Методические указания к выполнению лабораторных занятий по дисциплине «физика» Алмалык 2020

Порядок выполнения работы


1. Ознакомиться с внешним видом и устройством прибора. Вклю­чить осветитель в сеть и направить пучок света в поляриметр.
2. Откинуть вращающуюся шторку трубы 4а поляриметра и убе­диться, что она пуста.
3. Перемещением муфты 4б вдоль оси прибора установить оку­ляр на резкость изображения тройного поля.
4. Определить "нулевое" положение анализатора, т.е. то по­ложение плоскости А пропускания анализатора, при котором эта плоскость перпендикулярна ОС (см. рис.1). Для этого вращением фрикциона 9, и соответственно анализатора, установить одинаковую освещенность всех трех частей поля зрения прибора в наиболее чувствительном положении, т.е. в том положении, незначительное отклонение анализатора от которого в ту и другую сторону вызыва­ет резкое изменение освещенности наблюдаемых частей поля. Это положение для нашего прибора с оответствует делениям около 90° и 270°, отсчитанных по лимбу против нулевого значения нониусов. Че­рез лупы, находящиеся в оправе окуляра 4 (см.рис.4) произвести отсчет по шкале лимба с помощью нониусов (делается это так же, как на штангенциркуле). Результаты этих отсчетов _o и _o записать в таблицу. Слегка сбить установку и еще дважды измерить _o и _o. Вычислить _o и _o и тоже занести в таблицу.
5. Залить в стеклянную трубку эталонный раствор и поместить его в трубу прибора, закрывая шторкой. Убедившись, что отдельные части поля зрения освещены неравномерно поворотом фрикциона 9, добиться равенства освещенности всего поля. Измерить трижды но­вое положение анализатора _эт.ср и _эт.ср, результаты занести в таблицу. Вычислить _эт.ср и _эт.ср.
6. Вычислить угол поворота плоскости поляризации для эталон­ного раствора сахара _ср
_ср=_эт.ср–_oср
_ср=_эт.ср–_oср
и _ср=(_ср+_ср)/2
По _ср вычислить a=_ср/(C_этL). Значения С_эт и L даются лаборантом. Результаты занести в таблицу.
7. Заменив в трубке эталонный раствор на исследуемый, произ­вести те же измерения, что и в пункте 5. После определения _исл и _исл вычислить _исл.ср и _исл.ср, а по ним угол поворота плоскости поляризации _исл.ср:
_исл=_исл.ср–_oср
_исл=_исл.ср–_oср
и _исл.ср=(_исл.ср+_исл.ср)/2
8. По _ис_л.ср вычислить концентрацию сахара исследуемого раствора
c_x=_исл.ср/(aL)
Результаты занести в таблицу.

Раствор

№ но­ниуса

№ измерений

,

ср

ср

[a]

С

I

2

3

Начальное положение

нониус I

нониус II

Эталонный раствор

нониус I

нониус II

Исследуемый раствор

нониус I

нониус II

Контрольные вопросы


1. Естественный и поляризованный свет.
2. Получение поляризованного света. Закон Брюстера.
3. Призма Николя.
4. Закон Малюса.
5. Вращение плоскости поляризация. Удельное вращение.
6. Объяснение получения полутеневого поля зрения.
7. Поляриметры. Поляризаторы и анализаторы.
8. Поляризация при двойном лучепреломлении.
Лабораторная работа №20


Определение коээфициента поглощения света и изучение закона Бугера-Бера


Цель работы: Определение показателя ослабления и получение зависимостей коэффициентов спектрального пропускания и ослабления от толщины и концентрации жидкого раствора.


Приборы и принадлежности: источник света, источник тока, дистиллированная вода, исследуемая жидкость, цифровой амперметр (тестер).


