Жарық сіңіру заңдары

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:

Бугер-Ламберт-Бер заңы
Жарық сіңіру заңдары және олардың абсорбциялық спектроскопияда қолданылуы
Жарықтың жұтылуы
Сәулелі жылуалмасу. Негізгі және ұғым анықтамалар.
Мөлдірлі ортамен бөлінген денелердің, аралық сәулеленуімен жылулық алмасуы.

Пайдаланған әдебиеттер.

Бугер-Ламберт-Бер заңы - бір түсті (монохромат) жарық шоғының орта арқылы өткендегі әлсіреуін анықтайтын заң. Қалыңд. І-ге тең жұтатын қабат арқылы өткен жарық -λҺl, мұндағы kλшоғының қарқындылығы І0 шамадан І шамаға дейін төмендейді. Ол былай анықталады: І=І0Һе-k жұту көрсеткішіжұтылатын жарықтың λ, ол заттың қасиетін сипаттайды; k толқын ұзындығына болып жазылады, С -λ≥=СҺλ) тәуелді, ал қарқындылығына тәуелсіз болады. Ерітінділер үшін kλ( ерітілген зат концентрациясы -λ≥, ерітілген зат (жұтатын зат) -ға тең жарықпен өзара толқын ұзынд. сипаттайтын коэффициент, ол С-ке тәуелсіз. Бұл заңды тәжірибе арқылы француз ғалымы П. Бугер ашқан (1729), неміс ғалымы И. Г. Ламберт оны теориялық жолмен қорытқан (1760), ал тағы бір не міс ғалымы А. Бер ерітінділер үшін тұжырымдаған (1852) . Бугер-Ламберт-Бер заңы ерітінділердің жарықты жұтуын өлшеу арқылы ерітілген заттың концентрациясын анықтау әдісінің негізіне алынған. Бугер-Ламберт-Бер заңының орындалу ауқымы кең, бірақ жарық қарқындылығы өте жоғары (мыс., импульсті лазердің фокусталған шоғыкоэффициенті жарық қарқындылығына тәуелді болады да, бұл заңнан ауытқушылық байқалады. λ) болған жағдайда k

Бугер-Ламберт заңы. Қалыңдықтары тегі бірдей заттардың қабаттары түскен электромагниттік сәуле шығару ағынының бірдей бөлігін сіңіреді. Бұл занды математикалық тұрғыда өрнектеу мынаған негізделген: Бугер мен Ламберттің жүргізген тәжірибесі бойынша, зат қабатынан өткен ағын интенсивтігінің түскен ағын интенсивтігіне қатынасы тұрақты шама болады.

Егер сәуле шығару ағыны өтетін кабаттың қалыңдығы (І) арифметикалық прогрессиямен өссе, онда қабат арқылы өткен сәуле шығару ағынының интенсивтігі геометриялық прогрессия бойынша кемиді.

, яғни 10 ^-εl = 10 ^-1 εl = 1: ε = 1/l

Беер заңы Сіңіру көрсеткіші к сіңіретін заттың концентрациясына пропорционал:

k = εc

мұндағы ε - сіңірудің мольдік көрсеткіші; с - мольдік концентрация. Егер с = 1 моль/л, l=1 см-мен алынса, онда I _ν = I ₀ *10 ^-εct яғни сіңірудің мольдік көрсеткіші өтетін электромагниттік сәуле шығару ағыны интенсивтігінен он есе аз. Ендеше сіңірудің мольдік көрсеткіші оны сіңіретін бөлшектің табиғатына тәуелді де, қабаттың қалыңдығы мен концентрациясына тәуелсіз болады. Сондай-ақ ол электромагниттік сәуле шығару энергиясына, яғни толқын ұзындығына тәуелді. Енді осы тәуелділіктерді график арқылы өрнектесек, онда біз бір зат ерітіндісіңің әр түрлі концентрацияда және әр түрлі қалыңдықта, белгілі бір толқын ұзындығы бар (λ _max ), бір нүктеде биік максимумдары болатын қисықтар аламыз.

