CATEGORII DOCUMENTE
Afaceri Calculatoare Casa masina Didactica pedagogie Diverse Educatie Finante Geografie Istorie & politica Legislatie Limba Management Sanatate Tehnologie

Bulgara	Ceha slovaca	Croata	Engleza	Estona	Finlandeza	Franceza
Germana	Italiana	Letona	Lituaniana	Maghiara	Olandeza	Poloneza
Sarba	Slovena	Spaniola	Suedeza	Turca	Ucraineana

įstatymai	įvairių	Apskaitos	Architektūra	Biografija	Biologija	Botanika	Chemija
Ekologija	Ekonomika	Elektra	Finansai	Fizinis	Geografija	Istorija	Karjeros
Kompiuteriai	Kultūra	Literatūra	Matematika	Medicina	Politika	Prekyba	Psichologija
Receptus	Sociologija	Technika	Teisė	Turizmas	Valdymas	vietimas

VIESOS DISPERSIJA, ABSORBCIJA IR SKLAIDA

fizinis

+ Font mai mare | - Font mai mic


DOCUMENTE SIMILARE

VIESOS DISPERSIJA, ABSORBCIJA IR SKLAIDA

1. viesos spindulių lū˛imas. viesos spindulys, pereidamas dviejų skaidrių aplinkų, pvz., oro – vandens arba oro-stiklo ir kt., skiriantį pavirių, pakeičia savo sklidimo kryptį. Sakome, kad jis lū˛ta. į reikinį vadiname viesos lū˛imu, arba refrakcija. viesos spinduliai lū˛ta visada, kai jie pereina i vienokių optinių savybių aplinkos į aplinką, pasi˛yminčią kitomis optinėmis savybėmis.

viesos lū˛imo reikinį ityrus, įsitikinta, kad spinduliai lū˛ta visai dėsningai. Pa˛ymėkime spindulių kritimo kampą i ( 1 pav.), o jų lū˛imo kampą b. Tada viesos spindulių lū˛imo dėsnį galėsime taip nusakyti:

a) kritę ir lū˛ę spinduliai bei statmuo, ikeltas i spindulių kritimo tako, yra vienoje ploktumoje;

b) kritimo i ir lū˛imo b kampų sinusų santykis nepriklauso nuo spindulių kritimo kampo ir bet kurioms dviems aplinkoms yra pastovus ir yra lygus viesos sklidimo fazinių greičių v₁ ir v₂ pirmoje ir antroje aplinkoje santykiui, taigi

(

Dydį n₂₁ vadiname aplinkų santykiniu lū˛io rodikliu. Kai viesos sklidimo greitis v₁ pirmoje aplinkoje yra didesnis u˛ jos sklidimo greitį v₂ antroje, tai viesos spindulys lū˛ta, artėdamas prie statmens ( 1 pav., a), tada n₂₁>1, ir atvirkčiai, kai v₁<v₂, n₂₁<1 ( 1 pav., b).

Jei pirmoji aplinka yra vakuumas (viesos greitis jame c), tai santykis c/v =n vadinamas absoliutiniu antros aplinkos lū˛io rodikliu. Jei ˛inomi dviejų aplinkų absoliutiniai lū˛io rodikliai n₁ = c/v₁ ir n₂ = c/v₂, tai santykinis lū˛io rodiklis

(

t.y. antrosios aplinkos santykinis lū˛io rodiklis pirmosios at˛vilgiu yra lygus absoliutinių lū˛io rodiklių santykiui.

Didesnio lū˛io rodiklio med˛iagos laikomos optikai tankesnėmis med˛iagomis. Jose viesa sklinda lėčiau. Kalbėdami apie viesos spindulių sklidimą optikai skirtingose aplinkose, palyginame ne jų nueitus geometrinius, bet optinius kelius. viesos nueito kelio ir aplinkos lū˛io rodiklio n sandauga ireikia optinį kelią.

2. Visikas vidaus atspindys. Kai viesos spindulys (1) pereina i optikai tankesnės į optikai retesnę aplinką, jis lū˛ta, nutoldamas nuo statmens ( 2 pav.). iuo atveju kritimo kampas i yra ma˛esnis u˛ lū˛imo kampą b. Pirmosios aplinkos lū˛io rodiklį pa˛ymėkime n₁, antrosios n₂, n₁>n₂. Tada

(

Didinant kritimo kampą i, didės ir lū˛imo kampas b. Esant tam tikram kritimo kampui i_r, lū˛imo kampas bus lygus . Tada lū˛ęs spindulys 2 liau˛ia abiejų aplinkų skiriamuoju paviriumi. iuo atveju

sinb ir (4.4)

Kritimo kampas i_r, kurį atitinka lū˛imo kampas , vadinamas ribiniu kampu.

Padidinus kritimo kampą i,kad ir be galo ma˛ai, spindulys 3 turėtų sklisti jau pirmojoje aplinkoje. Tada jis jau atsispindi nuo skiriamojo paviriaus. į reikinį vadiname visiku vidaus atspind˛iu

3. viesos spindulių eiga prizmėje. Monochromatinės viesos spindulys, įeidamas į skaidrios med˛iagos trikampę prizmę ABC ( 3 pav.), lū˛ta ir nukrypsta nuo pirminės krypties. Ieidamas i prizmės, jis dar kartą lū˛ta ir dar daugiau nukrypsta. Pratęsę spindulio pirminę kryptį SM ir iėjus jam i prizmės – PS iki susikirtimo take D, gausime jo nuokrypio kampą u. Spindulių nuokrypio kampas u priklauso nuo prizmės med˛iagos optinių savybių ir nuo jos lau˛iamojo kampo ACB (g). Be to, bandymais nustatyta, kad jis priklauso ir nuo spindulių kritimo į prizmę kampo a. Didinant į kampą, i prad˛ių nuokrypis ma˛ėja, pasidaro ma˛iausias ir vėliau vėl didėja. Tyrimas rodo, kad spindulys ma˛iausiai nukrypsta tada, kai jis prizmėje sklinda lygiagrečiai prizmės pagrindui AB.

