Поглощение света

1. Цель работы: 1.1 Ознакомление с механизмом поглощения света, изучить основные закономерности поглощения света веществом.

1.2. Построить спектральную кривую поглощения родамина.

2. Поглощение света

Опыт показывает, что при прохождении света через слой вещества его интенсивность уменьшается. Этот факт является следствием взаимодействия электромагнитного излучения веществом, при котором происходит поглощение и рассеивание света, а также отражение света на поверхности поглощающего слоя.

2.1. Поглощение

Уменьшение интенсивности света в результате взаимодействия световой волны с электронами вещества называется поглощением. В результате этого взаимодействия энергия волны затрачивается на возбуждение колебаний электронов и атомов внутри молекулы. Частично эта энергия возвращается излучению в виде встречных волн, частично переходит во внутреннюю энергию вещества. В результате световой поток, прошедший некоторый поглощающий слой вещества оказывается ослабленным.

2.2. Закон Бугера. Коэффициент поглощения.

Предположим, что световой поток монохроматических лучей с длиной волны проходит через поглощающий слой толщиной l (рис 1).

Пусть при прохождении света с начальной интенсивностью через тонкий поглащающий слой интенсивность света уменьшилась на некоторую величину .

Это уменьшение интенсивности пропорционально толщине слоя и величине без учета рассеивания:

= (1)

где - коэффициент поглощения данного вещества. Знак минус означает, что и имеют разные знаки.

Проинтегрировав выражение (1), получим формулу, показывающее ослабление света слоем толщиной l:

или (2)

(3)

где - интенсивность света, падающего на поглощающий слой

- интенсивность света, прошедшего через поглощающий слой.

Уравнение (3) получило название закона Бугера.

Отношение , выраженное в процентах, называется пропусканием (прозрачностью) вещества: (4)

Десятичный логарифм величины обратной прозрачности называется оптической плотностью вещества:

(5)

Подставляя (5) в уравнение (2) и заменив натуральный логарифм на десятичный, получим: (6)

откуда (7)

Физический смысл коэффициента поглощения легко установить, преобразовав уравнение (2) к следующему виду:

откуда видно, что коэффициент поглощения численно равен единице деленной на толщину слоя вещества, при прохождении которого интенсивность света уменьшается в е=2,72 раз, и измеряется в обратных сантиметрах (см^-1).

2.3. Зависимость коэффициента поглощения от длины волны

Коэффициент поглощения является функцией длины волны зависимость которой имеет сложный вид. На рис.2 приведена кривая поглощения хлористого цезия. Из графика видно, что существует длинна которых резко возрастает. Эти области резкого увеличения поглощения соответствует частотам собственных колебаний электронов в атомах, или в случае поглощения света многоатомными молекулами, частотам собственных колебаний атомов внутри молекулы. Как правило, спектры поглощения твердых тел и жидкостей дают широкие полосы поглощения. Спектром поглощения многоатомных газов представляют ряд более или менее сложных полос, одноатомные газы характеризуются узкими линиями поглощения. Длины волн этих линий соответствуют частотам линейного спектра излучения этих атомов.

По мере повышения давления газов спектры поглощения их становятся все более расплывчатым и спектрам поглощения жидкостей. Это означает, что расширение узких полос поглощения есть результат взаимодействия атомов друг с другом.

3 Методика измерения коэффициента поглощения

3.1 Вывод рабочей формулы

Исследуемый раствор помещается в кювету длиной l с прозрачными боковыми стенками. Как видно из рисунков, ослабление светового потока происходит не только вследствие поглощения света раствором, но и за счет потерь на отражение на стенках кюветы. Следовательно, если мы измерим величину оптической плотности

для кюветы некоторой длины , то полученное значение включает в себя потери на поглощение и на отражение , т.е.

аналогично для кюветы другой длины имеем:

или

(8)

Рис. 3. Прохождение света через кювету

Отметим, что значение не зависит от длины кюветы и определяется только отражательной способностью стенок.

Тогда, согласно (6) и (8) можно записать:

(9)

вычтем второе уравнение (9) из первого:

Откуда получаем выражение для расчета коэффициента поглощения

(10)

3.2 Расчет погрешности измерений коэффициента поглощения

Из формулы (10) получаем выражение для расчета абсолютной погрешности коэффициента поглощения:

(11)

3.3 Принцип работы фотометра ФОУ

Фотометр ФОУ предназначен для измерения оптической плотности, прозрачности, и коэффициента отражения различных веществ. Два световых потока A и Б интенсивностями и проходят через светофильтр 7, диафрагмы 2 и попадают на фотоэлектрические приемники 3. При равенстве интенсивностей и электрические сигналы, снимаемые с фотоэлектрических приемников равны между собой. В этом случае на выходе схемы 4 сигнал равен 0,

Рис 4 Схема фотометра ФОУ

руется нуль-гальванометром 5. Если поместить кювету с раствором на пути одного из пучков (например А), то равенство сигналов нарушиться. Чтобы восстановить это равенство (вывести стрелку гальванометра 5 опять на 0), нужно прикрыть диафрагму потока Б так, чтобы ослабить его на величину, соответствующую ослаблению потока А раствором. Уберем кювету.

Вновь нарушенное равенство можно восстановить, прикрыв диафрагму потока А на величину ослабления интенсивности раствором. Снять отсчет оптической плотности (пропускания) по барабану 6 механизма изменения площади отверстия диафрагмы потока А (барабаны диафрагм потоков А и Б проградуированы в единицах и Т).

Вывод: Я ознакомился с механизмом поглощения света, изучил основные закономерности поглощения света веществом.

Дата добавления: 2015-07-02