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.

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