Решая которые, определить постоянные спектроскопа y0 и c, т. Е. Отградуировать шкалу экрана в единицах . Записать в таблицу.
По формуле
рассчитать положение двух линий с
известной длиной волны.
Таблица 4.3
-
l, см
F, см
1
y1
2
y2
c
y0
yk
yi
D
l
Рассчитать дисперсию призмы по данным таблицы измерений, используя формулу:
,
где
;
F – фокусное расстояние линз Л3
и Л4
(см. пункт 4).
Оценить погрешности измерений и записать полученный результат.
Контрольные вопросы
Дать определение дисперсии вещества, дисперсии света, дисперсии оптического прибора.
Какая дисперсия называется нормальной, аномальной? Графики зависимости n от.
Чем объясняется зависимость показателя преломления вещества от длины падающей на него волны?
Записать формулу угловой дисперсии оптического прибора, связать её с линейной дисперсией.
4.2. Поглощение и рассеяние света
Основные понятия
Свет, проходя через любое вещество, в той или иной мере в нем поглощается. Обычно поглощение имеет селективный характер, т.е. свет различных длин волн поглощается различно. Так как длина волны определяет цвет света, то лучи разных цветов поглощаются в данном веществе по-разному.
Прозрачными неокрашенными телами являются тела, мало поглощающие свет всех длин волн, относящихся к видимому свету. Так, стекло в слое толщиной 1 см поглощает около 1 % проходящих через него видимых лучей, но то же стекло сильно поглощает ультрафиолетовые и далекие инфракрасные лучи.
Цветные прозрачные тела поглощают лучи определенной длины волны. Например, красное стекло слабо поглощает красные и оранжевые лучи и сильно зеленые, синие и фиолетовые. Поэтому, если на такое стекло падает белый свет, оно будет ″красным″, так как пропустит только красные лучи. Если осветить это стекло зеленым или синим светом, оно покажется ″черным″ так как поглотит эти цвета.
С точки зрения классической теории взаимодействия излучения с веществом поглощение света вызвано тем, что световая волна возбуждает вынужденные колебания электронов. На поддержание колебаний электронов идет энергия, которая частично возвращается излучению в виде вторичных волн, частично переходит во внутреннюю энергию вещества. Поэтому интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается (интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды световой волны, а значит энергии).
Следовательно, поглощение – это явление потери энергии излучения, проходящего через вещество.
Вынужденные колебания электронов и, следовательно, поглощение света становятся особенно интенсивным при резонансной частоте (см. рис. 4.3).
Экспериментально доказано, что интенсивность света убывает по экспоненциальному закону
, (4.9)
где I0 и I – интенсивность света на входе и выходе световой волны из поглощающего слоя вещества толщиной x; - коэффициент поглощения, величина, обратная толщине слоя, при прохождении которого интенсивность убывает в e раз.
Уравнение (4.9) носит название закона Бугера.
Для различных веществ численное значение коэффициента поглощения колеблется в широких пределах. Для всех веществ коэффициент поглощения зависит от длины волны падающего света.
Опыт показывает, что при поглощении света веществом, растворенным в прозрачном растворителе, коэффициент поглощения пропорционален концентрации раствора С, т. е.
= C,
где - коэффициент, который не зависит от концентрации и определяется свойствами молекул поглощающего вещества. Закон носит название Бера и выполняется только при низких концентрациях, когда наличие соседних молекул не меняет свойств каждой молекулы.
Металлы почти непрозрачны для света, это обусловлено наличием в них свободных электронов; энергия, поглощенная на таких электронах, очень быстро переходит во внутреннюю энергию металлов (Джоулево тепло).
При прохождении световых лучей через мутные среды (туман, жидкость, содержащая взвешенные частицы, коллоидный раствор и т. д.) часть светового пучка рассеивается в сторону от основного направления. В результате рассеяния плотность потока энергии излучения в направлении распространения убывает быстрее, чем при наличии только поглощения.
Изменение интенсивности света, вызванное поглощением и рассеянием, называется экстинкцией, закон изменения интенсивности называется законом Бугера – Ламберта и имеет вид
, (4.10)
где k – коэффициент рассеяния. Частота рассеянного света совпадает с частотой падающего света, а интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени.
. (4.11)
Это соотношение называется законом Релея.
Если в веществе распространяется белый свет, то интенсивность волн разного цвета меняется неодинаково. При прохождении через газы ослабляются в соответствии с формулой (4.11) сильнее волны с меньшей длиной волны, и рассеянный свет кажется синим или голубым. Примером может служить цвет нашей атмосферы.
Лабораторная работа 4.2
ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА
Задание 1
Цель работы: получить спектры поглощения, установить характер зависимости коэффициента пропускания и оптической плотности от длины волны.
Приборы и принадлежности: универсальный фотометр, окрашенные стекла.