Baltos viesos spinduliai, sklisdami pro stiklinę prizmę, isiskaido į spektrą, kurį sudaro skirtingų spalvų eilė – nuo tamsiai raudonos iki violetinės. Tokį bespalvės, arba baltos viesos iskaidymą vadiname viesos dispersija. Ją gauname todėl, kad skirtingo ilgio bangos lū˛ta nevienodai. Taigi lū˛io rodiklis n priklauso nuo viesos bangos ilgio l : n = f (l . Dispersijos matu laikoma absoliutinio lū˛io rodiklio pirmoji ivestinė pagal bangos ilgį dn/dl, kuri nurodo lū˛io rodiklio kitimo spartą.

viesos dispersija med˛iagoje vadinama normaliąja, jei, didėjant bangos ilgiui, jos absoliutinis lū˛io rodiklis ma˛ėja ( 4 pav. – dispersijos kreivės dalys ab ir cd), ir ji vadinama anomaliąja, prieingu atveju ( 4 pav. – dispersijos kreivės dalis bc).

Normaliosios dispersijos atveju dn/dl<0, o anomaliosios – dn/dl>0. Anomalioji dispersija pastebima tose bangų ilgių srityse kurios atitinka intensyvios viesos absorbcijos med˛iagoje juostas. Stiklui tokios juostos yra ultravioletinėje ir infraraudonojoje spektro dalyse. Grupinis viesos greitis med˛iagoje gali būti ir didesnis, ir ma˛esnis u˛ fazinį greitį v, - tai priklauso nuo dispersijos pobūd˛io. Kai dispersija normalioji, grupinis viesos sklidimo greitis ma˛esnis u˛ fazinį (u < v). Kai dispersija anomalioji, grupinis viesos sklidimo greitis didesnis u˛ fazinį (u > v).

4. viesos absorbcija. viesai sklindant pro med˛iagą, jos intensyvumas ma˛ėja. viesos elektromagnetinis laukas veikia elektronus, versdamas juos virpėti viesos bangos da˛niu, todėl dalis viesos energijos sunaudojama elektronų virpesiams su˛adinti. Dalis ios sunaudotos energijos vėl grį˛ta atgal kaip elektronų ispinduliuotų elektromagnetinių bangų energija, bet dalis jos da˛niausiai pavirsta ilumine energija. Labai da˛nai praėjusių pro med˛iagos sluoksnius spindulių spalva, t.y. jų spektrinė sudėtis, nepakinta – iuo atveju įvairių ilgių bangos absorbuojamos vienodai. Tokią absorbciją vadiname paprastąja. Tačiau kartais kai kurios spalvos viesa absorbuojama ypač stipriai. Tuomet, praėjusios pro med˛iagą baltos viesos spindulys pasidaro spalvotas. Tokią viesos absorbciją vadiname selektyviąja.

viesos absorbcija priklauso nuo absorbuojamos viesos bangos ilgio, todėl, norėdami ją tiksliau nusakyti, turime tirti monochromatinės viesos absorbciją.

viesos absorbciją med˛iagose galime charakterizuoti trimis dyd˛iais:

a) absorbcijos rodikliu a

b) vidutiniu viesos siekiamu toliu w a

c) absorbcijos koeficientu (n

čia l yra viesos bangos ilgis absorbento iorėje (vakuume), n – med˛iagos lū˛io rodiklis, ir – aplinkos dielektrinis jautris.

viesos absorbcijos dėsnis ireikiamas taip:

I = I₀ e^-^a^d (

čia I₀ – pradinis, I – perėjusios d storio med˛iagos sluoksnį viesos intensyvumas. Jei med˛iagos sluoksnio storį ireikime metrais, tai a nusakys sluoksnio storį (m), kurį praėjus viesai, jos intensyvumas suma˛ėja e kartų.

Matuojant absorbcijos rodiklį a, reikia atsi˛velgti į tai, kad viesa i dalies atsispindi nuo paviriaus. Kad nereikėtų matuoti atsispindėjusios viesos, paprastai imatuojama absorbcija, sklindant viesai pro tos pat med˛iagos storio d₁ ir d₂ sluoksnius. Tada

(

čia I₁ ir I₂ – atitinkamai viesos, praėjusios pro sluoksnius d₁ ir d₂ intensyvumai.

Bendrą viesos absorbcijos dėsnį eksperimentikai ir teorikai nustatė Bugeris. Jo fizikinė prasmė yra ta, kad absorbcijos rodiklis a nepriklauso nuo viesos intensyvumo I ir med˛iagos sluoksnio storio d.

Tas rodo, kad absorbuotoji viesa su˛adina tik labai ma˛ą med˛iagos molekulių dalį ir kad su˛adinto būvio trukmė yra trumpa (apie 10^-8 s). Apskritai, absorbcijoje turi reikmės ne med˛iagos sluoksnio storis, bet viesą absorbuojančių molekulių skaičius. Taikydami į dėsningumą tirpalams, absorbcijos rodiklį a galime laikyti proporcingu absorbuojančių viesą molekulių koncentracijai c, taigi

a = Ac. (

Tada absorbcijos dėsnį galėsime taip ireikti:

. (

i lygtis ireikia apibendrintą Bugerio ir Bero dėsnį. Beras teigė, kad dydis A nepriklauso nuo koncentracijos c ir yra būdingas absorbuojančios med˛iagos molekulėms. Vadinasi, molekulių absorbcijos pajėgumas nepriklauso nuo jų sąveikos. Bet matavimai parodė, kad, esant didelėms koncentracijoms, kada nuotolis tarp absorbuojančių viesą molekulių labai suma˛ėja, is Bero teiginys nebepasitvirtina. Be to, da˛nai A priklauso ir nuo tirpiklio, taigi tirpiklio molekulės turi įtakos itirpintųjų med˛iagų absorbcijai.

viesos intensyvumą med˛iagoje taip pat apibūdina ir viesos pralaidumas T. Jis prilygsta pro med˛iagą praėjusios ir į med˛iagą kritusios viesos intensyvumų santykiui:

. (

Da˛nai viesos pralaidumas ireikiamas procentais:

. (

Med˛iagos viesos pralaidumas priklauso nuo jos sluoksnio storio ir viesos bangų ilgio.