Теоретические сведения

Выберем систему координат. Поместив начало координат на лицевую, поверхность среды, направим ось «y» параллельно этой поверхности, а ось – «x» вдоль направления ' распространения света. Выделим в веществе бесконечно тонкий слой толщиной dx, очевидно, что уменьшение интенсивности света dI в слое толщиной dx будет пропорциональна величине интенсивности I падающего на этот слой света и толщине поглощающего слоя

–dI=Idx, (10.1)
где –коэффициент пропорциональности, не зависящий от интенсивности света. Знак минус показывает, что с увеличением толщины поглощающего слоя интенсивность прошедшего через него света уменьшается.
Для получения выражения для интенсивности света вышедшего из слоя толщиной dx мы должны интегрировать выражение (10.1) в пределах от нуля до x:
I=I_oe^–x, (10.2)
=– ln , (10.3)
где I_o–интенсивность света падающего на поверхность среды и I – интенсивность вышедшего из слоя толщиной dx, –коэффициент поглощения ([]=м^–1).
Физический смысл этого закона состоит в том, что показатель поглощения не зависит от интенсивности света, и от толщины поглощенного слоя.
Поглощение света раствором пропорциональна молекулярной, концентрации растворенного вещества.
=kc, (10.4)
где с – концентрация смеси, k – удельный коэффициент поглощения, характерный для молекулы растворенного вещества и не зависящий от концентрации. Его физический смысл состоит в том, что поглощающая способность молекулы не зависит от влияния окружающих молекул в разбавленных растворах. Учитывая (10.3) и (10.4), получим обобщенный закон Бугера - Бера.
I=I_oe^–kcx. (10.5)
Выражение (10.5) справедливо для газов и растворов весьма малой концентрации (если растворитель не является практически поглощающим), где можно пренебречь взаимным влиянием отдельных частиц среды (между атомами газа или между молекулами растворенного вещества). Исходя из (5) получим
k=– ln . (10.6)
В пределах справедливости выражения можно, пользуясь им, определить концентрацию поглощающего вещества в растворе.
Аналогичным образом для однородных веществ можно получить зависимость коэффициента поглощения от плотности , т.е.
=k, (10.7)
На основании формул (10.4) и (10.7) можно получить
k_c=/c, (10.8)
и
k_=/, (10.9)
Эти выражения справедливы при малых концентрациях поглощающего вещества.
Коэффициент поглощения также зависит от длины волны, т.е. поглощение носит селективный характер. Этим объясняется окрашенность в цвета поглощающих сред. Например, стекло, слабо поглощающее красные, оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые, синие и фиолетовые, при осмотре в белом свете будет окрашенным в красный свет.
Если на такое стекло направить зеленый, синий или фиолетовый свет, то из-за сильного поглощения света данной длины стекло покажется» «черным». Среду, не поглощающую свет всех длин волн в интервале видимого света, будем называть абсолютно прозрачной. В парах, где атомы расположены на значительных расстояниях друг от друга, зависимость коэффициента поглощения от длины волны представляется в виде совокупности узких спектральных линий, соответствующих частотам собственных колебаний электронов внутри атомов.
В молекулах, которые построены из нескольких атомов, наблюдается собственные частоты, соответствующие колебаниям атомов внутри молекулы и вращению молекулы как целого вокруг оси. Эти три вида движения (электронные, колебательные и вращательные) квантованы, причем между соседними электронными уровнями расположен набор колебательные уровней, а между соседними колебательными уровнями набор вращательных уровней. Частоты электронных переходов соответствуют ультрафиолетовой и видимой областям спектра, частоты колебательных и вращательных переходов - ближней и дальней инфракрасной области.
В основе вывода закона Бугера лежит основной принцип линейной оптики независимость характера оптических явлений (в данном случае поглощения) от интенсивности света. Поэтому он будет верным при слабых и средних интенсивностях световых полей.
Качественно изменение коэффициента поглощения под^- действием мощного излучения можно объяснить следующим образом: за счет поглощения энергии мощного излучения часть атомов или (молекул) среды переходит в возбужденное состояние. В результате этого доля невозбужденных атомов, способных поглощать энергию внешнего излучения, уменьшается, следовательно, уменьшается поглощательная способность среды.
Такое уменьшение становится заметным при больших интенсивностях. Поэтому изменение коэффициента поглощения происходит именно в сильных световых полях.
Кроме выше рассмотренных коэффициентов для определения оптических свойств чистых химических жидкостей или смесей используются коэффициенты пропускания
A= =exp(–x) (10.10)
и ослабления
B= . (10.11)
Непосредственно в эксперименте определяются показатель ослабления и коэффициенты пропускания и ослабления для дистиллированной воды и для жидкостей с различной концентрацией растворенного вещества.