Порядок выполнения задания 7.2

Лабораторная работа 8

СПЕКТРОФОТОМЕТРЫ ФМ-56, ФОУ.

ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕКОЛ

Задание 8.1. Измерение спектров пропускания

При помощи универсального фотометра ФМ-56

Краткая теория

Окраска различных предметов, освещенных одним и тем же источником света (например, солнцем), бывает весьма разнообразна, несмотря на то, что все эти предметы освещены светом одного состава. Основную роль в таких эффектах играют явления пропускания и отражения света. Световой поток, падающий на тело, частично отражается (рассеивается), частично пропускается и частично поглощается телом.

Доля светового потока, участвующего в каждом из этих процессов, определяется с помощью соответствующих энергетических коэффициентов: отражения R, пропускания T и поглощения K.

Каждый из указанных коэффициентов может зависеть от длины волны, благодаря чему и получаются разнообразные эффекты при освещении тел. Тело, у которого, например, для красных лучей T (пропускание) велико, а R (отражение) мало, а для зеленых лучей, наоборот, T – мало, а R – значительно; будет казаться красным в проходящем свете и зеленым – в отраженном.

Отражение светового потока оценивается коэффициентомотраженияR, показывающим отношение отраженного потока Ф_от к падающему Ф_пд, т.е.

(8.1)

Поглощение характеризуется коэффициентом поглощения K, равным отношению светового потока Ф_пог, поглощенного телом, к световому потоку Ф_пд, падающему на тело

(8.2)

Пропускание света телами характеризуетсякоэффициентом пропусканияT, который равен отношению прошедшего сквозь тела светового потока Ф_прош к падающему, т.е.

(8.3)

Часто вместо коэффициента пропускания T вводят величину D– оптическую плотность (D = lg (1/T)), что очень удобно при использовании фотометрических приборов. Если, например, оптическая плотность равна 1, то это соответствует 10 % пропускания света, если 2, то 1 % пропускания.

По закону сохранения энергии

Ф_пд = Ф_от + Ф_пог + Ф_прош.

На основании формул (8.1), (8.2) и(8.3) имеем

K + R + T = 1, (8.4)

т.е. сумма коэффициентов поглощения, отражения и пропусканияравна единице.

Если свет падает параллельным пучком нормально к поглощающему веществу и коэффициентом отражения можно пренебречь (R=0), то зависимость между плотностью потока световой энергии (интенсивностью) I₀ падающего света и прошедшего I выражается законом Бугера

I = I₀ e ^–ad,(5)

где I₀ – плотность потока энергии падающего светового потока на 1 см²; d – толщина поглощающего слоя; I – плотность потока энергии, прошедшего слой толщиной d; a – показатель поглощения.

Формула (8.5) справедлива только для монохроматического света, так как a для каждого вещества зависит от длины волны.

При измерении показателя поглощения a необходимо вносить соответствующие поправки, учитывая, что часть света отражается от границы исследуемого вещества.

В нашей работе отражение незначительно, и мы потери на отражение учитывать не будем.

Прологарифмировав формулу (8.5) и решив уравнение относительно a, получим формулу для вычисления показателя поглощения:

, (8.6)

где D – оптическая плотность данной среды; T – коэффициент пропускания.

Для различных веществ численное значение показателя поглощения a различно и колеблется в широких пределах.

В данном задании измерения пропускания T (или оптической плотности D) света цветными стеклами выполняется с помощью универсального фотометра ФМ-56.