cząstki ośrodka wykonują drgania
w kierunkach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali mówimy o fali poprzecznej.
W ośrodkach wykazujących jedynie spręŜystość objętości (gazy i większość cieczy) mogą
rozchodzić się tylko fale podłuŜne. Natomiast w ośrodkach ulegających zarówno
odkształceniu objętościowemu, jak i odkształceniu postaci, a takie właściwości mają ciała
stałe, mogą rozchodzić się zarówno fale podłuŜne, jak i poprzeczne.
Fala dźwiękowa i ultradźwięki
Fala dźwiękowa jest podłuŜną falą mechaniczną o częstotliwości z zakresu słyszalnego przez
człowieka tj. od ok. 20 Hz do ok. 20 kHz. Fale o częstotliwości wyŜszej nazywamy
ultradźwiękami, a niŜszej infradźwiękami.
Prędkość rozchodzenia się fal mechanicznych w cieczach
Prędkość rozchodzenia się fal mechanicznych w cieczach zaleŜy od ciśnienia, temperatury
i gęstości ośrodka. Dla większości cieczy czystych zaleŜność prędkości rozchodzenia się
w nich ultradźwięków od temperatury i ciśnienia jest z dobrym przybliŜeniem liniowa.
Natomiast w przypadku roztworów i mieszanin, prędkość rozchodzenia się w nich fali
ultradźwiękowej jest zaleŜna od stęŜenia. Dla roztworów soli w wodzie o stęŜeniach do
ok. 25% zaleŜność ta jest liniowa, a dla wodnych roztworów kwasów zakres liniowości jest
ograniczony do znacznie niŜszych stęŜeń.
Przetworniki ultradźwiękowe
Przetworniki ultradźwiękowe przetwarzają energię elektryczną, świetlną lub mechaniczną na
energię fali ultradźwiękowej lub odwrotnie, mogą więc słuŜyć zarówno do generowania jak
i detekcji ultradźwięków. Najwygodniejsze w uŜyciu i najbardziej efektywne są
ultradźwiękowe przetworniki piezoelektryczne, w których wykorzystywane jest zjawisko
piezoelektryczne, polegające na tym, Ŝe pewne kryształy umieszczone w polu elektrycznym
doznają odkształceń mechanicznych zaleŜnych od kierunku pola elektrycznego. Z kolei
odkształcenie mechaniczne takiego kryształu powoduje wytworzenie na jego powierzchni
ładunku elektrycznego. Najbardziej znanym kryształem piezoelektrycznym jest kwarc.
Stosowane są równieŜ przetworniki magnetostrykcyjne, elektromechaniczne i mechaniczne.
Krzywe Lissajoux
Krzywe Lissajoux, zwane teŜ figurami Lissajoux, są krzywymi które moŜna opisać
równaniami parametrycznymi postaci:
x(t) = Asin(α t)
y(t) = Bsin(β t + δ)
(5)
(6)
Równania te opisują drgania harmoniczne. Kształt krzywych Lissajoux zaleŜy od stosunku
α /β oraz wartości δ (α i β są częstotliwościami składanych drgań, a δ jest róŜnicą ich faz).
W ogólnym przypadku dla α /β = 1 otrzymamy elipsę, która dla δ =0 przechodzi w odcinek,
natomiast dla A=B i δ =π/2 w okrąg. Przy innych wartościach stosunku α /β otrzymuje się
bardziej złoŜone figury, które są krzywymi zamkniętymi gdy α /β jest liczba wymierną.
2
I Pracownia Fizyczna IF UJ
Przykładowe krzywe Lissajoux przedstawione są w Tabeli poniŜej.
Krzywa Lissajoux
α /β
δ
1
π/2, 3π/2
1
0, π, 2π
1/2
0, π/2, π, 3π/2, 2π
3/2
0, π/2, π, 3π/2, 2π
3/4
0, π/2, π, 3π/2, 2π
Krzywe Lissajoux moŜna obserwować na oscyloskopie podając na płytki odchylania
poziomego (X) drganie harmoniczne opisane równaniem (5) a na płytki odchylania
pionowego (Y) drganie opisane równaniem (6).
