Исследование зависимости коэффициента поглощения жидкости от длины волны. Поглощение света. закона Бугера – Бэра

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт

( технический университет)

Кафедра общей и технической физики.

ОПТИКА

Отчет о проделанной работе.

Лабораторная работа №3.3:

«ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ЖИДКОСТИ ОТ ДЛИНЫ ВОЛНЫ».

                                                                   Группа: ГС-01-1

                                                                             Студент:

Преподаватель: доцент                             

Санкт-Петербург

2002 год

Краткое теоретическое содержание.

1.  Поглощением света называется явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе, происходящее вследствие преобразования энергии волны во внутреннюю энергию вещества или в энергию вторичного излучения, имеющего другой спектральный состав и иные направления распространения (фотолюминисценция).

Ослабление светового потока при учете только рассеяния и поглощения света описывается формулой закона Бугера – Бэра:

, где: I₀ – световой поток, вошедший в поглощающий слой; I – вышедший световой поток; l – толщина слоя; k¢-  коэффициент рассеяния; k - коэффициент поглощения.

Величина  называется пропусканием. Величина, обратная пропусканию, - ослаблением. Коэффициенты k и k¢ характеризуют свойства вещества и, как правило, зависят от длины волны распространяющегося в веществе света.

2.  Отражение света. На границе раздела двух сред свет может частично отразиться и распространяться в первой среде по новому направлению, а также частично пройти через границу раздела и распространиться во второй среде.

Закон отражения: «Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; угол отражения n равен углу падения a ».

3.  Когерентные источники – это источники волн с одинаковой частотой и постоянной во времени разностью фаз.

4.  Длина волны монохроматического света – это расстояние между ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах. 

5.  Лазер – или оптический квантовый генератор. Физической основой работы лазера служит  явление индуцированного излучения. Система атомов с инверсной населенностью уровней способна не только усиливать, но и генерировать электромагнитное излучение. Для работы в режиме генератора необходима положительная обратная связь, при которой часть сигнала с выхода устройства подается на его вход. Для этого активная среда, в которой создается инверсная населенность уровней, располагается в резонаторе, состоящем из двух параллельных зеркал. В результате одного из спонтанных переходов атома с верхнего уровня на нижний возникает фотон.

6.  Рассеянием света называется явление преобразования света веществом, сопровождающееся изменением распространения света и проявляющееся как несобственное свечение вещества. Это свечение обусловлено вынужденными колебаниями электронов в атомах рассеивающей среды под действием падающего света. Рассеяние света происходит в оптически неоднородной среде, показатель преломления которой нерегулярно изменяется от точки к точке вследствие флуктуации плотности среды либо за счет присутствия в среде инородных малых частиц. В первом случае рассеяние называется молекулярным рассеянием, а во втором – рассеянием света в мутной среде.

7.  Интенсивностью света в данной точке пространства (I) называется модуль среднего по времени значения плотности потока энергии, переносимой световой волной.

     Плотность потока электромагнитной энергии определяется вектором Умова-Пойнтинга (S):

Измеряется интенсивность либо в энергетических единицах

(например в  Вт/м), либо в световых единицах, носящих название «люмент на квадратный метр».

Модуль и амплитуду векторов E и H в электромагнитной волне связаны соотношением:

, отсюда,

, где

n – показатель преломления  среды, в которой распространяется волна;

E – напряженность электрического поля;

H - напряженность магнитного поля.

Таким образом,  пропорционально :

Модуль среднего значения вектора Пойнтинга пропорционален .

Поэтому можно записать, что

Следовательно, интенсивность света пропорциональна показателю преломления и квадрату амплитуды световой волны.

Заметим, что при рассмотрении распространения света в однородной среде можно считать, что интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды световой волны

Однако в случае прохождения света через границу раздела сред выражение для интенсивности, не учитывающее множитель n, приводит к несохранению светового потока.

Оптическая схема установки .

 

 

1-  лампа накаливания,                            

2-  кювента с исследуемым слоем,

3-  монохроматор,

4-  селеновый фотоэлемент,

5-  микроамперметр,

6-  шунт,

7-  блок питания,

8-  входная щель монохроматора,

9-  объектив,

10-  призма,

11-  поворотный барабан,

12-  объектив,

13-  выходная щель,

14-  держатель,

15-  заслонка,

16-  лампочка освещения шкалы барабана,

17-  тумблер освещения 16.

Результаты измерений и вычислений.

Таблица 1.

№	Деление барабана	l определяется по графику	Толстая кювета		Тонкая кювета
			ℓ1	I1	ℓ2	I2
		Å	см	Дел.	см	Дел.			м-1
1	2000	5080	5	1	0.5	1	1,00	0,00	0,0
2	2050	5140		1		2	2,00	0,30	15,3
3	2100	5200		1		7	7,00	0,85	43,5
4	2150	5280		1		17	17,00	1,23	62,7
5	2200	5340		2		32	16,00	1,20	61,2
6	2250	5420		4		49	12,25	1,09	55,6
7	2300	5500		7		63	9,00	0,95	48,5
8	2350	5560		10		66	6,60	0,82	41,8
9	2400	5660		12		69	5,75	0,76	38,8
10	2450	5740		13		67	5,15	0,71	36,2
11	2500	5840		14		58	4,14	0,62	31,6
12	2550	5940		12		45	3,75	0,57	29,1
13	2600	6040		9		30	3,33	0,52	26,5
14	2650	6140		6		17	2,83	0,45	23,0
15	2700	6280		3		9	3,00	0,48	24,5
16	2750	6400		2		4	2,00	0,30	15,3
17	2800	6540		1		2	2,00	0,30	15,3
18	2850	6700		1		2	2,00	0,30	15,3
19	2900	6900		1		1	1,00	0,00	0,0

Основные расчетные формулы.

1) Формула для определения коэффициента поглощения k(l). Для удобства вычислений переходим к десятичным логарифмам:

где l₁ =5 см - толщина поглощающего слоя,

l₂ =0,5 см - толщина менее толстого поглощающего слоя того же вещества,

I₁ – показания микроамперметра при пропускании света через более