Je maakt kennis met de ontwikkeling van de gloeilamp. Je denkt na over praktische problemen in een elektrisch systeem. Je bestudeert een manier om een rendementsvergroting te bereiken bij een optisch systeem. Je kunt Coach gebruiken om een juiste afmeting van een afbeelding te bepalen. Je weet wat kenmerken zijn van glasvezels. Je bent in staat een simulatieprogramma te beoordelen op juistheid van informatie. Je vergelijkt informatie uit een artikel met je eigen onderzoek. Je kunt een standpunt innemen op grond van objectieve informatie.
In een artikel bij Kennislink wordt aandacht geschonken aan de laatste ontwikkelingen.
- Lees het artikel: http://www.kennislink.nl/web/show?id=149152
Al in 2002 werd gebruik gemaakt van deze techniek door het bundelen van zonlicht.
Al in 2002 werd gebruik gemaakt van deze techniek door het bundelen van zonlicht.
- Waarom kan de zonnevariant slechts beperkt toegepast worden?
De beschreven ontwikkeling maakt gebruik van bestaande technieken. We bekijken de lichtbron, de lichtbundeling en het transport.
De Booglamp
Als lichtbron maken de ontwikkelaars gebruik van een booglamp. Het meest opvallende aspect van de booglamp is wel, dat dit de eerste praktische toepassing was die de mensheid wist te verzinnen met elektriciteit
|
Een eenvoudige booglamp. |
Bij de booglamp ontstaat een lichtboog door een elektrische ontlading die gepaard gaat met een heel intens licht en een enorme hitteontwikkeling. De lichtboog wordt gevormd tussen twee elektroden in de open lucht.
De afstand tussen de staven is kritisch. Staan de staven te ver uit elkaar, dan zal de lichtboog niet kunnen over slaan van de ene naar de andere staaf.
- zoek naar informatie over doorslagspanning. Maak dat begrip voor jezelf begrijpelijk.
Om een lichtboog te starten, moeten de uiteinden van twee elektroden tegen elkaar worden gehouden en moet er een grote stroom door worden gestuurd. Deze stroom veroorzaakt grote hitte aan het contactpunt en als de elektroden daarna van elkaar gescheiden worden, vormt zich tussen beide een vlamachtige lichtboog. De ontlading wordt voor het grootste deel tot stand gebracht door elektronen die van de negatieve naar de positieve elektrode overspringen, maar voor een deel ook door positieve ionen die in de tegengestelde richting gaan. Wanneer de ionen inslaan op de elektrodes veroorzaakt dat een enorme hitte. Toch is de positieve elektrode (waar de elektronen op inslaan) nog warmer omdat de elektronen een grotere totale energie hebben dan de ionen. In een lichtboog in open lucht, kan de positieve elektrode een temperatuur van 3500 °C bereiken.
|
Je ziet hier een vlamboog die ontstaat als er een ontlading is bij 500 kV in de openlucht. |
- Waarom klimt de vlamboog eigenlijk omhoog?
Het geluid dat ontstaat bij een ontlading.
Bij een ontlading, zoals bij de booglamp, dan hebben we naast een 'optisch', in de zin van zichtbaar resultaat - een 'vonk' -, ook met een akoestisch effect te maken. Door ionisatie van lucht, gevolgd door vonkoverslag wordt lucht op directe wijze vanuit elektriciteit in beweging gebracht. Iedereen weet wel dat elektrische vonken 'knetteren' en dat wanneer de vonken continue worden opgewekt, we een sterk sissend geluid verkrijgen.
Het geluid ontstaat omdat de geïoniseerde atomen, als ze eenmaal een stroompad vormen bij een vonkoverslag, zich als een elektrische weerstand gaan gedragen. Daarvoor geldt dat de stroom die erdoorheen gaat vermenigvuldigd met de spanning die erover staat, evenredig is met het afgegeven warmte(stralings)vermogen.
Wanneer lucht op de ene plek warmer is dan op een andere, dan wordt deze warmte aan de luchtmoleculen in de omgeving overgedragen. Aangezien dit verschijnsel zich in een korte tijd voordoet, ontstaat er een drukgolf, die mits de frequentie ervan binnen het bereik van het oor valt, als geluid wordt waargenomen.
Verbeteringen aan de lichtbron.
Er waren echter nog een paar belangrijke verbeteringen nodig voordat de uitvinding op algemene schaal toegepast kon worden: het vervangen van metaaldraad door koolstaven, vandaar ook de naam koolspitslamp. Dat levert veel meer licht op. Door toevoegingen aan de koolstofstaven kan ook de kleur van het licht worden beïnvloedt; Barium voor violet; Kalium voor bruin; Natrium voor blauw.
Zoek antwoord op de volgende vragen:
- Wanneer en door wie werd de booglamp uitgevonden?
- Wat was een groot nadeel van de eerste versies?
- Voor welke belangrijke aanpassing zorgde Jean Bernard Léon Foucault ?
- Noem drie andere bijdragen aan onze natuurkundige kennis van deze autodidact.