Ламберт заңы - жарықты s) жарықтылығы (L) барлық бағытта бірдей болатындығын өрнектейтін заңы 1760 ж. неміс ғалымы∆шашырататын беттің ( И. Ламберт s) жүргізілген перпендикулярға (∆(1728 - 1777) тұжырымдаған. Бетке ( нормальға ) ) пен сол беттен дәл осыα) жасай бағытталған жарықтылық (Іαбұрыш ( ) арасында мынадай байланыс бар:αбағытта шыққан жарық күшінің (І s) ∆s мұндағы І0 - бетке (∆=І0/α=Іα. Ламберт заңы бойынша Lαcos⋅s∆/αL0=І . Ламберт заңынанα=І0. cosαнормаль бағыттағы жарық күші. Сондықтан, І жарқырау (М) мен жарықты шашырататын беттің жарықтылығы (L) арасында L. Реал беттерден шашыраған⋅πтөмендегідей тұрақты қатынас шығады: M= жарық үшін Ламберт заңы жуықтап орындалатын заң болып есептеледі. Дегенмен, материалдардың көптеген түрінде бұл заң жеткілікті түрде дәл орындалады. Мұндай материалдардың беті диффузиялық бет деп аталады. Диффуз бетке күңгірт беттер ( гипс, магний тотығы, т. б. ), бұлдыр орта ( кейбір сүт тәрізді шынылар, бұлт ), сондай-ақ, ұнтақ тәрізді люминофорлар беті мен Күн беті, т. б. мысал бола алады. Жарық шығаратын беттердің ( жарқырауық денелердің ) ішінде тек абсолют қара дене ғана бақылау бағытына тәуелсіз болады. Ламберт заңы теориялық зерттеулерде, жарық техникасы мен фотометрлік есептеулерде кеңінен қолданылады.

Жарық сіңіру заңдары және олардың абсорбциялық спектроскопияда қолданылуы

Талданатын заттың біртекті қабатына электромагниттік сәуле шығару ағыны тұскенде, ағынның бір бөлігі шағылып, бір бөлігі қабаттан отіп кетеді. Егер алғашқы сәуленің интенсивтілігін І ₀ , шағылғандікін І ₁ , сіңірілгендікін І _а , қабат арқылы өткендікін І _t , деп белгілесек, онда осы шамалардың арасында мынадай тәуелділік орнайды:

І ₀ = І _r +І _a +І _t

Нағыз ерітінділерді талдау кезінде жарык ағынының сіңірілуін салыстырмалы түрде өлшеп есепгегенде, шағылу салдарынан сәуле шығару шығыны өте аз болғандықтан, оны ескермеуге де болады. Сонда:

І ₀ = І _а +І _t

Осы косылғышғардың ішінде сіңірілген ағын интенсивтігі (І _а ) ғана аналитикалық мақсатқа қажет талданатын зат концентрациясына тәуелді. Түсетін жарық ағынының интенсивтігі мен ерітінді арқылы өткен жарық ағынының интенсивтігін тәжірибе жүзінде анықтауға болады. Түскен және өткен электромагниттік сәуле шығару ағынының интенсивтіктері арасындағы қатынасты алғаш П. Бугер (1729) анықтады, сонан соң И. Ламберт (1760) және А. Беер (1852) дәлелдеді.

Жарықтың жұтылуы

Жарықтың жұтылуы - орта арқылы өткен жарық қарқындылығының сол орта бөлшектерімен өзара әсерлесуі нәтижесінде кемуі . Жарықтың жұтылуы кезінде зат қызады, атомдар не молекулалар иондалады не қозады, фотохим. процестер жүреді, т. б. Жарық энергиясы затта толығымен жұтылуы не сол заттан кері қарай басқа бір жиілікпен шығуы мүмкін. Жарықтың жұтылуының негізгі заңы - Бугер - Ламберт - Бер заңы. Жарықтың жұтылуы ғылым мен техниканың әр түрлі саласында (абсорбциялық спектрлік анализ, спектрофотометрия, колориметрия, т. б. ) қолданылады.

Сәулелі жылуалмасу. Негізгі және ұғым анықтамалар.

Жылулықпен сәулелену - күрделі атом аралық процесстер. Ол, жылулық жағдайымен немесе денеден температура шығуымен анықталады. Жылулық сәулеленудің жеткізушісі болып, энергия бөлшектерінің ағыны болады, оны фотондар немесе квантты энергиялар деп атайды. Фотондар ағыны, электромагнитті толқындар қасиетінде болады. Барлық электромагнитті сәулеленулердің түрлері, бірдей қасиетінде болады да, олар тек, толқын ұзындығымен (0, 05-10" ⁶ мкм-ғарыштықтан, радиотолқынына дейін) ажыратылады. Толқын ұзындығының саласы = 0, 4 мкм - = 0, 8 мкм дейінгі сәулеленуіне сәйкес келеді. Жылулық немесе инфрақызыл сәулеленуі толқын ұзындығымен 0, 8 . . . 800 мкм сипатталады. Ол, ең көп назар аударалық мәселе. Инфрақызыл және жарық сәулелерінің таралу процессін, жылулықтың сәулеленуі немесе радиация деп атайды . Басқа жағынан қаралатын саласы, қысқа толқынды ультракүлгінді сәулеленумен (к = 2-10" ² . . . 0, 4 мкм) жалғасады. Рентгеннің сәулесі, одан да аз толқын ұзындығымен (к = 10" ⁶ . . . 210" ² мкм) сипатталады.

