36814

ИЗУЧЕНИЕ ПОГЛАЩЕНИЯ СВЕТА

Лабораторная работа

Физика

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ Прохождение света через вещество ведет к возникновению колебаний электронов вещества под воздействием электромагнитного поля волны и сопровождается потерей энергии этой волны затрачиваемой на возбуждение колебаний электронов. Поэтому интенсивность падающего света по мере проникновения волны в вещество уменьшается. Действительно интенсивность световой волны прошедшей среду толщиной d уменьшается по закону: I=I0ekd 1 где I0 –...

Русский

2013-09-23

916.5 KB

2 чел.

Лабораторная работа № 18

ИЗУЧЕНИЕ ПОГЛАЩЕНИЯ СВЕТА.

Приборы и принадлежности:

1. Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2

2. Эталонные растворы с известной концентрацией.

3. Дистиллированная вода.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Прохождение света через вещество ведет к возникновению колебаний электронов вещества под воздействием электромагнитного поля волны и сопровождается потерей энергии этой волны, затрачиваемой на возбуждение колебаний электронов. Частично эта энергия вновь возвращается излучению в виде вторичных волн, посылаемых электронами, частично же она может переходить в другие виды энергии. Поэтому интенсивность падающего света по мере проникновения волны в вещество уменьшается.

Действительно, интенсивность световой волны, прошедшей среду толщиной d уменьшается по закону:

I=I0·e-kd,                                        (1)

где          I0интенсивность света, падающего на вещество;

              d – толщина слоя;

               I – интенсивность света, прошедшего через вещество;

               k - коэффициент поглощения.

Этот закон был установлен экспериментально и обоснован теоретически Бугером (1719 г.) и называется законом Бугера. Согласно этому закону интенсивность света убывает в поглощающем веществе экспоненциально.

При  интенсивность I оказывается в е раз меньше, чем I0, т. е. коэффициент поглощения есть величина обратная толщине слоя, при прохождении которого интенсивность света убывает в е раз. Коэффициент поглощения зависит от длины волны света λ (или частоты υ).

Отношение  называется пропускаемостью раствора (Т или Е в некоторых пособиях). Пропускаемость является функцией длины волны падающего света. Из закона Бугера следует, что пропускаемость раствора связана  с коэффициентом поглощения и толщиной поглощающего слоя соотношением:

            (2)

Если молекулы растворенного вещества не взаимодействуют между собой и с молекулами растворителя, то коэффициент поглощения линейно связан с концентрацией раствора. Поэтому при изменении концентрации меняется и пропускаемость раствора Т (Е).

Действительно, если k = αC, где α – коэффициент пропорциональности,                           С – концентрация растворённого вещества. то для таких растворов закон Бугера принимает вид:

I=I0·e-αcd               (3)

Измеряя поглощение света слоем такого раствора определенной толщины d и зная коэффициент α можно найти концентрацию раствора:

      (4)

Величину  принято называть оптической плотностью раствора или экстинцией.

Шкала регистрирующего прибора MI 792 колориметра проградуирована в % для коэффициента пропускания Т и в единицах оптической плотности D.

КОНСТРУКЦИЯ И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2 предназначен для измерения в отдельных участках диапазона длин волн 315-980 нм, выделяемых светофильтрами, коэффициентов пропускания и оптической плотности растворов и плотных тел. а также определения концентрации веществ в растворах по градуировочному графику.

Пределы измерения коэффициентов пропускания от 100 до 1% (оптической плотности от 0 до 2).

Допустимое значение абсолютной погрешности колориметра при измерении коэффициентов пропускания ±I%. Предел допустимого значения среднеквадратического отклонения отдельного наблюдения 0,3%. Питание колориметра производится от сети переменного тока напряжением (220 ± 22) В, частотой 50 Гц.

Оптическая схема колориметра приведена на рис. 1. 

Рис. 1.

