Номер 1, страница 200 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. «Автоматизация производства с использованием фотоэлементов»

2. «Принцип действия прибора ночного видения»

3. «Компания «KAZPROM AVTOMAТІКА» и автоматизации технологических процессов»

«Принцип действия прибора ночного видения»

Прибор ночного видения (ПНВ) — это оптоэлектронное устройство, позволяющее получать изображение в условиях недостаточной освещенности. Его работа основана на усилении слабого видимого и ближнего инфракрасного света, отраженного от объектов. В отличие от тепловизора, который улавливает собственное тепловое излучение, ПНВ требует наличия хотя бы минимального источника света, например, света звезд или луны.

Основным элементом большинства современных ПНВ является электронно-оптический преобразователь (ЭОП). Рассмотрим принцип его действия пошагово:

1. Сбор света (Объектив): Свет от наблюдаемой сцены, состоящий из фотонов, собирается и фокусируется объективом на фотокатод, который является входным элементом ЭОП.

2. Преобразование света в электроны (Фотокатод): Фотокатод представляет собой светочувствительную поверхность, которая при попадании на нее фотонов испускает электроны. Этот процесс называется внешним фотоэффектом. Количество испущенных электронов пропорционально интенсивности падающего света. Для того чтобы фотон мог выбить электрон, его энергия должна быть не меньше работы выхода материала фотокатода. Энергия фотона связана с частотой света формулой $E = h\nu$, где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота световой волны.

3. Умножение электронов (Микроканальная пластина): Это сердце прибора, где происходит основное усиление. Электроны, выбитые с фотокатода, ускоряются электрическим полем и попадают в микроканальную пластину (МКП). МКП — это тонкий диск из специального стекла, пронизанный миллионами параллельных микроскопических каналов. Когда электрон попадает в канал, он ударяется о его стенку и выбивает множество вторичных электронов. Эти новые электроны также ускоряются, ударяются о стенки и вызывают дальнейшее лавинообразное нарастание числа электронов. В результате один входящий электрон может создать на выходе из МКП тысячи и даже десятки тысяч электронов.

4. Преобразование электронов в свет (Люминесцентный экран): Лавина электронов, покинув микроканальную пластину, с большой энергией ударяется о люминесцентный экран, покрытый фосфорным составом. Подобно экрану старого кинескопного телевизора, фосфор светится в точках попадания электронов. Таким образом, электронное изображение преобразуется обратно в видимое световое изображение, которое, однако, во много тысяч раз ярче исходного.

5. Наблюдение изображения (Окуляр): Полученное на экране яркое изображение рассматривается наблюдателем через окуляр, который работает как увеличительное стекло, позволяя сфокусировать взгляд и рассмотреть все детали.

Изображение в ПНВ чаще всего имеет характерный зеленый цвет. Это связано с тем, что, во-первых, для люминесцентного экрана исторически используются фосфоры с зеленым свечением, а во-вторых, человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зеленой части спектра, что позволяет различать больше оттенков (градаций яркости) и деталей на монохромном изображении.

Технология ПНВ постоянно развивалась, что привело к созданию нескольких поколений приборов, отличающихся чувствительностью, четкостью и коэффициентом усиления света:

• Поколение I: Первые пассивные системы без МКП. Усиление света достигалось за счет каскадного соединения нескольких ЭОП. Имели невысокое усиление (около 1000 раз), значительные геометрические искажения и были чувствительны к засветке.

• Поколение II: Ключевое усовершенствование — применение микроканальной пластины (МКП), что позволило резко повысить коэффициент усиления (до 20 000 раз и более) в одном компактном ЭОП, а также улучшить качество изображения.

• Поколение III: Использование фотокатода на основе арсенида галлия (GaAs), который значительно более чувствителен, особенно в ближней инфракрасной области. Это обеспечивает превосходную работу приборов в условиях очень низкой освещенности (например, в безлунную облачную ночь). Коэффициент усиления достигает 30 000–50 000 раз.

• Поколение III+ (иногда называемое Gen IV): Дальнейшее развитие технологии, направленное на улучшение разрешения, соотношения сигнал/шум и работы в динамических условиях освещения (например, в городе) за счет применения авторегулировки питания и беспленочных технологий.

Ответ: Принцип действия прибора ночного видения заключается в последовательном преобразовании энергии: объектив собирает слабый свет (фотоны); фотокатод преобразует фотоны в электроны; микроканальная пластина лавинообразно умножает количество электронов в тысячи раз; люминесцентный экран преобразует энергию умноженного потока электронов обратно в видимый свет, создавая яркое изображение, которое наблюдается через окуляр.