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標題: 石頭都能熔化,，聚光產(chǎn)生上千度高溫,，神奇的菲涅爾透鏡 [打印本頁]
作者: 機極級技 時間: 2022-11-14 10:13
標題: 石頭都能熔化,，聚光產(chǎn)生上千度高溫,，神奇的菲涅爾透鏡
相信很多小伙伴都玩過用放大鏡來聚太陽光,，通過將太陽聚光后,，很快就能達到非常高的溫度,。
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小時候知道放大鏡這個功能后,，就會用它去做各種破壞實驗,，如點火柴,，燒紙，燒木頭,，還會用它來燒螞蟻,，馬上也能讓其沒有反應，相信很多小伙伴都干過這樣的事吧,。
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不過,，要說聚光能力有種鏡子可是比放大鏡要強得多，這種鏡子的名字叫菲涅爾透鏡,。
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什么是菲涅爾透鏡其實,，從這個名字就可以猜出一二，它是一個叫菲涅爾的法國人發(fā)明的,，其形狀就像一圈圈的螺紋,，所以又被稱為螺紋透鏡。
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菲涅爾透鏡一般是由塑料或者玻璃制成的,，其一面非常光滑,，而另一面則是有許多微型凸起的透鏡，這些凸起由小到大按等間距排列的,，形成螺紋一樣的紋理,。
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雖然我們平時可能見到的菲涅爾透鏡不多，但是其在國防,，航空,，交通，工業(yè)生產(chǎn)以及民用等各個領域中都有廣泛的使用,。
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菲涅爾透鏡的歷史
. H w5 o* w* q; ?在人類航海時期,，作為標志性建筑,，燈塔起到了非常重要的作用，一直在指引著人類不斷探索未知的世界,，而在燈塔中最重要的并不是塔,，而是燈，準確的說應該是燈中的透鏡,。
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水手們依靠燈光導航已有2000多年的歷史了,，當時的人們通過燒鯨魚油來為漁船提供指引方向的光亮，這些燈塔也成為港口重要的信標,。
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隨著海上旅行和商業(yè)的增長,，燈塔的數(shù)量和質(zhì)量也隨之增加，磚和金屬燈塔取代了木制平臺,，燃燒更亮的油燈取代了簡單的柴火或煤火,，雖然它們能為船只指引方向，但燈光的照射距離還是很有限的,。
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直到1822年,，當時法國物理學家奧古斯丁·讓·菲涅爾（Freh-nel）發(fā)明了一種新的透鏡,，該透鏡設計將徹底改變燈塔的光學特性,，讓船只的航行更加安全，成為真正的指路明燈,。
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1823年,，第一個菲涅爾透鏡被用在吉倫特海口的哥杜昂燈塔上,；用菲涅爾鏡片制造的燈極大地提高了燈塔的效率,，在其發(fā)明之前，最明亮的燈塔光束只能在12至20公里外看到,，菲涅爾透鏡發(fā)出的光可以一直照射到32公里外,。
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如今不光是燈塔，像我們?nèi)粘Ｋ玫慕煌ㄐ盘枱�,，汽車前燈都有應用,，就連一些手機上使用的閃光燈都能看到一圈圈同心圓，也是使用了菲涅爾透鏡,。
菲涅爾透鏡的特性和原理" O; i: v5 t1 u. [
菲涅耳透鏡分為不同的尺寸,，如常在燈塔上使用的，一階鏡頭是最大,，功能最強大的鏡頭,，直徑超過1.8米，它的光束主要用作海岸燈,，在出海32公里處可見,，第六級鏡頭是最小的鏡頭,，僅約30厘米寬，用于港口和航道,。
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菲涅爾透鏡比傳統(tǒng)光源聚光效率要高得多,，經(jīng)過測試表明，用明火會損失近97％的光,，使用反射鏡會損失約60-80％的光,，但是，菲涅爾透鏡最多只會損失20％的光,。
菲涅耳透鏡的另一個特點是,，它能夠制造出獨特的單個圖案，或者是組合圖案,，這讓其使用的范圍也就更廣,。
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相對于普通的透鏡，菲涅爾透鏡更輕,，更薄,，聚光能力更強，所以相對的成本也就會更低,。
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菲涅爾透鏡從平面上看,，就像有無數(shù)多個同心圓組成的玻璃，其聚焦效果卻超過了凸透鏡,，如果投射光源是平行光,，匯聚投射后能夠保持圖像各處亮度的一致。
