Р а б о т а 301

Исследование закона бугера и измерение показателя поглощения оптической среды

_______________________________________________________________________________________________________

Цель: исследование поглощения света в веществе, проверка законов Бугера и Френеля.

Введение

Из опытов известно, что по мере распространения плоской световой волны в веществе её интенсивность постепенно уменьшается. Это явление называется поглощением света в веществе (абсорбцией света). Оно связано с преобразованием энергии электромагнитного поля волны в другие виды энергии (чаще всего в энергию хаотичного теплового движения частиц вещества, нагревающегося в результате поглощения света).

Закон Бугера – закон, определяющий постепенное ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении в поглощающем веществе. Если энергия пучка света, проникающую слой вещества толщиной , равна , то по закону Бугера, энергия пучка при выходе из слоя:

(1),

где – толщина слоя вещества, – коэффициент поглощения.

Числовые значения коэффициента показывает толщину слоя , равную , после прохождения которого интенсивность плоской волны падает в раза. Величина зависит от природы, состояния вещества и от частоты колебаний света в падающей волне. Этот закон показывает, что интенсивность света убывает по экспоненте, по мере распространения световой волны в веществе. Если свет проходит материал толщиной и его интенсивность уменьшается в раз, то при прохождении материала толщиной интенсивность прошедшего света уменьшается в раз.

Определение светопропускания и светопоглощения бесцветного стекла. Под светопропусканием среды понимается отношение светового потока , прошедшего через среду, к падающему потоку. Если световой поток проходит через ряд сред с коэффициентами пропускания , … , то вся система будет иметь коэффициент пропускания:

(2).

Логарифм величины, обратный пропусканию называется оптической плотностью . Суммарная оптическая плотность системы, состоящей из сред, равна , т.е. имеет место закон аддитивности. Формулы, определяющие и , применимы в тех случаях, когда падающий поток является монохроматическим, а среды селективны, или когда падает поток любого спектрального состава, но среды не селективны.

Закон (формулы) Френеля. При измерении необходимо учитывать, что часть света отражается на границы исследуемого вещества, и вносить соответствующие поправки, например, при помощи формул Френеля.

При учете этих поправок светопропускание пластинки из бесцветного стекла вычисляется по формуле:

(3),

где – коэффициент отражения от одной полированной поверхности;

– поправка на отражение, выраженного в единицах пропускания.

Коэффициент при нормальном падении света на пластинку может быть рассчитан по формуле (закону) Френеля:

(4),

где – показатель преломления среды.

Для пластинок из стекла с одинаковым поглощением:

(5),

где и дается выражением (2).

Коэффициент поглощения при его экспериментальном определении вычисляется по формуле:

, или (6),

где , – выражается в см и - в 1/см.

Если произвести измерения интенсивности света и , прошедшего соответственно сквозь слои толщиной и , то можно обойтись без учета поправок на отражение. В этом случае поглощение определяется из соотношения:

(7).

Расчет светопропускания стеклянной пластины по справочным данным связан с учетом следующего соотношения между показателем поглощения , указанном выше, и показателем указанном в справочных таблицах:

(8).