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標(biāo)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(yè)]
作者: 機(jī)極級(jí)技 時(shí)間: 2022-11-14 10:13
標(biāo)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(guò)用放大鏡來(lái)聚太陽(yáng)光,，通過(guò)將太陽(yáng)聚光后,，很快就能達(dá)到非常高的溫度。
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小時(shí)候知道放大鏡這個(gè)功能后,，就會(huì)用它去做各種破壞實(shí)驗(yàn),，如點(diǎn)火柴，燒紙,，燒木頭,，還會(huì)用它來(lái)燒螞蟻，馬上也能讓其沒(méi)有反應(yīng),，相信很多小伙伴都干過(guò)這樣的事吧,。
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不過(guò)，要說(shuō)聚光能力有種鏡子可是比放大鏡要強(qiáng)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(shí)，從這個(gè)名字就可以猜出一二,，它是一個(gè)叫菲涅爾的法國(guó)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(shí)可能見(jiàn)到的菲涅爾透鏡不多,，但是其在國(guó)防,，航空，交通,，工業(yè)生產(chǎn)以及民用等各個(gè)領(lǐng)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(shí)期，作為標(biāo)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(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該是燈中的透鏡,。
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水手們依靠燈光導(dǎo)航已有2000多年的歷史了，當(dāng)時(shí)的人們通過(guò)燒鯨魚(yú)油來(lái)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(biāo),。
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隨著海上旅行和商業(yè)的增長(zhǎng)，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(tái),，燃燒更亮的油燈取代了簡(jiǎn)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(dāng)時(shí)法國(guó)物理學(xué)家?jiàn)W古斯丁·讓·菲涅爾（Freh-nel）發(fā)明了一種新的透鏡,，該透鏡設(shè)計(jì)將徹底改變燈塔的光學(xué)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(gè)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?hào)燈,，汽車前燈都有應(yīng)用,，就連一些手機(jī)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(qiáng)大的鏡頭，直徑超過(guò)1.8米,，它的光束主要用作海岸燈,，在出海32公里處可見(jiàn)，第六級(jí)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(guò)測(cè)試表明,，用明火會(huì)損失近97％的光,，使用反射鏡會(huì)損失約60-80％的光，但是,，菲涅爾透鏡最多只會(huì)損失20％的光,。
菲涅耳透鏡的另一個(gè)特點(diǎn)是，它能夠制造出獨(dú)特的單個(gè)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(duì)于普通的透鏡,，菲涅爾透鏡更輕,，更薄，聚光能力更強(qiáng),，所以相對(duì)的成本也就會(huì)更低,。
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菲涅爾透鏡從平面上看，就像有無(wú)數(shù)多個(gè)同心圓組成的玻璃,，其聚焦效果卻超過(guò)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(shí),，會(huì)出現(xiàn)邊緣變暗和模糊，這是因?yàn)楣獾恼凵渲话l(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(huì)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(dá)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(guò)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(gè)平面上接受光線,，所以,，螺紋狀的菲涅爾透鏡每一個(gè)凹槽都能成為一個(gè)獨(dú)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(qiáng)大的聚光能力,，現(xiàn)在有人還發(fā)現(xiàn)它的另一個(gè)強(qiáng)大的功能,，那就是隱身。
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其實(shí),，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(huà)面折射到正前方，從而達(dá)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(dāng)被隱形的物體與平行棱垂直時(shí)就不能達(dá)到隱形的效果,。
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: V5 Z% E Z$ h) M所以說(shuō),，菲涅爾透鏡的這種隱身能力，就好像給視覺(jué)物體加上了較高的模糊效果,，并不能達(dá)到真正的隱身,，但它的這種功能還是能在一些領(lǐng)域得到應(yīng)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(shí)別性等多個(gè)方面改進(jìn)了現(xiàn)有的照明和聚光設(shè)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(shí)菲涅爾透鏡所具有的立體輪廓相對(duì)于普通透鏡,，應(yīng)該算是一件藝術(shù)品吧,。
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菲涅爾透鏡聚光實(shí)驗(yàn)% C/ ~+ l5 ?; O( g) I' e
下面就來(lái)看一組菲涅爾透鏡強(qiáng)大的聚光實(shí)驗(yàn)（大號(hào)的菲涅爾透鏡）
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將一張菲涅爾鏡片凸面對(duì)著太陽(yáng)，聚光處放一張水泥板,，讓一塊木頭從聚光處劃過(guò),，木頭瞬間就會(huì)冒煙，水泥板上還會(huì)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(kāi)始熔化冒煙，瓶中的啤酒也開(kāi)始沸騰,，最后就是整個(gè)啤酒瓶炸裂,，整個(gè)過(guò)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(gè)生雞蛋,，3秒鐘就能達(dá)到9分熟,，撒上調(diào)料就可以吃了。
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最后再來(lái)個(gè)狠的,，把光線聚焦到石頭上會(huì)怎么樣,？（火山巖石）
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持續(xù)了一會(huì)，巖石上面已經(jīng)熔化了,，聚光后溫度達(dá)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(wàn)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g(shù)if截取自Youtube《Fresnel Lens Section Animation》
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作者: m2006410 時(shí)間: 2022-11-14 12:24
厲害👍
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