23087

Реєстрація спектрів пропускання

Лабораторная работа

Физика

Опис спектрофотометра СФ5 У цій лабораторній роботі Ви познайомитеся з принципом дії спектрофотометрів – оптикоелектронних приладів призначених для вимірювання спектрів пропускання поглинання особливостями методики вимірювання цих спектрів а також способами визначення кольорових координат. Проходження світла через будьякі середовища завжди супроводжується втратами пов’язаними з поглинання та розсіюванням. Коефіцієнт екстинкції коефіцієнт поглинання.1 або словами потужність яка віднімається у паралельного пучка світла за...

Украинкский

2013-08-04

137.5 KB

3 чел.

4

Реєстрація спектрів пропускання

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ФІЗИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ОПТИКИ

ПРАКТИКУМ “ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННІ ПРИЛАДИ І СИСТЕМИ”

8

Реєстрація спектрів пропускання

КИЇВ 2001


Список лабораторних робіт та додаткових матеріалів практикуму

“Оптико-електронні прилади і системи”

--------------------------------------------------------------------------------------------

  1.  Дослідження характеристик фотоелектронного помножувача.
  2.  Дослідження характеристик фоторезистора.
  3.  Дослідження характеристик фотодіода.
  4.  Електрометричний вимірювач струму.
  5.  Синхронний детектор.
  6.  Метод лічби одноелектронних імпульсів.
  7.  Вимірювання форми імпульсу випромінювання.
  8.  Реєстрація спектрів пропускання.
  9.  Реєстрація спектрів випромінювання.
  10.  Вимірювання спектральної чутливості фотоприймачів.
  11.  Вимірювання абсолютної та порогової чутливості фотоприймача.
  12.  Методи модуляційної спектроскопії.
  13.  Мікрофотометри.

  1.  Терміни та визначення
  2.  Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла. Функція Планка.
  3.  Опис спектрофотометра СФ-5

У цій лабораторній роботі Ви познайомитеся з принципом дії  спектрофотометрів – оптико-електронних приладів, призначених для вимірювання спектрів пропускання (поглинання), особливостями методики вимірювання цих спектрів, а також способами визначення кольорових координат.   

Теоретична частина.

Проходження світла через будь-які середовища завжди супроводжується втратами, пов’язаними з  поглинання та розсіюванням. Поруч з цим на границях різних середовищ світло завжди потерпає відбиття. Таким чином при проходженні  світла через будь-яке матеріальне тіло (середовище) його потужність буде зменшуватися (винятком є проходження світлом середовища з інвертованим заселенням, але цей випадок ми не будемо розглядати). Далі ми будемо говорити лише про паралельні пучки світла, тобто практично про плоскі хвилі. Спочатку випромінювання будемо вважати монохроматичним.

Коефіцієнт екстинкції (коефіцієнт поглинання).

На Мал.1 зображений пучок паралельних променів, спрямований на вимірювач потужності випромінювання. На шляху пучку, нормально до нього, послідовно встановлюють один з двох шарів однієї і тієї ж речовини різної товщини . Різниця товщин обирається малою у порівнянні з товщиною шару . Відліки вимірювача потужності випромінювання дають відносну величину потужності , яка доходить до вимірювача. В присутності шарів  і , потужності  і  менші, ніж без них. Це обумовлено двома причинами: по-перше, частина світла втрачається внаслідок відбивання від передньої та задньої поверхонь введеного шару; ці втрати однакові для обох шарів, по-друге, частина випромінювання або “поглинається” в цих шарах (тобто перетворюється в теплову, хімічну або світлову енергію), або “розсіюється” (тобто змінює напрямок свого розповсюдження). Для товстого шару втрачена внаслідок екстинкції, або “гасіння”, частина випромінювання, що увійшло в шар більша, ніж для тонкого, тому виміри покажуть наступне

    ,      ( 8.1 )

або словами, потужність , яка віднімається у паралельного пучка світла за рахунок поглинання та розсіювання в шарі товщиною , пропорційна потужності падаючого світла і товщині шару . Коефіцієнт пропорційності називають коефіцієнтом екстинкції. Якщо в конкретному випадку розсіювання не грає відчутної ролі у порівнянні з поглинанням, то коефіцієнт екстинкції називають коефіцієнтом поглинання. Якщо ж, навпаки, поглинанням можна нехтувати у порівнянні з розсіюванням, то говорять про “коефіцієнт екстинкції, обумовленої розсіюванням”. При використанні слів “екстинкції”,  “коефіцієнт екстинкції” і т.п. без доповнень, залишається незрозумілим, яка частина енергії припадає на поглинання і яка – на розсіювання

Рівняння (8.1) слугує визначенням коефіцієнта екстинкції. Для його практичного вимірювання майже завжди вибирають різницю товщин  порівняною з товщиною шару , а не малою в порівнянні з нею, як це робилося вище. Тоді можна уявити собі, що шар складається з окремих тонких шарів товщиною (Мал.1,б). Після інтегрування поглинання у всіх цих шарах, отримаємо

, звідки , і  ( 8.2 )

При вимірюваннях замість натуральних логарифмів використовують десяткові і потужність випромінювання  замінюють відповідними відгуками вимірювача потужності випромінювання . Тоді

.        ( 8.3 )

 Дуже часто користуються поняттям прозорості (пропускання) поглинаючого шару Т, яку визначають з співвідношення . Оптична густина поглинання (послаблення) D і прозорість (пропускання) Т пов’язані співвідношенням .

