Методика эксперимента

Коэффициентом пропускания Т называется отношение интенсивности света, прошедшего слой вещества I к интенсивности света, падающего на этот слой I₀. Согласно закону Бугера – Ламберта (см. выражение 4.10)

.

Оптическая плотность – это физическая величина, равная логарифму величины обратной коэффициенту пропускания:

.

Для измерения коэффициента пропускания и оптической плотности в данной работе используется универсальный объективный фотометр (ФОУ), внешний вид и оптическая схема которого изображены на рис. 4.8 и рис. 4.9.

Оптическая схема ФОУ: 1- источник света; 2-плоские зеркала; 3-конденсоры; 4,5-исследуемое вещество; 6 -измерительные диафрагмы; 7-объективы; 8-зеркала; 9-светофильтры; 10-матовые стекла; 11-фотоэлементы.

В основу устройства фотометра положен принцип уравнивания двух световых потоков путем изменения одного из них с помощью измерительной диафрагмы с переменным отверстием. После установки на нуль стрелки микроамперметра в один из световых пучков помещают исследуемый образец. Прошедший через него световой поток имеет меньшую интенсивность, и разность её отклонит стрелку прибора от нуля. Меняя величину диафрагмы другого светового потока, можно уравнять их, при этом стрелка вернется на 0. В данный момент на измерительных барабанах, связанных с диафрагмами, по черной шкале измеряется коэффициент пропускания Т, а по красной шкале - оптическая плотность D.

Порядок выполнения работы

1. Подключить блок питания ФОУ за 15 минут до начала измерений.

2. Внимание! Запрещается вращать рукоятку 7 (см. рис. 4.9).

3. Левый и правый измерительные барабаны 4 установить на деления 0 черной шкалы (диафрагма полностью закрыта). Рукояткой 1 ввести первый светофильтр. Рукоятку 2 (чувствительность грубо) установить на деление 3 или 4. Стрелку микроамперметра установить на 0 с помощью рукоятки 5, используя для точной установки рукоятку 3 (чувствительность точно).

4. Левый барабан 4 установить на деление 100 черной шкалы (диафрагма полностью открыта). Вращением правого барабана установить стрелку микроамперметра на нуль.

5. Открыть крышку 6 (осторожно!), поместить окрашенную пластинку в правый световой пучок, крышку закрыть.

6. Вращением левого измерительного барабана (правый не трогать), установить стрелку микроамперметра на 0 и взять отсчеты по черной шкале Т и красной D.

7. Провести измерения последовательно со всеми светофильтрами. Результаты занести в табл. 4.4.

8. Построить график зависимости Т и D от длины волны.

Таблица 4.4

номер светофильтра	длина волны , нм	красная пластина		зеленая пластина
		Т,%	D	T,%	D
1 2 3 4 5 6 7 8	400 457 495 540 585 640 700 750

Задание 2

Цель работы: определить коэффициент поглощения света прозрачных твердых тел.

Приборы и принадлежности: фотометр универсальный ФОУ, набор светофильтров, штангенциркуль.

Методика эксперимента

Методику эксперимента и внешний вид фотометра смотрите в предыдущем задании. Коэффициент поглощения и толщина поглощающего слоя связаны законом Бугера (4.9)

,

где  - коэффициент поглощения; x – толщина поглощающего слоя.

Из закона следует, что

.

Но - оптическая плотность вещества, следовательно,

. (4.12)

Порядок выполнения работы

1. Повторить порядок выполнения работы по заданию 2, снимая показания D только по красной шкале.

2. Измерить толщину образцов x штангенциркулем. Данные занести в табл. 4.5.

Таблица 4.5

номер светофильтра	длина волны ,нм	цвет, толщина x		цвет, толщина x		цвет, толщина x
		D		D		D	
1 2 3 4 5 6 7 8	400 457 495 540 585 640 700 750

3. Вычислить по формуле (4.12) значения коэффициентов поглощения . Данные занести в табл. 4.5.

4. Построить график зависимости коэффициента поглощения от длины волны для всех образцов.

Задание 3

Цель работы: измерить оптическую плотность и определить неизвестную концентрацию раствора.

Приборы и принадлежности: фотоколориметр КФК – 2, набор кювет с растворами.

Методика эксперимента

В данной работе для определения оптической плотности растворов используется концентрационный фотоколориметр КФК – 2, внешний вид которого показан на рис. 4.10. Фотоколориметр предназначен для измерения коэффициентов пропускания Т и оптической плотности D. Принцип измерения коэффициента пропускания состоит в том, что на фотоприемники КФК – 2 направляются поочередно потоки _0 и _. Для этого сначала на пути светового луча ставят чистый растворитель и, изменяя чувствительность КФК – 2 добиваются, чтобы показание по шкале пропускания n₁ = _0 было равно 100, а затем в этот же поток помещают исследуемый раствор, полученный отсчет будет соответствовать коэффициенту пропускания раствора n₂ = _ = Т.

Тогда по формуле (4.13)

т.е.

Устройство КФК – 2 позволяет одновременно снимать показания D и Т.

Порядок выполнения работы (смотреть рис. 4.10)

1. Открыть крышку 7 кюветного отделения. Поставить ручку чувствительности 4 в положение 1, отмеченное черным цветом.

2. Ручки 5 и 6 повернуть в крайнее левое положение.

3. Ручкой 2 ввести один из цветных фильтров (указание преподавателя).

4. Включить сетевой кабель, прогреть КФК – 2 в течение 15 минут.

5. Установить кювету с растворителем и один из растворов - в кюветодержатель. Кюветодержатель поместить в кюветное отделение так, чтобы две упругие пружинки кюветодержателя были обращены к экспериментатору. Закрыть крышку 7.

6. Ввести кювету с растворителем в световой поток (ручка 3 в положении 1). Ручками 5 и 6 установить 100 по шкале пропускания микроамперметра 1.

7. Поворотом ручки 3 в положение 2 ввести кювету с раствором в световой поток. Снять показания по шкале D микроамперметра. Записать в табл. 4.6.

8. Повторить эксперимент с другими растворами. Данные занести в табл. 4.6.

Таблица 4.6

Концентрация раствора Ci, %	Длина кюветы li, мм	Di	Приведенная оптическая плотность Dпр

9. Привести значения оптической плотности D_i к одной длине кюветы D_пр (указания преподавателя) .

10. Построить график зависимости D от С, и по нему определить неизвестную концентрацию раствора.

Контрольные вопросы

1. Объясните механизм поглощения света веществом.

2. Сформулируйте закон Бугера.

3. Дайте определение коэффициента поглощения и оптической плотности вещества.

4. Объясните физическую природу рассеяния света.

5. Запишите закон Бугера – Ламберта.

6. От чего зависят коэффициент поглощения и оптическая плотность вещества?