Вказівки до виконання лабораторної роботи

Перед виконанням лабораторної роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: явища поглинання світла, закон Бугера, особливості поглинання світла розчинами [1, т.1, §6.5; 2, §§ 187,194 – 196, 225,259,261; 4, т.2, §§ 141, 145, т.3, §§ 87-90].

Електромагнітна (світлова) хвиля несе з собою потік енергії, що при взаємодії з частинками речовини поглинається, переходячи в енергію коливання електричних зарядів в атомах та молекулах.

Поглинанням світла називається явище втрати енергії світлових хвиль, які проходять через речовини, внаслідок перетворення енергії хвилі в різні форми внутрішньої енергії речовини, або в енергію вторинного випромінювання інших напрямків та спектрального складу.

В наслідок поглинання світла інтенсивність світла зменшується. Нехай на пластинку товщиною х падає світло інтенсивністю І_о (рис. 11.1). Виділимо в пластинці ділянку товщиною dx. Тоді величина потоку, який поглинається цією ділянкою буде dІ. Величина dІ буде прямо пропорційна потоку І, що падає на ділянку товщиною dх:

,

де k – коефіцієнт ослаблення світлового потоку, або коефіцієнт поглинання.

Знак „ – ” вказує, що інтенсивність світла зменшується (поглинається) при проходженні світла.

Розділивши змінні та інтегруючи, маємо:

,

або

.

Ця залежність носить назву закону Бугера.

Коефіцієнт поглинання світла k залежить від довжини хвилі  (або частоти ) і для різних речовин різний.

Нехай ми маємо монохроматичний потік світла і його інтенсивність після проходження через дану товщину d₁ розчину буде:

. (11.1)

Якщо товщина розчину буде d₂, то:

. (11.2)

Розділивши (11.1) на (11.2), отримаємо:

. (11.3)

Логарифмуючи вираз (11.3), отримаємо:

.

Тоді:

. (11.4)

Коефіцієнт поглинання можна визначити і простіше, якщо відоме значення І₀. Для цього із формули (11.1) знайдемо відношення І₁/І₀:

.

Логарифмуючи цей вираз знайдемо І₀/І₁:

.

Звідси

. (11.5)

Коефіцієнт поглинання розчинів буде залежати від концентрації домішок, які здійснюють поглинання світла:

, (11.6)

де С – коефіцієнт пропорційності; n – концентрація домішок в розчині.

Якщо взяти розчин з відомою концентрацією домішок n₀, то можна визначити концентрацію невідомих домішок в розчинах. Згідно з рівнянням (11.6) для відомої концентрації n₀ та невідомої концентрації n_x відповідно маємо:

та .

Тоді:

. (11.7)

Опис приладу

Прилад для вимірювання коефіцієнтів поглинання та концентрації домішок в розчинах складається з таких частин (рис. 11.2):

1–газовий лазер; 2–джерело живлення лазера; 3–дзеркало; 4–кювета з розчином; 5–приймальне вікно; 6–мікроамперметр; 7–регулюючий поляроїд.

Світло від лазера (1), після відбиття від дзеркала (3), попадає через приймальне вікно (5) на фотоелемент. Величину світлового потоку, або силу світла І реєструють за допомогою мікроамперметра (6). Інтенсивність початкового світлового потоку (І₀) можна відрегулювати з допомогою поляроїда (7), використовуючи той факт, що промінь лазера є поляризованим світлом.