Лабораторная работа определение длины световой волны: Урок 53. Лабораторная работа 13. Определение длины волны светового излучения с помощью дифракционной решётки

Содержание

Урок 53. Лабораторная работа 13. Определение длины волны светового излучения с помощью дифракционной решётки

Тема: Определение длины волны светового излучения с помощью дифракционной решётки

Цель: Познакомиться на опыте с явлением многолучевой интерференции световых волн. Используя решётку с известным расстоянием между штрихами измерить длину волны светового излучения.

Оборудование:

Штатив.
Дифракционная решётка 100 штрихов на мм.
Измерительная лента.

Теория

Дифракция волн — огибание волнами различных препятствий (неоднородностей).

Препятствия нарушают прямолинейность распространения фронта волны.

Дифракция волн свойственна всякому волновому движению; проявляется особенно отчетливо в случаях, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней, однако проявляется всегда.

Для увеличения яркости дифракционной картины нужно пропускать свет через несколько параллельных щелей. В этом случае кроме явления дифракции будет происходить ещё и явление интерференции, т.к. лучи, идущие от всех лучей, оказываются когерентными.

Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Дифракционная решетка – оптический прибор, представляющий собой большое число параллельных и очень близко расположенных узких щелей, которые пропускают или отражают свет.

Дифракционные решетки с различным числом щелей на 1 мм:

Параллельный пучок света с длиной волны λ, проходя через дифракционную решётку, вследствие дифракции за решёткой, распространяется по всевозможным направлениям и интерферирует. На экране, установленном на пути интерферирующего света, можно наблюдать интерференционную картину:

Максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие максимума:

Условие максимума: на разности хода волн укладывается четное число полуволн (целое число длин волн): Δ=k·λ, (1)

где Δ=АС — разность хода волн; λ — длина световой волны; k — номер максимума.

Центральный максимум (в точке О) называют нулевым; для него Δ=0. Слева и справа от него располагаются максимумы высших порядков.

Условие возникновения максимума можно записать иначе:

d·sinφ=k·λ

где k=0; ± 1; ± 2; ± 3…

Здесь d — период дифракционной решётки в мм, φ — угол, под которым виден световой максимум k-го порядка в точке N

на расстоянии а от нулевого максимума, а λ — длина волны.

Так как углы дифракции малы, то для них можно принять: sinφ ≈ tgφ, а tgφ=a/b.

Поэтому: , и искомая длина световой волны равна (2)

В данной работе формулу (2) используют для вычисления длины световой волны.

Из условия максимума следует sinφ=(k·λ)/d .

Пусть k=1, тогда sinφ_кр=λ_кр/d и sinφ_ф=λ_ф/d.

Известно, что λ_кр>λ_ф, следовательно sinφ_кр>sinφ_ф. Т.к. y= sinφ_ф — функция возрастающая, то φ_кр>φ_ф

Поэтому фиолетовый цвет в дифракционном спектре располагается ближе к центру.

Между максимумами расположены минимумы освещенности. Чем больше общее число щелей и чем ближе друг к другу они расположены, тем более широкими промежутками разделены максимумы.

Картина дифракции лазерного излучения красно цвета на решётках с различным числом щелей на 1 мм:

Ход работы

Перенести рисунок в тетрадь.

Подготовить таблицу для записи результатов измерений:

Порядок спектра, цвет k	Постоянная решётки, d мм	Расстояние от решётки до экрана, b мм	Расстояние от нулевого максимума до максимума k-порядка а мм	Длина волны, нм	Средняя длина волны нм	Относительная погрешность измерения δ %
1-ый, красный	1:100=0,001
2-ой, красный	1:100=0,001
1-ый, фиолетовый	1:100=0,001
2-ой, фиолетовый	1:100=0,001

Укрепить в штативе линейку с экраном и закрепить на направляющей линейки дифракционную решётку.
Установить расстояние от решётки до экрана 40 см (b).Результат записать в таблицу.
Смотря через дифракционную решётку, направить прибор на источник света. Пронаблюдать спектр:

Измерить на экране расстояние а между нулевым максимумом и максимумом 1-го порядка для красного света. Результат записать в таблицу.

