ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Результаты обработки спектра в программе WASF (ЖЗС-10)

Результаты экспериментов

Исследуемые образцы: жёлто-зелёный фильтр ЖЗС-10 и фиолетовый фильтр ФС-1.

Задание №1. Измерить спектр пропускания Т(l) нескольких образцов стеклянных светофильтров.

Порядок проведения измерений:

1) Включить спектрометр. Дать прогреться в течение 30 мин.

2) Установить подходящий держатель образца в кюветное отделение спектрофотометра.

3) Подождать не менее 5 минут для стабилизации теплового режима приемника излучения.

4) Произвести юстировку оптической системы.

5) Поместить в держатель кюветного отделения поочередно синий, зелёный, красный (жёлтый) светофильтры (светофильтры выбирает преподаватель) и снимите соответствующие зависимости Т(l) для каждого светофильтра в одном и том же диапазоне длин волн.

6) Сохранить файлы данных для каждого образца (под своим именем!) на магнитном носителе.

7) Выключить источник питания спектрометра.

8) Записать в таблицу измеренные значения T и l.

Результаты сканирования:

Диапазон: 190 - 1100 нм

Шаг дискретизации: 1 нм

Режим измерения: прецизионный

Ширина щели: 6.0 нм

Измеряемая величина: коэффициент пропускания

Включение ламп: обе постоянно

Установка образцов: Ручная

Число повторов: 1

Число серий: 1

Таблица 1. Зависимость коэффициента пропускания от длины волны излучения.

l, нм	Фильтры
ЖЗС-10	ФС-1
	-0,01334	-0,01156
	-0,01053	-0,00936
	-0,00698	-0,00656
	-0,00585	-0,00484
	-0,00445	-0,00391
	-0,00391	-0,00336
	-0,00313	-0,00275
	-0,00283	-0,00242
	-0,00239	-0,00197
	-0,00204	-0,00173
	-0,00198	-0,00165
…	…	…
	0,8957	0,01669
	0,89557	0,01621
	0,89582	0,016
	0,89617	0,01566
	0,896	0,01542
	0,89568	0,01496
	0,896	0,01481
	0,89588	0,01445
	0,89606	0,01393
	0,89571	0,01346

4 Задание №2

Задание 2.Определить параметры светофильтров

1) Построить графики зависимостей коэффициента пропускания светофильтра Т от длины волны l, т.е. Т=f(l)

2) По виду спектральной характеристики определить типы фильтров.

- для полосовых фильтров определить основные параметры: I_max/I₀, l₀, dl и добротность фильтра q используя формулу

q=l₀/l (1)

- для отрезающих фильтров определить l₀, K,используя формулу

K= dI/dl » DI/Dl. (2)

3) Сделать соответствующие физические выводы, охарактеризовать цвет фильтра по полученной для него спектральной характеристике.

Задание 2 было выполнено при помощи использование программы WASF.

Ниже представлены расчёты запрашиваемых величин и графики для каждого светофильтра отдельно.

рис. 1 Спектр пропускания фильтра ЖЗС-10

Визуально фильтр имел желтую окраску. Толщина его – 3мм.

Результаты обработки спектра в программе WASF (ЖЗС-10)

λ₁=380нм, I₁= 3,90494E-4»0
λ₂=557нм , I₂=0,81569

рис. 2 График первой производной

DI=0, 815

Dl=177нм

λ₀=440нм

K= 0,00612

Таблица 2. Результаты обработки спектра в программе WASF (ЖЗС-10)

λ₀, нм	Крутизна спектр. характеристики, К = dT/dl » DT/Dl.
	0,00612

ЖЗС-10 - Отрезающий светофильтр. Поглощение области 200 – 380 нм. Главное его применение – устранение мешающего коротковолнового излучения.

Вследствие его характеристик может использоваться в:

· сигнальных огнях;

· наблюдательных приборах;

· цветном освещении.