Pomiar prędkości rozchodzenia się fali metodą fali biegnącej – opis metody pomiarowej
W warunkach laboratoryjnych, pomiaru prędkości rozchodzenia się fali akustycznej w płynie
(gazie lub cieczy) dokonać moŜna metodą fali biegnącej. Schemat układu do pomiaru
prędkości ultradźwięków metodą fali biegnącej przedstawiony jest na rys. 1.
œruba mikrometryczna
głowica
odbiorcza
g³owica
naczynie z ciecz¹
Y
oscyloskop
generator
X
g³owica
głowica
nadawcza
Rys. 1. Schemat układu do pomiaru prędkości dźwięku metodą fali biegnącej.
3
I Pracownia Fizyczna IF UJ
Sygnał z generatora podawany jest na płytki odchylania poziomego oscyloskopu oraz na
głowicę nadawczą. Fala ta jest odbierana przez głowicę odbiorczą i przetwarzana przez nią na
sygnał elektryczny, który po wzmocnieniu podawany jest na płytki odchylania pionowego
oscyloskopu. Odległość nadajnik-odbiornik moŜna zmieniać przesuwając jedną z głowic
(w naszym przypadku głowicę odbiorczą). Zmieniamy w ten sposób róŜnicę faz rozwaŜanych
sygnałów (δ). Na ekranie oscyloskopu obserwować będziemy zmianę kształtu krzywej
Lissajoux, która powstaje w wyniku złoŜenia w/w sygnałów (rys. 2).
Rys. 2. Krzywe Lissajoux obserwowane na ekranie oscyloskopu w zaleŜności od odległości nadajnik-odbiornik.
RóŜnica faz pomiędzy dwoma skrajnymi odcinkami wynosi π, co odpowiada róŜnicy długości fali λ/2.
Przy przesuwaniu mikrofonu o jedną długość fali elipsa dwukrotnie degeneruje się do odcinka
(róŜnica faz sygnałów składowych wynosi wtedy 0 lub π, co odpowiada róŜnicy długości fali
λ lub λ/2 odpowiednio). Pozwala to na wyznaczenie długości badanej fali dźwiękowej.
Układ pomiarowy do pomiaru prędkości dźwięku w wodzie metodą fali biegnącej
Schemat układu do pomiaru prędkości dźwięku metodą fali biegnącej przedstawiony jest na
rys. 1. Głowicę odbiorczą przesuwa się za pomocą śruby mikrometrycznej. Metoda
posługiwania się śrubą mikrometryczną jest opisana w dodatku do ćwiczenia.
W skład układu doświadczalnego wchodzą:
- generator ultradźwięków
- przetworniki ultradźwiękowe
- oscyloskop
- śruba mikrometryczna
- woda destylowana
Przebieg doświadczenia
1. Podaj sygnał z generatora ultradźwięków na jedno z wejść oscyloskopu.
2. Odczytaj - przy róŜnych wzmocnieniach - amplitudę A obserwowanego na oscyloskopie
sygnału. Zwróć uwagę na dokładność odczytu.
3. Odczytaj - przy róŜnych podstawach czasu - okres T obserwowanego na oscyloskopie
sygnału. Zwróć uwagę na dokładność odczytu.
4. Połącz obwód eksperymentalny zgodnie ze schematem (rys. 1).
5. Naczyńko nad przetwornikiem napełnij wodą destylowaną.
6. Częstość generatora ultradźwięków ustal na ok. 2 MHz. Podaj sygnał na oscyloskop
i odczytaj okres badanego sygnału.
7. Przy pomocy śruby mikrometrycznej przesuwaj górny przetwornik tak, aby uzyskane na
ekranie oscyloskopu krzywe były odcinkami. Odczytaj i zapisz odpowiadające im
połoŜenia śruby mikrometrycznej.