Измерить на экране расстояние а между нулевым максимумом и максимумом 2-го порядка для красного света. Результат записать в таблицу.
Повторить опыт, измерив на экране расстояние а между нулевым максимумом и максимумом 1-го и 2-го порядка для фиолетового света. Результат записать в таблицу.
По формуле рассчитать длину волны излучения.
Найти среднее значение длины волны светового излучения для красного λкр ср=( λкр1+λкр2)/2
и фиолетового света . λф ср=( λф1+λф2)/2

Зная истинное значение длины волны лазерного излучения , рассчитать относительную погрешность измерений:

δ=( λкр ср — λкр табл)/

λкр табл *100% и δ=( λф ср — λф табл)/λф табл *100%

Диапазон длин волн, нм

Красный 625—740 нм (λ_{кр табл}= 680 нм)

Фиолетовый 380—440 нм (λ_{ф табл}= 410 нм)

Записать вывод по результатам выполненной работы.
Ответить письменно на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

Какие волны называются когерентными?
В чём заключается явление дифракции?
Какие свойства света подтверждает дифракция света?
При каких условиях наблюдается дифракция света?
Как образуется дифракционный спектр?
Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максимума?
В чём разница в дифракционных картинах решёток с 50 и 300 штрихами на одном миллиметре?

«Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки»

Лабораторная работа №11

Тема: «Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки»

Цель: определить длину световой волны красного и фиолетового цвета.

Необходимо знать: понятие длина волны, частота и скорость распространения света.

Необходимо уметь: работать с приборами, делать выводы на основе экспериментальных данных.

Оборудование: прибор для определения длины световой волны, дифракционная решетка, источник света.

Теоретические сведения

Параллельный пучок света, проходя через дифракционную решетку, вследствие дифракции за решеткой, распространяется по всевозможным направлениям и интерферирует. На экране, расположенном на пути интерферирующего света, можно наблюдать интерференционную картину. Максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие:  = n, где  – разность хода волн, n – номер максимума,  — длина световой волны. Центральный максимум называют нулевым; для него  = 0. Слева и справа от него располагаются максимумы высших порядков.

Дифракционная Экран

решетка

Условие возникновения максимума можно записать иначе:

n = dsin 

где d – период дифракционной решетки,  – угол, под которым виден световой максимум (угол дифракции).

Так как углы дифракции, как правило, малы, то для них можно принять

sin  = tg , а tg  = a/b

Поэтому n = da/b

Белый свет по составу – сложный. Нулевой максимум для него – белая полоса, а максимум высших порядков – набор семи цветных полос, совокупность которых называют спектром соответственно 1^го, 2^го, … порядка, причем, чем больше длина волны, тем дальше максимум от нулевого.

Получить дифракционный спектр можно, используя прибор для определения длины световой волны.

Ход работы

Установить на демонстрационном столе лампу и включить ее.
Смотря через дифракционную решетку, направить прибор на лампу так, чтобы через окно экрана прибора была видна нить лампы.
Экран прибора установить на расстоянии 400 мм от дифракционной решетки и получить на нем четкое изображение спектров 1^го и 2^{^го порядков.}
Определить расстояние от нулевого деления «0» шкалы экрана до середины фиолетовой полосы, как в левую сторону «а_л», так и в правую «а_п», для спектров первого порядка и вычислить среднее значение «а_ср.ф»

а_ср.ф1= (а_л+ а_п) / 2

кр. ф. ф. кр.

дифракционная решетка

Опыт повторить со спектром второго порядка. Определить для него а_ср.ф2

Такие же измерения выполнить и для красных полос дифракционного спектра.
Вычислить длину волны фиолетового света, длину волны красного света (для 1^го и 2^{^го порядков) по формуле:}

= ,

где d = 10^-5 м – постоянная (период) решетки,

n – порядок спектра,

b – расстояние от дифракционной решетки до экрана, мм

8. Определить средние величины:

λ_ф= ; λ_кр=

9. Определить погрешности измерений:

абсолютные – Δ λ_ф= |λ_ср.ф.— λ_таб.ф.| ; где λ_таб.ф = 0,4 мкм

– Δ λ_кр= |λ_ср.кр.— λ_таб.кр.| ; где λ_таб.кр = 0,76 мкм

относительные – δ λ_ф = %; δ λ_кр = %

10. Оформить отчет. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

№	Порядок спектра	граница спектра фиолет. цвета			граница спектра красн. цвета			длина световой волны
оп.	n	«а_л», мм	«а_п», мм	«а_ср» мм	«а_л», мм	«а_п», мм	«а_ср» мм	_ф, м	_кр, м

Сделайте вывод по проделанной работе.

