Курс общей физики. Оптика. Лабораторный практикум: Учебное пособие

М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т

К У РС ОБ Щ Е Й Ф И З К И . ОП Т И К А . Л А Б ОРА Т ОРН Ы Й П РА К Т И К У М У ч ебное п особи е

С п еци альност и : 013800 - ради оф и зи ка и элект рони ка, 014100 - ми кроэлект рони ка и п олуп роводни ковые п ри боры, 010400 - ф и зи ка

В оронеж 2003

2 У тв ержд енонаучно-метод ическим Сов етом физическог офакультета 18 ию ня 2003 г . П ротокол№ 6

Состав ители: Голицы наО .М ., Рисин В .Е ., Ч ерны ш ев В .В .

У чебное пособие под г отов ленонакафед ре общ ей физики физическог о факультетаВ оронежског ог осуд арств енног оунив ерситета

Рекоменд ов анод ля студ ентов специальностей : 013800 (рад иофизика и электроника), 014100 (микроэлектроника и полупров од ников ы е приборы ), 010400 (физика) 2 курса д нев ной формы обучения и специальности 013800 (рад иофизикаи электроника) 3 курсав ечерней формы обучения .

3 Д И С П Е РС И Я С В Е Т А Д исперсией назы в аю т я в ления , обуслов ленны е зав исимостью показателя преломления отд лины св етов ой в олны . Д ей ств ительно, св етразличны х д лин в олн по-разномупреломля ется на г ранице разд ела д в ух д иэлектриков . Св етсложног осостав аразлаг ается насостав ля ю щ ие. В перв ы е такой опы тпрод елал Н ью тон в 1672 г . Сх емаопы таН ью тона прив ед енанарис. 1. D A

B

Ф Кр

C Рис. 1. Сх емаопы таН ью тона. Л учи св ета от солнца прох од я т черезмалое отв ерстие в д иафраг ме D, затем преломля ю тся в стекля нной призме ABC и попад аю т на экран. Н а экране наблю д ается рад ужная полоска (а не белы й кружок) с непреры в ны м перех од ом отод ног оцв етак д руг ому. Ц в етную полоскуН ью тон назв алспектром. К ак в ид но из рисунка, фиолетов ы е лучи отклоня ю тся к основ анию призмы сильнее, чем красны е. Э тоозначает, чтоn ф > n К р. Н ормальн ая дисперс ия Д ля наблю д ения х арактера зав исимости n(λ ) Н ью тон пред ложил метод скрещ енны х призм. Сх емаопы тапоэтомуметод уприв ед енанарис. 2. Белы й св етпрох од итчерезв ертикальную щ ельS и д в е призмы P1 и P2 , преломля ю щ ие ребра которы х в заимноперпенд икуля рны . Щ ель S размещ ается в фокальной плоскости линзы L1, аэкран - в фокальной плоскости линзы L2 . Е сли P2 отсутств ует, на экране наблю д ается г оризонтальная цв етная полоска - непреры в ны й спектр (изображена пунктиром). П ри наличии P2 кажд ы й луч буд ет ею отклоня ться в низи тем сильнее, чем больш е д ля нег опоказательпреломления призмы P2 . К ак в ид ноизрис. 2, показательпреломления монотонноубы в аетсростом λ .

4 P2

P1

L1

Ф

L2 К р. Кр

S

Ф

Рис. 2. М етод скрещ енны х призм. К оличеств енны е эксперименты позв олили установ ить, что д ля в сех прозрачны х неокраш енны х в ещ еств в в ид имой области зав исимость n(λ ) х орош оописы в ается в ы ражением n = A = B / λ2 , (1) которое носитназв ание формулаК ош и. К оэффициенты A и B в формуле (1) различны д ля разны х в ещ еств . К ак след уетиз(1), скоростьизменения n c изменением λ, след ов ательно, и растя нутость непреры в ног оспектра, полученног ос помощ ью стекля нной призмы , в фиолетов ой области (λ=0,4 мкм) больш е, чем в красной (λ≈ 0,7 мкм). В в ид имой области д ля в сех прозрачны х неокраш енны х в ещ еств dn/dλ< 0. n 1,7 1 1,6 2 1,5 3 1,4

0,2

0,6

λ мкм 1,0

Рис. 3. Зав исимости n(λ ) д ля : 1- стекла, 2 - кв арца, 3 - флю орита. А н омальн ая дисперсия Н ов ы е в ажны е закономерности д исперсии бы ли обнаружены при исслед ов ании прозрачны х окраш енны х в ещ еств . В 1862 г од у Л ерузаполнил полую призмупарами й од а и обнаружил, чтосиние лучи отклоня ю тся к основ анию призмы меньш е, чем красны е (зелены е и желты е лучи пог лощ ались

5 й од ом и не наблю д ались). Л еруназв ал этоя в ление аномальной д исперсией . Д альней ш ие опы ты К унд та и д руг их позв олили установ ить, что я в ление аномальной д исперсии св я зано с пог лощ ением св ета, точнее, аномальная д исперсия происх од ит в области д лин в олн, которы е сильнопог лощ аю тся в ещ еств ом. Л ег че в сег о аномальная д исперсия наблю д ается в парах металлов , д аю щ их в в ид имой области резкие линии пог лощ ения . Т ак, пары натрия д аю тв желтой области д в е интенсив ны е близкие линии пог лощ ения с д линами в олн λ1=589,0 нм и λ2=589,6 нм. Д ля наблю д ения аномальной д исперсии в парах натрия В уд использов алметод скрещ енны х призм. Сх ема опы та В уд а аналог ична прив ед енной на рис. 2, од наков место стекля нной призмы P2 использов ался пря моуг ольны й стекля нны й сосуд с парами натрия , плотностькоторы х уменьш аласьпов ы соте Д ля созд ания нерав номерной пов ы соте плотности паров натрия в ерх ня я часть сосуд аох лажд алась, анижня я , г д е лежал кусочек натрия , под ог рев алась. Т акой столб натрия д ей ств ует на прох од я щ ий пучок св ета как призма с г оризонтальны м ребром, в ы зы в ая отклонения лучей пов ертикали. Н аблю д аемая на экране д исперсионная зав исимость n(λ ) терпитразры в в области д лин в олн λ1 , λ2 , аее края изг ибаю тся в против оположны е стороны (см. рис. 4). n

О р. К р.

Син. Зел.

λ λ1, λ2 Рис. 4. А номальная д исперсия в парах натрия . Сильное пог лощ ение св ета в области аномальной д исперсии сущ еств еннозатруд ня етее исслед ов ание. В настоя щ ее в ремя в таких исслед ов ания х используется комбинация интерферометра и монох роматора (метод «крю ков » Рожд еств енског о). Н а рис. 5 прив ед ена д исперсионная зав исимость д ля в од ног ораств ора красног окрасителя - цианина. Зд есь ab - областьаномальной д исперсии. К ак в ид ноизрисунка, в этой области показательпреломления растетс ростом λ , т. е. dn/dλ>0.