viesos pralaidumui atvirktinio dyd˛io deimtainį logaritmą vadiname optiniu tankiu (arba ekstinkcija) E:

(

5. Molekulinė viesos sklaida. Kiekviena reali aplinka nėra vienalytė – joje gali būti tankio, temperatūros ir kitokie nevienodumai, todėl įvairiose aplinkos dalyse yra nevienodas lū˛io rodiklis. Optinį nevienalytikumą gali sukelti ir įvairios plūduriuojančios dalelės, kurios turi skirtingą nuo aplinkos lū˛io rodiklį ir absorbcijos rodiklį. Nevienalytės aplinkos, kuriose plūduriuoja įvairios mikroskopinės dalelės, vadinamos drumstomis aplinkomis. Sklindant viesai drumsta aplinka, mikroskopinės dalelės isklaido viesą įvairiomis kryptimis. viesos sklaidą drumstose aplinkose pirmasis tyrinėjo Tindalis, todėl is reikinys da˛nai vadinamas Tindalio efektu.

Vėlesni tyrimai parodė, kad med˛iagos, kuriose nėra jokių mikroskopinių dalelių, taip pat isklaido viesą. Buvo iaikinta, kad iuo atveju aplinkos nevienalytikumą sukelia mikroskopinės tankio fliuktuacijos – dėl chaotiko molekulių iluminio judėjimo savaime susidaro sritys, kuriose vienais momentais yra didesnis molekulių skaičius, kitais – ma˛esnis, negu vidutinis. Fliuktuacijų dydis priklauso nuo iluminio judėjimo intensyvumo, t.y. nuo temperatūros. viesos sklaida, kurią sukelia iluminis aplinkos molekulių judėjimas, vadinamas molekuline sklaida.

Reilėjus, teorikai ityręs viesos isklaidymo reikinį, nustatė dėsningumą: kol viesą isklaidančių dalelių linijiniai matmenys yra ma˛esni u˛ sklaidomos viesos bangos ilgį, tol isklaidytos viesos intensyvumas yra atvirkčiai proporcingas viesos bangos ilgio ketvirtajam laipsniui:

. (

Einteinas įrodė, kad is Reilėjaus dėsnis galioja ir molekulinei sklaidai. Taigi, trumpesnių bangų ilgių viesa yra isklaidoma ˛ymiai stipriau nei ilgesnių bangų: apytikriai violetiniai spinduliai isklaidomi apie 16 kartų stipriau u˛ raudonuosius. Atmosfera isklaido Saulės viesą. Dangaus ˛ydras atspalvis matomas todėl, kad daugiausia isklaidomi mėlynieji ir violetiniai spinduliai. Saulės spinduliai, praeidami pro storą atmosferos sluoksnį, dėl isklaidymo netenka mėlynųjų ir violetinių spindulių ir todėl įgauna rausvai oran˛inį atspalvį – tai mes matome Saulei tekant ir leid˛iantis.

4.1. VIESOS DISPERSIJOS PRIZMĖJE TYRIMAS

Darbo u˛duotis. Nubrė˛ti dispersijos kreivę ir apskaičiuoti viesos dispersiją bei prizmės kampinę dispersiją fiksuotam bangos ilgiui.

Imoktini klausimai. viesos dispersija. Normalioji ir anomalioji dispersija. Elektroninė viesos dispersijos teorija.

Teorinė dalis. viesos dispersija vadinama jos fazinio greičio priklausomybė nuo bangos ilgio arba da˛nio. Kadangi viesos fazinis greitis v=c/n, todėl viesos dispersiją taip pat nusako med˛iagos lū˛io rodiklio priklausomybė nuo bangos ilgio l (da˛nio w). Dėl dispersijos balta viesa trikampėje prizmėje isiskaido į spektrą ( pav.). Kreivė n = f(l) arba n= f(w) vadinama dispersijos kreive. Lū˛io rodiklio n ir absorbcijos rodiklio a priklausomybė nuo bangos ilgio pavaizduota paveiksle. Kokybikai viesos dispersiją gerai paaikina H.Lorenco sukurtoji elektroninė teorija. Ji pagrįsta auktojo da˛nio elektromagnetinio lauko sąveikos su med˛iagos optiniais elektronais aikinimu. Pagal ją, jei atomas (molekulė) turi vieną optinį elektroną, tai vienalytės aplinkos lū˛io rodiklio kvadratas

Čia n₀ - molekulių koncentracija; e - elektrono krūvio absoliutinė reikmė; m - jo masė; w - optinio elektrono savųjų virpesių kampinis da˛nis; w - viesos bangos da˛nis; e - elektrinė konstanta. Tačiau praktikoje, kai w << w (normalioji dispersija), aplinkos lū˛io rodiklį da˛niausiai ireikia priklausomybė nuo viesos bangos ilgio:

n² = 1 + A(1 + B/l

Kiekvienos med˛iagos būdinguosius dyd˛ius A ir B galima nustatyti eksperimentikai.

Kiekybikai viesos dispersija apibūdinama dyd˛iu D = dn/dl Dispersija vadinama normaliąja, jei, didėjant viesos bangos ilgiui, aplinkos lū˛io rodiklis ma˛ėja, t.y. dn/dl < 0 pav., ab ir cd kreivės dalys). viesos dispersija vadinama anomaliąja, kai dn/dl > 0 (kreivės bc dalis).

