Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ВМ №2.doc
Скачиваний:
3
Добавлен:
10.07.2015
Размер:
996.86 Кб
Скачать

10

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Рыбинская государственная авиационная технологическая

академия им. П.А. Соловьева

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

Утверждено

на заседании методического

семинара кафедры ОиТФ

« » _________ 2007 г.

Зав.каф. Пиралишвили Ш.А.

Лаборатория «Волновая механика»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ВМ – 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ОКРАШЕННЫХ РАСТВОРОВ И РАССЕИВАЮЩИХ СРЕД

Нормоконтроль

Автор: к. т. н., доцент Суворова З. В.

____________

___________________

Рецензент: к. ф–м. н., доцент Шалагина Е.В.

___________________

Рыбинск 2007 требования по технике безопасности

Лабораторная установка имеет подключение к электрической сети напряжением 220 В. Требуется соблюдать нормы электробезопасности согласно инструкции № 170.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ УКАЗАНИЯ: колориметр-нефелометр ФЭК-56 М выверен, требует аккуратного обращения. Прибор включается только на время проведения измерений после ознакомления с инструкцией и подготовки необходимых для заполнения таблиц результатов наблюдений. Запрещается вынимать кюветы с раствором и растворителем из установочных панелей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение особенностей прохождения света через оптически однородные и неоднородные среды. Определение коэффициента пропускания, оптической плотности и коэффициента Бэра окрашенных растворов.

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ: колориметр-нефелометр фотоэлектрический ФЭК-56 М, исследуемый раствор, растворитель, кюветы.

  1. Краткие теоретические сведения

При прохождении света через среды (и через растворы в частности) происходит уменьшение его интенсивности вследствие взаимодействия световой волны с частицами вещества. Такое ослабление света называется экстинкцией. Экстинция обусловлена двумя причинами: поглощением и рассеянием света.

При прохождении электромагнитной волны через вещество часть ее энергии затрачивается на возбуждение колебаний электронов. Частично эта энергия вновь возвращается излучению в виде вторичных волн, частично же переходит в другие виды энергии (например, во внутреннюю энергию вещества). Таким образом, интенсивность света при прохождении его через вещество уменьшается. Уменьшение интенсивности света, обусловленное переходом части его энергии в другие виды при распространении в среде, называют поглощением. Вынужденные колебания электронов в веществе, а, следовательно, и поглощение света, становятся особенно интенсивными при резонансной частоте.

Опыт показывает, что изменение интенсивности света на пути пропорционально величине этого пути и величине самой интенсивности:

, (1)

где – постоянная, зависящая от свойств поглощающего вещества, называемая коэффициентом поглощения. Знак «минус» в формуле (1) присутствует потому, что световой поток ослабляется с увеличением , поэтому и имеют разные знаки.

Пусть на входе в поглощающий слой вещества интенсивность света равна . Найдем интенсивность света , прошедшего слой вещества толщиной относительно исходного слоя. Интегрируя выражение (1), получаем:

. (2)

Это выражение называется законом Бугера. При интенсивность оказывается в е раз меньше, чем . Таким образом, коэффициент поглощения k есть величина, обратная толщине слоя, при прохождении которого интенсивность света убывает в е раз.

Коэффициент поглощения зависит от длины волны света . У вещества, находящегося в таком состоянии, что атомы или молекулы практически не взаимодействуют друг с другом (газы, пары металлов при невысоких давлениях) коэффициент поглощения для большинства длин волн близок к 0, и лишь для очень узких спектральных областей (шириной ) обнаруживает резкие максимумы (рис.1). Эти максимумы соответствуют резонансным частотам колебаний электронов внутри атомов (молекул).

Рис. 1

Зависимость коэффициента поглощения от длины волны для газов и паров металлов при низких давлениях

Твердые тела, жидкости и газы при высоких давлениях дают широкие полосы поглощения (рис.2). По мере повышения давления газов максимумы поглощения, первоначально очень узкие (рис.1), все более расширяются, и при высоких давлениях спектр поглощения газов приближается к спектрам поглощения жидкостей. Этот факт указывает на то, что расширение полос поглощения есть результат взаимодействия атомов (молекул) вещества.

Рис. 2

Зависимость коэффициента поглощения от длины волны для газов и паров металлов при высоких давлениях

Рассмотрим другой механизм ослабления света – рассеяние. С классической точки зрения процесс рассеяния заключается в том, что свет, проходящий через вещество, возбуждает колебания электронов в атомах. Колеблющиеся электроны становятся источниками вторичных волн, распространяющихся по всем направлениям. Это явление, казалось бы, при всех условиях должно приводить к рассеянию света. Однако вторичные волны являются когерентными, так что необходимо учесть их взаимную интерференцию, а последняя приводит к формированию максимума только в направлении идущего пучка.

Рассеяние света возникает только в неоднородной среде. Световые волны, дифрагируя на неоднородностях среды, характеризуются довольно равномерным распределением интенсивности по всем направлениям. Такую дифракцию на мелких неоднородностях называют рассеянием света, иногда ее же называют диффузией (явлением) Тиндаля. Механизмы возникновения неоднородностей могут быть различными.

Обычно коэффициент экстинкции, т.е. ослабления света за счет действия механизмов поглощения и рассеяния одновременно, для однородных растворов оказывается пропорциональным его концентрации С:

, (3)

где – коэффициент пропорциональности (коэффициент Бэра). Эта зависимость называется законом Бэра. Она оказывается справедливой, если концентрация раствора не очень велика. В этом случае средние расстояния между молекулами вещества достаточно велики (т.е. много больше диаметром молекул), поэтому частицы растворенного вещества практически не взаимодействуют друг с другом. Растворы считаются малоконцентрированными, когда они далеки от насыщения.

В данной лабораторной работе ставится задача определения оптических характеристик растворов – коэффициента экстинкции и коэффициента Бэра .