МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Физические основы оптики атмосферы

Методические указания к лабораторной работе № 2

«Исследование поглощения лучистой энергии в воде»

Москва, 2011

Аннотация

Методические указания к лабораторным работам разработаны в соответствии с программой курса «Физические основы оптики атмосферы», читаемого студентам 4 – го курса факультета ПР МГУПИ по специальности 200203.65 Описание каждой работы содержит краткое теоретическое введение, описание используемой аппаратуры, экспериментальную часть, методику обработки и представления результатов измерений.

В данной работе происходит определение функции пропускания воды в диапазоне 0,4 - 0,95 мкм, изучение методики измерений на фотоэлектрическом фотометре КФК-3, обработка и представление экспериментальных данных.

Автор: доц., к.ф. - м. н Фролов Ю. А.

Рецензент: с. н. с., к. т. н. Кочеров С. А.

Под общей редакцией: проф., д.т.н. Слепцова В.В.

Печатается по решению редакционного совета МГУПИ

Лабораторная работа №2

Исследование поглощения лучистой энергии в воде

Цель работы: определение функции пропускания воды в диапазоне 0,4 - 0,95 мкм, изучение методики измерений на фотоэлектрическом фотометре КФК-3, обработки и представления экспериментальных данных.

1.Общие положения

Поглощение оптического излучения в веществе зависит от количества молекул, приходящихся на единицу пути распространения лучистой энергии, что определяется концентрацией и агрегатным состоянием вещества.

Как известно, вода может находиться в трех состояниях: жидком, газообразном и твердом. Это справедливо и для воды, находящейся в атмосфере. В зависимости от агрегатного состояния существенно изменяются поглощательные свойства воды во всем оптическом диапазоне длин волн. В видимом участке спектра поглощение в основном определяется газовыми компонентами атмосферы (пары волы, углекислый газ, озон), а селективное поглощение в каплях дождя относительно мало. Это положение подтверждают экспериментальные данные о том, что в полосах высокого селективного пропускания водяных паров внезапно начавшийся дождь не приводит к заметному увеличению селективного поглощения. В видимой области спектра от 0,380мкм до 0,760мкм показатель поглощения воды очень мал и изменяется, соответственно, от 3,5 до 1,5 . По мере перехода к ИК-области спектра показатель поглощения увеличивается на несколько порядков и уже для 3 мкм составляет величину равную 0,298 . Инфракрасное излучение практически полностью поглощается в воде. Именно поэтому в некоторых оптических системах в качестве теплофильтров применяются прозрачные кюветы с водой.

Графики пропускания лучистой энергии слоями воды толщиной 10мм и 1мм приведены на рис. 1.

С физической точки зрения показатель поглощения представляет мнимую часть комплексного показателя преломления , который выражается как

Если поглощение очень мало, то показатель преломления выражается вещественным числом, т.е. . Так, в видимой области спектра поглощением в воде можно пренебречь и считать, что = 1,33. Для ИК-области коэффициент для воды имеет столь высокие значения, что процесс поглощения является определяющим. В лабораторной работе измеряется коэффициент поглощения воды в видимой и ближней инфракрасной областях спектра, и на основе полученных данных определяется показатель поглощения воды.

Рис.1.