8. Powtórz pomiary wybierając inne częstości z zakresu 1 ÷ 2.5 MHz.
Wskazówki do opracowania wyników
4
I Pracownia Fizyczna IF UJ
1. Na podstawie wykonanych pomiarów połoŜeń mikrofonu wyznacz długości badanych fal
dźwiękowych.
2. Oszacuj niepewności pomiarowe wyznaczenia długości i okresu badanych fal
dźwiękowych.
3. Wykonaj wykres λ (T ) i metodą regresji liniowej wyznacz wartość prędkości dźwięku
w wodzie oraz jej niepewność.
4. Porównaj uzyskany wynik z dostępnymi danymi literaturowymi (u = 1490 m/s
w temperaturze 20°C, przy ciśnieniu normalnym 1 atm. =101325 Pa)
Uwaga: Zgodnie ze wzorami (3) i (4) długość fali wiąŜe się z jej okresem przez równanie:
λ = u/f = uT.
LITERATURA:
[1] Dodatek do ćwiczenia
[2] David Holliday, Robert Resnick: Fizyka tom I (§15,19,20)
[3] Tadeusz Dryński: Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki.
[4] Henryk Szydłowski: Pracownia fizyczna §18.0-18.1A, Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa 1997 lub 1999
5
I Pracownia Fizyczna IF UJ
F-6
DODATEK
A
Oscyloskop
Oscyloskop jest jednym z podstawowych przyrządów diagnostycznych i pomiarowych.
MoŜna go spotkać nie tylko w laboratoriach badawczych fizyków, chemików czy biologów,
ale takŜe w szpitalach i przychodniach. Znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie zachodzi
potrzeba pomiaru lub kontroli przebiegu napięć elektrycznych w czasie. Dzięki istnieniu tzw.
przetworników, czyli urządzeń przetwarzających mierzone wielkości fizyczne (np. ciśnienie
czy temperaturę) na napięcie, zakres zastosowań oscyloskopu jest bardzo szeroki. Jest on
podstawowym wyposaŜeniem większości laboratoriów.
Oscyloskop składa się z czterech głównych bloków funkcyjnych (Rys. A.1.):
• wyświetlacza
• układów odchylania pionowego (kanałów Y) oznaczonych często jako CH1,2 lub A,B
(większość oscyloskopów ma dwa kanały wejściowe)
• układu odchylania poziomego (tzw. podstawy czasu)
• układu wyzwalania (trigger) czyli synchronizacji podstawy czasu z obserwowanym
sygnałem
Tor odchylania pionowego
(Kanał Y)
V
Wejście (CH1)
Wzmacniacz
regulowany
Wyświetlacz
t
Badany
sygnał
Uk ład wyzwalania (trigger)
Tor odchylania poziomego
(podstawa czasu)
Regulowany
generator podstawy Wzmacniacz
czasu
Rys. A.1. Schemat blokowy oscyloskopu
6
I Pracownia Fizyczna IF UJ
Podstawową funkcją oscyloskopu jest wyświetlanie na ekranie zaleŜności napięcia sygnału
elektrycznego od czasu. W typowym zastosowaniu pozioma oś X reprezentuje czas (t),
a pionowa oś Y reprezentuje napięcie (V) – jest to obserwacja pojedynczego przebiegu.
MoŜna takŜe jednocześnie prowadzić obserwację, porównywać oraz dodawać lub odejmować
dwa niezaleŜne sygnały podawane na kanały 1 i 2 – jest to obserwacja dwu przebiegów, przy
wykorzystaniu dwu kanałów. Inny tryb pracy oscyloskopu, wykorzystujący dwa kanały,
pozwala na obserwację krzywych Lissajoux – jest to tryb pracy X-Y, w którym generator
sygnału podstawy czasu jest nieuŜywany.