Контрольные вопросы:

Что такое дифракция света?
Что такое дифракционная решетка?
Определить постоянную дифракционной решетки, если при освещении ее светом с длиной волны 600 нм максимум второго порядка виден под углом 7
Определить длину волны, если максимум первого порядка отстоит от нулевого максимума на 36 мм, а дифракционная решетка с постоянной 0,01 мм, находится от экрана на расстоянии 500 мм.

Литература:

Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего профессионального образования. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 448с.
Мякишев Г. Я. Физика: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2005. – 366с.

4-1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ

Лабораторная работа №4.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРИОДОВ ДВУХМЕРНОЙ СТРУКТУРЫ.

Цель работы: изучение дифракции света на одномерной и двухмерной структурах

Приборы и принадлежности: ОКГ, дифракционная решётка,

металлическая сетка, экран.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

При подготовке к лабораторной работе необходимо теоретические сведения к работе №3 «Изучение дифракции от щели».

Дифракционной решёткой называется совокупность большого числа одинаковых, отстоящих друг от друга на одно и то же расстояние щелей. Расстояние d между серединами соседних щелей называется периодом решетки.

Расположим параллельно решётке RR. собирающую линзу Л Л , в фокальной плоскости которой поставим экран ЭЭ . Выясним характер дифракционной картины, получающейся на экране при падении на решётку плоской световой волны ( для простоты будем считать, что волна падает на решётку нормально).

Каждая из щелей даст на. экране картину, типичную для дифракции от одной щели. Картины от всех щелей придутся на одно и то же место экрана ( т.к. независимо от положения щели, центральный максимум лежит против центра линзы).

Если бы колебания, приходящие в точку Р от различных щелей, были некогерентными, результирующая картина от N щелей отличалась бы от картины, создаваемой одной щелью, лишь тем, что все интенсивности возросли бы в N раз. Однако колебания от различных щелей являются когерентными, поэтому результирующая интенсивность будет отлична от NJφ ( Jφ — интенсивность, создаваемая одной щелью в направлении φ ).

Результирующее колебание в точке Р, положение которой определяется углом

(φ, представляет собой сумму N колебаний с одинаковой амплитудой Аφ , сдвинутых друг относительна друга по фазе на одну и ту же величину δ.

Интенсивность при этих условиях равна

Из (I) следует, что дифракционная картина от решетки является результатом дифракции волн на каждой щели (Jφ) и интерференции волн от различных щелей

Разность хода от соседних щелей равна :

Следовательно, разность фаз равна:

Подставим в формулу (I) выражение для Jφ и выражение (2) для δ, получим:

Первый множитель в (3) обращается в ноль в точках, для которых bsinφ =+- kλ

В этих точках интенсивность, создаваемая каждой из щелей в отдельность, равна нулю.

Второй множитель в (3) принимает значение N² в точках, удовлетворяющих условию dsinφ =+- mλ

Для направлений, определяемых этим условием, колебания от отдельных щелей взаимно усиливают друг друга, вследствие чего амплитуда колебаний в соответствующих точках экрана равна Amax=NAφ.

Условие (5) определяет положения максимумов интенсивности, называемых главными. Число m называется порядком главного максимума. Максимум нулевого порядка только один. максимумов 1-го, 2-го, и т.д. порядков имеется по два.

Возведя равенство (6) в квадрат, получим, что интенсивность главных максимумов Jmax в N² раз больше интенсивности J_φ , создаваемой в направлении одной щелью

Следовательно, при дифракции света на решетке из N правильно расположенных щелей, интенсивность растёт прямопропорционально квадрату числа щелей. Это есть следствие перераспределения полной , прошедшей через все щели световой энергии вследствие интерференции дифрагировавших пучков.

