Херсонський національний технічний університет Кафедра загальної та прикладної фзики Дисципліна: фізика. Розділ ”Оптика” Степанчиков Д.М., Гоголєва Т.П. 17.03.2004.

Лабораторна робота № 4-9 експерментальне вивчення закону бугера-ламберта-бера

Мета роботи: визначити коефіцієнт поглинання світла речовиною та дослідити його залежність від довжини світлової хвилі.

Обладнання: лабораторна установка, поглинальні речовини, штангенциркуль.

Теоретичні відомості

Дослід показує, якщо пропустити пучок світла через шар речовини, то його інтенсивність зменшується – це є наслідком взаємодії світлової хвилі з електронами речовини і визначається показником поглинання світла.

Згідно теорії пружно зв’язаних електронів, поглинання світла викликано тим, що:

1. світлова електромагнітна хвиля, яка проходить через речовину, збуджує вимушені коливання електронів цієї речовини, на що витрачається частина енергії світлової хвилі;

2. інша частина енергії світлової хвилі йде на підтримку вимушених коливань електронів речовини, причому ця енергія переходить у енергію інших видів.

Взаємодія фотонів з частинками речовини носить статистичний характер: кількість актів взаємодії пропорційна кількості квантів (інтенсивності випромінювання) та числу частинок, які здатні взаємодіяти. Тому зменшення інтенсивності світла в малому шарі товщиною пропорційне та інтенсивності падаючого світла :

(1)

Коефіцієнт пропорційності називається коефіцієнтом поглинання (або ослаблення). Після інтегрування рівняння (1) з урахуваннями початкових умов( при ):

(2)

Рівняння (2) носить назву закону Бугера-Ламберта-Бера. Експоненціальну залежність (2) зручно зображати у напівлогарифмічних координатах, відкладаючи вздовж осі абсцис товщину х шару поглинача, а вздовж осі ординат

. За графіком легко визначити коефіцієнт поглинання . Це є тангенс кута нахилу отриманої прямої до осі абсцис. Як правило, поглинання світла носить селективний характер, тобто світло різне за довжиною хвилі поглинається в даній речовині по-різному. Іноді залежність від виявляє існування досить вузьких областей сильного поглинання (великі значення ), у той час, як близько розташовані в спектрі довжини хвиль проходять через речовину без помітного ослаблення. Максимуми поглинання світлової хвилі речовинами відповідають резонансним частотам вимушених коливань електронів у середині атомів.

Опис експериментальної установки

Принципову схему лабораторної установки подано на рис. 1. Вона складається з електричної лампи (1), обойми світлофільтрів (2), поглинача (3), фотодіода (4) та мікроамперметра (5). В якості поглинача можна використовувати як рідкі, так і тверді прозорі речовини. У разі використання рідкої речовини її рівень виміряється за допомогою медичного шприца. Посудина, що знаходиться всередині установки має такі геометричні розміри, що 1 мл відповідає 1мм товщини поглинача. Якщо використовується тверда прозора речовина (плексиглас), то товщина поглинача вимірюється за допомогою штангенциркуля.

Як графічно визначити коефіцієнт поглинання

Графік залежності

від треба будувати в масштабі (на міліметровому папері). Згідно теорії цей графік являє собою пряму, що виходить з початку координат. Експериментальні точки не завжди лягають на пряму, тому графік необхідно проводити із початку координат таким чином, щоб вони були якнайменше віддалени від прямої (див рис. 2).

Для визначення коефіцієнта поглинання треба вибрати довільний проміжок і відповідний йому проміжок . Тоді значення обчислюється за формулою:

(3)