Wyświetlacz
Podstawowym elementem oscyloskopu jest wyświetlacz, na którego ekranie moŜemy śledzić
badany sygnał. Zadaniem wyświetlacza jest przedstawienie wykresu badanego przez nas
napięcia w funkcji czasu – V(t). Do niedawna najbardziej popularnym wyświetlaczem była
lampa katodowa (CRT – Cathode Ray Tube -ang.) – podobna do lamp kineskopowych
stosowanych w telewizorach czy ekranach monitorów. Obecnie często moŜna spotkać
oscyloskopy z ekranami ciekłokrystalicznymi (LCD – Liquid Crystal Display) lub
półprzewodnikowymi.
Lampa elektronowa, schematycznie przedstawiona na Rys. A.2., składa się z następujących
podstawowych elementów:
• działka elektronowego, gdzie produkowana jest dobrze skolimowana wiązka
elektronów skierowana w stronę ekranu wyświetlacza (zwykle przyspieszanych
napięciem kilku lub kilkunastu kV )
• elektrod optyki elektrostatycznej, odchylających wiązkę elektronów we wzajemnie
prostopadłych kierunkach X i Y, liniowo w zaleŜności od napięcia doprowadzonego
do tych elektrod. W najprostszym przypadku są to dwie, ustawione prostopadle pary
równoległych do siebie metalowych płytek
• ekranu pokrytego od wewnątrz warstwą luminoforu – substancji świecącej na skutek
bombardowania elektronami.
Rys. A.2. Schemat budowy lampy katodowej
W tak zbudowanym wyświetlaczu wiązka elektronów zmienia swoje połoŜenie na ekranie
w zaleŜności od wartości napięcia przyłoŜonego do elektrod odchylających, „rysując” na nim
odpowiedni ślad.
7
I Pracownia Fizyczna IF UJ
Tor odchylania pionowego
Podstawowym zadaniem toru odchylania pionowego jest odpowiednie wzmocnienie lub
osłabienie badanego sygnału. Jest to realizowane przy pomocy regulowanego wzmacniacza
kontrolowanego pokrętłem regulacji wzmocnienia, określającym jaka wielkość napięcia
wejściowego powoduje wychylenie wiązki elektronów o jedną podziałkę (div) ekranu
w pionie (V/div).
Tor odchylania poziomego (podstawy czasu)
Jak wspomniano powyŜej zadaniem oscyloskopu jest graficzne wyświetlenie zmian badanego
napięcia w czasie. Gdy brak jest napięcia na elektrodach odchylania poziomego wiązka
elektronów będzie zmieniała swoje połoŜenie tylko w pionie, w zaleŜności od amplitudy
badanego napięcia, w wyniku czego na ekranie będzie widoczna pionowa linia.
Aby zobaczyć zmiany napięcia w czasie, na elektrody odchylania poziomego doprowadzone
jest cyklicznie napięcie liniowo narastające w czasie. Funkcję tą pełni tzw. generator
podstawy czasu. Uproszczony przebieg napięcia wyjściowego z tego generatora jest
przedstawiony na Rys. A.3.
Rys. A.3. Przebieg napięcia na wyjściu najprostszego generatora podstawy czasu.
Wiązka elektronów, pod wpływem napięcia z tego generatora odbywa cykliczną podróŜ po
ekranie w kierunku poziomym. Ze względu na kształt sygnału z generatora podstawy czasu,
wiązka odbywa swoją podróŜ z lewa na prawo stosunkowo wolno, w czasie ustalonym
pokrętłem regulacji generatora, który jest na ogół określony na nim jako czas potrzebny na
pokonanie jednej działki na ekranie (time/div), natomiast wraca na początek bardzo szybko,
by znowu rozpocząć swój jednostajny ruch po ekranie. Na ogół zastosowany jest tu równieŜ
dodatkowo tzw. układ wygaszania plamki, wygaszający wiązkę elektronów w czasie powrotu,
aby nie pozostawiała śladu na ekranie.
W ten sposób na ekranie oscyloskopu realizowane jest wyświetlanie badanego napięcia
w funkcji czasu - V(t).