Кроме минимумов, определяемых условием (4), в .промежутках. между соседними главными максимумами имеется по (N-1) добавочному минимуму. Эти минимумы возникают в тех направлениях , для которых колебания от отдельных щелей взаимно погашают друг друга.

Направление добавочных минимумов определяется условием

В формуле (8) К^` принимает все целочисленные значения кроме 0, N, 2N… , т.е. кроме тех, при которых условие (8) переходит в условие (5).

Положение главных максимумов зависит от длины волны λ. Поэтому при пропускании через решетку белого цвета все максимумы, кроме центрального разложатся в спектр, фиолетовый конец которого обращен к центру дифракционной картины, красный – наружу. Т.о., дифракционная решетка представляет собой спектральный прибор.

Дифракция на двумерной структуре.

В работе исследуется дифракция луча He-Ne. лазера на двумерных структурах, в качестве которых используются сетки с прямоугольными равными по размерам ячейками. При рассмотрении одномерной задачи дифракции плоской волны на правильной структуре из m щелей учитывается изменение распределения интенсивности дифрагированного света лишь вдоль направления, перпендикулярного к образующим щелей. Ери перемещении же приемника вдоль образую-щих щелей эффектов дифракции не наблюдается . Представляет интерес рассмотреть дифракцию света в более сложных структурах. Рассмотрим двумерную систему, а именно две дифракционные решётки с периодами d1 и d2. Наложим их одна на другую так, чтобы щели первой решётки были перпендикулярны к щелям второй. Пусть ось X перпендикулярна к щелям первой решётки, а ось У — к щелям второй. При описании такой более сложной системы будем пользоваться не углами дифракции φ₁ , а дополнительными к ним углами α , β ,γ. Очевидно, что sinφ₁=cosα.

Тогда известное условие возникновения главных максимумов для первой решётки запишется в виде

Пусть нормально на такую систему двух дифракционных решеток падает плоская волна. Если обозначим через α₀, β_0, γ_0, углы

между нормалью к плоской волне и осями x,y,z то в нашем случае α₀=β₀=π/2; γ₀=0. Применяя теорию одномерной решетки, найдём, что положения главных максимумов в направлении оси должны удовлетворять условию:

Таким образом главные максимумы дифрагированного на двумерной структуре света возможны лишь в направлениях, удовлетворяющих

одновременно двум написанным выше условиям. Если в каждой решетке, образующих двумерную структуру, число щелей N1 и N2 достаточно велико, то максимумы будут очень острыми и практически вся световая энергия пойдёт только по этим «разрешетным» направлениям. На экране, расположенном в любом месте за системой решеток, получится дифракционная картина, представляющая собой четкие, симметрично расположенные световые пятна

Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки

Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки — n1.

doc

приобрести
Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки
скачать (112.5 kb.)
Доступные файлы (1):

n1.doc

113kb.

10.06.2012 10:15

скачать

Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки (Лабораторная работа)
Измерение длины световой волны с помощью (Документ)
Лабораторная работа № 5-5 Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки (Документ)
Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки (Документ)
Отчёты по лабораторным работам по курсу Волновая и геометрическая оптика и Квантовая оптика (Документ)
Определение длины волны с помощью дифракционной решетки (Документ)
Лабораторная работа № 16 Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки (Документ)
Изучение дифракционных решёток. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решётки (Документ)
Исследование дифракции Фраунгофера на дифракционной решётке Методическое руководство Москва 2014 г (Документ)
Отчет по лабораторной работе №505 По курсу «Физика» (Документ)
Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки (Документ)
Изучение дифракции света на простейших преградах (Вопрос)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «УФИМСКИЙ ГОСУДАРCТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин

Отчет по лабораторной работе № 4

ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

Выполнил:.