Aparatūra ir darbo metodas. viesos dispersija tiriama stiklinėje prizmėje, naudojant GS-5 goniometrą. viesa, įeidama į prizmę ir ieidama i jos, lū˛ta prizmės pagrindo link ( pav.). Jei viesa įeina į prizmę ir i jos ieina simetrikai, t.y. i₁=i₂, tada jos nuokrypio kampas u yra ma˛iausias. Prizmės med˛iagos lū˛io rodiklis n su prizmės lau˛iamuoju kampu g bei ma˛iausio nuokrypio kampu u yra susieti tokia priklausomybe:

Taigi tiriamojoje med˛iagoje viesos dispersija

Atlikę (4.15) ir (4.16) trigonometrinius pertvarkymus, gauname tokią prizmės kampinės dispersijos iraiką:

viesos ma˛iausio nuokrypio kampus prizmėje A ( pav.) matuojame goniometru. Jį sudaro ˛iūronas ˇ ir kolimatorius K, kurio lęio ˛idinio ploktumoje yra plyys P. Plyį apviečia viesos altinis S. Kolimatorių perėjusi viesa lū˛ta prizmėje ir po to patenka į ˛iūrono objektyvą. Dėl viesos dispersijos ˛iūrono objektyvo ˛idinio ploktumoje gauname spalvotus plyio atvaizdus, kurių skaičius lygus altinio S spinduliuojamų skirtingo ilgio bangų skaičiui. Taip gautą linijinį spektrą stebime per ˛iūrono okuliarą (II ˛iūrono padėtis). Kai prizmės nėra, viesa sklinda tiesiai ir per ˛iūroną matome balta viesa apviesto plyio vaizdą (I ˛iūrono padėtis).

Darbo eiga. 1. Susipa˛inę su GS-5 goniometro apraymu, įjungiame jį ir viesos altinį į tinklą. Kolimatorių ir ˛iūroną nustatę vienoje tiesėje, pastarojo regėjimo lauke gauname siaurą, rykų, baltą plyio vaizdą. Jį sutapdiname su vertikaliąja linija.

2. Imokę matuoti kampus, į ant goniometro staliuko organiniame stikle padarytą ipjovą įstatome tiriamąją prizmę. ˇiūroną lėtai sukame į kairę tol, kol pamatome geltonąją spektro liniją. Ją sutapdiname su vertikaliąja ˛iūrono okuliaro linija. Sufokusavę ˛iūroną, gauname rykų ios linijos vaizdą. Sukinėdami goniometro staliuką su prizme ir stebėdami geltonąją liniją pro ˛iūrono okuliarą, nustatome ma˛iausią viesos nuokrypio kampą. Jis yra ma˛iausias tada, kai prizmės sukinėjimo metu okuliare slenkąs spektrinės linijos atvaizdas sustoja kratinėje deinėje padėtyje, o po to ima slinkti atgal. Patikslinę jos fokusavimą ir sutapdinę su vertikaliąja linija, mikroskopo skalėse atskaitome ios spektro linijos ma˛iausio nuokrypio kampą u

3. Analogikai imatuojame viesiai ˛alios, ˛alios, mėlynos ir violetinės spektro linijų ma˛iausio nuokrypio kampus u u u ir u

4. Pagal (4 ) formulę apskaičiuojame prizmės med˛iagos lū˛io rodiklius visoms imatuotoms spektro linijoms. Nubrė˛iame dispersijos kreivę n = f(l) (bangų ilgių vertės pateiktos 4.1 lentelėje).

4.1 lentelė

Spektro linija	Spektro linijos bangos ilgis, nm
Geltona
viesiai ˛alia
ˇalia
Mėlyna
Violetinė

I tiriamos med˛iagos dispersijos kreivės nustatome viesos dispersiją

;

dėstytojo nurodytam bangos ilgiui. Tam tikslui per dispersijos kreivės taką, atitinkantį nurodytą bangos l, brė˛iame liestinę ir nustatome Dl ir Dn vertes (4.9 pav.).

6. Apskaičiuojame prizmės kampinę dispersiją.

Kontroliniai klausimai

Kas yra bangų dispersija?
Kada pasireikia normalioji ir kada – anomalioji dispersija?
viesos dispersijos med˛iagose elektroninės teorijos samprata.
Ką vadiname prizmės kampine dispersija?

Literatūra

1. Tamaauskas A., Vosylius J. Fizika. - Vilnius: Mokslas, 1989. - T.2. - P.173- 175.

2. Javorskis B., Detlafas A. Fizikos kursas. - Vilnius: Mintis, 1975. - T.3. - P. 148 - 158.

4.2. TIRPALŲ LŪˇIO RODIKLIO PRIKLAUSOMYBĖS NUO KONCENTRACIJOS TYRIMAS REFRAKTOMETRU

Darbo u˛duotis. Imatuoti įvairių koncentracijų tirpalų lū˛io rodiklius ir nustatyti ne˛inomo tirpalo koncentraciją.

Imoktini klausimai. viesos atspind˛io ir lū˛imo dėsniai. Visikas vidaus atspindys. viesos apgrą˛os principas. viesos dispersijos samprata.

Teorinė dalis. viesa, pereidama i vienos aplinkos į kitą, keičia sklidimo kryptį, t.y. lū˛ta. Pagal Reilėjaus dėsnį, viesos kritimo ir lū˛imo kampų (i ir b) sinusų santykis yra pastovus dydis. Jis lygus fazinių viesos sklidimo greičių tose aplinkose (v₁ ir v₂) santykiui ir vadinamas santykiniu antrosios aplinkos lū˛io pirmosios aplinkos at˛vilgiu rodikliu (n₂₁):

Kai pirmoji aplinka yra vakuumas, v₁ = c = 3 10⁸m/s, tada

(4.19

vadinamas absoliutiniu aplinkos lū˛io rodikliu. Kadangi viesos sklidimo greičiai ore ir vakuume artimi, absoliutinis oro lū˛io rodiklis praktikai lygus vienetui. Naudodamiesi absoliutinio aplinkos lū˛io rodiklio apibrė˛imu, (4 ) lygtį perraome taip:

(4.20

Čia n₁ ir n₂ - pirmosios ir antrosios aplinkos absoliutiniai lū˛io rodikliai.

Ta aplinka, kurios absoliutinis lū˛io rodiklis didesnis, vadinama optikai tankesne. Jei viesa sklinda i optikai tankesnės aplinkos į retesnę (n₁ > n₂), tada b> i. iuo atveju galima nustatyti tokį viesos kritimo kampą i = i_rib, kurį atitinka lū˛imo kampas b . Toks kritimo kampas vadinamas ribiniu kampu.

Tarkime, kad ˛inomo lū˛io rodiklio n_s refraktometro matavimo prizmės ABC (4.10 pav.) sienelė AC liečiasi su aplinka 1, kurios lū˛io rodiklį n norime imatuoti. Nagrinėsime atvejį n < n_s. Jei viesos kritimo kampas i₁ artimas 90⁰, tai jos lū˛imo kampas b yra did˛iausias ir lygus ribiniam kampui. iuo atveju

(4.