рис. 3 Спектр пропускания фильтра ФС-1

Визуально фильтр имел фиолетовую окраску. Толщина его – 3мм.

рис. 4 fit спектра пропускания фильтра ФС-1

Таблица 3. Результаты обработки спектра в программе WASF (ФС-1)

ε1	ε2	№	Лоренциан
Контрастность (T_max/T₀₎	δε	Рабочая длина волны λ₀,нм	δλ, нм	ϴ= λ₀/δλ
			0.63	0.10396	398.36100	70.40000	5,658
	0.54	0.01350	368.14000	32.99460	11,156

ФС-1 – Пропускающий (полосовой) светофильтр. Выделенная область 330 - 475 нм.

Основное его применение – выделение из широкого спектра излучения полосу в фиолетовом диапазоне.

Вследствие его характеристик может использоваться в:

· фотографии.

· цветном освещении.

Дополнительное задание

Рассчитать и построить графики зависимости коэффициента поглощения и оптической плотности от длины волны. Для упрощения расчётов потери на отражение на входной и выходной гранях светофильтра предлагается принять равными ~ 3 % и не зависящими от длины волны. Толщину светофильтра принять равной 2 мм.

Для расчётов использовать следующие определения.

Показатель поглощения стекла K_l для света длиной волны l равен

K_l=-lgT_l/L, (3)

где Т_l - коэффициент пропускания стекла:

L - толщина стекла в мм;

l - длина волны монохроматического света.

Оптическая плотность D_l связана с показателем поглощения K_l и коэффициентом пропускания Т_l следующим выражением:

D_l=-lgT_l=K_lL. (4)

потери на отражение от двух поверхностей стекла и вводить соответствующую поправку:

D^¢_l=K_lL+D_r, (5)

где D_r –поправка на отражение от двух поверхностей стекла.

При расчете оптической плотности светофильтра эту величину необходимо учитывать.

Выполнение:

Толщину светофильтра примем равной 3 мм, а не 2 мм, потому что мы измерили их толщину штангенциркулем.

рис. 5 Зависимость коэффициента поглощения от длины волны для отрезающего фильтра ЖЗС-10

рис. 6 Зависимость коэффициента поглощения от длины волны для полосового фильтра ФС-1

рис. 8 Зависимость оптической плотности от длины волны для полосового фильтра ФС-1

рис. 7 Зависимость оптической плотности от длины волны для отрезающего фильтра ЖЗС-10

6 Ответы на вопросы

1) Что такое абсорбция?

Поглощением (абсорбцией)− света называется явление потери энергии световой волны при прохождении её через вещество вследствие возбуждения колебаний квазичастиц среды. Частично эта энергия вновь возвращается излучению в виде вторичных волн, посылаемых индуцированными диполями, частично же она может переходить и в другие формы энергии. Если на поверхность вещества падает параллельный пучок света (плоская волна) с интенсивностью I, то описываемые процессы должны вести к уменьшению I по мере проникновения волны в вещество. Явление поглощения света объясняется на основе как классической, так и квантовой теории

2) Объясните явление поглощения света с точки зрения классической теории.

Под действием электрического поля световой волны с круговой частотой w отрицательно заряженные электроны атомов и молекул смещаются относительно положительно заряженных ядер, совершая гармоническое колебательное движение с частотой, равной частоте действующего поля. Колеблющийся электрон, превращаясь в источник, сам излучает вторичные волны. В результате интерференции падающей волны с вторичной волной в среде возникает волна с амплитудой, отличной от амплитуды вынуждающего поля. Так как интенсивность есть величина, прямо пропорциональная квадрату амплитуды, то соответственно изменится и интенсивность излучения, распространяющегося в среде; другими словами, не вся поглощенная атомами и молекулами среды энергия возвращается в виде излучения – произойдет поглощение. Поглощенная энергия может превратиться в другие виды энергии. В частности, в результате столкновения атомов и молекул поглощенная энергия может превратиться в энергию хаотического движения – тепловую.