Проверил:

Допуск	Выполнение	Защита

2009
Лабораторная работа № 4

Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки
Цель работы: измерить длину световой волны с помощью дифракционной решетки
Принадлежности: дифракционная решетка 1/100, светофильтры, оптическая скамья, шкала со щелью, линейка, источники света

Краткая теория

Внешний вид установки, для определения длины световой волны изображен на рис.1. На оптической скамье может передвигаться пластина, в которой прорезана щель прямолинейной формы. Под щелью укреплена шкала с делениями. Щель освещается электрической лампочкой, между лампочкой и щелью вставляется монохроматический светофильтр. В другом конце оптической скамьи укреплен держатель Р, в который вставляется дифракционная решетка. Если смотреть на освещенную монохроматическим светом щель через дифракционную решетку, то кроме щели АВ по бокам видны симметричные изображения ее. Каждое боковое дифракционное изображение смещено в сторону на величину ВД₁ = ВД₂ =S. На рис.2 изображены лучи, образующие

изображенные щели, очевидно: tg ? = ВД₁/R = S/R, где R-расстояние от решетки до щели М.

Так как угол ? мал, то tg ? можно с достаточной степенью точности заменить sin ? = S/R.

Сравнивая последнее выражение с условием главного дифракционного максимума

d sin ? = m? получаем расчетную формулу:

Для определения ? передвигают шкалу-экран со щелью, добиваясь совмещения дифракционного изображения первого порядка (m = 1) с каким-нибудь делением шкалы М, отсчитывают положение шкалы-экрана по шкале оптической скамьи. Затем проделывают измерения для спектра второго порядка. Для спектра каждого порядка проводить однократные измерения.

Полученные данные заносят в таблицу

R₁	R₂	S₁	S₂	Светофильтр	?
15,1	15,4	1	2	Красный 7-1	662,3
16,5	16,2	1	2	Оранжевый 7-2	606
17	17,1	1	2	Желтый 7-3	588
16,7	16,5	1	2	Зеленый 7-4	598
19,3	19,6	1	2	Голубой 7-5	518
21	21,2	1	2	Синий 7-6	476
24,1	23,8	1	2	Фиолетовый 7-7	419

Рассчитаем длину волны для светофильтров 1 порядка:
662,3 Нм;

606 Нм;

588 Нм;

598 Нм;

518 Нм;

476 Нм;

419 Нм;
Длины волн светофильтров 2 порядка будут приблизительно равны длинам волн светофильтров 1 порядка
Вывод: На данной лабораторной работе мы измерили длину световых волн с помощью дифракционной решетки.

«Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки» — КиберПедия

Навигация:

Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные

Топ:

Когда производится ограждение поезда, остановившегося на перегоне: Во всех случаях немедленно должно быть ограждено место препятствия для движения поездов на смежном пути двухпутного…

Эволюция кровеносной системы позвоночных животных: Биологическая эволюция – необратимый процесс исторического развития живой природы…

Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует…

Интересное:

Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории. ..

Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются…

Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным…

Дисциплины:

Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 15Следующая ⇒

Цель работы: научиться опытным путем определять длину световой волны заданного цвета с помощью дифракционной решетки.

Средства обучения:

· оборудование: прибор для определения световой волны, дифракционная решетка, свеча.

· методические указания к выполнению лабораторной работы, калькулятор.

Ход выполнения лабораторной работы

Теоретическая часть

Длина волны λ – это расстояние между двумя, ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Длина волны определяется по формуле: (1), где d – период дифракционной решетки, k – порядок спектра, φ – угол наблюдения максимумов света. Так как углы, под которыми наблюдаются максимумы 1-го и 2-го порядков, не превышают 5⁰, то вместо синусов углов можно использовать тангенсы: (2), где а – расстояние от решетки до экрана, b – расстояние по шкале экрана от щели до выбранной линии спектра (см. рис). Подставив формулу (2) в (1), получим окончательную формулу для измерения длины волны: (3), где . Погрешности измерения длин волн в данной лабораторной работе не оцениваются из-за некоторой неопределенности выбора середины части спектра.

Вычисления и измерения

1. Установите дифракционную решетку в держатель (см. рис) и определите её период – d: d=______________________________.

2. Измерьте расстояние от решетки до экрана – а. а = __________

3. Укрепите за экраном свечу, зажгите ее. Смотря сквозь решетку и щель на яркий источник света, наблюдайте дифракционные спектры.

