Dobré sluneční brýle

Pojem ultrafialové neboli UV záření jste jistě už někdy slyšeli. Jde o formu elektromagnetického záření s kratší vlnovou délkou než má námi viditelné světlo. Zaujímá spektrální oblast vlnových délek 10–400 nm. Ultrafialové záření je pro člověka neviditelné, na rozdíl od hmyzu, některých savců a ptáků. Rozlišujeme celkem tři druhy UV záření.

26.5 – Vlnové délky ultrafialového záření v porovnání s viditelným. V obrázku je vyznačeno pouze záření UV-C, UV-B a UV-A.
Zdroj

UVA záření: dlouhovlnné, vlnové délky v rozmezí 315 až 400 nm, nejbezpečnější, ale může za dlouhodobé poškození kůže (stárnutí) či poškození sítnice.

UVB záření: středněvlnné, vlnové délky 280 až 315 nm, poměrně nebezpečné, kromě poškození oka nebo jeho sítnice např. spálení kůže, přímé poškození DNA a rakovina kůže.

UVC záření: krátkovlnné, vlnové délky mezi 100 až 280 nm, pro živé organismy je velmi nebezpečné, protože ničí buněčné nukleové kyseliny. Pro tyto účinky je využíváno ke sterilizaci nástrojů nebo potravin a vody.

Extrémní UV záření: vlnové délky mezi 10 a 100 nm, šíří se pouze ve vakuu. Před nebezpečnými a nežádoucími účinky UV záření nás chrání atmosféra planety Země. Konkrétně ozonová vrstva (výskyt ve stratosféře 25–35 km nad povrchem), která dokáže velkou část dopadajícího ultrafialového záření pohltit. Na povrch planety Země pak dopadá zhruba 90–99 % paprsků UVA záření, 1–10 % paprsků UVB záření a žádné záření UVC.

Experiment – zkouška kvality UV filtru slunečních brýlí

Abychom zabránili poškození oční čočky a sítníce ultrafialovým zářením, používáme sluneční brýle. Ty jednak sníží množství světla dopadajícího do oka a takřka vždy jsou vybaveny kvalitním UV filtrem, který zabrání pronikání UV záření. Kvalitu UV filtru ve vašich brýlích si můžete snadno otestovat.

Sestavte obvod s arduinem a UV senzorem podle následujícího schématu. Senzor je napájen napětím 3,3 V.

26.6 – Schéma zapojení arduina a UV senzoru.
Zdroj

Nahrajte do arduina následující program:

// Tento program vam bude vracet hodnoty v mW/cm^2
// Arduino senzor UVA a UVB záření
// nastavení čísel propojovacích pinů senzoru
#define pinOut A0
#define pinRef3V3 A1

void
setup(void)
{
    // zahájení komunikace po sériové lince rychlostí 9600 baud
    Serial.begin(9600);

    // nastavení propojovacích pinů jako vstupních
    pinMode(pinOut, INPUT);
    pinMode(pinRef3V3, INPUT);
}

void
loop(void)
{
    // načtení analogové hodnoty z obou vstupů,
    // pro načtení volaný podprogram, který vrátí
    // průměr za 8 měření
    int hodnotaUV = prumerAnalogRead(pinOut);
    int hodnotaRef3V3 = prumerAnalogRead(pinRef3V3);

    // přepočet načteného napětí z UV senzoru a napětí
    // z 3,3 V Arduina pro přesnou hodnotu z UV senzoru
    float napetiOutUV = 3.3/hodnotaRef3V3 * hodnotaUV;

    // přepočet napětí z UV senzoru na intenzitu UV záření
    float intenzitaUV = prevodNapetiIntenzita(napetiOutUV, 0.96, 2.8, 0.0, 15.0);

    // vytištění informací po sériové lince
    Serial.print("ML8511 napeti: ");
    Serial.print(napetiOutUV);
    Serial.print("V, UV Intenzita (mW/cm^2): ");
    Serial.println(intenzitaUV);

    // volitelná pauza 1 sekunda před novým měřením
    delay(1000);
}

// podprogram pro provedení 8 měření a vrácení průměrné hodnoty
int
prumerAnalogRead(int pinToRead)
{
    byte numberOfReadings = 8;
    unsigned int runningValue = 0;
    for (int x = 0; x < numberOfReadings; x++)
        runningValue += analogRead(pinToRead);
    runningValue /= numberOfReadings;
    return runningValue;
}

// podprogram pro převod naměřené hodnoty
// z desetinného čísla na UV intenzitu
float
prevodNapetiIntenzita(float x,
                      float in_min, float in_max,
                      float out_min, float out_max)
{
    return (x – in_min) * (out_max – out_min)/(in_max – in_min) + out_min;
}

Jako zdroj UV záření lze použít sluneční světlo (ne filtrované sklem) nebo například UV diodu. Brýle umístěte mezi zdroj záření a senzor. V sériovém monitoru zjistíte, kolik záření brýle propustí nebo naopak kolik absorbují.

Poznámky pro učitele

pokud máte ve své sbírce senzor záření UV A nebo UV B od firmy Vernier, můžete toto měření provést i bez použití arduina
podle výsledků doposud provedených měření jsou i levné sluneční brýle vybaveny kvalitními UV filtry