Врахування втрат на відбивання при вимірюванні спектрів поглинання проводять в різні способи. Так, наприклад, при вимірюванні поглинання розчинів це врахування здійснюють експериментальним шляхом. Для цього один і той же пучок пропускають двічі: одного разу скрізь кювету з поглинаючим розчином, а другий раз скрізь аналогічну кювету з розчинником. В такий спосіб майже повністю враховуються втрати на відбивання, якщо концентрації розчинів не дуже великі, і певною мірою втрати на розсіювання та поглинання розчинником та сторонніми домішками в ньому.

Складніше враховувати втрати на відбивання в твердих зразках і особливо в тонких поглинаючих шарах, де таке врахування внаслідок багаторазового відбивання від передньої та задньої поверхні є особливо необхідним для одержання істиних результатів.

При повному врахуванні багаторазового відбивання всередині поглинаючого шару закон поглинання приймає наступний вигляд

,         (8.4)

тут r  - показник відбивання поверхні. Тому що в знаменнику другий член часто значно менший за одиницю, то вираз в спрощеній формі можна записати таким чином:

.        (8.5)

Слід зауважити, що коефіцієнт поглинання може бути поданим в різних одиницях в залежності від того, в яких одиницях подана товщина та концентрація поглинаючих речовин. На графіках та в таблицях такі дані завжди повинні наводитися, в протилежному випадку результати вимірювань буде важко порівнювати.

У випадку хімічно чистих речовин, кристалів чи рідин дуже часто поглинання вимірюють тільки на одиницю товщини (значення К – коефіцієнта поглинання вимірюють в таких випадках в см –1). Якщо при цьому відоме число атомів або молекул в одиниці об’єму, то можна розрахувати атомарний або молекулярний показник поглинання, який є атомно-молекулярною сталою, що характеризує імовірність оптичних переходів при поглинанні оптичного випромінювання даної частоти.

При дослідженні розчинів поглинання відносять не тільки до одиниці товщини, а й до одиниці концентрації. Якщо відома концентрація розчина в молях на літр, то такий коефіцієнт поглинання називають “молярним показником поглинання”. Якщо відома концентрація атомів або молекул в одиниці об’єму, то коефіцієнт поглинання називають “атомарним або молекулярним показником поглинання”. В решті решт, якщо концентрація розчину виражена в г/см3, то коефіцієнт поглинання слід називати “ваговим показником поглинання”.

СПЕКТРОФОТОМЕТРИ

Прилади, призначені для вимірювання спектрів поглинання (пропускання) отримали назву спектрофотометрів. У найпростішому випадку (без врахування відбивання) для вимірювання спектрів поглинання необхідно у визначеній області зареєструвати спектрометром суцільний спектр будь-якого джерела безпосередньо I0, а потім спектр випромінювання, яке пройшло через зразок I. При реєстрації спектра джерела

,

а при проходженні випромінювання джерела через зразок (шар поглинаючої речовини)

,

тут  - спектральна чутливість спектрометра,  - потужність джерела світла,  - спектр пропускання зразка.

Розділивши останнє рівняння на передостаннє, отримаємо

.

Часто необхідно визначити спектральну залежність оптичної густини зразка

.

Спектр випромінювання джерела повинен бути достатньо інтенсивним і залежність  - по можливості плавною. Таким джерелом у видимій та ближній інфрачервоній області є лампа розжарення, а в ультрафіолетовій області – воднева (дейтерієва) лампа. Інтенсивність випромінювання джерела не повинна змінюватися з часом.

Завдання

Перед початком роботи уважно ознайомтеся з усіма матеріалами і літературою, пропонованими до даної лабораторної роботи. Перед початком вимірів спробуйте спрогнозувати свої дії. При необхідності, частіше радьтеся з викладачем, або з лаборантом.

  1.  За допомогою спектрофотометра СФ-5 вимірте коефіцієнт пропускання скляних світлофільтрів ПС7 та ПС14. Корисні поради:

Спектральний діапазон 400-1000нм

Намагайтеся працювати з мінімальними щілинами

Для вибору оптимального кроку зміни довжини хвилі користуйтесь

ГОСТ 9411-81, стор. 55,56.

  1.  Побудуйте залежність коефіцієнта пропускання, оптичної густини та коефіцієнта поглинання від довжини хвилі. Корисні поради:

Визначте товщини фільтрів.

  1.  Спробуйте визначити коефіцієнти відбивання досліджених світлофільтрів.

  1.  Спробуйте пояснити смугастий характер спектру поглинання фільтру ПС7.

  1.  Розрахуйте колірні координати досліджених світлофільтрів. Корисні поради:

Скористайтесь документом LR11.DOC.

