Tentamen i Fysik för MTI 5A1225 970605

Alla hjälpmedel utom sådana som innebär kontakt med andra levande varelser är tillåtna. Uppgifterna är inte ordnade i svårighetsgrad. Tänk på att även en ansats på ett tal kan ge delpoäng. 2.5p erfordras för godkänt (Detta kan anpassas om så visar sig lämpligt).

Tema denna gång lysdiodskyltar

Bakgrund: Under det senaste året har ljusstarka lysdioder (LED (Light Emitting Diod (vilket är engelska (men det såg du ju (och kanske redan visste (vad vet jag?)))))) tagit ett stort steg neråt i pris och uppåt i prestanda. Det börjar därför bli rimligt att göra displayer för utomhusbruk i trafikmiljö baserade på lysdioder (titta på flera av Sthlms infarter t.ex)

1

En lysdiod beter sig elektriskt lite märkligt på så sätt att den vid normal drift ändrar sin resistans så att spänningen över den (LED'en) håller sig konstant. Man brukar därför seriekoppla LED'en med en resistans. Antag att vi har en lysdiod vars spänning (den som är konstant) är V2=1.8V. Den seriekopplas med ett motstånd på 12W och hela kopplingen drivs av en spänningskälla som kan varieras från V=3V till V=6V.

Rita ett diagram över hur effekten i lysdioden varierar som funktion av spänningskällans spänning (Javisst ska axlarna vara graderade!!!)

2

Lysdioden drivs med en mycket låg spänning. Det är dock opraktiskt att transportera den elektriska energin på det sättet (pga av effektförluster och pga nödvändigheten av ett eget nät). Därför vill man transformera 220V växelspänning till 9V. Man använder en primärspole (220V-sidan) med självinduktansen 300mH. Hur stor ska ömsesidiga induktansen vara?

(Du får gärna bortse från eventuella järnkärnor om Du vill)

3

Ljuset från lysdioden ska spridas i en för tillämpningen lagom vinkel. Om man ser lysdioden som en punktkälla (dvs den har inte den plasthätta som en del lysdioder har) och vill ge ljuset från den en divergens på ±10° kan man använda en lins med diameter 10mm som är placerad 10mm från lysdioden.

Vilken fokallängd ska den ha?

Ledning: Var vill man att bilden av punktkällan ska hamna?

(ljuset från punktkällan fyller ut lysdioden)

4

För att minska ljusförlusterna vill man antireflexbehandla linsytorna. Linsen görs av ett glas med brytningsindex 1.82. Av kostnadsskäl lägger man bara på ett skikt. Vilket av följande material tror du ur optisk synpunkt är bäst (som skiktmaterial):

MgO (n=1.37) TiO2 (n=2.2) PbO (n=1.79)

Andelen ljus som reflekteras från en gränsytan ges av

Det är naturligtvis motiveringen till ditt svar som avgör poängen.

5

Ljuset från lysdioden kan vara pulsat. Skriv ner hela uttrycket (funktion av x och t) för pulsen våglängden är 850nm och pulsen är gaussisk (exp-(t2/t02) där t0=10ns)