Исследование зависимости коэффициента поглощения жидкости от длины волны. Схема установки для исследования спектров поглощения

3₃. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ЖИДКОСТИ ОТ ДЛИНЫ ВОЛНЫ.

Общие сведения

Введение. Если на слой какого-нибудь вещества направить пучок параллельных лучей, то в результате взаимодействия с веществом прошедший через него поток энергии будет меньше вошедшего в него. Объясняется это поглощением, рассеянием и отражением света.

Поглощение и рассеяние происходят внутри вещества, поэтому вызываемые ими изменения светового потока, зависят от толщины слоя вещества. Отражение света наблюдается на границах раздела сред, и ослабление потока в этом случае не зависит от толщины слоя. Если свет нормально падает  на границу раздела двух сред, отношение отраженного потока световой энергии к падающему

где: R – коэффициент отражения; n₁ и n₂ – показатели преломления соответствующих сред (см. раздел «Дисперсия света» в книге: «Физическая оптика», ЛГИ, 1976).

После отражения на каждой границе раздела поток световой энергии ослабится в    раз.

Обычно первая среда – воздух (), и можно с достаточной точностью считать

, где n – показатель преломления поглощающей среды.

Ослабление светового потока вследствие поглощения и рассеяния 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.

Коэффициент рассеяния k¢ обычно пропорционален четвертой степени частоты:

k¢ » n⁴

Величина его для обычных прозрачных сред (газов, жидкостей, стекол) невелика, и ослабление света происходит главным образом вследствие поглощения. В мутных средах (тумане, дыме, коллоидных растворах) ослабление света вследствие рассеяния может быть значительно.

Если пренебречь рассеянием света, то для ослабления получим

.                                                         (1)

Таким образом, если на пути светового пучка поместить плоскопараллельный слой какого-либо вещества, то в результате отражения света на границах раздела, а также поглощения и рассеяния света в толще вещества световой пучок ослабится.

Величина этого ослабления может быть рассчитана по формуле

.                                             (2)

Следовательно, измерив ослабление света слоем, по формуле (2) можно найти значение k (l), если известна величина R(l).

Проведя такие измерения для нескольких длин волн, можно получить спектр поглощения этого вещества (см. раздел «Спектроскопия»).

Однако рассчитывать коэффициент отражения необязательно. Можно поступить следующим образом. Световой поток I₀ пропускают через поглощающий слой толщиной l₁ . Затем такой же световой поток пропускают через слой того же вещества толщиной l₂. В первом случае

                                          (3)

во втором

                                          (4)

Поделив уравнение (3) на (4), получим

                                                (5)

Логарифмируя последнее соотношение получаем рабочую формулу для определения коэффициента поглощения:

                                               (6)

Описание установки. Схема установки для исследования спектров поглощения представлена на рис. 1, а ее внешний вид  - на рис. 2.

рис.1

рис.2

Источником света 1 служит лампа накаливания, установленная в специальном кожухе. Лампа включается в блок питания 7, от которого на нее подается напряжение 12 В. Свет от лампы проходит через кювету с исследуемым слоем