LABO50, Rok akademicki 1994/95


Rok akademicki 1994/95

Laboratorium z fizyki

Nr ćwiczenia: 50

Pochłanianie światła

Wydział: Elektronika

Kierunek: El. i telek.

Grupa: III

Sobiesław Antolak

Data wykonania

21.12.1994 rok

Ocena

Data zaliczenia

Podpis

T

S

1. Zasada pomiaru

Zgodnie z elektronową teorią oddziaływania światła z materią, elektrony zewnętrznych powłok atomów i drobin mogą drgać w zmiennym polu elektrycznym fali świetlnej, pochłaniając energię fali. Absorpcja energii przez elektrony ma charakter rezonansowy. Część energii fali świetlnej zostaje zmieniona na energię drgań wymuszonych elektronów, a jednocześnie elektrony prawie natychmiast część energii wypromieniowują w postaci wtórnej fali świetlnej, jendak, nie tylko w kierunku wiązki padającej.

Gdy przez warstwę dx jednorodnego, przeźroczystego ośrodka przechodzi w kierunku x wiązka światła monochromatycznego, to osłabienie strumienia świetlnego na drodze dx jest proporcjonalne do wartości tego strumienia i grubości warstwy.

; (1.1)

przy czym: k - współczynnik absorpcji, jest wielkością charakteryzującą absorpcyjne własności ośrodka.

Jeśli strumień światła przechodzi przez warstwę o skończonej grubości l i zmienia się od wartości początkowej φ0 do wartości końcowej φl , to całkując równanie różniczkowe (1.1) w tych granicach otrzymamy:

lnφl - lnφ0 = -k*l

(1.2)

Zależność tę nazywamy prawem Lamberta - Beera. Sens fizyczny współczynnika absorpcji wynika bezpośrednio ze wzoru (1.2).

Dla , zatem odwrotność współczynnika k określa taką drogę w ośrodku, po przejściu której strumień światła zmaleje e razy.

Dokładne pomiary współczynnika absorpcji opierają się na pomiarze względnego osłabienia strumienia świetlnego przy przechodzeniu przez warstwy substancji o grubościach l1 i l2, co pozwala wyeliminować błędy związane z odbiciem światła na powierzchniach warstw.

Pomiary pochłaniania światła w płytkach szklanych przeprowadzono przy użyciu kolorymetru fotoelektrycznego.

2. Schemat układu pomiarowego

Kolorymetr użyty w pomiarach składa się ze źródła światła Ż, kondensatora K, filtru selektywnego F (komplet filtrów), fotodiody lub fotoogniwa Ff, połączonego z miernikiem M przez potencjometr P. Badane płytki szklane A umieszcza się na drodze wiązki światła w specjalnej komorze, prostopadle do wiązki. Miernik kolorymetru ma dwie skale - skalę transmisji i absorpcji. Skala transmisji podaje w procentach wartość stosunku , gdy bez absorbenta strumień φ0 spowoduje pełne wychylenie wskazówki miernika (100%). Do regulacji tego wskaźnika służy potencjometr P.

3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów

W doświadczeniu użyto:

1. Kolorymetru do pomiaru transmisji T ΔT = 0.5%

2. Śruba mikrometryczna do pomiaru d Δd = 0.01 [mm]

4. Tabele pomiarowe

Rodzaj płytek

Filtr [nm]

d [nm]

Transmisja [lnT]