Układ wyzwalania (trigger)
Ten bardzo waŜny układ słuŜy do synchronizacji przebiegów generatora podstawy
czasu ze zmianami badanego napięcia. ZałóŜmy, iŜ przedmiotem naszych pomiarów jest
napięcie zmienne sinusoidalnie o okresie TB. Niech okres przebiegów z generatora podstawy
czasu wynosi TP. JeŜeli TP jest całkowitą wielokrotnością TB to obraz otrzymany na ekranie
oscyloskopu będzie stabilny, gdyŜ w czasie kaŜdego kolejnego przebiegu „plamki” po ekranie
będziemy widzieć zawsze całkowitą ilość okresów badanego napięcia.
8
I Pracownia Fizyczna IF UJ
Tryby pracy oscyloskopu
Oprócz opisanego jednokanałowego trybu pracy oscyloskopu V(t), tj. obserwacji
pojedynczego przebiegu, istnieją jeszcze dwa podstawowe i często wykorzystywane tryby
pracy: tryby pracy dwukanałowej V(t) oraz tryb pracy X-Y. W tych przypadkach
wykorzystywany jest dodatkowo kanał 2 oscyloskopu.
Tryby pracy dwukanałowej V(t)
Większość oscyloskopów pozwala na jednoczesną obserwację, porównywanie oraz
dodawanie lub odejmowanie dwóch niezaleŜnych sygnałów podawanych na kanały 1 i 2 –
jest to praca w trybie DUAL. W tym trybie na ekranie wyświetlane są jednocześnie dwa
przebiegi. Podczas pracy dwukanałowej źródłem sygnału wyzwalającego moŜe być kanał 1
lub 2, przy czym przełączania dokonuje się krótkimi naciśnięciami przycisku TRIG. Długie
naciśnięcie tego przycisku powoduje włączenie wyzwalania przemiennego sygnałami obu
kanałów.
W trybie ADD przebiegi wejściowe obu kanałów są sumowane i wynik tej operacji jest
wyświetlany w postaci jednego śladu. Odejmowanie sygnałów realizowane jest przez
odwracanie sygnału podawanego na kanał 2 (przycisk INV).
Tryb pracy X-Y
Oscyloskop moŜe równieŜ pracować w tzw. trybie X-Y. Generator sygnału podstawy czasu
jest wtedy nieuŜywany, a na kanał 2 (X) podaje się drugi sygnał wejściowy. Praca w trybie XY pozwala między innymi na obserwacje krzywych Lissajoux.
Obsługa oscyloskopu
Do niedawna rzucającą się w oczy cechą charakterystyczną oscyloskopów była bardzo duŜa
ilość pokręteł i przełączników kontrolnych znajdujących się na płycie czołowej. Obecnie,
przy coraz powszechniejszym wprowadzaniu układów kontroli elektronicznej, płyty czołowe
oscyloskopów mają mniej elementów, dzięki moŜliwości przełączania pełnionych przez nie
w danej chwili funkcji. W nowszych typach oscyloskopów przyciski reagują na krótkie lub
długie naciśnięcie oraz na kombinację dwóch przycisków. Ustawienia parametrów są
sygnalizowane przez diody LED umieszczone na płycie czołowej lub wyświetlane wprost na
ekranie.
Bardzo pomocna funkcja autoregulacji AUTO SET !
Krótkie naciśnięcie przycisku AUTO SET powoduje przełączenie oscyloskopu do pracy
w ostatnio uŜywanym trybie odchylania pionowego. Jednocześnie funkcja ta ustawia
standardowe parametry umoŜliwiające obserwację i pomiar większości nieskomplikowanych
przebiegów.
9
I Pracownia Fizyczna IF UJ
Płyta czołowa oscyloskopu Hameg HM404
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
POWER
Przycisk włączania zasilania.
AUTO SET Przycisk funkcji autoregulacji.
RM
Przycisk sterowania przez interfejs szeregowy RS232.
INTENS
Potencjometr regulacji jaskrawości.
TR
Potencjometr korekcji równoległości śladu.
FOCUS
Potencjometr regulacji ostrości obrazu.
