Конкретные задачи

Студент должен знать:

1. вывод закона Бугера;

2. закон Бера;

3. закон Бугера-Ламберта-Бера;

4. определение и формулы для:

а) оптической плотности;

б) коэффициента пропускания

Студент должен уметь:

1. пользоваться методом определения интенсивности света с помощью фотоэлемента;

2. доказать справедливость закона Бугера;

3. находить аналитическое и графическое значение натурального показателя поглощения и толщины слоя половинного поглощения

Межпредметные и внутрипредметные связи.

Математика, физика, химия, биология

Межпредметные связи

Терапия, хирургия, офтальмология, косметология, экология

Закон Бугера, закон Бера, показатель поглощения, спектры поглощения

внутрипредметные связи

колориметрия, фотометрия нелинейная оптика

Задания для самоподготовки

- указать метод, которым можно проверить справедливость закона Бугера

- перечислить условия, при которых выполняется закон Бера

- каким образом, зная коэффициент пропускания, можно определить оптическую плотность вещества

- указать, что характеризует оптическая плотность вещества

Литература, рекомендуемая для самоподготовки

Основная

1.Ремизов А.Н., Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика, Дрофа, М., 2006 с.440450

2.Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики, т.3, Физматлит, М., 2006, с.655.

3.Ландсберг Г.С. Оптика, Физматлит, М., 2007, с.525-540

4.Физический энциклопедический словарь, Энциклопедия, М.,2005,с.60

Дополнительная

1. Матвеев А.Н. Оптика, М., 2007 с.320

2.Савельев И.В. Курс общей физики, т.2, Физматлит, 2004,с.462-463

3. Закон Бугера-Ламберта-Бера ru.wikipedia.org

Вопросы для самоподготовки

- по базисным знаниям:

1. Вывод закона Бугера.

2. Физический смысл закона Бугера

3. Закон Бера и границы его применимости

4.Понятие натурального показателя поглощения и его физический смысл

- по данной теме:

1. Толщина слоя половинного поглощения, ее опытное и графическое определение

2.Спектры поглощения биообъектов

3. Устройство для регистрации спектров поглощения

4. Устройство и принцип действия колориметра и нефелометра

5. Понятие коэффициента пропускания

6. Понятие оптической плотности раствора. Связь между коэффициентом пропускания и оптической плотностью

7. Границы применимости закона Бугера. Понятие о нелинейной оптике

Краткая теория

Закон Бугера

Пусть через однородное вещество распространяется пучок параллельных лучей (рис.1а). Выделим в этом веществе бесконечно тонкий слой толщиной dх, ограниченный параллельными поверхностями, перпендикулярными к направлению распространения света.

a) б) I

I₀ I_x

I₀ I_x

	dx

x I_d

d

d x

Рис.1. Закон Бугера.

Интенсивность I _x уменьшится при прохождении лучей через слой на величину -dI _x. Естественно положить это уменьшение -dI _x пропорциональным значению самой интенсивности I _x в данном поглощающем слое и его толщине d x:

(1)

Коэффициент пропорциональности k называется натуральным показателем поглощения и характеризует поглощательную способность вещества. Он зависит от его природы и состояния, а также от частоты (длины волны) света.

Для получения закона убывания интенсивности света в слое конечной толщины d перепишем выражение (1) в виде:

И затем проинтегрируем в пределах от 0 до d:

Пусть в начале слоя (d=0) интенсивность света равна I₀. Обозначим через I то значение, которое она приобретает, когда свет пройдя толщину вещества d. Тогда в результате интегрирования получим:

или

откуда

(2)

На рис.1б представлена графическая иллюстрация закона (2), то есть закона Бугера. Натуральный показатель поглощения является величиной, обратной расстоянию, на котором интенсивность света ослабляется в результате поглощения в е раз.

Натуральный показатель поглощения зависит от длины волны света, поэтому целесообразно закон (2) переписать для монохроматического света:

(3)

Где – монохроматический натуральный показатель поглощения. Физический смысл закона Бугера состоит в том, что показатель поглощения не зависит от интенсивности света, а следовательно, от толщины поглощающего слоя.

Закон Бера

Опыт показывает, что при поглощении света веществами, растворенными в прозрачном растворителе. Поглощение пропорционально числу поглощающих молекул на единицу длины пути светового луча в растворе. Так как число молекул, приходящихся на единицу длинны, пропорционально концентрации раствора С, откуда можно положить , где –новый постоянный коэффициент, не зависящий от концентрации раствора вещества. Подставляя это значение в формулу (2) получим:

(4)

Утверждение, что коэффициент x не зависит от концентрации раствора, носит название закона Бера. Этот закон выполняется при условии, что наличие соседних молекул не меняет свойства каждой данной молекулы. При значительных концентрациях раствора взаимное влияние молекул сказывается, и тогда закон Бера перестаёт выполняться. В тех случаях, когда он имеет место, соотношение (4) позволяет определять концентрацию раствора по степени поглощения света в растворе.

В лабораторной практике закон Бугера-Ламберта-Бера обычно выражают через показательную функцию с основанием 10:

(5)

где -молярный показатель поглощения; , так как . Обычно относят к какой-либо длине волны и называют монохроматическим молярным показателем поглощения ().

Отношение потока излучения, прошедшего сквозь данное тело или раствор, к потоку излучения, упавшего на это тело, называют коэффициентом пропускания. Выразим его как отношение интенсивностей:

(6)

Десятичный логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания, называют оптической плотностью раствора:

D = lg(1/τ) = lg(I_o/I) (7)

Оптическая плотность показывает поглощательную способность вещества. Поглощение тем больше, чем больше оптическая плотность.

Дата добавления: 2015-12-08