1d

2d

3d

4d

5d

Białe

670 ± 15

2.9

-0.14

-0.26

-0.37

-0.48

-0.60

Białe

636 ± 50

2.9

-0.12

-0.25

-0.34

-0.46

-0.58

Białe

608 ± 54

2.9

-0.09

-0.21

-0.31

-0.43

-0.54

Białe

555 ± 75

2.9

-0.12

-0.21

-0.30

-0.40

-0.49

Białe

474 ± 54

2.9

-0.09

-0.21

-0.30

-0.43

-0.54

Czerwone

670 ± 15

2.4

-0.15

-0.40

-0.73

Czerwone

636 ± 50

2.4

-0.26

-0.73

-1.20

Czerwone

608 ± 54

2.4

-0.67

-0.99

-1.27

Czerwone

555 ± 75

2.4

-0.60

-0.92

-1.20

Czerwone

474 ± 54

2.4

-3.91

-4.60

-5.30

Fioletowe

670 ± 15

1.95

-1.90

-2.12

-2.04

Fioletowe

636 ± 50

1.95

-2.53

-2.81

-3.22

Fioletowe

608 ± 54

1.95

-3.91

-4.60

-5.30

Fioletowe

555 ± 75

1.95

-3.22

-3.91

-4.60

Fioletowe

474 ± 54

1.95

-1.60

-2.21

-3.00

5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonej

Współczynnik absorpcji obliczono ze wzoru:

Przykładowe obliczenie (dane zawarte w tabeli poz.1)

Zestawienie współczynników k.

Biały

Czerwony

Fioletowy

kλ1 = 670 ± 15 [nm]

0.04

0.12

0.14

kλ2 = 636 ± 50 [nm]

0.04

0.20

0.69

kλ3 = 608 ± 54 [nm]

0.04

0.13

1.39

kλ4 = 555 ± 75 [nm]

0.03

0.13

1.38

kλ5 = 474 ± 54 [nm]

0.04

0.30

1.40

6. Rachunek błędów

Błąd współczynnika absorpcji obliczono metodą różniczki zupełnej

przy czym: l1, l2 - grubości płytek; Δl1, Δl2 - błędy grubości płytek

Przykładowe obliczenie dla danych zawartych w tabeli, poz.1

ΔT1 = ΔT2 = 0.005 T1 = 87% = 0.87 T2 = 55% = 0.55

lnT1 = -0.14 lnT2 = -0.60 d1 = 2.9 [nm] d2 = 14.7 [nm]

Δd1 = 0.01 [nm] Δd2 = 0.05 [nm]

Tabela błędów współczynnika

Biały

Czerwony

Fioletowy

Δkλ1

0.06*10-3

0.53*10-3

13.16*10-3

Δkλ2

0.06*10-3

0.77*10-3

15.18*10-3

Δkλ3

0.06*10-3

0.55*10-3

140.39*10-3

Δkλ4

0.04*10-3

0.52*10-3

93.84*10-3

Δkλ5

0.06*10-3

7.80*10-3

25.20*10-3

7. Zestawienie wyników pomiarów

Biały

Czerwony

Fioletowy

kλ1

(40.00±0.06)*10-3

(120.00±0.53)*10-3

(140.00±13.16)*10-3

kλ2

(40.00±0.06)*10-3

(200.00±0.77)*10-3

(690.00±15.18)*10-3

kλ3

(40.00±0.06)*10-3

(130.00±0.55)*10-3

(1390.00±140.39)*10-3

kλ4

(30.00±0.04)*10-3

(130.00±0.52)*10-3

(1380.00±93.84)*10-3

kλ5

(40.00±0.06)*10-3

(300.00±26.00)*10-3

(1400.00±25.20)*10-3

8. Uwagi i wnioski

Na znaczny błąd i różnice wyników mogły wpłynąć zabrudzone płytki szklane i nieznaczne pęknięcia. Również decydujący wpływ na niektóre pomiary mogły mieć niedokładności w umieszczaniu płytek w kolorymetrze. Ostatni pomiar płytek czerwonych, gdy umieszczone były trzy w kolorymetrze uznano za błąd gruby. Wpływ na to miało popękanie trzeciej płytki czerwonej.

A

Ff

F

K

Ż

p



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
LABO7, Rok akademicki 1994/95
51 Ładunek Właściwy Elektronu, Cw 51 , Rok akademicki 1994/95
KOCIO, Rok akademicki 1994/95
FOGNIWO2, Rok akademicki 1994/95
2MOJ63, Rok akademicki 1994/95

DOSW2, Rok akademicki 1994/95
POL MAGN, Rok akademicki 1994/95
WAHADLO3 2, Rok akademicki 1994/95
2MOJ65, Rok akademicki 1994/95
47.Charakterystyka fotoogniwa, Rok akademicki 1994/95
C50-ZM~1, Rok akademicki 1994/95

więcej podobnych podstron