Taigi, imatavus ribinį kampą , galima apskaičiuoti tiriamosios med˛iagos lū˛io rodiklį n. Tačiau jį tiesiogiai imatuoti technikai yra sunku. Daug paprasčiau imatuoti su io spindulio susijusį viesos lū˛imo kampą b. Pagal viesos lū˛imo dėsnį ( ) skiriamajam paviriui AB

(4.22)

Čia n₀=1 - oro lū˛io rodiklis, g - lau˛iamasis matavimo prizmės kampas, (4.10 pav.).

Į prizmės sienelę AC įvairiais kampais krintant monochromatinei viesai, perėjusių per sienelę AB spindulių kampai b tenkina sąlygą b b. Todėl ˛iūronu stebėdami sienelę AB kryptimi, artima ribiniam spinduliui, regėjimo lauką matome padalytą į viesią ir tamsią dalis. Skiriamosios ribos stebėjimo kryptis atitinka lū˛usių spindulių kryptį, kurie į sienelę AC krinta liau˛iamai, t.y. i₁ . Taip galima imatuoti lū˛imo kampą

Taigi, imatavę liau˛iamai į sienelę AC krintančių spindulių lū˛imo kampą ir i ( ) formulės apskaičiavę jį atitinkantį kampą a, galime pagal ( ) formulę apskaičiuoti tiriamosios med˛iagos lū˛io rodiklį n.

Aparatūra ir darbo metodas. Darbe naudojamo refraktometro principinė schema pavaizduota 4 paveiksle, o iorinis vaizdas parodytas 4 paveiksle. Prietaisas susideda i glaud˛iamojo lęio 1, stačiakampės apvietimo prizmės 2, stačiakampės matavimo prizmės 3, dispersijos kompensatoriaus 4 ir ˛iūrono ˇ. Glaud˛iamasis lęis 1 viesos altinio S siunčiamus spindulius nukreipia reikiama linkme. Apvietimo prizmės matinė sienelė FD altinio skleid˛iamą viesą isklaido įvairiomis kryptimis. Todėl kai kurie spinduliai į matavimo prizmės sienelę AC krinta liau˛iamai ir prizmėje lū˛ta ribiniu kampu (4.10 pav.).

Darbe naudojamas nemonochromatinės (baltos) viesos altinis. Dėl dispersijos matavimo prizmėje skirtingų bangos ilgių viesos lū˛imo kampai yra skirtingi. Todėl pro ˛iūroną matyti ne ryki skiriamoji linija, o spektro juosta, trukdanti tiksliai nustatyti jos padėtį. Kad dispersija būtų eliminuojama, tarp matavimo prizmės ir ˛iūrono įtaisytas dispersijos kompensatorius (4 pav.). Jis suklijuotas i trijų prizmių, kurių lū˛io rodikliai ir lau˛iamieji kampai parinkti taip, kad l_g = 589 nm bangos ilgio (geltonos spalvos) viesa ieina nekeisdama krypties. Sukant kompensatoriaus rankenėlę G, galima panaikinti sistemos dispersiją ir tuomet pro ˛iūroną matyti ryki skiriamoji riba, atitinkanti geltonos viesos sklidimo kryptį. Be to, jame įtaisyta ploktelė su punktyrine vizuojamąja linija (trys brūkneliai) ir stačiakampė lygiaonė prizmė, kuri dėl visikojo vidaus atspind˛io pakeičia spindulių eigą 90⁰ kampu. Refraktometro ˛iūrone dar įmontuota skalė, kurioje jau yra pa˛ymėtos lū˛io rodiklių vertės, atitinkančios lū˛imo kampų b vertes. Todėl lū˛io rodiklį atskaitome skalėje ties viesaus ir tamsaus laukų skiriamąja linija.

Darbo eiga. Bandymą atliekame taip. Atidarę prizmių kamerą K (4 pav.), ant apatinės prizmės pipete u˛lainame 1 - 2 laus distiliuoto vandens (t.y. tirpalo, kurio koncentracija z₁ =0%) ir, u˛darę prizmių kamerą, altinio S viesą nukreipiame į virutinį kameros langelį. Apatinis langelis u˛darytas. ˇiūronu randame rykiai matomą lū˛io rodiklių skalę bei viesų ir tamsų regėjimo laukus skiriančią spektro juostą. Kilnodami kompensatoriaus rankenėlę G, panaikiname spektrinę juostą ir pasiekiame, kad vietoj jos būtų matyti ryki regėjimo laukus skirianti linija. Slankiodami ˛iūroną iilgai lū˛io rodiklių skalės, vizuojamąją liniją (tris brūknelius) sutapatiname su viesaus ir tamsaus lauko skiriamąja riba ir ties ja skalėje atskaitome lū˛io rodiklio vertę n₁’. Jei atskaitomoji vertė n₁’ lygi distiliuoto vandens teorinei lū˛io rodiklio vertei n₁ = 1,333, tada refraktometro pataisa lygi nuliui. Jei atskaitytoji vertė nėra lygi n₁, tai prie imatuoto rodiklio n₁’ reikia pridėti prietaiso pataisą Dn = n₁ - n’₁ = 1,333 - n₁’

Imatuojame darbo vadovo nurodytų koncentracijų: z₂, z₃,, z_n (z₂ < z₃ << z_n) tirpalų lū˛io rodiklius: n’₂, n’₃,, n’_n. Matuojame taip pat, kaip ir su distiliuotu vandeniu. Jei gaunamas tik did˛iausią koncentraciją turintis tirpalas z_n, tada jį skied˛iame distiliuotu vandeniu ir pasigaminame ma˛esnių koncentracijų tirpalus. Po to nustatome ne˛inomos koncentracijos z_x tirpalo lū˛io rodiklį n’_x.

Matavimų rezultatus suraome į lentelę ir pavaizduojame n = f(z) grafiku.