Сәулелену қасиетінің, барлық әр түрлілігі, әр алуан саладағы толқын ұзындығымен сипатталып, олар, кейбір жалпы заңдылығында анықталуы мүмкін. Онда, оптикада белгілі болғандай, таралу заңдылығы, көрінетін жарықгың шағылысуы мен сынуы жэне қандай да ұзындықтағы толқынның сәулеленуі үшін, әділетті болып қалады.

Дененің сәулелену энергиясы немесе ағынның сәулеленуін Фе басқа денеге түскенде, ол жарым-жартылай сіңіреді де, жарым-жартылай шағылысады және қалғаны, оның қабатымен өтіп кетеді. Ағын сәулеленуіндегі, дененің сіңіруімен, Фа - денеге түсуіндегі агын сәулеленуіне Фе қатынасын дененің сіңіру коэффициенті деп атайды да, =Фа/Фе анықталады; шағылысқан Фр түсуіне қатынасын шағылысу коэффициенті деп р = Фр/Фе және өткізгішінің Ф түсуіне қатынасын өткізуші коэффициент деп = Ф /Фе атайды:

Фе = Фа + Фр + Ф (4. 1)

Немесе

+ р + =1. (4. 1а)

Егер, р=0 жэне =0 болса, онда =1, яғни денеге түсетін барлық сэулеленуін сіңіреді. Мұндай денелерді абсолютты қара немесе толық сәулетаратқыш дене деп, атайды. Табиғатта абсолютты қара дене жоқ және сондықтан, физикалық денелер үшін әр уақытта < 1.

Дененің =0, р=0 және =1 болғанын мөлдір немесе диатермиялы дене деп атайды. Мөлдір (өткізгішті) деп, жылулық сәулелер үшін, косатомды газдарға О2, N2 және Н ₂ жатады.

Дененің, а=0, =0 және р=1 және беттен шағылысу процесстері, геометриялық оптика заңына бағынады да, оны айналы деп атайды.

Қатты және сұйық денелер, қағида бойынша, жылы сәулелер үшін, мөлдірсіз немесе атермиялы ( =0), сондықтан, олар үшін +р=1. Осы теңдеуге қарағанда, егер, дене өте үлкен шағылысу коэффициентіне ие болса, онда оның сіңіруші коэффициенті аз және керісінше.

Көптеген қатты және сұйық денелер, дәл осындай және абсолютты қара дене, түгел сәулелену спекторында болады, яғни 0-ден -ке дейінгі интервалда, барлық толқын ұзындық энергиясында сәулеленеді. Кейбір денелер, сонымен қатар газдар, тек қана, белгілі толқын ұзындығы интервалында энергияны сәулелендіреді. Мүндай сәулеленуін монохроматикалы (біртекті) деп атайды.

Дененің сәулеленуі, оның табиғатына, температурасына, беттерінің жағдайына байланысты, ал газдар үшін - қабаттың қалыңдығына және оның қысымына байланысты.

Барлық спектрларының толқын ұзындығындағы дене беттерінің суммалы сәулеленуін - интегралды агынды сәулеленуі Фп деп атайды.

Интегралды ағынның сәулеленуі, беттер ауданына қатынасының, барлық мүмкін бағыттары бойынша, жартылай сфералық дене бүрышы ( =2л) шегіндегісін - үдемелі қарқынды сәулеленуі деп атайды:

(14. 2)

мұндағы - сәулелену ағыны, Вт; элементтен шығарылатын беттердің , м ² ауданы.

Белгілі температура кезіндегі әрбір толқын ұзындыгына сәйкес, белгілі спектрлі беттерінің ағынының сәулеленуі. .

Ламберт заңы. Дененің сәулеленуіндегі сәулелі энергия ағыны, кеңістікке әр түрлі бағыт бойынша, әр түрлі үдемелі қарқынмен таралады. Жеке бағыт бойынша, сәулелену агынының (сәулелену-шілігі) беттік тыгыздыгының өзгеруінің анықталуын Ламберттің косинусты заңы деп атайды.

Сұр дене үшін, сәулелену (сәулеленгіштігі) ағынының беттік тығыздығын, (14. 9) теңдеу бойынша анықтайды: