NAZWISKO: JANIK IMIE: JANUSZ KIERUNEK:FIZYKA Z INFORMATYKĄ ROK STUDIÓW: II GRUPA LABORATORYJNA: I		UNIWERSYTET RZESZOWSKI I PRACOWNIA FIZYCZNA
				WYKONANO		ODDANO
				DATA	PODPIS	DATA	PODPIS
Ćwiczenie Nr: 76b	Temat: Wyznaczanie stężenia roztworu za pomocą kalorymetru Fotoelektrycznego

Część teoretyczna

Wiązka światła o natężeniu Io przechodząc przez warstwę roztworu o grubości d zostaje osłabiona . Jej natężenie I po przejściu określone jest prawem Lamberta

I=Io exp(-Kd)

gdzie K jest współczynnikiem pochłaniania zależnym od długości fali A. Zgodnie z prawem Beera dla małych stężeń współczynnik pochłaniania jest proporcjonalny do c i wyraża się wzorem

K =Ec,

gdzie E jest stałą zależną od rodzaju roztworu. Podstawiają powyższą zależność
prawa Lamberta, otrzymamy prawo Lamberta-Beera

I=Io exp(-Ecd)

Bardzo często występuje zjawisko selektywnej absorpcji, w której równe długości
fali nie są absorbowane w równym stopniu. Współczynnik pochłaniania K oraz

E są funkcją długości fali, a wprowadzone tu wzory obowiązują dla jednej barwy . Z powodu światła przechodzące przez ciało jest zabarwione, a stopień nasycenia barwy zależy od grubości d warstwy pochłaniającej. Stopień nasycenia barwy
jest więc w ostatecznym rozrachunku proporcjonalny do grubości warstwy lub do stężenia substancji pochłaniającej. Zjawisko powyższe wykorzystujemy do określenia stężenia roztworów. W tym celu stopień nasycenia barwy światła przechodzącego przez określonej grubości warstwę roztworu badanego porównać musimy ze stopniem masy roztworu wzorcowego o takiej samej barwie. Zazwyczaj wzorcem jest ten sam roztwór znanym stężeniu. Przyrządem służącym do oznaczania zawartości substancji rozpuszczonej na podstawie stopnia nasycenia barwy światła przechodzącego nazywamy kolorymetrem. Rozróżniamy kolorymetry wizualne, w których oceny dokonujemy w sposób subiektywny oraz kolorymetry fotoelektryczne, w których do oceny stosuje się fotoogniwa. Wykorzystuje się tu fakt, że w fotoogniwie zwartym małym opornikiem, natężenie prądu fotoelektrycznego jest proporcjonalne do oświetlenia.

Budowa kolorymetru fotoelektrycznego

Zasada działania fotoogniwa

Wiązka światła padająca na styk zakłóca stan równowagi dynamicznej warstwy podwójnej. Kwanty światła przekazują swoją energię elektronom. W pół przewodniku przenoszą elektrony z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Zatem w pół przewodniku wzrasta ilość swobodnych elektronów, które w warunkach istniejącej równowagi dynamicznej przechodzą natychmiast do metalu ładują go ujemnie. Oświetlone złącze staje się źródłem prądu i jest nazywane fotoogniwem. Istnieją dwa typy fotoogniw: miedziowe i talowe. Na miedzianym podłożu znajduje się warstwa tlenku miedzi, który jest pół przewodnikiem typu p. Na powierzchni tlenku znajduje się cienka, przezroczysta warstwa metalu: srebra, miedzi itp. Na górnym złączu CuO-metal światło przenosi pewną ilością elektronów do pasma przewodnictwa, które natychmiast przechodzą do metalu ładując go ujemnie. Na drugim złączu zjawisko to nie występuje, ponieważ światło nie przenika przez warstwę CuO. Tu warstwa podwójna znajduje się pomiędzy przezroczystą warstwą złota i warstwą siarczku talu, który jest pół przewodnikiem typu n. Ze względu na inny typ przewodnictwa kierunek siły fotoelektrycznej jest tu również przeciwny niż w przypadku poprzednim.

Przebieg ćwiczeń

1. Przygotowujemy kalorymetr do pomiarów

2. Przeprowadzamy pomiary umożliwiające wykreślenie krzywej wzorcowej.

W tym celu należy:

a) przygotować 6 roztworów Cu SO4 w wodzie o znanych stężeniach

/0,1 %, 0,5 %, 1 %, 4 %, 6 %, 10 %/.

b) zmierzyć wartość przepuszczalności lub ekstynkcji dla tych roztworów postępują zgodnie ze wskazaniami instrukcji obsługi.

c) wykreślić wykres przepuszczalności ekstyncji w funkcji stężenia.

3. Zmierzyć wartość przepuszczalności lub ekstyncji dla roztworu o nieznanym stężeniu i pomocy krzywej wzorcowej wyznaczyć jego stężenie.

4. Dyskusje błędu wykonać metodą graficzną.

Zestawienie wyników:

Filtr pomarańczowy Filtr niebieski

Dla S=0,1[%] Dla S=0,1[%]

Przepuszczalność T=99[%] Przepuszczalność T=95[%]

Dla S=0,5[%] Dla S=0,5[%]

Przepuszczalność T=91 [%] Przepuszczalność T=93[%]

Dla S=1[%] Dla S=1[%]

Przepuszczalność T=83[%] Przepuszczalność T=92[%]

Dla S=4[%] Dla S=4[%]

Przepuszczalność T=63[%] Przepuszczalność T=89[%]

Dla S=6[%] Dla S=6[%]

Przepuszczalność T=48[%] Przepuszczalność T=86[%]

Dla S=10[%] Dla S=10[%]

Przepuszczalność T=32[%] Przepuszczalność T=83[%]

Dla S= n[%] Dla S= n[%]

Przepuszczalność T=95[%] Przepuszczalność T=95[%]

Wnioski:

Zestawione powyżej liczby pozwalają nam sporządzić wykres wyrażający zależność przepuszczalności od stężenia roztworów pochłaniających światło. Otrzymamy krzywą absorbcji roztworu o przebiegu logarytmicznym - zgodnie z charakterem pochłaniania roztworów. Szukane stężenie n, znając jego przepuszczalność, możemy odczytać jego stężenie z wykresu. Wynika z niego, że stężenie badanego roztworu wynosi 2,5%.

1

---