SAVE/RECALL Przycisk wywoływania i zapisywania pamięci ustawień oscyloskopu.
Oscyloskop wyposaŜono w pamięć w której, w momencie wyłączenia zasilania
zapisywane są aktualne ustawienia przyrządu. Pamięć moŜe być równieŜ
wykorzystywana przez uŜytkownika do zapamiętania (do 9) róŜnych ustawień
urządzenia, które w kaŜdej chwili moŜna odtworzyć przyciskiem SAVE/RECALL.
Y-POS. I
Potencjometr regulacji połoŜenia przebiegu kanału 1 w pionie.
Y-POS. II
Potencjometr regulacji połoŜenia przebiegu kanału 2 w pionie.
NM-AT
Przełącznik wyzwalania automatycznego na normalne i vice versa.
TR
Dioda stanu wyzwalania(patrz LEVEL)
LEVEL
Potencjometr regulacji poziomu wyzwalania.
X-POS.
Potencjometr regulacji połoŜenia przebiegu wzdłuŜ osi poziomej.
X-MAG. x10 Przycisk włączania 10-krotnego rozciągu przebiegu na osi X.
VOLTS/DIV. Potencjometr czułości wejściowej wzmacniacza odchylania pionowego
w mV/div lub w V/div dla kanału 1.
CH I
Przycisk wyboru kanału 1.
DUAL-XY Przycisk wyboru trybu pracy oscyloskopu.
10
I Pracownia Fizyczna IF UJ
18. TRIG.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
Przycisk wyboru źródła wyzwalania podczas pracy z wyzwalaniem wewnętrznym lub
zewnętrznym.
CH1 - wyzwalanie sygnałem z kanału 1
CH2 - wyzwalanie sygnałem z kanału 2
ALT - Wyzwalanie przemienne z kanału 1 i 2
W trybie wyzwalania przemiennego moŜliwe jest wyzwalanie podstawy
czasu sygnałami o róŜnych częstotliwościach (asynchronicznymi)
w kanałach 1 i 2. W takim przypadku układ odchylania musi pracować
w trybie DUAL z przemiennym przełączaniem kanałów (ALT)
i wyzwalaniem wewnętrznym. Aby uniknąć problemów z synchronizacją
zalecane jest ustawienie sprzęŜenia AC.
EXT - Wyzwalanie sygnałem zewnętrznym (np. z osobnego generatora). Kształt
zewn. sygnału wyzwalającego moŜe całkowicie się róŜnić od kształtu
badanego napięcia, ale oba te sygnały muszą być synchroniczne. Przebieg
podajemy na gniazdo TRIG. EXT.
VOLTS/DIV. Potencjometr
czułości
wejściowej
wzmacniacza
odchylania
pionowego
w mV/div lub w V/div dla kanału 2.
CH II
Przycisk wyboru kanału 2.
TRIG. MODE Przyciski wyboru trybów sprzęŜenia wyzwalania.
AC – najczęściej uŜywana opcja wyzwalania. Składowa stała oraz niskie częstości
sygnału wyzwalającego (sygnału wejściowego) są odcinane.
DC, HF, LF, TFL, TFF , ~ (LINE) inne opcje, rzadko stosowane w trakcie
obserwacji prostych przebiegów.
DEL.POS. - HO Pokrętło
płynnej
regulacji
czasu
podtrzymania
między
kolejnymi
impulsami podstawy czasu. Dalej uŜywana nazwa HOLD OFF.
Funkcja ta jest szczególnie przydatna w przypadku obserwacji sygnałów
zawierających impulsy synchronizacji, ciągi impulsów aperiodycznych o tej samej
amplitudzie lub zniekształcenia w okolicach punktu wyzwalania.
TIME/DIV.
Skokowy
wybór
kalibrowanej
wartości
współczynnika
podstawy
czasu w zakresie 0.5 s/div do 0.05 µs/div.
SEA./DEL. Przycisk opóźnionej podstawy czasu i wyzwalania z opóźnieniem.
