Zobrazování gradientů teplot pomocí stínové fotografie

Šlírová fotografie navržená A. Toeplerem v roce 1863 patří mezi metody vizualizace/měření nepatrných variací indexu lomu prostředí. Tyto metody zahrnují zejména jednoduchou stínovou fotografii (2. derivace indexu lomu), šlírovou fotografii (1. derivace indexu lomu) a interferometrii (přímo index lomu). Šlírová fotografie mezi nimi představuje dobrý kompromis mezi jednoduchým principem a vyhodnocením a vysokou citlivostí. Tradiční využití nachází v aeronautice, je ale užitečná i všude tam, kde můžeme využít znalost indexu lomu, tedy i ve fyzice plazmatu.

Experimentální uspořádání

Experimentální uspořádaní je znázorněno na obrázku dolů. Používá dvou zrcadlové uspořádání typu Z. Optický systém je složen z dvou sférických zrcadel [2] s hliníkovým povrchem f/10 (15 cm poloměr) a ohniskovou vzdáleností 1.51 m. Jako bodový zdroj světla bylo použité optické vlákno propojeno s bílou LED [1], umístěno v ohniskové vzdálenosti prvního zrcadla. Mezi zrcadly jsou paralelní louče protínající sekci, v které je umístěn objekt, který bude zkoumán. Do ohniska druhého zrcadla je umístěno ostří nože (např. žiletka [3]), které nastaveno tak, že zasahuje polovinu ohniska (které má v praxi konečnou velikost). V případě, že světelný svazek neprocházel prostředím s proměnným indexem lomu, projeví se (správné) nastavení ostří pouze celkovým snížením intenzity světelné skvrny na stínítku. Fotografie jsou zaznamenány pomocí digitální kamery [4].

 

Hlavním cílem praktika je v první řadě práce s nenáročnou technikou na visualizaci fenoménů, které nemůžeme postřehnou vlastním zrakem. Pomocí šlírove fotografie zobrazíme tok plynu a porovnáme ho s plazmatem. Na základě získaných dat spočteme změny indexu lomu, na základě kterých dopočteme teploty pro různé podmínky. 

    Úkoly

• 1. Sestavte optický systém pro šlírovou fotografii typu Z (s dvomi zrcadlami).
• 2. Udělejte kalibraci systému.
• 3. Pozorujte a porovnejte změny šlír pro tok plynu a pro plazma. 
• 4. Zaznamenejte šlíry pro různé podmínky a dopočtěte odpovídající teploty, které porovnáte s typickými hodnotami pro daný týp elektrického výboje.

Kompletní návod ke stažení