Ćwiczenie nr 423.

Pomiar współczynnika pochłaniania światła .

Ocena :

1.Zjawiska absorbcji i ekstynkcji światła

Osłabienie wiązki światła podczas przechodzenia jej przez ośrodek materialny wywołane jest przez dwa zjawiska :

- absorpcję , czyli pochłanianie

- odbicie dyfuzyjne ,czyli rozpraszanie

Obydwa te zjawiska nazywamy ekstynkcją . Podczas przechodzenia przez materię cześć energii światła zostaje zamieniona na inne formy energii . Zgodnie z prawem Bougera pozostała energia ma wartość :

I=I₀·e ^-αx

Gdzie : I₀ - natężenie promieniowania wchodzące do warstwy o grubości x ,

I - natężenie promieniowania wychodzące z warstwy ,

α - współczynnik pochłaniania

Parametrem rozpraszania jest współczynnik odbicia zdefiniowany jako :

gdzie I_p - natężenie promieniowania padającego ,

I_r - natężenie promieniowania odbitego .

Gdy wiązka promieniowania pada prostopadle na granicę ośrodków współczynnik odbicia dany jest wzorem :

gdzie n - współczynnik załamania ośrodka od którego promieniowanie ulega odbiciu względem ośrodka z którego to promieniowanie pada .

W wyniku ekstynkcji natężenie światła po przejściu przez płytkę o grubości d wyniesie :

I=I_p·(1-R)²·e ^-αd

2.Metoda pomiaru :

Pomiaru współczynnika pochłaniania światła dokonujemy poprzez porównanie przy pomocy fotoopornika natężeń światła , które przeszło przez różną ilość płytek .Fotoopornik stanowi jedną z gałęzi mostka Wheatstone'a . Wstępnie równoważymy mostek bez płytek , ustawiając fotoopornik w odległości r₀ od źródła światła . Pada na niego światło o natężeniu I₀ . Po wstawieniu k płytek natężenie światła zmniejsza się do wartości I_k . Aby zachować równowagę mostka trzeba przybliżyć źródło do fotoopornika na odległość r_k , przy której natężenie oświetlenia osiągnie poprzednią wartość . Zachodzi wówczas warunek :

Po uwzględnieniu zjawiska odbicia i pochłaniania otrzymujemy :

Stąd po zlogarytmowaniu stronami :

gdzie : a - współczynnik kierunkowy prostej
, który wyznaczamy metodą najmniejszych kwadratów .

Schemat układu pomiarowego :

gdzie : 1 - ława optyczna

2 - oświetlacz z kolimatorem

3 - płytki szklane

4 - fotodetektor

5 - wskaźnik mostka

3. Tabele wyników pomiarów .

1. wyznaczenie średniej grubości płytek

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	dśr
d1	2,859	2,84	2,84	2,86	2,862	2,843	2,838	2,848	2,841	2,852	2,848
d2	2,85	2,855	2,846	2,852	2,85	2,85	2,848	2,848	2,852	2,85	2,85
d3	2,91	2,912	2,912	2,925	2,922	2,935	2,955	2,949	2,949	2,92	2,928
d4	2,8	2,79	2,789	2,795	2,795	2,796	2,79	2,793	2,785	2,795	2,792
d5	3,148	3,149	3,145	3,138	3,14	3,142	3,148	3,12	3,12	3,122	3,137
d6	3,121	3,114	3,099	3,13	3,118	3,121	3,128	3,119	3,085	3,095	3,113
d7	2,95	2,94	2,944	2,948	2,905	2,932	2,908	2,904	2,904	2,921	2,928
d8	2,926	2,92	2,922	2,95	2,982	2,978	2,971	2,958	2,93	2,932	2,947

b) pomiary odległości

k	0	1	2	3	4	5	6	7	8
dksr [mm]		2,848	2,85	2,928	2,792	3,137	3,113	2,926	2,947
rk [m]	0,6	0,57	0,535	0,51	0,48	0,43	0,41	0,39	0,36
		0,05	0,11	0,16	0,22	0,33	0,38	0,43	0,51

4. Obliczenia

1. średnia grubość płytki

2. współczynnik kierunkowy prostej a oraz jego błąd Δa wykonane obliczone metodą najmniejszych kwadratów

a=6,65·10^-2

Δa=2,34·10^-3

3. współczynnik odbicia :

d) współczynnik pochłaniania światła

5. Wykres

6. Rachunek błędów

1. błąd średniej grubości płytki :

gdzie : t_a - współczynnik odczytany z tablicy metody Studenta dla poziomu ufności 0,95 ( t_a = 2,368)

S - błąd standardowy obliczony ze wzoru :

2. błąd współczynnika pochłaniania :

3. wynik końcowy

α_obl= α ± Δα = 0,024 ± 5,6·10^-3

6.Wnioski i spostrzeżenia :

1. Średnia grubość płytek d_śr wahała się w granicach od 2,792 [mm]

do 3,137 [mm] .

2. Zmniejszenie błędu Δα jest możliwe dzięki zastosowaniu płytek o jednakowej grubości ( błąd Δd będzie dążył do zera ).

3. Przy większej liczbie płytek umieszczonych miedzy fotooprnikiem a źródłem światła na fotoopornik pada mniejsze natężenie światła .Aby zrównoważyć straty źródło światła należy przybliżyć do fotoopornika .

4. Na dokładność pomiaru wpływ miało :

• zewnętrzne oświetlenie , którego nie dało się zupełnie wyeliminować , a które padając na fotoopornik zmieniało jego rezystancję a tym samym wskazania mostka .

• niedokładność odczytu odległości fotoopornika od żródla światła na ławie optycznej .

---