Проведение измерений и обработка результатов

Задание 1. Исследование спектра пропускания цветных стёкол или растворов.

Получив у преподавателя цветные стёкла, пленки или растворы для исследования, записывают на спектрофотометре кривые зависимости коэффициентов пропускания или оптической плотности от длины волны светового излучения. По кривым определяют длины волн, соответствующие максимальному пропусканию или поглощению для каждого образца. Если толщины исследуемых образцов разные, процент пропускания отнести к единице толщины поглощающего слоя, измерив микрометром толщины образцов. Растворы наливают в специальные кюветы.

Задание 2. Проверка закона Бера.

Для выполнения задания берут исходный концентрированный окрашенный раствор соли (CuSO₄, FeSO₄ и др.), мерные сосуды и воду для его разбавления в 2÷10 раз. Сначала в кювету наливают исходный концентрированный раствор и записывают на спектрофотометре кривую зависимости коэффициента оптической плотности, по которой определяют длину волны светового излучения, соответствующую максимальному значению оптической плотности. Настраивают прибор на эту длину светового излучения для дальнейших измерений. Затем сливают раствор из кюветы в общую ёмкость и добавлением воды готовят поочерёдно растворы с концентрациями, меньшими, чем исходный, в 2÷10 раз, и каждый раз измеряют оптическую плотность при фиксированном значении длины волны светового излучения. По результатам измерения строят график зависимости оптической плотности D от концентрации цветной соли C, которую выражают в долях, приняв концентрацию исходного раствора за единицу.

Экспериментальным подтверждением закона Бера в соответствии с выражением (7) будет прямолинейность графика зависимости D от С. Из этого графика, учитывая толщину поглощающего слоя в кювете, находят коэффициент поглощения  для заданной длины волны, используя метод наименьших квадратов.

Задание 3. Построение градуировочного графика для определения концентрации вещества в растворах неизвестной концентрации.

Получив у преподавателя набор из 4÷6 растворов с известными концентрациями определённого поглощающего вещества, для одного из них записывают кривую зависимости оптической плотности от длины волны, определяют по ней длину волны светового излучения, соответствующую максимуму оптической плотности и фиксируют спектрофотометр на этой длине волны. Затем поочерёдно определяют оптические плотности растворов известных концентраций. Строят градуировочный график зависимости оптической плотности, приходящейся на единицу толщины слоя, от концентрации раствора. График должен быть прямолинейным. Для его построения используют метод наименьших квадратов. По градуировочному графику определяют концентрации 1, 2 неизвестных растворов. Погрешность определения неизвестной концентрации оценивают по экспериментальной ошибке в величине оптической плотности D и считая концентрации известных растворов точными величинами.

Контрольные вопросы и задания

1. Рассказать о механизме поглощения света в веществах с ионным типом связи.

2. Дать определения фотометрическим величинам и объяснить их физический смысл.

3. Каковы устройство и принцип действия спектрофотометра?

4. Вывести закон Бугера – Ламберта.

5. Как можно провести химический анализ с помощью спектрофотометра?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКОГО ПИРОМЕТРА

Цель работы: измерение температуры нагретого тела и получение зависимости интегрального излучения от температуры.

Приборы: оптический пирометр; блок питания; лампа накаливания, включённая в электрическую сеть.

Теоретические сведения

Для измерения температуры раскалённых тел, а также самосветящихся тел, удалённых от наблюдателя (например, звёзд), нельзя пользоваться обычными методами, основанными на применении термометров расширения, электрических термометров сопротивления и термопар. В этих случаях о высокой температуре тела можно судить только по его излучению. Совокупность методов измерения высоких температур, основанных на использовании зависимости лучеиспускательной способности исследуемого тела от температуры, называется оптической пирометрией. Приборы называются пирометрами излучения. Они бывают двух типов – радиационные и оптические. В первых регистрируется интегральное тепловое излучение исследуемого нагретого тела, во вторых – его излучение в каком-либо одном или двух узких участках спектра. В нашем случае используется оптический пирометр с исчезающей нитью.

Свечение раскалённых тел широко используется для создания источников света (например, вакуумных ламп с вольфрамовой нитью). Радиационный нагрев широко применяется в промышленности, в том числе пищевой промышленности, в частности, для выпечки хлеба, когда источником тепла является не только дно печи, но и её стенки.

Нагретое тело испускает в окружающее пространство лучистую энергию. Существующее в физике понятие абсолютно чёрного тела предполагает такое тело, которое поглощает всю падающую на него энергию». Излучательная способность такого тела также будет наибольшая. Интегральная лучеиспускательная способность абсолютно чёрного тела зависит от термодинамической температуры Т и определяется законом Стефана – Больцмана

, (1)

где – постоянная Стефана – Больцмана.

Для нечёрных тел значение W можно записать так:

. (2)

Величины В и n оказываются неодинаковыми для разных температурных интервалов, но всегда . Если каким-то способом измерить термодинамическую температуру данного тела и оценить значение W, то по формуле (2) можно определить В и n. Более точно эти величины можно найти, имея несколько измерений W и T. Тогда по формуле

(3)

строится график зависимости lnW от lnT и по наклону прямой находится величина n.

Мощность излучения исследуемой лампочки накаливания определяется по электрической мощности IU. Считается, что при высоких температурах мощность, подводимая к лампочке, почти полностью расходуется на излучение W=IU.