Fluoreszkáló festék fénykibocsátásának vizsgálata, a kibocsátott fény időfüggésének megállapítása

Átírás

1 Fluoreszkáló fesék fénykibocsáásának vizsgálaa, a kibocsáo fény időfüggésének megállapíása A) A méréshez használ eszközök: 1. A fekee színű doboz aralmaz egy fluoreszkáló fesékkel elláo felülee, LED-eke a fesék megvilágíásához és egy fooellenállás, a fényerősség méréséhez. A doboz szészedhejük, és megnézhejük a belső elrendezés.. ARDUINO mikroszámíógép a mérés vezérléséhez. 3. Számíógépes szofver a mikroszámíógép vezérléséhez (nem kell raja válozani) 4. Számíógép a mérési eredmények kiérékeléséhez. B) A kísérlei eszközök leírása A fekee színű doboz a kövekező kapcsolás aralmazza. Az Re és Rf ellenállások feszülségoszó kapcsolás képeznek, melyre az U ponon adunk ápfeszülsége az Arduino mikroszámíógép U kapcsáról. A feszülségoszó Rf ellenállása félvezeőből készül fooellenállás; ennek a vezeőképessége a félvezeő ér fény erősségével arányos, ebből kövekezően az ellenállása növekvő fényerősség eseén csökken. A mérés során a fooellenálláson eső feszülség mérésével kövekezeünk a fluoreszkáló anyag fénykibocsáására illeve annak válozására. A fooellenálláson eső feszülsége az ARDUINO-val mérjük úgy, hogy a földől különböző ponjá az Arduino A5 jelű analóg feszülsége mérni képes bemenei ponjára köjük. A fluoreszcens anyag megvilágíásá is az Arduinoval vezéreljük. A fényforrások (LED diódák) az Arduino A4 analóg kimeneéről kapják a vezérlés.

2 Az Arduino csalakozaása A feniek alapján a fekee doboz négy csalakozó zsinórral köheő az ARDUINO-hoz (ld. ábra). A csalakozó zsinóroka a dobozra ír feliraal lehe azonosíani. A mérés összeállíása során a megfelelő csalakozóka az ARDUINO csalakozósorának megfelelő jelzéssel elláo helyére köjük. A kapcsolás összeállíása uán muassuk meg a kapcsolás a felügyelő anárnak! C) Mérési ok: 1. Állísuk össze a mérési elrendezés a feniek szerin!. Indísuk el az Arduinó szofver a lenebb leírak szerin! 3. Egy mérés kb. 3-4 percig érdemes folyani, ekkor elegendő adao kapunk a feldolgozáshoz. 4. Rögzísük a mér eredményeke szövegfájlban. Ehhez segísége kapunk a Tanácsok a kiérékeléshez című ponban. 5. Ábrázoljuk a mér eredményeke grafikonon! Az ábrázolás örénhe Excelben, vagy valamely más, a számíógépen lévő programban. 6. A mérési adaokból haározzuk meg a jelensége leíró függvények jellemző adaai! 7. Elemezzük a mérés leheséges hibái. 8. Ellenőrizzük legalább ké mérési ponon a feszülségből meghaározhaó fooellenállás éréké. Adjuk meg az ellenőrzö, és a áblázai érék elérésének hibaszázaléká. 9. Ellenőrizzük legalább ké mérési ponon a számío fényesség éréke. A mérés végrehajása: Miuán a felügyelő anár ellenőrize a kapcsolás, csalakozassuk az ARDUINO- a számíógéphez az USB csalakozóval, és indísuk el az ARDUINO szofver az alábbi ikonra kainással.

3 Az aszalon aláljuk a paksieszköz1.ino elnevezésű programo, ölsük be az ARDUINO szofverbe. Ellenőrizzük, majd ölsük á a programo az ARDUINO-ba (lásd ábra)! Ha e folyama során piros színű üzeneek jelennének meg, forduljunk a mérésvezeőhöz. A beöléskor a mérés elindul. A képernyő jobb felső sarkában elhelyezkedő Soros monior nevű újraindul, és a kapo eredményeke láhajuk. ikonnal a mérés Megjegyzés: A program minden induláskor vélelenszerűen kiválaszo, de elegendően hosszú ideig megvilágíja a fluoreszkáló anyago. Amikor a LED-eke kikapcsolja, a fooellenálláson eső feszülsége méri az elel idővel együ. A feszülség minavéelezése időben vélelenszerűen zajlik, előbb sűrűbben, később rikább időközönkén. A mér feszülségből a fooellenállás éréké, valamin abból a megvilágíás erősségé a program kiszámíja. A program a kövekező érékeke adja vissza: A megvilágíás időarama, majd rendre: 1. a feszülségmérés sorszáma;. az indíásól elel idő (ezredmásodperc egységekben); 3. a fooellenálláson mér feszülség (V); 4. a fooellenállás számío éréke (Ω); 5. a fényerősség (lux). Megjegyzés: A ápfeszülsége a mérőeszköz a számíógépől az USB kábelen kereszül kapja, ami különböző védőáramkörökön kereszül használ. D) Tanácsok a mérés érékeléséhez: A folyamaos görgeés leállíhaó a COMxx (Arduino ) nevű ablak alján láhaó Auomaikus görgeés négyze kikainásával. (A mérés nem áll le, csak az adaok görgeése nem folyaódik.)

4 Az adaoka másoljuk (Copy/Pase) a Jegyzeömb (Noebook) program segíségével egy szövegfájlba. Az adaoka célszerű Excelbe is áenni. Az Arduino izedesponto használ, míg a magyar verziójú Excel izedesvessző. Ezér minden (izedes)pono vesszőre kell cserélni, és úgy célszerű elmeneni a szövegfájl a sajá mappánkba. Minden mérésnek adjunk más neve! A szövegfájl Excel-be való beölésekor, a megnyiás parancs beállíásakor válasszunk agol beolvasás. Az elválaszó karaker a space (szóköz). E) A mérés érékeléséhez szükséges elmélei ismereő A mérés alapján szemrevéelezéssel megállapíhajuk, hogy a fényesség időben monoon csökken. A folyama egy öbb komponensű radioakív anyag bomlásához hasonló. I legalább ké komponensre számíhaunk. Ez az jeleni, hogy a fényinenziás (ami E-vel jelölünk a T1 T kövekező alakú lehe: E E1 E. I E1 és E a ké komponens kezdei inenziása, T1 és T pedig a ké komponens felezési ideje. Az egyik komponens gyors lefolyású (pl. az 1-el jelöl), amely kb. 30 sec ala elűnik, a másik pedig hosszabb lefolyású, amely még akár 0 perc uán is mérheő lenne. Ha csak egy komponens lenne, akkor a mér érékek logarimusa egyenes lenne, és akkor az egyenes meredekségéből a felezési idő ismer módon meghaározhaó lenne. Mivel öbb komponens van, a mér érékek logarimusa nem lesz az idő lineáris függvénye. Kihasználhajuk azonban az, hogy az egyik komponens gyorsabban bomlik, és így egy idő múlva már elhanyagolhaó lesz a lassabban bomló komponens melle. Más szóval: egy idő uán már csak a lassú komponens marad! Annak paraméerei (mondjuk E és T) viszon logarimikus ábrázolással már meg udjuk haározni! Ha pedig ismerjük E és T éréké, akkor ki udjuk számíani a gyorsabb komponens is, T1 T hiszen E E1 E E. Ekkor viszon logarimikus ábrázolásban már E () is lineáris függvény lesz, amelyből E1 és T1 is meghaározhaó. F) Segíség a mérési ok 9. ponjához A fényerősség számíásának módja:

5 A fooellenállásból a fényerőssége egy közelíő karakeriszika segíségével számíhajuk. A karakeriszika mindké engelye logarimusos. A foóellenállás un. söéellenállásá 10 7 Ω, a legnagyobb fényessége, ami a foóellenállás felfogha, 10 5 lux érékűnek vehejük. A ké szélső állapoo egyenessel köhejük össze. A mér Rx ellenállásból aránypárral meghaározhaó a fényességérék logarimusa, és ebből a fényinenziás. FONTOS! A mérés a beado jegyzőkönyv alapján fogjuk érékelni. A jegyzőkönyve papíron, vagy számíógépes fájl (x, doc, pdf sb.) formájában is elfogadjuk. Papír jegyzőkönyve akkor is be kell adni, ha elekronikusan készíjük a jegyzőkönyve! Ilyenkor a papír jegyzőkönyvre csak annyi írjunk hogy az elekronikus jegyzőkönyv a kódunkkal megjelöl mappában alálhaó. Az elekronikus jegyzőkönyve a kódszámmal jelöl mappába helyezzük, az összes csaol anyaggal (Excel munkalap, jegyzeömb fájl sb.) együ. A papír jegyzőkönyvön is jelezzük, hogy milyen fájloka meneünk ki.