एक कटअवे इंजन सिलेंडर चक्र के चारों स्ट्रोकों में पिस्टन, वाल्व और स्पार्क दिखाता है। छात्र इंजन गति और स्पार्क अग्रिम बदलते हैं और स्ट्रोक, चक्र कोण, सिलेंडर दाब और वाल्व की स्थिति को अपडेट होते देखते हैं।
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फाइबर ऑप्टिक्स और लाइट गाइड
इस सिमुलेशन के बारे में
फाइबर ऑप्टिक्स और लाइट गाइड दिखाता है कि कांच के बाल-पतले किस्में प्रकाश की गति से वैश्विक इंटरनेट ट्रैफिक कैसे ले जाते हैं। एक पारभासी 3D ऑप्टिकल फाइबर अपने उच्च-सूचकांक आंतरिक कोर (n₁), निचले-सूचकांक बाहरी क्लैडिंग (n₂), प्रवेश स्वीकृति शंकु, और निकास फोटोडिटेक्टर को प्रदर्शित करता है। जैसे ही छात्र लाल लेज़र एमिटर को खींचते हैं या लॉन्च कोण को समायोजित करते हैं, एक निरंतर लेज़र किरण और चमकते फोटॉन पल्स की एक धारा कोर चेहरे में अपवर्तित होती है और आपतन कोण θᵢ पर कोर-क्लैडिंग दीवार पर हमला करती है। जब तक θᵢ क्रांतिक कोण θc = arcsin(n₂/n₁) से ऊपर रहता है, प्रकाश का 100% आंतरिक रूप से वेवगाइड के नीचे परावर्तित होता है; बीच के बेंड रिंग को बहुत तेजी से खींचने से स्थानीय आपतन कोण θc से नीचे गिर जाता है और क्लैडिंग लीकेज किरणें प्रकट होती हैं।
विद्यार्थी क्या खोज सकते हैं
- प्रवेश चेहरे पर लाल लेज़र एमिटर को ऊपर और नीचे खींचें और सटीक लॉन्च कोण ढूंढें जहां कोर आपतन कोण θᵢ क्रांतिक कोण θc से नीचे गिर जाता है, जिससे लाल लीकेज किरणें ट्रिगर होती हैं।
- ऑप्टिकल फाइबर को मोड़ने के लिए सोने के मध्य रिंग को ऊपर की ओर खींचें और देखें कि कैसे एक कड़ा मोड़ प्रकाश का कारण बनता है जो पहले क्लैडिंग में बाहर लीक होने के लिए फंस गया था।
- क्लैडिंग सूचकांक n₂ को 1.38 पर रखते हुए कोर सूचकांक n₁ को 1.50 से 1.80 तक बढ़ाएं और संख्यात्मक एपर्चर (NA) बढ़ने पर हरे रंग की स्वीकृति शंकु को चौड़ा होते हुए देखें।
- क्लैडिंग सूचकांक n₂ को n₁ के करीब बढ़ाएं और देखें कि क्रांतिक कोण θc 90° के करीब कैसे पहुंचता है, जिससे प्रकाश को फंस कर रखना कठिन हो जाता है।
- लॉसलेस टोटल इंटरनल रिफ्लेक्शन और क्लैडिंग लीकेज मोड के बीच टॉगल करने के लिए लेज़र एमिटर या बेंड रिंग पर क्लिक करें।
अधिगम उद्देश्य
- 1उच्च-सूचकांक कोर (n₁) और निचले-सूचकांक क्लैडिंग (n₂) के बीच एक इंटरफ़ेस के लिए क्रांतिक कोण θc = arcsin(n₂ / n₁) की गणना करें।
- 2कुल आंतरिक परावर्तन के लिए आवश्यक दो भौतिक स्थितियों को बताएं: प्रकाश को उच्च से निम्न अपवर्तक सूचकांक (n₁ n₂ से अधिक है) की ओर यात्रा करना चाहिए और θc से अधिक θᵢ पर हमला करना चाहिए।
- 3ऑप्टिकल फाइबर के संख्यात्मक एपर्चर NA = √(n₁² − n₂²) को इसके अधिकतम स्वीकृति शंकु कोण से संबंधित करें।
- 4स्पष्ट करें कि ऑप्टिकल फाइबर केबल में मैक्रोस्कोपिक मोड़ सिग्नल क्षीणन (बेंड लॉस) का कारण क्यों बन सकते हैं।
शिक्षकों के आम सवाल
प्रकाश एक घुमावदार कांच के ऑप्टिकल फाइबर के अंदर क्यों फंसा रहता है?
आंतरिक कांच के कोर में आसपास के क्लैडिंग ग्लास (n₂) की तुलना में अधिक अपवर्तक सूचकांक (n₁) होता है। जब कोर के अंदर का प्रकाश एक उथले चरागाह कोण पर सीमा से टकराता है (यानी सामान्य से मापा गया एक बड़ा कोण θᵢ, θc से बड़ा), तो स्नेल के नियम का कोई अपवर्तित समाधान नहीं होता है और प्रकाश का 100% कोर में वापस परावर्तित हो जाता है।
यदि हवा में पहले से ही कम अपवर्तक सूचकांक (n = 1.00) है तो ऑप्टिकल फाइबर को क्लैडिंग की आवश्यकता क्यों है?
धूल, नमी, खरोंच, या किसी अन्य फाइबर को छूने वाला एक नंगे कांच का फाइबर हर संपर्क बिंदु पर प्रकाश लीक करेगा। सूचकांक n₂ के एक साफ, सुरक्षात्मक ग्लास क्लैडिंग के साथ कोर को घेरना पूरे केबल के साथ एक प्राचीन परावर्तन इंटरफ़ेस की गारंटी देता है।
संख्यात्मक एपर्चर (NA) क्या है?
संख्यात्मक एपर्चर NA = √(n₁² − n₂²) फाइबर की प्रकाश-gather करने की क्षमता को मापता है। यह sin(θ_max) के बराबर है, जहां θ_max प्रवेश चेहरे पर हरे स्वीकृति शंकु का आधा कोण है जिसके भीतर प्रवेश करने वाला प्रकाश कुल आंतरिक परावर्तन से सफलतापूर्वक गुजरेगा।
आपको तेज कोने के चारों ओर फाइबर-ऑप्टिक केबल क्यों नहीं मोड़ना चाहिए?
एक तेज मोड़ पर, कोर की बाहरी दीवार आने वाली किरण की ओर मुड़ती है, जिससे किरण और दीवार के सामान्य के बीच का कोण θᵢ कम हो जाता है। एक बार जब θᵢ क्रांतिक कोण θc से नीचे आ जाता है, तो प्रकाश क्लैडिंग में अपवर्तित हो जाता है और सिग्नल कम हो जाता है।
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बाँध, पेनस्टॉक और टरबाइन 3D में दिखाए गए हैं। छात्र गेट खुलाव और पानी का स्तर बदलते हैं, जिसे हेड कहते हैं, और पानी का बहाव, पेनस्टॉक में पानी की गति, विद्युत शक्ति और प्रति दिन ऊर्जा पढ़ते हैं।
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