1. – нить лампы, 2. – конденсор, 3. – диафрагма, 10. – кювета для растворов.               9,11. – защитные стекла, 8. – цветные светофильтры для выделения узких участков из сплошного спектра излучения лампы, 6. – теплозащитный светофильтр для ослабления светового потока, 7.- нейтральные светофильтры для ослабления светового потока, 17.- фотоэлемент Ф-26 для λ = 315 – 540 нм, 12.- фотодиод ФД-24 для λ =590 – 980 нм.

Внешний вид колориметра приведен на рис. 2

Рис.2

Колориметр состоит из оптического блока и блока питания. В оптический блок входят осветитель 2, диск цветных светофильтров, переключаемых ручкой 3, кюветное отделение 7 с кюветодержателем, фотометрическое устройство с усилителем, регистрирующий прибор 1.

Переключение кювет в световом пучке производится поворотом ручки 4 до упора. При открытой крышке 8 кюветного отделения шторка закрывает окно перед фотоприемником. Переключение фотоприемников осуществляется ручкой 5. В качестве регистрирующего прибора применен микроамперметр I типа MI792 со шкалой, оцифрованной в коэффициентах пропускания Т и оптической плотности D.

В блок питания входят стабилизаторы напряжения и силовой трансформатор. На задней стенке блока питания имеется зажим заземления, шнур с вилкой для включения в сеть, тумблер включения напряжения сети. К колориметру прилагается набор прямоугольных кювет известной длины.

При переключениях светофильтров ручка "Чувствительность" должна находиться в положении "I", а ручка 6 - "Установка 100 грубо" – в крайнем левом положении (минимальная чувствительность). Этим предохраняется от перегрузки регистрирующий прибор.

При измерении со светофильтрами 315, 364, 400, 440, 490, 540 нм, отмеченными на лицевой панели колориметра черным цветом, ручку "Чувствительность" устанавливать в одно из положений "1", "2", "3", отмеченных также черным цветом.

При измерении со светофильтрами 590, 670, 750, 870, 980 нм, отмеченными на лицевой панели красным цветом, ручку "Чувствительность" устанавливать в одно из положений "1", "2", "3", отмеченных на лицевой панели также красным цветом.

Принцип измерения коэффициента пропускания Т состоит в том, что на фотоприемник направляется вначале световой поток I0, прошедший через растворитель (воду), а затем I, прошедший через исследуемый раствор, и определяется Т и D по шкале прибора.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Упражнение1.Построение градуировочной кривой.

1. Открыть крышку 8 кюветного отделения. Включить колориметр в сеть за 15 мин до начала измерений;

2. Установить минимальную чувствительность колориметра. Для этого ручку «Чувствительность» установить в положение «1» (красного цвета), ручку «Установка 100 грубо» - в крайнее левое положение;

3. Заполнить кюветы водой и исследуемый раствором известной концентрации № 1. Поместить кюветы в кюветодержатель. Не наклонять кювету с жидкостью при установке в кюветодержатель. Нельзя касаться пальцами рабочих участков поверхностей, через которые идет свет!

4. В световой поток поместить кювету с водой;

5. Ввести цветной светофильтр «590»;

6. Закрыть крышку 8 кюветного отделения;

7. Ручками 5 «Чувствительность» (положение 2 красного цвета) и 6 «Установка 100 грубо», и 9 «Точно» установить отсчет 100 по шкале колориметра;

8. Поворотом ручки 4 кювету с водой заменить кюветой с исследуемым раствором;

9. Снять отсчеты Т и Д по шкале регистрирующего прибора;

10. Измерения п. п. 4 – 9 проводить 5 раз;

11. Повторить измерения п. п. 1 – 10 со всеми растворами известной концентрации;

12. Взять раствор неизвестной концентрации «х» измерить для него Т  и Д    по п. п. 6 – 9. Данные занести в таблицу ( составить самостоятельно )

13. По результатам измерений построить градуировочную кривую, откладывая по оси абсцисс концентрацию С ;

14. По кривой определить концентрацию неизвестного раствора С.