4.2 lentelė

Eil. Nr.	Tirpalo svorinė koncentracija,	Prietaiso pataisa Dn =n₁ n’₁
		n_i’	n_i = n_i’ +Dn
	z₁ =0	n₁’ =	n₁ =
	z₂ =	n₂’ =	n₂ =

n	z_x =	n_x’ =	n_x =

I grafiko nustatome ne˛inomos koncentracijos tirpalo koncentraciją z_x.

Kontroliniai klausimai

1. Kokiu atveju į optikai tankesnę aplinką įeinančio spindulio lū˛imo kampas yra lygus ribiniam kampui?

2. Kokia refraktometro apvietimo ir kompensatoriaus prizmių paskirtis?

3. Kodėl i matavimo prizmės iėję spinduliai ˛iūrono regėjimo lauke sudaro viesaus ir tamsaus lauko sritis?

4. Kaip priklauso lū˛io rodiklis nuo koncentracijos?

Literatūra

1. Brazd˛iūnas P. Bendroji fizika. - Vilnius: Valstybinė politinės ir mokslinės literatūros leidykla, 1963. - D.3. - P.46 - 51.

2. Javorskis B., Detlafas A. Fizikos kursas. - Vilnius: Mintis, 1975. - T.3. - P. 28 - 30 ir 91 - 92.

4.3. ORO ABSOLIUTINIO LŪˇIO RODIKLIO KITIMO TYRIMAS REILĖJAUS INTERFEROMETRU

Darbo u˛duotis. Itirti oro absoliutinio lū˛io rodiklio priklausomybę nuo slėgio ir pavaizduoti grafiku.

Imoktini klausimai. Aplinkos lū˛io rodiklis. Optinis kelias. viesos bangų koherentikumas ir interferencija. Jos maksimumų ir minimumų sąlygos. Fraunhoferio difrakcija.

Teorinė dalis. Jeigu i S altinio (rykiai apviesto plyio, 4 pav.) viesa patenka į du siaurus plyius S₁ ir S₂, tai perėjusios per juos viesos bangos yra koherentinės. Todėl susitikusios ekrane E ios bangos interferuoja. viesos bangos nueitas kelias, padaugintas i aplinkos lū˛io rodiklio n, vadinamas optiniu keliu. Kai bangų pradinės fazės vienodos, interferencijos rezultatas priklauso nuo bangų optinių kelių skirtumo D Pavyzd˛iui, take M (4 pav.) bangų optinių kelių skirtumas D = nS₂M - nS₁M. Čia abiem bangoms n laikomas vienodu. Tose ekrano vietose, kur bangų optinių kelių skirtumas lygus lyginiam pusbangių skaičiui, t.y.

D = 2k, (

tuomet fazių skirtumas kartotinis 2p ir susidaro interferenciniai maksimumai, o tose ekrano vietose, kur bangų optinių kelių skirtumas lygus nelyginiam pusbangių skaičiui, t.y.

D = (2k + 1), (

- interferenciniai minimumai. Čia k = 0, 1, 2, nusako interferencinio maksimumo arba minimumo eilę. Pavyzd˛iui, k = 0 atitinka nulinės eilės (centrinį) maksimumą, k = 1 - pirmąjį maksimumą (minimumą), k = 2 - antrąjį ir t.t. Taigi viesių ir tamsių juostų padėtis ekrane priklauso nuo interferuojančių bangų optinių kelių skirtumo. Takui O nuotoliai S₁O S₂O =y yra vienodi. Jei ir aplinkos lū˛io rodiklis n yra vienodas, take O yra interferencinis maksimumas. Vienos bangos kelyje padėjus ilgio l ir lū˛io rodiklio n’ skaidrų kūną, susidaro papildomas optinių kelių skirtumas

D‘ = (y - l)n + ln’ - yn = l(n’ - n). (4.25)

Jei D būtų lygus l , take O būtų interferencinis minimumas, t.y. visas interferencinis vaizdas pasistumtų per pusę interferencinės juostos pločio (interferencinės juostos plotis lygus atstumui tarp gretimų maksimumų arba minimumų). Interferencinio vaizdo poslinkio dydis priklauso nuo susidariusio papildomojo optinių kelių skirtumo D‘. Jį imatavus, galima nustatyti tiriamosios med˛iagos ir aplinkos lū˛io rodiklių skirtumą

Dn = n’ - n = D‘/l. (4.26)

iuo principu ir veikia darbe naudojamas Reilėjaus interferometras.

Aparatūra ir darbo metodas. Reilėjaus interferometro principinė schema pateikta 4 paveiksle. Rykiai apviesto plyio S viesą lęis L₁ formuoja į lygiagrečių spindulių pluotelį, kuris, perėjęs per du siaurus plyius S₁ ir S₂, patenka į etaloninių dujų vamzdelį K₁ ir tiriamųjų dujų vamzdelį K₂. Lęio L₂ ˛idinio ploktumoje susidaro plyiams lygiagrečios interferencinės juostelės (4 a pav.), kurias stebime okuliaru O. Papildomą optinių kelių skirtumą, susidarantį dėl K₂ vamzdelyje esančios tiriamosios med˛iagos, ilygina kompensatorius A. Jį sudaro skaidri pleito pavidalo ploktelė, kurią stumdome mikrometriniu sraigtu. Kompensuotas optinių kelių skirtumas

D_k = n_k d. (4.27

Čia n_k - ploktelės lū˛io rodiklis; d - jos storis spindulio kelyje.

Kai pleito A sudaromą optinių kelių skirtumą D_k kompensuoja D D_k D ), interferencinės juostelės grą˛inamos į pradinę padėtį.