6

2,2

b

n

1,8 1,4 a

1,0 440

520

600

680

λ, мкм 760

Рис. 5. График зав исимости n(λ ) д ля в од ног ораств орацианина. О бласти аномальной д исперсии сущ еств ую т у в сех без исклю чения в ещ еств . О д наконе обя зательноэти области нах од я тся в в ид имой области спектра. Н апример, такие прозрачны е неокраш енны е в ещ еств а, как стекло, кв арц, не имею т аномальной д исперсии в в ид имой области д лин в олн. А номальная д исперсия наблю д ается д ля стеклав области λ≈350 нм, д ля кв арцав области λ≈190 нм. В ообщ е, д ля кажд ог ов ещ еств а сущ еств ует не од на, а несколькообластей или полос пог лощ ения . П оэтомуполная д исперсионная картина д ля в ещ еств а состоит из черед ую щ их ся участков нормальной (г де пог лощ ение малои dn/dλ< 0) и аномальной д исперсии (г д е в еликопог лощ ение св етаи dn/dλ>0). Ф изические причин ы дис персии П ричиной д исперсии я в ля ется в заимод ей ств ие св ета с в ещ еств ом. К ак д е c - скорость св ета в изв естно, показатель преломления сред ы n = c / V , г в акууме (миров ая константа), V - фазов ая скорость св ета в сред е. И з рассмотренны х в ы ш е опы тов след ует, чтоV не я в ля ется константой , а зав исит отчастоты св етов ой в олны V = f (ω ) . М ех анизм в озникнов ения д исперсии заклю чается в след ую щ ем. П ерв ичная св етов ая в олна, попад ая в в ещ еств о, пог лощ ается и в ы зы в аетизлучение атомами сред ы в торичны х в олн. Э ффектив ность пог лощ ения перв ичной в олны , а также амплитуд а и фаза в торичны х в олн зав ися т от соотнош ения межд усобств енны ми частотами ωо атомов сред ы и частотой ω перв ичной св етов ой в олны . В результате наложения и интерференции перв ичной и в торичны х в олн образуется в олна, распространя ю щ ая ся в сред е соскоростью V≠c. Ч ем ближе ω и ωо, тем больш е амплитуд а в торичны х в олн и сильнее различие межд уV и с. П ерв ичная в олна после в х од а в сред уд остаточнобы строзамещ ается в олной , распространя ю щ ей ся со скоростью , х арактерной д ля сред ы . Д ля

7 стеклав в ид имой области св етарасстоя ние, накотором происх од итзамещ ение - l≈0,2 мкм, д ля в озд ух а- l≈0,5 мм. К лассическая теория д исперсии бы ла пред ложена Г.А . Л оренцем. О на основ ана на в озд ей ств ии электрическог ополя св етов ой в олны на св я занны е электроны атомов в ещ еств а. А том рассматрив ается как г армонический осцилля тор с собств енной частотой ω 0 = f / m , г д е f - упруг ая постоя нная , m - массаэлектрона. Д иэлектрик рассматрив ается как сов окупностьосцилля торов , сов ерш аю щ их в ы нужд енны е колебания с частотой ω под д ей ств ием электромаг нитной в олны . Т аким образом, в теории Л оренца полаг ается , что д в ижение электрона в атоме под д ей ств ием поля E св етов ой в олны под чиня ется законам классической мех аники. С позиций сов ременной физики такое пред положение сов ерш енно неоправ д анно. О д нако строг ая кв антов ая теория д исперсии прив од итк тем же основ ны м результатам, чтои классическая теория Л оренца. Э тооправ д ы в аетнаш е д альней ш ее рассмотрение. К ласс ическая теория дисперсии Т еоретическомурассмотрению прощ е в сег опод д ается д исперсия в г азах , так как в этом случае в перв ом приближении можноне учиты в ать межатомное в заимод ей ств ие. В се электроны , в х од я щ ие в атомы , можноразд елить на периферий ны е или оптические и электроны в нутренних оболочек. Собств енны е частоты электронов в нутренних оболочек слиш ком в елики по срав нению с частотой оптических колебаний , так чтоих колебания в поле св етов ой в олны практически не в озбужд аю тся . П оэтомув теории д исперсии можноог раничиться од ними в неш ними электронами. Д ля простоты пред положим, чтов ещ еств осостоит из атомов од ног о сорта и кажд ы й атом сод ержитод ин оптический электрон. В соотв етств ии с приня той классической мод елью урав нение д в ижения электрона запиш ется в в ид е

&= − f ⋅ r − g ⋅ r&+ eE , mr& (2) г д е m - масса электрона, r - рад иус-в ектор, опред еля ю щ ий смещ ение электронаизположения рав нов есия , { − fr } - в озв ращ аю щ ая кв азиупруг ая сила, { − gr } - «сила трения », учиты в аю щ ая потери энерг ии, eE - в ы нужд аю щ ая сила. П ерепиш ем (2) в в ид е

e & r&+ γ ⋅ r&+ ω 02 r = E , m

(3)

E = E0 exp(iω ⋅ t ).

(4)

г д е γ =g/m. П устьполе E пред став ля ется плоской в олной Д ля теории д исперсии имеет значение не общ ее, а частное реш ение урав нения (3), пред став ля ю щ ее в ы нужд енны е колебания осцилля тора

8

r = r0 exp(iω ⋅ t ).

(5)

П од став ля я (5) в (3), получим

r=

e/m ω 02

− ω 2 + iγω

E.

(6)

Д исперсия я в ля ется след ств ием зав исимости поля ризуемости атомов от частоты . А том в электрическом поле св етов ой в олны приобретает д ипольны й момент p = er = αE , г д е α - поля ризуемостьатома. И з(6) след ует, что

α=

e2 / m ω 02 − ω 2 + iγω

.

(7)

Е сли N - числоатомов в ед инице объема, тов ектор поля ризации аинд укция

P = Np = NαE ,

(8)

D = E + 4πP = εE .

(9)

П од став ля я (8) в (9), получим

E (1 + 4πNα ) = εE . О ткуд аслед ует:

4πNe 2 / m ε = n = 1+ 2 . ω 0 − ω 2 + iγω 2

(10)

Т аким образом, в общ ем случае n2 , аслед ов ательнои n я в ля ю тся комплексны ми в еличинами. П осмотрим, чтоэтоозначает. П ред став им комплексны й показательпреломления n~ в в ид е n~ = n − iκ . (11) Запиш ем урав нение плоской в олны , распространя ю щ ей ся в д ольоси x в сред е споказателем преломления n~ .

E = E 0 exp[iω ( t − П од став им (11) в (12). Т ог д аполучим

E = E 0 exp[−

x x ⋅ n~ )] = E 0 exp[iω ( t − )]. V c

ωκ nx x ] exp[iω ( t − )]. c c

(12)

(13)

В ы ражение (13) описы в аетплоскую в олнус частотой ω и затух аю щ ей амплитуд ой

E 0 exp[ −

ωκ x ]. c

П осколькуинтенсив ность пря мопропорциональна кв ад ратуамплитуд ы , из(13) след ует

I = I 0 exp[ −

2ωκ x ]. с

Э тов ы ражение аналог ичнозаконупог лощ ения Буг ера.