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通常使用普通的凸透鏡聚光時,，會出現(xiàn)邊緣變暗和模糊,，這是因為光的折射只發(fā)生在凹透鏡的交界面，由于其鏡片較厚,，所以光在玻璃中傳播就會出現(xiàn)光線衰減,。
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如果能夠讓光線只發(fā)生折射，這樣不但能夠節(jié)約材料還能達到更好的聚光效果,，菲涅爾透鏡就是采用了這種原理,。
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! |. Y2 q0 G" j/ @* I根據(jù)光的折射只是在空氣和玻璃的界面發(fā)生，通過將透鏡曲面內(nèi)部掏空,，只保留發(fā)生折射的部分,，然后再讓它“塌陷”到一個平面上接受光線，所以,，螺紋狀的菲涅爾透鏡每一個凹槽都能成為一個獨立的透鏡,。
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6 D& L! F. @, b2 Y% N/ ^菲涅爾透鏡的隱身能力
& L1 N. E/ |2 N6 C6 N: J菲涅爾透鏡不但有著強大的聚光能力，現(xiàn)在有人還發(fā)現(xiàn)它的另一個強大的功能,，那就是隱身,。
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其實,，將菲涅爾透鏡同心圓換成平行棱狀，這樣就能改變?nèi)肷涔獾慕嵌�,，將鏡面外的畫面折射到正前方,，從而達到隱身的效果。
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但是,，這種隱身也只能改變水平方向的物體,，當被隱形的物體與平行棱垂直時就不能達到隱形的效果。
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: V5 Z% E Z$ h) M所以說,，菲涅爾透鏡的這種隱身能力,，就好像給視覺物體加上了較高的模糊效果，并不能達到真正的隱身,，但它的這種功能還是能在一些領域得到應用,。
菲涅爾透鏡的發(fā)明的天才之處在于，它在亮度,，距離,，效率和識別性等多個方面改進了現(xiàn)有的照明和聚光設備。
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由于它擁有的這些特性,，很容易忽略其鏡片本身的美感,，其實菲涅爾透鏡所具有的立體輪廓相對于普通透鏡，應該算是一件藝術品吧,。
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菲涅爾透鏡聚光實驗% C/ ~+ l5 ?; O( g) I' e
下面就來看一組菲涅爾透鏡強大的聚光實驗（大號的菲涅爾透鏡）
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將一張菲涅爾鏡片凸面對著太陽,，聚光處放一張水泥板，讓一塊木頭從聚光處劃過,，木頭瞬間就會冒煙，水泥板上還會有熔化和發(fā)黑的現(xiàn)象,。
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& ?, O" ?8 d9 h7 w7 S. X: r又將一瓶啤酒放在聚光處,，玻璃瓶首先開始熔化冒煙，瓶中的啤酒也開始沸騰,，最后就是整個啤酒瓶炸裂,，整個過程就在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生。
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在聚光水泥板上打一個生雞蛋,，3秒鐘就能達到9分熟,，撒上調(diào)料就可以吃了。
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最后再來個狠的,，把光線聚焦到石頭上會怎么樣,？（火山巖石）
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持續(xù)了一會，巖石上面已經(jīng)熔化了,，聚光后溫度達到了1650攝氏度,。
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玩是挺好玩的,，但也要注意安全哦，千萬不能照到身上了,。
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參考資料：維基百科,，USA National Park Service
文中圖片截取自Youtube《pixabay》《Fresnel Lens》
文中gif截取自Youtube《Fresnel Lens Section Animation》
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作者: m2006410 時間: 2022-11-14 12:24
厲害👍
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