Reilėjaus interferometre i S₁ ir S₂ plyių sklindanti viesa perskiriama į dvi dalis. ˇemiau vamzdelių gaunama fiksuota (apatinė) juostelių sistema, ji naudojama kaip atskaitos skalė. Tiriamosios med˛iagos sąlygotas papildomasis optinių kelių skirtumas D sukelia tik virutinės juostelių sistemos poslinkį apatinės at˛vilgiu (4 b pav.). Kompensatoriumi A abi interferencinių juostelių sistemas sutapatiname (4 c pav.). ITR-1 įrenginio kompensatoriaus mikrometrinis sraigtas sugraduotas taip, kad jo pasukimas viena padala optinių kelių skirtumą pakeičia dyd˛iu Vadinasi, jeigu mikrometrinį sraigtą pasukame N padalų, kad sutapatintume juostelių sistemas, tai iekomasis optinių kelių skirtumas

D‘ = N l (4.28

(4.28) įraę į (4.26) gauname, kad lū˛io rodiklių skirtumas

Dn = n’ - n = (4.29

iame darbe etaloninė med˛iaga yra aplinkos oras, kurio lū˛io rodiklis kambario sąlygomis n . Interferometro manometrinė dalis (4 pav.) naudojama oro slėgiui K₂ vamzdelyje keisti ir jį matuoti. Ją sudaro rankinis siurblys 1, rezervuaras 2, čiaupai A ir B ir vandens manometras 3, kuriuo rezervuare ir vamzdelyje K₂ yra matuojamas slėgis. Jei manometro vandens stulpelių aukčių skirtumas yra Dh, tada vamzdelyje K₂ ir rezervuare slėgis

p = H + Dh/13,6; (4.30

čia H - atmosferos slėgis mm Hg.

Darbo eiga. Pasukę čiaupo B rankenėlę į padėtį “Atmosfera” (4 pav.), abiejuose vamzdeliuose suvienodiname oro slėgius. Interferometro maitinimo transformatorių įjungę į elektros tinklą, pro okuliarą O (4 pav.) stebime interferencinį vaizdą ir mikrometriniu sraigtu sutapatiname virutinių ir apatinių juostelių sistemas taip, kad jų nulinės (centrinės) juostos (jos baltos, neturi spalvotų kratelių) būtų tiksliai vienoje vertikalėje. U˛raome mikrometrinio sraigto “Pradinę” padėtį N₀. Tada čiaupo B rankenėlę pasukame į padėtį “U˛daryta”, o čiaupo A rankenėlę - į padėtį “Atidaryta”. I lėto rankiniu siurbliu padidiname slėgį 20 mm vandens stulpelio iki aukčio Dh. Pasukę čiaupo A rankenėlę į padėtį “U˛daryta”, mikrometriniu sraigtu vėl sutapatiname interferencinių juostelių sistemas ir u˛siraome Dh bei mikrometrinio sraigto galinę padėtį N.

Analogikus veiksmus ir matavimus atliekame toliau, didindami slėgį kas 20 mm vandens stulpelio iki 200 - 250 mm jo aukčio. Kiekvienam matavimui apskaičiuojame oro slėgį ir jo lū˛io rodiklio pokyčius Dn (bangos ilgis l 5,5 10^-7m, vamzdelio ilgis l = 1 m).

Matavimų ir skaičiavimų duomenis suraome į lentelę ir gautuosius rezultatus pavaizduojame Dn = f(p) grafiku.

4.3 lentelė

Eil. Nr.	Mikrometrinio sraigto padėtys		Dh,	H,	p,	Dn
	Pradinė N₀, mm	Galinė N, mm	mmH₂O	mmHg	mmHg

Kontroliniai klausimai

1. Jungo bandymas: interferencinio vaizdo susidarymas ir apskaičiavimas dviejų plyių atveju.

2. Kodėl, didinant slėgį viename prietaiso ITR-1 vamzdelyje, virutinis interferencinis vaizdas slenka, o sukant mikrometrinį sraigtą, gali būti sugrą˛intas atgal?

Literatūra

1. Brazd˛iūnas P. Bendroji fizika. - Vilnius: Valstybinė politinės ir mokslinės literatūros leidykla, 1963. - D.3. - P. 106 - 112.

2. Javorskis B., Detlafas A. Fizikos kursas. - Vilnius: Mintis, 1975. - T.3. - P. 101 - 108.

3. Tamaauskas A., Vosylius J. Fizika. - Vilnius: Mokslas, 1989. - T.2. - P.142 - 148.

4.4. TIRPALŲ VIESOS ABSORBCIJOS TYRIMAS FOTOELEKTRINIU KOLORIMETRU

Darbo u˛duotis. Itirti ˛inomos koncentracijos tirpalo viesos pralaidumo, optinio tankio tos med˛iagos koeficiento A priklausomybes nuo viesos bangos ilgio ir imatuoti ne˛inomo tirpalo koncentraciją.

Imoktini klausimai. viesos absorbcija ir sklaida. Bugerio ir Lamberto, Bero ir jungtinis Bugerio – Lamberto - Bero dėsniai.

Teorinė dalis. Med˛iaga absorbuoja (sugeria) ir isklaido ja sklindančią viesą. Todėl viesos intensyvumas ma˛ėja. Perėjusios med˛iagą viesos intensyvumo I santykis su krintančios į ją viesos intensyvumu I₀ vadinamas viesos pralaidumu T = I/I₀. viesos pralaidumo atvirktinio dyd˛io deimtainį logaritmą D = lg(1/T) vadiname optiniu tankiu (arba ekstinkcija). Perėjusios med˛iagą viesos intensyvumo priklausomybę nuo med˛iagos sluoksnio storio d nusako Bugerio ir Lamberto dėsnis:

I = I₀exp(-ad). (

Čia a - absorbcijos rodiklis. (4.31) lygybę ilogaritmavus ir pasinaudojus viesos pralaidumo bei optinio tankio apibrė˛imais, gauname:

a = (-1/d)lnT = (2,30/d)lg(1/T) = 2,30D/d. (4.32

Pagal Bero dėsnį, sklindant viesai tirpalu, absorbcijos rodiklis a yra tiesiog proporcingas tirpalo koncentracijai, t.y. a = Ac. Čia dydis

A = a/c = 2,30D/(cd)

vadinamas viesą absorbuojančios med˛iagos koeficientu. Dviem tos pačios med˛iagos, itirpintos vienoduose tirpikliuose, tirpalams (vienodi koeficientai A), kai tas pats kiuvetės ilgis d, i (4.33) lygybės aikėja, jog

D/c = D_x/c_x. (4.34

Taigi, jei vienoje kiuvetėje tirpalo koncentracija c, tada ne˛inomo tirpalo koncentracija

c_x = cD_x/D. (4.35

Čia D ir D_x - ˛inomos ir ne˛inomos koncentracijos tirpalų optiniai tankiai.

Aparatūra ir darbo metodas. viesos intensyvumus I ir I₀, pagal kuriuos apskaičiuojami dyd˛iai T, D, A, imatuoti sunku. Todėl naudojamas kompensacijos metodas, kai palyginami dviejų viesos pluotelių srautai.

4 paveiksle parodytas vienas io metodo būdų. viesa, sklindanti i altinio S ir atsispindėjusi nuo veidrod˛ių V₁ ir V₂, pereina per vienodus viesos filtrus _f1 ir _f2 bei vienodo ilgio kiuvetes K₁ ir K₂ ir patenka į vienodus fotoelementus F₁ ir F₂.

Kad viesos srautų intensyvumą būtų galima reguliuoti, kairiojo pluotelio kelyje įtaisomi reguliuojamieji fotometriniai pleitai L₁ ir L₂, o deiniojo kelyje paliekamas reguliuojamo pločio plyys P.

Galvanometru G elektros srovė netekės, jei į fotoelementus F₁ ir F₂krintančių srautų intensyvumai bus lygūs. Tai pasiekiama keičiant pleitų L₁ ir L₂ padėtį arba plyio P plotį.

Matavimai atliekami 4 paveiksle pavaizduotu fotoelektriniu kolorimetru ФЭK-M. Čia Mb - maitinimo blokas. Prietaiso priekinėje sienelėje yra keitimo rankenėlės L₁ ir L₂ bei rankenėlė P_er, naudojama keisti viesos filtrams _f1 ir _f2. Būgneliu Bk keičiamas plyio P plotis, o rankenėle I_r reguliuojamas prietaiso jautrumas.

Darbo eiga. 1. Paruoiame aparatūrą darbui. Pasukę rankenėlę Ir prie laikrod˛io rodyklę iki galo , nustatome ma˛iausią prietaiso jautrumą. Įjungę maitinimo bloką Mb į elektros tinklą, įjungiame jungiklį I. Fotoelektrinėse kolorimetro kamerose abiejų viesos srautų keliuose įstatome kiuvetes su distiliuotu vandeniu. Rankenėle Per pasirenkame pirmąjį viesos filtrą. Sukdami būgnelį Bk pagal laikrod˛io rodyklę, kol skalių nulinės padalos sutampa su horizontaliąja ˛yme, nustatome did˛iausią plyio P plotį (4 pav.). Rankenėle I_r padidiname prietaiso jautrumą, o rankenėlėmis L₁ ir L₂ galvanometro rodyklę nustatome ties nuliu.

2. Tiriame ˛inomos koncentracijos tirpalo viesos pralaidumą ir optinį tankį. Tam tikslui kairiosios kameros kiuvetėje esantį distiliuotą vandenį pakeičiame darbų vadovo nurodytos koncentracijos tirpalu. Į fotoelementą F₁ (4 pav.) krintančių viesos spindulių srautas suma˛ėja, todėl galvanometro G rodyklė nukrypsta nuo nulinės padėties. Kad susidarytų srovių balansas, reikia ma˛inti plyio P plotį. Tam tikslui sukame būgnelį B_k tol, kol galvanometro rodyklė vėl rodo nulį. Būgnelio juodojoje skalėje atskaitome viesos pralaidumą T, o raudonojoje - optinį tankį D.

3. Aukčiau apraytuoju būdu imatuojame tirpalo viesos pralaidumą ir optinį tankį su likusiais filtrais.

4. Kiekvienam filtrui pagal ( ) formulę apskaičiuojame med˛iagos koeficiento A vertes. Gautus matavimų ir skaičiavimų rezultatus suraome į lentelę.

lentelė

Filtro eil.Nr.	l, nm	viesos pralaidumas T	Optinis tankis D	A	D_x	c_x	<c_x>

I gautų duomenų nubrė˛iame T = f(l , D = f l) ir A = f(l) grafikus.

5. Kairiojoje kiuvetėje ˛inomos koncentracijos tirpalą pakeitę ne˛inomos koncentracijos C_x tirpalu, atliekame 2 ir 3 punktuose nurodytus optinio tankio matavimus.

6. Kiekvienam bangos ilgiui pagal (4.35) formulę apskaičiuojame ne˛inomo tirpalo koncentraciją c_x ir jos aritmetinį vidurkį <c_x>.

Kontroliniai klausimai

1. Nusakykite Bugerio ir Lamberto bei Bero dėsnius ir paaikinkite fizikinę absorbcijos rodiklio prasmę.

2. Paprastoji ir selektyvioji viesos absorbcija .

3. Paaikinkite principinę fotoelektrinio kolorimetro schemą.

Literatūra

. Brazd˛iūnas P. Bendroji fizika. - Vilnius: Valstybinė politinės ir mokslinės literatūros leidykla, 1963. - D.3. - P.187 - 190.

2. Javorskis B., Detlafas A. Fizikos kursas. - Vilnius: Mintis, 1975. - T.3. – P.159. - 161.

3. Tamaauskas A., Vosylius J. Fizika. - Vilnius: Mokslas, 1989. - T.2. - P.170 - 172.

Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Vizualizari: 4992
Importanta:

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Distribuie URL
https://www.scrigroup.com/limba/lituaniana/257/VIESOS-DISPERSIJA-ABSORBCIJA-I95897.php

Adauga cod HTML in site
<a href="https://www.scrigroup.com/limba/lituaniana/257/VIESOS-DISPERSIJA-ABSORBCIJA-I95897.php" target="_blank" title=" - https://www.scrigroup.com/limba/lituaniana/257/VIESOS-DISPERSIJA-ABSORBCIJA-I95897.php">VIESOS DISPERSIJA, ABSORBCIJA IR SKLAIDA</a>

VIESOS DISPERSIJA, ABSORBCIJA IR SKLAIDA

fizinis

DOCUMENTE SIMILARE

VIESOS DISPERSIJA, ABSORBCIJA IR SKLAIDA

Kontroliniai klausimai

Literatūra

Literatūra

Literatūra

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comenteaza documentul:

VIESOS DISPERSIJA, ABSORBCIJA IR SKLAIDA

VIESOS DISPERSIJA, ABSORBCIJA IR SKLAIDA