Контрольні питання

1. Що таке електричний розряд у газі?

2. Який розряд називається самостійним?

3. Який розряд називається несамостійним?

4. Що таке вольт-амперна характеристика?

5. Який вид має вольт-амперна характеристика в газі?

6. Що таке первинна і вторинна іонізація газу?

7. Що таке іонізаційний потенціал?

8. За яких умов спостерігається іскровий розряд?

9. Чим зумовлений іскровий розряд?

10. Які основні механізми утворення носіїв заряду в дуговому розряді?

Звітна таблиця 1

Лабораторна робота № 111

Визначення концентрації розчинів за допомогою фотоелектричного колориметра-нефелометра фек-56

Прилади і матеріали: колориметр-нефелометр фотоелектричний ФЕК-56М, набір забарвлених розчинів.

Мета роботи: оволодіти методом визначення оптичної густини і концентрації забарвлених розчинів за допомогою фотоелектроколориметра ФЕК-56М.

І. Теоретичні відомості

Світлова хвиля, проходячи через речовини, збуджує коливання електронів в атомах. На це витрачається частина її енергії, тому амплітуда коливання хвилі поступово затухає. При цьому відбувається перетворення енергії електромагнітних коливань на теплову енергію, яка витрачається на збудження та іонізацію атомів, фотохімічні реакції і т.ін.

Перехід енергії світлової хвилі в інші види енергії називається поглинанням світла. Слабо поглинаючі речовини називають прозорими, сильно поглинаючі – непрозорими. Закон поглинання світла для паралельного пучка монохроматичних променів в однорідному середовищі встановлений Бугером: в кожному наступному шарі однакової товщини поглинається однакова частина потоку енергії падаючої хвилі.

Н ехай на поверхню середовища товщиною d перпендикулярно до його поверхні падає світловий потік інтенсивністю І₀ (рис.1). Інтенсивність світлового потоку І – це кількість енергії, що переноситься світловим потоком за 1 с через плоску, розташовану перпендикулярно до світлового потоку площадку товщиною 1 м². Напрям поширення світлової хвилі відповідає позитивному напряму осі 0х.

Розглянемо на віддалі х від поверхні речовини шар з малою товщиною dx, на який падає світло інтенсивністю І_х. Відповідно до закону Бугера зміна інтенсивності dІ_х, яка відбувається в шарі товщиною dх, пропорційна І_х та dх:

dІ_х =  ‑ k І_х dх, (1)

де “‑” вказує на те, що зі збільшенням поглинального шару інтенсивність світла зменшується, k – коефіцієнт поглинання. Розділимо змінні в однорідному диференціальному рівнянні (1) та проінтегруємо його:

, звідки .

Тому закон Бугера записують у вигляді

. (2)

З рівняння (2) бачимо, що якщо покласти k = 1/d, то І/I₀ = e. Отже, фізичний зміст коефіцієнта поглинання k чисельно рівний оберненій товщині шару поглинаючої речовини, при якій інтенсивність світла зменшується в е  2,72 рази. Нижче в таблиці наведено числові значення коефіцієнта поглинання k деяких речовин:

Коефіцієнт поглинання залежить від стану, хімічної природи речовини та від довжини світлової хвилі, яка поглинається в цій речовині. Тому закон (2) справедливий для монохроматичного світла, що характеризується певною довжиною хвилі . Тобто для монохроматичного світла закон Бугера має такий вигляд:

, (3)

де k_ ‑ монохроматичний коефіцієнт поглинання.

Відомо, що монохроматичний коефіцієнт поглинання k_ прямо пропорційний концентрації розчину С:

k_ = С, (4)

 - питомий коефіцієнт поглинання (дорівнює k_ для розчину одиничної концентрації); С – концентрація розчиненої речовини в розчині. Це закон Бера.

Підставивши (4) в рівняння (3), отримаємо закон Бугера-Ламберта-Бера:

. (5)

На практиці поглинання характеризують коефіцієнтом пропускання (прозорістю) розчину:

(6)

або оптичною густиною розчину:

. (7)

Підставивши (5) в (7), отримаємо D = k_dlge = 0,43k_d, звідки

. (8)

Комбінуючи формули (5) та (7), для оптичної густини D одержимо:

. (9)

Отже, оптична густина D при сталій товщині шару d залежить від концентрації С розчиненої у розчині речовини та від довжини хвилі  світла. Залежність D = f(C) використовується для визначення концентрації розчинів і є основою методу концентраційної колориметрії.

Якщо два розчини однієї і тієї ж речовини (₁ = ₂) з концентраціями С₁ та С₂ при товщині шарів d₁ і d₂ відповідно поглинають світло однаково, то їх оптичні густини однакові (D₁ = D₂). Тоді С₁d₁ = С₂d₂, і невідома концентрація розчину (наприклад С₂) становить:

_. (10)

Для визначення оптичної густини і коефіцієнта поглинання забарвлених розчинів служать фотоелектроколориметри.