De koolspitslamp kent een eenvoudig principe.
Op een site staat te lezen:
The technology is quite simple. A pair of carbon rod electrodes are connected to a current limited source of power - 115 V AC or DC in series with a 1500 W space heater, for example. They are mounted on a well insulated, fire proof structure which allows the distance between the rods to be controlled.
- Waarom is er sprake van een extra apparaat in serie met de koolspitslamp?
- Op welke gevaren wordt in de tekst op de site gewezen en waarom?
Het transport
Voor het transport van het gebundelde licht wordt gekozen voor glasvezels.
- Waarom is glasvezel voor deze toepassing zo handig?
- Bestudeer de volgende bijles eens http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.do?supportId=73
- Geef een goed onderbouwde beschrijving van de werking van de glasvezel bij deze toepassing.
- Geef een 5-tal belangrijke kenmerken van glasvezelkabels.
De lichtbundeling
Licht kun je op twee manieren bundelen, via een bolle lens of een holle spiegel. Bestudeer https://www.natuurkunde.nl/opdrachten/978/lenzen en https://www.natuurkunde.nl/opdrachten/608/holle-spiegel voordat je de volgende vragen beantwoordt:
- Beschrijf het gedrag van het licht dat op een bolle spiegel valt nauwkeurig. Bestudeer daarbij ook de rol van het brandpunt van de spiegel.
- Je kent de lenzenformule natuurlijk. Mag je de lenzenformule ook gebruiken bij een holle spiegel?
Uit de gegevens blijkt dat de lamp een lengte had van 150 mm De hoofdspiegel en de recyclingspiegel hebben een holle vorm. Via de secundaire spiegel wordt zoveel mogelijk licht naar de glasvezel afgebogen.
- Waar komt het teruggekaatste licht van de recyclingspiegel terecht? Voor het brandpunt, in het brandpunt, achter het brandpunt.
- Waar komt het teruggekaatste licht van de hoofdspiegel terecht? Voor het brandpunt, in het brandpunt, achter het brandpunt. Laat je niet in de war brengen door de vlakke secundaire spiegel!!!
- Hoe groot zijn de v, b en f volgens de tekening van hoofd- en recyclingspiegel? Gebruik daarvoor bijvoorbeeld Coach, of maak een print en gebruik je liniaal.
Hulp bij gebruik van coach
- Save eerst de afbeelding “vereenvoudigde weergave van de spiegelopstelling” (op schaal getekend).
- Maak in Coach een nieuw project aan met een geschikte naam.
- Daarna maak je een nieuwe activiteit (kies ook een geschikte naam) en als ‘soort’ selecteer je ‘videometen’.
- Je kunt nu de afbeelding uit het artikel in het eerste (videometing) venster laden. (Zie in geval van nood aanwijzingen hieronder.)
- Maak het venster maximaal. (Zie in geval van nood aanwijzingen hieronder.)
- Selecteer coördinaatinstellingen en druk op OK
- Geef nu de lengte van de lamp (150 mm) aan door de uiteinden op de juiste plek (welke…) te zetten.
- Gebruik nu de meetlat (rechtermuisknop) om het antwoord op vraag 11 te geven.
|
Bekijk deze plaatjes voor meer aanwijzingen bij het gebruik van coach. |
In het artikel is sprake van een tekening op schaal.
- 17. Controleer dat met de applet “lenzen en spiegels”. Voer daarvoor de volgende handelingen uit:
- • Er wordt geen eenheid gegeven. Is dat van belang?
- • Kies nu een holle spiegel en stel de gevonden brandpunten van de spiegels in met de mogelijkheden die de applet geeft. Lees voorwerps- en beeldafstand af en controleer dat met je bevindingen bij punt 15.
Opereren met licht
|
twee afbeeldingen van materiaal dat behandeld is met de zichtbaarlicht snijder (a) kippenlever (noncontact procedure) en (b) kippennier (contactprocedure). De schaalverdeling is in cm. |
De onderzoekers bundelen het geproduceerde licht gedurende 360 s op testweefsel. Ze meten dan hoeveel van het weefsel coaguleert (dichtschroeit), wat aangeeft dat weefsel is afgestorven. De bundel heeft een vermogen van ongeveer 2W. Stukken “abnormaal” weefsel van 1000 mm3 wordt bekeken, ongeveer dezelfde grootte als het materiaal dat bij tumorchirurgie wordt behandeld. Daar staan twee afbeeldingen van testen met de nieuwe apparatuur.
- Bepaal de schaal van de foto’s.
- Welke informatie willen onderzoekers uit deze twee foto’s halen?
Deze scalpel werkt met zichtbaar licht. De traditionele scalpels gebruiken licht dat door lasers worden opgewekt.
- Waarvoor worden UV- en een IR-lasers gebruikt?
Zoekwoorden bv medical application UV-Lasers
- Geef tenslotte een overzicht van voordelen van de gangbare lasers en de (nieuwe) lichtscalpel. Wat vind je zelf belangrijk?