(14)

9 Т аким образом, κ (мнимая частьпоказателя преломления ) - учиты в ает пог лощ ение св ета в сред е, n (д ей ств ительная часть) - учиты в ает изменение фазы , св я занное сизменением скорости распространения в олны в сред е. В д али отполос пог лощ ения κ =0 и показательпреломления - д ей ств ительная в еличина (в ся пог лощ енная энерг ия перв ичной в олны переизлучается ). А н ализдис персион н ойзависимости а) д исперсия в д али отполоспог лощ ения П ри частотах ω, д алеких от собств енной частоты ωо, ω 02 − ω 2 >> γω . П оэтомумнимой частью в знаменателе формулы (10) можнопренебречь.

4πNe 2 / m n = 1+ 2 . ω0 − ω 2 2

(15)

Д ля разреженны х г азов n близок к ед инице и можно записать: n − 1 = ( n − 1) ⋅ (n + 1) ≈ 2(n − 1). Т аким образом, из(15) след ует 2

n = 1+

2πNe 2 / m ω 02 − ω 2

.

(16)

О писы в аемая формулой (16) зав исимостьприв ед енанарис. 6. n

1

ω ω0 Рис. 6. Д исперсия в д али отлиний пог лощ ения . К ак в ид ноизрисунка, при тех частотах , г д е формула (16) применима, n растетсростом ω , чтох арактернод ля нормальной д исперсии. Д ля низких частотω<ωо показательпреломления больш е ед иницы , т.е. фазов ая скорость в олны V=c/n меньш е скорости св ета в пустоте. Э тоозначает, чтоизмененная сред ой в олна отстает пофазе от пад аю щ ей (перв ичной ). Е сли ω>ωо , то n< 1 и фазов ая скорость св ета в сред е оказы в ается больш е скорости св ета в в акууме, т.е. измененная сред ой в олнапофазе опе-

10 режаетпад аю щ ую . Н икаког опротив оречия с теорией относительности зд есь нет. Т еория относительности утв ержд ает, чтоскорость материальны х тел и скорость сиг нала не может прев ы ш ать скорость св ета в в акууме. П оня тие показателя преломления применимок монох роматической в олне, имею щ ей бесконечную протя женность в пространств е и в ов ремени, т.е. к установ ив ш имся в ы нужд енны м колебания м осцилля торов сред ы . Т акая в олна не можетслужитьд ля перед ачи сиг нала.

n = 1−

П ри ω>>ωо

2πNe 2 / m ω2

,

(17)

т.е. n< 1 (х отя и малоотличается от ед иницы , т.к. ω - в елика). Т акой случай реализуется , например, д ля рентг енов ских лучей и можнополучить полное в нутреннее отражение при перех од е изв озд ух а в стекло, а также д ля рад иов олн в ионосфере (поскольку д ля полностью ионизиров анног о г аза 2 ω 0 = f / m = 0 ). Д ля мног их в ещ еств собств енны е частоты ωо нах од я тся в д алекой ультрафиолетов ой части спектраи в в ид имой области ω<<ωо . Разложим (16) в ря д постепеня м (ω /ωо), ог раничив ш исьд в умя членами разложения

n = 1+

2πNe 2 / m 2πNe 2 ω2 ≈ 1 + ( 1 + ). ω о2 (1 − ω 2 / ω 02 ) mω 02 ω 02

(18)

П олученное в ы ражение аналог ичноформуле К ош и (1). б) аномальная д исперсия В этом случае n2 - комплексная в еличина. П ред став им показательпреломления в в ид е (11). П осколькуд ля разреженны х г азов n~ малоотличается отед иницы , из(10) получим

2πNe 2 / m ~ n = n − iκ = ε ≈ 1 + 2 . ω 0 −ω 2 +iγω

(19)

В ы д елим д ей ств ительную и мнимую части:

n = 1+

2πNe 2 (ω 02 − ω 2 ) / m (ω 02 − ω 2 ) 2 + γ 2ω 2

;

κ =

2πNe 2 γω / m (ω 02 − ω 2 ) 2 + γ 2 ω 2

.

(20)

Зд есь n - х арактеризуетизменение фазов ой скорости в олны в сред е, а κ - изменение амплитуд ы в олны в след ств ие пог лощ ения св етасред ой . В целом, расчетны е д исперсионны е зав исимости д ля n и κ пред став лены нарис. 7. Д ей ств ительная частьпоказателя преломления n растетс ростом ω на участках ab и cd (нормальная д исперсия ) и пад ает с ростом ω на участке bc (аномальная д исперсия ). Зав исимость κ (ω ) носит резонансны й х арактер.

11

n κ b

κ

n a 1 d c ω ω0 Рис. 7. Расчетная полная д исперсионная зав исимость. К онтрольны е в опросы 1. Я в ление д исперсии. Н ормальная и аномальная д исперсия . 2. Ф изические причины д исперсии. 3. К лассическая электронная теория д исперсии. В ы в од зав исимости ε (ω ). 4. Ф изический смы слкомплексног опоказателя преломления . 5. А нализ д исперсионной зав исимости в д али от линий пог лощ ения и в области аномальной д исперсии. Л итература, рекоменд уемая д ля самостоя тельной работы [1, 2].

Л абораторн ая работа № 5 И ЗУ Ч Е Н И Е СП Е К Т РА Л Ь Н О ГО П РИ БО РА У М -2 И О П РЕ Д Е Л Е Н И Е СП Е К Т РА Л Ь Н О Й Х А РА К Т Е РИ СТ И К И Ф О Т О Э Л Е М Е Н Т А Ц ель работы : знакомств ос оптической сх емой и устрой ств ом монох роматора У М -2; изучение линей чатог оспектра паров ртути и построение г рад уиров очной зав исимости монох роматора; изучение фотоэффекта и опред еление спектральной х арактеристики фотоэлемента. Спектральны е приборы служат д ля пространств енног оразд еления лучей различны х д лин в олн. О д ним изтаких приборов я в ля ется монох роматор У М -2. Описан ие у стан овки: П ринципиальная сх ема монох роматора У М -2 пред став лена на рис. 1. П рибор состоит изтрех основ ны х частей : коллиматора К , служащ ег о д ля получения параллельног о пучка лучей ; состав ной д исперг ирую щ ей призмы Р, разд еля ю щ ей немонох роматический св ет в спектр, и зрительной трубы Т д ля наблю д ения спектра.

12

K S 2

P

*

1

5 3

{

ФЭ

Т

6

4

Рис. 1. П ринципиальная сх емамонох роматора. Х од лучей в монох роматоре показан нарисунке 2. Св етотисточникаS прох од итчерезконд енсор, состоя щ ий изд в ух линзL1, L2 , и осв ещ аетщ ель 1, которая расположена в фокальной области объектив а коллиматора 2. И з объектив а параллельны й пучок лучей направ ля ется на д исперг ирую щ ую состав ную призмуР. Е сли источник св ета испускает немонох роматический св ет, тов олны различны х д лин буд ут по-разномупреломля ться призмой и произой д ет разложение св ета на монох роматические состав ля ю щ ие. Т аким образом, из призмы в ы й д утпараллельны е пучки лучей , соотв етств ую щ ие опред еленны м д линам в олн. Э ти параллельны е пучки лучей соберутся в фокальной плоскости объектив а3 в в ид е спектральны х изображений щ ели 1. 3

1

P 2

S

* L2

L1

Рис. 2. Х од лучей в монох роматоре (д ля упрощ ения показан х од лучей через простую треуг ольную призму).

13 Е сли источником св ета служит лампа низког од ав ления , сод ержащ ая г азв атомарном состоя нии, тоспектральны е изображения щ ели буд етиметь аза лампы . в ид цв етны х полос, соотв етств ую щ их линей чатому спектру г Спектр может наблю д аться г лазом через сменны й окуля р 4 (см. рис. 1). С помощ ью пов оротног остола5 (рис. 1.) можноменя ть уг ол пад ения св етана призму, при этом в зрительную трубуТ можнонаблю д атьразличны е участки исслед уемог оспектра. В монох роматоре пред усмотрена в озможность замены патрубка с окуля ром 4 зрительной трубы на патрубок с разд в ижной щ елью 6 и фотоэлементом Ф Э . Т аким образом можнопроизв од ить рег истрацию излучения в в ы д еленном участке спектра. В неш ний в ид монох роматора показан нарис. 3. М онох роматор укреплен нарельсе, г д е также размещ ены источник св етаи д в е конд енсорны е линзы L1 и L2, закреплённы е в специальны х д ержателя х . О бъектив коллиматора, состав ная д исперг ирую щ ая призма, а также объектив зрительной трубы нах од я тся в нутри корпуса прибора . В х од ная щ ель 1 рег улируется микроскопическим в интом 7 (с ценой д еления 0,01 мм). В в ид утог о, чтофокусное расстоя ние объектив а д ля кажд ой д лины в олны различно, пред усмотрена в озможность фокусиров ки объектив а коллиматора. П еремещ ение объектив а коллиматора произв од ится в ращ ением мах ов ика 8. П оложение объектив а коллиматора опред еля ется помиллиметров ой ш кале с нониусом 9. В трубе коллиматора межд ущ елью и объектив ом помещ ен затв ор, с помощ ью которог оможноперекры ть д оступ св ета в прибор. У прав ление затв ором осущ еств ля ется с помощ ью рукоя тки 10. О тсчётны м устрой ств ом приборая в ля ется барабан 11, которы й соед инен с пов оротны м столиком, на котором закреплена д исперг ирую щ ая призма. П ри пов ороте барабана на од нод еление (2г рад уса ) столик с призмой пов орачив ается на 20′′. О тсчет читается против инд екса, скользя щ ег опоспециальной канав ке барабана. В фокальной плоскости окуля разрительной трубы имеется указатель, покоторомуфиксируется наблю д аемая спектральная линия . 1

9 11

8 10

4

7

14 Рис. 3. В неш ний в ид монох роматораУ М -2. З адан ие 1. О пред еление г рад уиров очной зав исимости монох роматора. Град уиров ка ш калы монох роматора заклю чается в установ ке соотв етств ия межд уд еления ми наотсчетном барабане N и д линой в олны св етаλ. В качеств е спектрасизв естны ми д линами в олн берется спектр ртути. Н астрой каустанов ки и пров ед ение измерений 1.У станов ить ртутную лампунарельс нарасстоя нии 60-80 см отв х од ной щ ели прибора. П од клю чить лампу к источнику питания и в клю чить тумблеры «СЕ Т Ь » и «Д Ш Р». Е сли лампа не заг орается , кратков ременнонажатькнопку«П У СК ». 2. П роизв ести настрой куконд енсорной системы изд в ух линз. О птические центры линзи св етя щ ей ся части источника д олжны бы ть расположены наод инаков ой в ы соте с центром щ ели коллиматора. П лоскости линзд олжны бы ть перпенд икуля рны оси коллиматора. П араллельность пучка межд улинзами конд енсора пров еря ется с помощ ью листа белой бумаг и. Н а колпачке, которы м в ов ремя настрой ки осв етителя закры в ается щ ель коллиматора, необх од имополучить я ркое рав номерноосв ещ енное св етов ое пя тнод иаметром ≈1 см срезкими края ми. 3. П остав ить на в ы х од е монох роматора патрубок зрительной трубы . Н астроить окуля р (в ращ ая кольцоперемещ ения окуля ра) так, чтобы четко бы л в ид ен указатель окуля ра. Н аблю д ая в окуля ре спектр, отрег улиров ать ш иринув х од ной щ ели так, чтобы спектр бы л д остаточноя рким, при этом линии спектрад олжны иметьрезкие края и не перекры в аться . Спектр паров ртути, положение и д лины в олн реперны х линий , используемы х д ля г рад уиров ки монох роматора, прив ед ены на рис. 4 (на рисунке указаны не в се, анаиболее я ркие линии паров ртути). 4. Гля д я в окуля р зрительной трубы и в ращ ая барабан монох роматора, сов местить реперную линию с указателем зрительной трубы и сня ть отсчет N. И змерения пров ести д в ажд ы д ля в сех 6 реперны х линий . Результаты измерений Ni и соотв етств ую щ ие значения λi св ести в таблицу. 690,7 нм

красны й

577,0 нм 546,1 нм

желт.

зел.

Рис. 4. Спектр паров ртути.

491,6 нм

сине-зел.

435,8 нм

404,6 нм

сине-фиол.

фиол.

15 О бработкарезультатов измерений Д ля монох роматораУ М -2 г рад уиров очная зав исимостьимеетв ид :

λi = λ 0 + a ( N i − N 0 ) 3 + b ( N i − N 0 ),

(1) г д е λi - д лина в олны линии, которой соотв етств ует отсчет побарабанумонох роматора N i ; N 0 и λ 0 - отсчетпобарабануи д линав олны д ля реперной линии в фиолетов ой области ( λ0 = 404 ,6 нм); a , b - коэффициенты , которы е несколькоразличаю тся д ля различны х экземпля ров У М -2. К оэффициенты a и b урав нения (1) след уетопред елитьпометод унаименьш их кв ад ратов [3], используя д анны е измерений ( N i ,λi ) д ля 6 реперны х линий . Результаты измерений и обработки св ести в таблицу, в которой указать соотв етств ую щ ие значения λi , Ni , Niср, атакже в ы численны е пометод унаименьш их кв ад ратов значения коэффициентов a и b. П остроить г рад уиров очны й г рафик зав исимости λ ( N ) на миллиметров ой бумаг е. Н а г рафике указать экспериментальны е значения ( N i ,λi ) д ля 6 реперны х линий и пров ести расчетную зав исимость(1) с соотв етств ую щ ими коэффициентами a , b . П олученная г рад уиров очная зав исимость может использов аться д ля расш ифров ки неизв естны х спектров (д ля опред еления д лин в олн тех или ины х линий ). Э тазав исимостьиспользуется и в зад ании 2. З адан ие 2. О пред еление спектральной х арактеристики фотоэлемента. Т акие электрические я в ления , как изменение электропров од ности, в озникнов ение э.д .с. или эмиссия электронов , происх од я щ ие в в ещ еств е под д ей ств ием св ета, назы в аю тся фотоэлектрическими или фотоэффектом. Д ля объя снения фотоэффектанеобх од имоприв лекатькв антов ы е пред став ления оприрод е св ета. Сог ласноП ланкуи Э й нш тей ну, св ет можнорассматрив атькак поток частиц – фотонов . Э ти частицы не имею тмассы покоя и д в ижутся соскоростью с. Э нерг ия фотонаЕ зав иситлиш ьотчастоты св ета υ и опред еля ется в ы ражением E = hυ , г д е h =6,62⋅10-34 Д ж.⋅с - постоя нная П ланка. У в еличение интенсив ности св етов ог оизлучения экв ив алентноув еличению потока фотонов . П ри пог лощ ении фотона в в ещ еств е ег оэнерг ия может бы ть перед ана электрону, св я занномув атоме, молекуле, ионе или в кристаллической реш етке тв ерд ог отела(в соотв етств ии с законами сох ранения энерг ии и импульса пог лощ ение фотона св обод ны ми электронами нев озможно). Е сли эта энерг ия прев ы ш ает некоторое порог ов ое значение (так назы в аемую красную г раницуфотоэффекта), станов ится в озможны м тотили иной в ид фотоэффекта. П ерв ы м бы л обнаружен и исслед ов ан (конец XIX - началоXX в ека) так назы в аемы й в неш ний фотоэффект - в ы ры в ание электронов с пов ерх но-

16 сти металла(и в ообщ е тв ерд ог отела) под д ей ств ием св ета. Сх емаопы тов таког ород а пред став лена на рис. 5. К ог д а цинков ы й катод в в акуумной колбе осв ещ ался ультрафиолетов ы м излучением, в электрической цепи рег истриров ался ток фотоэлектронов .

hυ _

+

V A Рис. 5. Сх емаопы тапонаблю д ению и исслед ов анию фотоэффекта.

mv 2 , т.е. энерг ия фотона hυ затрачиСог ласноЭ й нш тей ну, hυ = A + 2

в ается на сов ерш ение работы в ы х од а A электрона с пов ерх ности металла в в акуум и сообщ ение электронукинетической энерг ии. Т аким образом, минимальная энерг ия фотона (и, соотв етств енно, частота или д лина в олны ), при которой в озможен в неш ний фотоэффект hυ min = A . В сов ременны х д етекторах оптическог оизлучения - в акуумны х фотоэлементах и фотоумножителя х [1]- использую тся не чисты е металлы , асложны е соед инения (Ag-O-Cs; Cs3Sb; BiAgOCs; Na2KSb(Cs) и д р.). К расная г раницатаких д етекторов нах од ится в в ид имой области, азав исимостьфототока от д лины св етов ой в олны (спектральная х арактеристика) носит сложны й х арактер. В нутренний фотоэффект - это изменение пров од имости д иэлектрика или полупров од ника под д ей ств ием св ета, а также в озникнов ение э.д .с. при осв ещ ении контакта металл-полупров од ник или контакта д в ух полупров од ников (p-n -перех од а). Д ля собств енног ополупров од никаминимальная энерг ия фотонад олжнапрев ы ш атьш иринузапрещ енной зоны , ад ля примесног о полупров од ника- энерг ию актив ации электронов или д ы рок. Ф отод иод (p-n-перех од ) может работать и без в неш нег о источника э.д .с., осущ еств ля я непосред ств енное преобразов ание св етав электрическую энерг ию . П ри осв ещ ении фотод иод а наруш ается рав нов есие p-n -перех од а и в озникаетфото-э.д .с. К расная г раница полупров од ников ы х фотоэлементов можетнах од иться в И К -области.

17 Ц елью д анног озад ания я в ля ется изучение работы в акуумног о(в неш ний фотоэффект) или полупров од ников ог о(в нутренний фотоэффект) фотоэлемента, построение спектральной х арактеристики фотоэлемента и опред еление красной г раницы фотоэффекта. Спектральная х арактеристика (чув ств ительность) фотоэлемента опред еля ется как отнош ение фототока к св етов омупотокуизлучения с той или иной д линой в олны (ины ми слов ами, спектральная х арактеристика д ает пред став ление ов ероя тности фотоэффектав зав исимости отд лины св етов ой в олны ). В д анной работе в качеств е источника св ета применя ется лампа накалив ания соспециальны м корректирую щ им св етофильтром, чтообеспечив ает непреры в ны й спектр излучения и примерноод инаков ы е св етов ы е потоки в различны х участках в ид имог од иапазона д лин в олн. П оэтомуд ля опред еления спектральной х арактеристики фотоэлемента д остаточноисслед ов ать зав исимостьфототокаотд лины в олны св ета. Н астрой каустанов ки и пров ед ение измерений 1. Д ля в ы полнения зад ания установ ить лампунакалив ания с корректирую щ им св етофильтром, д аю щ их непреры в ны й спектр излучения , на направ ля ю щ ем рельсе и отрег улиров атьосв ещ ение в х од ной щ ели коллиматора под обнотому, как этод елалось в зад ании 1. Заменить зрительную трубуна патрубок сфотоэлементом и толькопосле этог ов клю читьпитание усилителя токафотоэлемента. 2. П еред пров ед ением измерений необх од имоустанов итьоптимальны й размер щ елей нав х од е и в ы х од е монох роматора. Д ля этог о, след я зав еличиной фототока, перемещ ать отсчетны й барабан монох роматора из од ног о край нег о положения в д руг ое. Рег улиров кой щ елей д обиться тог о, чтобы максимальны й фототок состав ил не более 90% ш калы измерительног оприбора(чтобы прибор не «заш калив ал» при измерения х ). 3. П еремещ ая отсчетны й барабан изод ног окрай нег оположения в д руг ое, зафиксиров ать началорег истрации фототока (J>0). Сня ть зав исимость фототока от показания барабана Ni через кажд ы е 100 д елений ш калы . П ри этом сначала буд ет наблю д аться в озрастание фототока, а затем ег оспад д о нуля . П ов торитьизмерения (при тех же значения х Ni), в ращ ая барабан в против оположном направ лении. П о окончании измерений отклю чить питание усилителя токафотоэлемента. О бработкарезультатов измерений П орезультатам измерений необх од имопостроить зав исимость, св я зы в аю щ ую сред ние значения фототока с д линой в олны св ета. Д ля этог онеобх од имо: 1. Рассчитать сред ние значения фототока при кажд ом фиксиров анном положении барабанамонох роматора.

18 2. П ерев ести отсчеты Ni побарабанумонох роматора в соотв етств ую щ ие д лины в олн (с помощ ью г рад уиров очной зав исимости (1) с установ ленны ми в перв ом зад ании значения ми коэффициентов a, b). Результаты измерений Ni, Ji, атакже Jср и соотв етств ую щ ие значения λ св ести в таблицу. П остроить налисте миллиметров ой бумаг иг рафик зав исимости J ср = f ( λ ) . У казатьд линув олны максимумачув ств ительности фотоэлементаи красную г раницуфотоэффектад ля д анног офотоэлемента. К онтрольны е в опросы . 1. У строй ств о, оптическая сх емаи принцип д ей ств ия монох роматора. 2. Ф отоэффекти ег ообъя снение. Л итературарекоменд уемая д ля самостоя тельной работы [1], [3]. Л абораторн ая работа № 7 И ССЛ Е Д О В А Н И Е СП Е К Т РО В П РО П У СК А Н И Я О К РА Ш Е Н Н Ы Х РА СТ В О РО В Св ет, прох од я черезв ещ еств о, в той или иной мере в нём пог лощ ается . О бы чнопог лощ ение носит селектив ны й х арактер, т.е. св ет различны х д лин в олн пог лощ ается по-разному. П розрачны ми неокраш енны ми телами я в ля ю тся тела, слабои од инаков опог лощ аю щ ие электромаг нитное излучение в в ид имом д иапазоне д лин в олн (λ=0,40÷0,76 мкм). Т ак, стеклопог лощ ает в слое 1 см лиш ь около1% в ид имог оизлучения . Т оже стеклосильнопог лощ ает ультрафиолетов ы е и д алекие инфракрасны е лучи. Ц в етны ми прозрачны ми телами я в ля ю тся тела, обнаружив аю щ ие селектив ность пог лощ ения в пред елах в ид имы х лучей , например, прозрачное красное стеклослабопог лощ аеткрасны е и оранжев ы е лучи и сильнопог лощ ает зелёны е, синие и фиолетов ы е. П ри осв ещ ении таког остекла зелены м или синим св етом онопокажется черны м, так как сильнопог лощ ает эти лучи. П ог лощ ение св ета можнов общ их чертах J0 dl описатьс энерг етической точки зрения , не в х од я в д етали в заимод ей ств ия св етов ы х в олн с атомами и молекулами пог лощ аю щ ег ов ещ еств а.

l Рис. 1

П усть через од нород ное в ещ еств ораспространя ется пучок параллельны х лучей (см. рис. 1.). В ы д елим в этом в ещ еств е бесконечнотонкий слой толщ иной dl, ог раниченны й параллельны ми пов ерх ностя ми, перпенд икуля рны ми к направ лению распространения св ета. И нтенсив ность св ета изменится при прох ожд ении этог о слоя нав еличинуdJ. Е стеств еннопред положить,

19 что уменьш ение нально значе-

интенсив ности пропорцио-

нию самой интенсив ности J в д анном пог лощ аю щ ем слое dl и толщ ине dl этог ослоя .

dJ = − k ⋅ J ⋅ dl . (1) К оэффициент пропорциональности k опред еля ется св ой ств ами пог лощ аю щ ег ов ещ еств а и не зав исит от интенсив ности. Знак минус показы в ает, чтос ув еличением толщ ины пог лощ аю щ ег ослоя интенсив ностьпрош ед ш ег о черезнег осв етауменьш ается . Е сли перей ти к кв антов ы м пред став ления м, то пог лощ ение есть результат в заимод ей ств ия фотонов с атомами и молекулами сред ы . Ч ем больш е интенсив ность, т. е. чем больш е поток фотонов и чем больш е атомов на пути фотонов , тем больш е фотонов можетпог лотиться в ещ еств ом. k - х арактеризует в ероя тность в заимод ей ств ия фотона с энерг ией ηω с атомом д анног осорта. Д ля получения закона убы в ания интенсив ности в слое конечной толщ ины l перепиш ем в ы ражение (1) в в ид е: dJ / J = − k ⋅ dl (2) и затем проинтег рируем ег ов перед елах от0 д оl. Т ог д аполучим

ln J − ln J 0 = − k ⋅ l ,

(3) г д е J0 – начальная интенсив ность, J – интенсив ность на в ы х од е изслоя толщ иной l , k = f (λ ) – коэффициентпог лощ ения . И з (3) след ует так назы в аемы й закон Буг ера, которы й опред еля ет изменение интенсив ности св ета при распространении черезпрозрачное в ещ еств опараллельног опучкалучей : J = J 0 exp(− kl ) . (4) Буг ер и незав исимо от нег оБеер установ или, что пог лощ ение св ета раств ором (при не пог лощ аю щ ем раств орителе) пропорциональномолекуля рной концентрации c0 раств оренног ов ещ еств а, т. е. k = α ⋅ c0 , (5) г д е α - коэффициент пог лощ ения , х арактерны й д ля молекул раств оренног о в ещ еств аи не зав ися щ ий отконцентрации. В ы ражение (5) назы в аю т законом Беера. Э тов ы ражение справ ед лив о д ля г азов и раств оров малой концентрации, причем ког д а в заимод ей ств ие межд умолекулами раств орителя и раств оренног ов ещ еств амало. П ри исслед ов ании пог лощ ения обы чно опред еля ю т коэффициенты пропускания : τ = J / J 0 = exp(− kl ) - в относительны х ед иницах , или τ ⋅100 % - в процентах пропускания . Д руг ой х арактеристикой пог лощ ательной способности в ещ еств аможет служитьоптическая плотность:

20

A = − lgτ . Ц елью настоя щ ей работы я в ля ется исслед ов ание зав исимости τ = f (λ ) д ля различны х прозрачны х окраш енны х раств оров . И змерения пров од я тся с помощ ью фотоэлектрическог околориметраKF-77 (в ариант7а), или фотоэлектрическог околориметраФ Э К -56 (в ариант7б). В ариан т7а Описан ие KF-77. М етодика и порядок измерен ийн а KF-77 О птическая сх емафотоколориметраKF-77 прив ед енанарис. 2.

4 9

3

5

6

2 1

10 7 8

Рис. 2. О птическая сх емаKF-77 Св ет от лампы накалив ания 2 пад ает на конд енсорны е линзы 3, с помощ ью которы х получаю т параллельны й пучок. Э тот пучок прох од ит через кю в ету с д истиллиров анной в од ой или исслед уемы м раств ором 4, св етофильтр 5 и попад ет на фотоэлемент 6. Ф ототок усилив ается усилителем 7 и рег истрируется измерительны м прибором 8. Режимы работы лампы накалив ания , фотоэлемента и усилителя под обраны таким образом, чтобы ток, рег истрируемы й измерительны м прибором, бы л пропорционален св етов ому потоку, пад аю щ емуна фотоэлемент. Л ампа накалив ания под клю чена через стабилизатор тока1. П роцед ура измерения τ заклю чается в след ую щ ем. В св етов ой пучок в в од я т кю в етус д истиллиров анной в од ой и с помощ ью ручек рег улиров ки усиления «г рубо» 9 и «плав но» 10 д обив аю тся максимальног оотклонения стрелки прибора. Затем в св етов ой пучок в в од я ткю в етус исслед уемы м раств ором. О тклонения стрелки измерительног оприборабуд етпропорциональ-

21 носв етов омупотоку, пропущ енномураств орённы м в ещ еств ом. П оэтомуизмерительны й прибор прог рад уиров ан непосред ств еннов ед иницах τ (нижня я ш кала) и А (в ерх ня я ш кала). И спользуемая метод икапозв оля етскорректиров атьпотери св етапри отражении отг раниц разд елав озд ух -стекло, стекло-жид костьи потери, св я занны е с пог лощ ением в раств орителе и материале кю в еты . Т аким образом, измеря емое значение τ (или А ) х арактеризует толькоисслед уемое раств орённое в ещ еств о. О бщ ий в ид прибораKF – 77 пред став лен нарис. 3.

6

3 4

2

1

5

Рис. 3. О бщ ий в ид фотоколориметраKF-77 1 - К ры ш ка измерительной камеры .(в камере устанав лив ается кю в етод ержательс д в умя кв арцев ы ми кю в етами). 2 - О прав асв етофильтра. 3 - Рукоя ткакю в етод ержателя . 4 - У силение «плав но». 5 - У силение «г рубо». 6 - Сетев ой в ы клю чатель. П рибор укомплектов ан 7-ю сменны ми св етофильтрами, максимумы пропускания которы х соотв етств ую т д линам в олн: 390нм, 430 нм, 460 нм, 535 нм, 590 нм, 610 нм, 680 нм. Д лина в олны максимума св етопропускания в став ленног ов г незд осв етофильтрауказананав ерх нем торце оправ ы св етофильтра. П оря д ок измерений 1. В клю читьприбор и д атьемупрог реться 15 мин. 2. Д остать кю в етод ержатель с кв арцев ы ми кю в етами и залить в лев ую кю в етуд истиллиров анную в од у, ав прав ую – исслед уемы й раств ор. Рабочие пов ерх ности кю в ет тщ ательнопротереть. Н аличие заг ря знений и капель на рабочих пов ерх ностя х кю в ет прив од ит к получению нев ерны х результатов измерений .

22 3. В став ить кю в етод ержатель с кю в етами в рабочую камеруи закры ть кры ш куприбора. 4. П ереместить прав ую рукояткуприбора д осовпад ения с меткой «F» (при этом св етовой пучок перекры в ается ) и проверить установкуприбора на «0». 5. В став итьсв етофильтр в г незд оприбора. 6. П еред в инуть рукоя ткукю в етод ержателя в прав од оупора (в пучок в в од ится кю в етасд истиллиров анной в од ой ). 7. Ручками рег улиров ки усиления «г рубо» и «плав но» установ ить стрелки приборана100% (понижней ш кале). 8. П еред в инуть кю в етод ержатель в край нее лев ое положение (в пучок в в од ится кю в етасраств ором). 9. Сня тьпоказание τ пош кале прибора. 10. Ручкой усиления «г рубо» уменьш ить отклонение стрелки измерительног оприборад о10-20% (понижней ш кале). 11. Сменить св етофильтр и пов торить пункты 6-10 д ля остальны х св етофильтров . И змерения пров ести с тремя раств орами. П о окончании измерений промы тьи протеретькю в еты . К ю в етод ержательс кю в етами в став итьв рабочую камеруприбора. Результаты измерений св ести в таблицу. П остроить г рафики τ = f (λ ) д ля в сех исслед ов анны х раств оров (наод ном листе миллиметров ой бумаг и). Вариан т7б Описан ие Ф Э К -56. М етодика и порядок измерен ийн а Ф Э К -56 О птическая сх ема фотоэлектрическог околориметраФ Э К -56 прив ед енанарис. 4.

)

5 6

4

7

8

9

10

7

8

9

10

2 1

3

* 4

6 5

)

23

Рис. 4. О птическая сх емаФ Э К -56. Св етов ой пучок отисточникасв ета1, прой д я черезсв етофильтр 2, попад ает на призму3, которая д елит пучок на д в а: лев ы й и прав ы й . И сточник св етапомещ ен в фокусе линз4. П араллельны е св етов ы е пучки, отразив ш ись от зеркал 5, ид ут черезкю в еты 6 и попад аю т на линзы 8, в фокусе которы х помещ ены матов ы е стекла 9, а за ними- фотоэлементы 10. В прав ы й пучок мог ут поочеред нопомещ аться кю в еты с раств орителем или раств ором. Разд в ижны е д иафраг мы 7 в лев ом и прав ом пучке мог утменя ть св етов ы е потоки, пад аю щ ие на лев ы й и прав ы й фотоэлементы . П рав ая разд в ижная д иафраг масв я занас барабаном, покоторомупроизв од ится отсчетτ % или D (на барабане нанесены д в е ш калы . О д на ш кала - черная - ш кала св етопропускания τ %; д руг ая ш кала - красная - соотв етств ует оптической плотности D = − lgτ образца). П рав ы й св етов ой пучок я в ля ется измерительны м, лев ы й - компенсационны м. Э лектрическая сх ема в клю чения фотоэлементов пред став лена на рис. 5. Ф отоэлементы в клю чены таким образом, что ког д а на них пад аю т од инаков ы е св етов ы е потоки, результирую щ ий ток черезсопротив ление наг рузки R рав ен нулю и эторег истрируется нуль-инд икатором. П ри нерав енств е св етов ы х потоков нуль-инд икатор покажет наличие результирую щ ег о тока.

24 ФЭ _

+

)

Н .- И . i1 У с. R

ФЭ +

_

(

i2

Рис.5. Э лектрическая сх емав клю чения фотоэлементов . «Ф Э » - фотоэлементы ; «У с» - усилитель; «Н .-И .» - нуль-инд икатор (микроамперметр) П ринцип работы прибора. В прав ы й св етов ой пучок помещ аю ткю в ету с исслед уемы м раств ором. Разд в ижную д иафраг муправ ог оплечаполностью откры в аю т(отсчет100 пош кале τ %). Д иафраг малев ог оплечатакже д олжна бы ть откры та. В след ств ие пог лощ ения св ета раств ором на прав ы й фотоэлемент буд ет пад ать меньш ий св етов ой поток, чем на лев ы й и стрелка микроамперметра буд ет отклоня ться от нулев ог оположения . В ращ ая барабан лев ой разд в ижной д иафраг мы , урав нив аю тсв етов ы е потоки, пад аю щ ие на фотоэлементы (стрелкамикроамперметраустанав лив ается нануль). Затем кю в етас раств ором в прав ом плече заменя ется такой же кю в етой с раств орителем. П ри этом фотометрическое рав нов есие в нов ь наруш ается , так как раств оритель прозрачнее раств ора. В ращ ая прав ы й барабан, уменьш аю тсв етов ой поток в прав ом пучке д ов еличины , которая ранее пропускаласьраств ором. П ри этом стрелкамикроамперметраустанав лив ается на«0». П олученны й пош кале прав ог обарабана отсчет буд ет соотв етств ов ать коэффициентупропускания τ, в ы раженномув процентах . О писание прибора. П рибор состоит изсобств енноколориметраи блокапитания . О бщ ий в ид приборапред став лен нарис. 6.