Упражнение 2. Проверка зависимости коэффициента поглощения от длины волны света.

1.Из формулы (4) выразить α и снять зависимость α (λ). Для этого взять раствор № х и измерить Т и Д для него со светофильтрами 590, 670, 750, 540, 490, 440, 400, 364          по п. п. 4 – 10;

2. Внимание! Для каждого светофильтра начинать измерения с минимальной чувствительности, выбирая красный или черный цвет соответственно светофильтру (см. п. 2)

3. Рассчитать α для каждой длины волны. Построить график α (λ).

Упражнение 3. Исследование зависимости пропускаемости от толщины поглощающего слоя.

Методику измерений разработать самостоятельно. (Набор кювет разной толщины имеется).

Контрольные вопросы.

1. Закон Бугера (вывод). Как объяснить поглощение света?

2. Что такое пропускаемость и оптическая плотность?

3. Физический смысл коэффициента поглощения.

4. Принцип действия, оптическая схема фотоколориметра.

Литература.

1. Годжаев Н. М. Оптика.- М.: В. Ш. 1977.

2. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика. – М.: Наука, 2000.

3. Савельев И. В. Курс общей физики. Т 5.-М.: В.Ш. 2002.

4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5714. Расчет грузоподъемного механизма башенного крана 621.5 KB
  Грузоподъемные машины - высокоэффективное средство комплексной механизации и автоматизации подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских работ. Применение таких машин уменьшает объем использования тяжелых ручных ...
5715. Военный коммунизм и НЭП: две большевистских модели строительства социализма 43.5 KB
  Военный коммунизм и НЭП: две большевистских модели строительства социализма. Военный коммунизм - название внутренней политики Советского государства, проводившейся в 1918 годах во время Гражданской войны. Основной целью было обеспечение го...
5716. Моделирование физических процессов средствами Macromedia Flash технологий 1.15 MB
  Одной из программ открывающей возможности моделирования физических процессов является программа Macromedia Flash. Macromedia Flash была создана сравнительно недавно, но с каждым годом и с каждой новой версией завоевывает все большую популярность. Flash с успехом может быть использована для создания анимационных фильмов и даже для разработки компьютерных игр.
5717. Теплоизоляционная способность тонковолокнистых материалов 84.5 KB
  С древних времен используется теплоизоляционная способность тонковолокнистых материалов, например, хлопковой ваты, шерсти и др. Однако присущие им недостатки - лёгкая воспламеняемость, повышенная гигроскопичность, подверженность гниению...
5718. Біологічно активні речовини 70.5 KB
  Поняття про біологічно активні речовини. Поняття про вітаміни. Російський лікар М.І. Лунін встановив існування і значення вітамінів для життя. Роль вітамінів. Поняття про гормони. Функції гормонів. Ферменти – одна...
5719. Строительство конструкции со стенами ручной кладки в городе Калининград 156.5 KB
  Введение. В условиях современного строительства производится возведение зданий из кирпича. По мнению многих специалистов, древнейший строительный материал кирпич остаётся непревзойдённым по степени долговечности и качеству создаваемой от...
5720. Общая энергетика. Энергетические ресурсы земли и их использование 7.18 MB
  В учебном пособии излагаются общие вопросы энергетики, характеризующие структуру топливно-энергетического комплекса и основные показатели единой энергетической системы России. Дана общая характеристика тепловых, атомных и гидравлических электростанц...
5721. Фізична реабілітація дітей при хронічному пієлонефриті на поліклінічному етапі лікування 239.5 KB
  Хронічний пієлонефрит – неспецифічне інфекційно-запальне захворювання нирок, при якому до процесу залучаються ниркова балія, чашечки і паренхіма нирки з поразкою в першу чергу і в основному її проміжній тканині.
5722. Индуктивные измерительные устройства для линейных измерений 480 KB
  В современном производстве все большую роль играют технические измерения. В современной технике производственных измерений наибольшую долю занимают электронные измерительные устройства для линейных измерений. Среди последних наибольшее р...