4. Измерьте расстояние слева и справа от центра щели до линии спектра нужного порядка заданного цвета (см. табл.1).

5. Рассчитайте длину волны по формуле (3) для каждого опыта:

№ докум.

Подпись

Лабораторная работа № 10

6. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу 1.

3. Таблица 1 –Результаты измерений и вычислений

№ оп.	Цвет спектра	d, м	a, м	k	b слева, м	b справа, м	b_ср.,м	λ, нм	λ_табл., нм
	красный
	зеленый
	фиолетовый
	красный
	зеленый
	фиолетовый

4. Убедитесь, что полученные результаты находятся в указанном диапазоне:

620нм<λкр.<800нм; 510нм<λз.<575нм; 380нм<λф.<450нм.

Обобщите результаты своей работы. Сделайте вывод по проделанной работе, указав на высокую (низкую) точность нахождения длин волн с помощью дифракционной решетки.

Вывод: _____________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Дайте определение дифракции света?

2. Что называют периодом дифракционной решетки?

3. Чем отличаются дифракционные спектры от дисперсионных?

Ответы:

№ докум.

Подпись

Лабораторная работа № 11

Лабораторная работа №11

Тема: «Оценка и расчет массы воздуха в кабинете физики»

Цель работы: научиться опытным путем определять массу воздуха в кабинете физики.

Средства обучения:

· оборудование: барометр, термометр, измерительная лента.

· методические указания к выполнению лабораторной работы, калькулятор.

Ход выполнения лабораторной работы

Теоретическая часть

Рассчитать массу воздуха в помещении можно, используя уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева – Клапейрона): (1), откуда масса определяется по формуле: (2), где m – масса воздуха, кг; р – давление, Па; V – объем помещения, м³;

М – молярная масса воздуха, М=29·10^-3 ; R – универсальная газовая постоянная, R=8,31 ;

Т – абсолютная температура, К; Т=t⁰C+273.

Вычисления и измерения

1. При помощи барометра определите значение давления воздуха в кабинете физики и переведите его в Па, учитывая, что 1мм.рт.ст.=133,3 Па.

р=_______________________________________=_______Па.

2. Определите температуру воздуха по шкале Цельсия при помощи термометра. Переведите её в абсолютную температуру по шкале Кельвина.

3. Определите объем кабинета физики, измерив длину, ширину и высоту помещения. Рассчитайте объем кабинета. Пусть а– длина комнаты; b — ширина, а c– высота, тогда V=a·b·c.

4. Рассчитайте массу воздуха по формуле (2):

m=———————————————————————=___________кг.

5. Рассчитайте число частиц N в помещении объемом V и концентрацию частиц n по формулам: и , где N_a — число Авогадро, N_a=6·10²³моль^-1

N= ———————— = ________________;

n= ————————- =________________.

6. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу 1.

3. Таблица 1 –Результаты измерений и вычислений

р, Па	а, м	b, м	с, м	V, м³	М,	t, ⁰C	Т, К	m, кг	N	n, м^-3

4. Обобщите результаты своей работы. Сделайте вывод по проделанной работе.

Вывод: ______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Какие величины характеризуют состояние макроскопических тел?

2. Что называют уравнением состояния?

3. Каков физический смысл постоянной Авогадро?

Ответы:

№ докум.

Подпись

Лабораторная работа № 12

Лабораторная работа №12

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого. ..

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни…

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)…

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим…

«Определение длины световой волны». Теоретические сведения.

Лабораторная работа № 6

Тема: «Определение длины световой волны»

Цель работы: научиться экспериментально определять длину световых волн с помощью дифракционной решётки.

Приборы и материалы: электрическая лампа с прямой нитью накала; измерительная установка с линейкой (ц. д. 1мм) и экраном с делениями; дифракционная решетка (1/100 мм).

Теоретические сведения.

В работе для определения длины световой волны используется дифракционная решетка с периодом d = 1/100 мм (период указан на решетке). Она является основной частью измерительной установки, показанной на рисунке. Решетка устанавливается в держателе 1, который прикреплен к концу линейки 2. На линейке же располагается черный экран 3 с узкой вертикальной щелью посредине. