ФГОУ ВПО «КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КАФЕДРА ФИЗИКИ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 301
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА
Методическое указание к выполнению лабораторной работы по курсу общей физики для студентов инженерно-технических специальностей
Калининград
2008
Цель работы: Определение коэффициента поглощения света.
Оборудование: 1. Камера для изучения абсорбции света.
2. Микроамперметр.
3. Штангенциркуль.
4. Исследуемые стеклянные образцы.
5. Стабилизатор напряжения.
-
Поглощение (абсорбция) света. Общие положения
Прохождение
света через вещество ведёт к возникновению
колебаний электронов среды под действием
электромагнитного поля волны и
сопровождается потерей энергии последней,
затрачиваемой на возбуждение колебаний
электронов. Частично эта энергия вновь
возвращается излучению в виде вторичных
волн, посылаемых электронами, частично
же она может переходить и в другие формы
энергии. Если на поверхность вещества
падает параллельный пучок (плоская
волна) с интенсивностью
,
то описываемые процессы должны вести
к уменьшению
по мере проникновения волны в вещество.
Действительно, опыт показывает, что
интенсивность плоской волны обнаруживает
такое систематическое уменьшение
согласно закону:
,
где
- интенсивность волны, вступающей в
вещество, d
- толщина слоя и
- коэффициент поглощения, зависящий от
длины волны и от свойств поглощающего
вещества.
Общая
закономерность
,
вводящая понятие коэффициента поглощения
,
была установлена экспериментально и
обоснована теоретически Бугером
(1729г.). Она называется законом
Бугера.
Физический смысл этого закона состоит
в том, что показатель поглощения не
зависит от интенсивности света, а
следовательно, и от толщины поглощающего
слоя. С. И. Вавилов установил, что закон
Бугера выполняется в крайне широких
пределах изменения интенсивности света
(примерно
раз).
Однако следует
принять во внимание, что при поглощении
света молекула переходит в новое,
возбуждённое состояние, запасая
поглощённую энергию. Пока она находится
в таком состоянии, её способность
поглощать свет изменена (уменьшена). То
обстоятельство, что в опытах Вавилова
закон Бугера соблюдался при самых
больших интенсивностях, доказывает,
что число таких возбуждённых молекул
в каждый момент времени остаётся
незначительным, т.е. они очень короткое
время находятся в возбуждённом состоянии.
Действительно, для веществ, с которыми
были выполнены указанные опыты, его
длительность (время жизни возбуждённых
состояний) не превышает
с.
Вавилов наблюдал, что при достаточно
большой интенсивности света коэффициент
поглощения уменьшается, ибо заметная
часть молекул пребывает в возбуждённом
состоянии.
Таким образом, закон Бугера имеет ограниченную область применимости. Однако в огромном числе случаев, когда интенсивность света не слишком велика и продолжительность пребывания атомов и молекул в возбуждённом состоянии достаточно мала, закон Бугера выполняется с высокой степенью точности.
Бугер рассмотрел вопрос о поглощении света средой, плотность которой не везде одинакова, и высказал убеждение, что ''свет может претерпевать равные изменения, лишь встречая равное число частиц, способных задержать лучи или рассеивать их'', и что, следовательно, для поглощения имеют значение ''не толщины, а массы вещества, содержащиеся в этих толщинах''. Этот второй закон Бугера приобретает большое практическое значение, ибо опыт действительно показал, что во многих случаях коэффициент поглощения оказывается пропорциональным числу поглощённых молекул на единицу длины пути световой волны или, что то же, на единицу объёма, т. е. пропорционален концентрации частиц.