25 1

3

2

Б 9

10

7

А

4 6 8 5

Рис. 6. О бщ ий в ид фотоколориметраФ Э К -56. А - отсек осв етителя , в котором располаг ается фотометрическая лампа накалив ания СЦ -98. Б - кры ш ка отсека, в котором располаг аю тся кю в еты с раств ором и раств орителем. «Н уль» - установ каприборана«0». «Ч ув ств ит.» - установ качув ств ительности прибора. 1, 2 - ю стиров очны е в инты , с помощ ью которы х можноперемещ ать лампуСЦ -98 (Вн иман ие ! Э ти в инты самостоя тельно, безуказаний препод ав ателя или лаборантане крутить!). 3 - рукоя тка ш торки затв ора, с помощ ью которой можноперекры в ать св етов ой пучок, в ы х од я щ ий изосв етителя . В прав ом кю в етод ержателе устанав лив аю тся д в е кю в еты (с раств ором и раств орителем). П ереклю чение кю в ет в прав ом св етов ом пучке произв од ится пов оротом рукоя тки 4 д оупора. Рукоя ткаскрепленас черв я ком, покоторомуперемещ ается в инт, несущ ий насебе кю в етод ержатель. В лев ом пучке устанав лив ается од накю в ета(сраств орителем). 5 - рукоя ткасмены св етофильтра. Д ев я тьсв етофильтров в монтиров аны в д иск, укрепленны й на зад ней стенке корпуса прибора. Рабочее положение кажд ог осв етофильтра фиксируется . Ц ифра на рукоя тке, установ ленная напротив белой метки, показы в аеткакой св етофильтр в клю чен. Х арактеристики св етофильтров прив ед ены в таблице. Т аблицасв етофильтров (λ - д линав олны , соотв етств ую щ ая максимуму пропускания св етофильтра; ∆λ - полуш ирина (интерв ал) пропускания св етофильтра). № св етоф. 1

λ, нм 315±5

∆λ, нм 35±15

№ св етоф. 6

λ, нм 540±10

∆λ, нм 25±10

26 2 3 4 5

364±5 400±5 440±10 490±10

25±10 45±10 40±15 35±10

7 8 9

582±10 λпор=597±10 λпор=630±10

30±10

6 и 7 - рукоя ткаи ш калад иафраг мы прав ог опучка. 8 и 9 - рукоя ткаи ш калад иафраг мы лев ог опучка. 10 - нуль-инд икатор (микроамперметр). П од г отов ка прибора к работе. И змерения на приборе можноначинать спустя 30 мин. после в клю чения блокапитания и лампы СЦ -98, ког д априбор в ы х од итнастабильны й режим работы . 1. Залить в кю в еты раств ор и раств оритель (д истиллиров анная в од а). Рабочие пов ерх ности кю в ет тщ ательнопротереть. Н аличие заг ря знений или капельраств оранарабочих пов ерх ностя х кю в еты прив од итк получению нев ерны х результатов измерений . 2.У станов итькю в еты в приборе. 3. У станов ить«электрический нуль» прибора. Д ля этог о рукоя ткой 3 (см. рис. 6) св етов ы е пучки перекры в аю тся ш торкой . Рукоя ткой «Н уль» устанав лив аю тстрелкумикроамперметрана«0». 4. П ров еритьчув ств ительностьприбора. С этой целью : а) в клю читьсв етофильтр № 6; б) установ итьв прав ы й пучок кю в етус в од ой ; в ) откры тьрукоя ткой 3 ш торкузатв ора; г ) установ итьпош кале прав ог обарабанаотсчет«80»; д ) в ращ ая лев ы й барабан установ ить стрелку микроамперметра на «0»; е) изменитьотсчетш калы прав ог обарабананаод нод еление. О тсчет пош кале микроамперметра д олжен бы ть 2-3 д еления . Е сли этоне так, то ручкой «чув ств ительность» д ов ести отклонение стрелки микроамперметрад о2-3 д елений и затем пов торитьоперации п. 4. П оря д ок измерений . 1. У станов итьсв етофильтр. 2. Рукоя ткой 4 установ итьв прав ом пучке кю в етус раств ором. 3. И нд експрав ог обарабанаустанов итьнаотсчет100 пош кале τ %. 4. В ращ ением лев ог обарабана д обиться установ ления стрелки микроамперметрана«0». 5.П ов оротом рукоя тки 4 установ ить в прав ом пучке кю в етус раств орителем. П ри этом происх од итсмещ ение стрелки микроамперметра. 6. В ращ ением прав ог о измерительног о барабана установ ить стрелку микроамперметрана«0». 7. Сня тьотсчетпош кале τ %, чтосоотв етств уеткоэффициентупропускания д ля д анног осв етофильтра.

27 И змерения пров ести сов семи св етофильтрами д ля 3-х раств оров . Результаты измерений св ести в таблицу. П остроить г рафики τ = f (λ ) д ля в сех исслед ов анны х раств оров (наод ном листе миллиметров ой бумаг и). К онтрольны е в опросы 1. Ф изические причины пог лощ ения св етав в ещ еств е. П розрачны е окраш енны е и неокраш енны е в ещ еств а. В ы в од законаБуг ера. Закон Беера. 2. П ринцип д ей ств ия и оптическая сх емаиспользов анног ов работе фотоколориметра. М етод икалабораторной работы . Л итература, рекоменд уемая д ля д ополнительног оизучения : [4]. О снов ная литература 1. К алитеев ский Н .И . В олнов ая оптика / Н .И . К алитеев ский . - М .: В ы сш . ш к., 1995. - 463 с. - §8.4. Д ополнительная литература 2. Бутиков Е .И . О птика/ Е .И . Бутиков . - М .: В ы сш . ш к., 1986. - 512 с. §2.3. 3. Л ав ренчик В .Н . П останов ка физическог оэксперимента и статистическая обработка ег орезультатов / В .Н . Л ав ренчик. - М .: Э нерг оатомизд ат, 1986. - 272 с. - Гл. 6. 4. Л анд сбергГ.С. О птика/ Г.С. Л анд сберг- М .: Н аука, 1976. - 926 с. §157.

28

Состав ители: Голицы наО льг аМ их ай лов на, Рисин В италий Е фимов ич, Ч ерны ш ев В ад им В икторов ич

Ред актор Т их омиров аО .А .