Література:

1. Соболева Н.А., Меламид А.Е. Фотоэлектронные приборы. -М.: Высшая школа.-1974.

2. Спектрофотометр СФ-5. Инструкция по эксплуатации.

3. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения. Справочник. -М.: Радио и связь.-1987.

5

Реєстрація спектрів пропускання


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54435. Пояснювальна записка до інтегрованого уроку (англійська, німецька мови, інформатика) 115 KB
  Тема: Die Brücke vom Herzen zum Herzen The Bridge from Hert to Hert Міст від серця до серця Мета уроку: 1 практична: розвивати навички монологічного та діалогічного мовлення; стимулювати інтерес учнів до теми уроку активізуючи використання вивченого лексичного матеріалу з теми; повторити правила утворення ступенів порівняння прикметників тренувати їх вживання; розвивати навички читання пошуку потрібної інформації в тексті; повторити географічні назви країн та...
54436. Мотивація навчальної діяльності учнів 58.5 KB
  Мотивація навчальної діяльності учнів Найважливіший сенс учительської праці навчити учнів так щоб вони не розгубилися в бурхливому вирії сучасного життя. Треба зацікавити учнів не лише конкретним предметом а й процесом отримання знань. За словами французького письменника вчитись треба тільки весело; щоб переварити знання треба поглинати їх з апетитом Саме тому однією з моїх методичних тем є проблема Мотивація навчальної діяльності учнів Будь яка діяльність людинив тому числі і навчання підкоряється загальній схемі: 1. Навіщо...
54437. Мотивація - один і з структурних елементів інтерактивного навчання 68.5 KB
  Використовую різноманітні прийоми мотивації: Мотивація навчальної діяльності шляхом бесіди Шляхом створення проблемної ситуації Шляхом використання технології мозкова атака Шляхом опрацювання тексту періодичних видань За технологією незакінчене речення Шляхом виготовлення саморобних наочних посібників Шляхом використання творчих завдань Шляхом використання художньої та науковопопулярної літератури Шляхом створення ситуацій успіху На основі діяльнісного підходу до навчання За допомогою екстраполяції прогнозування...
54438. Die Ukraine − unsere Heimat 49.5 KB
  Die Ukrine − unsere Heimt Мета. Мовна зарядка Welche Tg ist heute Der wievielte ist heute Sind lle Schen in Ordnung Ist die Tfel suber 3. Де ви живете Ви живете в Києві Ми живемо на вулиці Шевченка 12 Konjugiert die folgenden Verben im Präsens sprechen wohnen leben. Die Hupstdt der Ukrine heißt Kyjiw.
54439. Лексикологія. Багатозначність слів, вживання їх у прямому та переносному значеннях, синоніми і антоніми 44.5 KB
  Сухомлинський Мова жива сходинка людського духу Панас Мирний Мова коштовній скарб народу І. Франко Мова життя духовного основа М. Рильский Мова генофонд культури О.Завжди йдуть у парі мова й думка.
54440. Голос рідної природи серцем слухати навчись 84.5 KB
  Полтави Голос рідної природи серцем слухати навчись Мова – найбільший скарб який є у кожного народу. Навчальний процес в початковій школі ми намагаємося організувати так щоб перші кроки до науки маленькі школярі робили на уроках мислення серед природи гортаючи сторінку за сторінкою Книгу рідної землі. Дитина від своєї природи писав Сухомлинський допитливий дослідник відкривач світу. Один із перших кроків наближення дітей до природи розуміння її – це спостереження що проводиться безпосередньо в довкіллі.
54441. ЦІКАВИНКИ РІДНОЇ МОВИ 53 KB
  Закріплювати знання учнів формувати вміння думатислухати. Ви підросли порозумнішали навчилися застосовувати практично наявні знання. Вітаю тих хто не отримав перемогу але показав міцні знання стійкий бійцівський характер.
54442. ЦВІТИ І СМІЙСЯ, РІДНЕ СЛОВО! У СЕРЦІ ЩИРОМУ ЗВУЧИ! 66 KB
  Нам стежку в світ дано топтати Поки в нас рідна мова є Учениця І як гуртом не поодинці Почнемо в світ її нести То й доти будем – українці Поміж народів сміло йти Учень А знехтуємо рідне слово – Земля цього нам не простить То ж сяй над світом рідна мово Тобі в віках судилось жить Учениця Цвіти і смійся рідне слово У серці щирому звучи Моя чарівна рідна мово Лети над світом не мовчи Звучить музика Ведучий. Ведучий. Ведучий. Ведучий.
54443. Соловїна, барвінкова, українська рідна мова 205 KB
  Мета: навчальна поглибити знання учнів про рідну мову її символи традиції впроваджувати елементи естетичного виховання культури спілкування; розвивальна – розвивати українське мовлення культуру поведінки; виховна – виховувати любов і повагу до своєї Батьківщини України її символів традицій обрядів почуття глибокої поваги до предків своїх рідних і близьких творчу самостійність і відповідальність уміння самоорганізовуватись вміння...