3) Объясните явление поглощения света с точки зрения квантовой теории.

Согласно квантовым представлениям, атомы и молекулы обладают дискретным энергетическим спектром (основное и возбужденные состояния). При распространении света через среду часть энергии тратится на возбуждение системы, а часть (вместе с возвращенной долей энергии за счет переходов из возбужденных состояний в основное) выходит из среды. В результате таких взаимодействий интенсивность вышедшего из среды луча оказывается меньше интенсивности света, падающего на среду.

4) Запишите и сформулируйте закон Бугера.

I=I₀e^-^a^L, (6)

где I₀, I – интенсивность плоской монохроматической волны

падающего и прошедшего через слой вещества излучения

соответственно;

L – толщина слоя;

a – коэффициент поглощения, зависящий от длины волны l

света, химической природы и состояния вещества и не

зависящий от интенсивности света. Численное значение

коэффициента поглощения a показывает толщину слоя L,

равную 1/a, после прохождения которого интенсивность

плоской волны уменьшается в е = 2,73 раза.

5) Объясните физический смысл закона Бугера.

Физический смысл этого закона заключается в том, что коэффициент поглощения не зависит от интенсивности света, а следовательно и от толщины поглощающего слоя. Коэффициент поглощения α различается для разных веществ.

6) Какие светофильтры являются полосовыми?

Полосовые фильтры – имеют четко выраженный максимум (максимумы) или минимум (минимумы) пропускания в небольшой области спектра. Используются для выделения, или наоборот, удаления, какой-то части спектра.

Параметрами полосового фильтра являются прозрачность в максимуме Т_max, рабочая длина волны l₀ ширина полосы dl на половине максимальной прозрачности, прозрачность Т_ф за пределами полосы (фон) и контрастность, выражаемая отношением Т_max/Т_ф. Величина q = l₀/dl, представляющая собой добротность фильтра, в простейших случаях составляет от 10 до 100.

7) Какие светофильтры являются отрезающими?

Отрезающие фильтры имеют четко выраженный край поглощения, с одной стороны которого пропускания практически нет, а с другой – оно почти абсолютно. Отрезающие фильтры используются для устранения мешающего излучений (например, коротковолновой части спектра), а также в комбинации с другими фильтрами.

Основные параметры отрезающих фильтров это рабочая длина волны l₀ (длина волны перехода от прозрачности к непрозрачности) и крутизна спектральной характеристики K= dI/dl » DI/Dl.

Ниже приведен рисунок со спектральными характеристиками фильтров (1 – полосовой, 2 – отрезающий)

рис. 9 Спектры пропускания полосового (слева) и отрезающего (справа) фильтров

8) Что называется шириной спектральной линии и как она определяется?

Ширина спектральной линии — интервал частот или интервал длин волн, характеризующий спектральные линии в излучениях квантовых систем.

Ширину контура спектральной линии принято определять как разность длин волн, на которых интенсивность I (и соответственно T) равна половине максимального значения I_max (и соответственно T_max) .

9) Что такое естественная ширина спектральной линии?

Естественная ширина́ спектральной линии — ширина спектральной линии излучения изолированной квантовомеханической системы.

Ширина спектральной линии, определяемая только временем жизни частиц по спонтанному излучению, минимальна и называется естественной шириной спектральной линии.

7 Вывод

На спектрофотометре СФ-56 были проведены измерения физических свойств фильтров ЖЗС-10 и ФС-1. Получены данные – текстовый файл зависимости коэффициента поглощения T (*100) от длины волны (по абсциссе) – в диапазоне от 190 до 1100нм. Была измерена толщина каждого фильтра и сделано визуальное наблюдение.

Затем были построены графики T(λ), найдены спектральные характеристики фильтров, определены типы фильтров (ЖЗС-10 – отрезающий фильтр, ФФС-1 – полосовой фильтр). Рассчитаны и построены графиков зависимостей коэффициентов поглощения и оптической плотности от длины волны.