VAR /DEL. TRIG. Przycisk kalibracji generatora podstawy czasu / przycisk przełączania na mod
wyzwalania z opóźnieniem
INPUT CH I (X) Wejście sygnału kanału 1.
AC/DC
Przełącznik rodzaju sprzęŜenia sygnału wejściowego kanału 1.
GD
Wciśnięcie przycisku odłącza sygnał wejściowy.
Ground Socket Gniazdo bananowe do uziemienia oscyloskopu
INPUT CH II Wejście sygnału kanału 2.
AC/DC
Przełącznik rodzaju sprzęŜenia sygnału wejściowego kanału 2.
GD - INV.
Przycisk odłączania wejścia i odwracania fazy przebiegu w kanale 2
TRIG. EXT./INPUT (Z) Gniazdo BNC do którego moŜna podłączyć wyzwalane zewn.
34. MENU
Przycisk wywołania menu kalibracji oscyloskopu.
35. ON/OFF - CHI/II - 1/∆t Przycisk
wyświetlania
na
ekranie
linii
kursorów.
DłuŜsze
przytrzymanie przycisku przełącza linie poziome na pionowe.
36. TRK - Cursor Przełącznik razem z przyciskiem 35 na tryb pojedynczej linii kursora
i dwóch linii kursorów.
37. I/II - ∆V/∆t
Przełącznik aktywujący kolejno kursory oraz zmieniający (dłuŜsze przytrzymanie) skalę
czasową na napięciową.
38. CURSOR
Przyciski sterowania liniami kursorów.
39. CAL.
40. CT
Przycisk i gniazdo koncentryczne słuŜące do kalibracji przyrządu.
Przycisk i gniazdo bananowe słuŜące do testowania komponentów oscyloskopu.
11
I Pracownia Fizyczna IF UJ
F-6
DODATEK
B
Śruba mikrometryczna
Mikrometr, popularnie nazywany śrubą mikrometryczną, pozwala na prowadzenie pomiarów
z dokładnością rzędu 0.01mm (Rys. B.1a). Śruba mikrometryczna jest to bardzo precyzyjna
śruba o skoku 0.5mm lub1mm; składa się z tulei, na której wygrawerowana jest skala główna
oraz obrotowego bębna, na którym wygrawerowana jest dodatkowa podziałka, nazywana
noniuszem (Rys. B.1b.). Ta dodatkowa podziałka ma inną długość niŜ podziałka skali
głównej i składa się z 50 działek, z których kaŜda jest równa 0.01mm. Natomiast na skali
głównej tulei zaznaczone są działki w odległości 1mm: skala górna pomiędzy całkowitą
liczbą milimetrów i skala dolna zaznacza połówki milimetra (Rys. 1c). Aby wykonać pomiar
za pomocą śruby mikrometrycznej, pokręcamy bębnem:
• aŜ do uzyskania oporu i charakterystycznego grzechotania (poniewaŜ bęben
połączony jest ze sprzęgłem) – w przypadku gdy mierzymy grubość przedmiotu
lub
• aŜ do uzyskania interesującego nas obrazu na oscyloskopie (np. odcinka) –
w przypadku pomiaru prędkości dźwięku w wodzie.
Wynik odczytujemy w następujący sposób: milimetry i połówki milimetra odczytujemy na
podziałce skali głównej tulei, a setne części milimetra odczytujemy na noniuszu bębna licząc
podziałki bębna od 0 do pierwszej kreski podziałki bębna pokrywającej się z kreską skali
głównej. Na Rys. 1c prawidłowo odczytany wynik wynosi: 3.69mm, na który składa się 3mm
na skali górnej tulei, 0.5mm na skali dolnej i 0.14mm na noniuszu bębna.
15
20
25
bęben
z noniuszem
podziałka
górna
podziałka
dolna
0
tuleja ze
skalą główną
(a)
(b)
(c)
Rys. B. 1 Śruba mikrometryczna: (a) zdjęcie mikrometru, (b) przybliŜenie skali i noniusza, (c) zasada odczytu
wyniku.
12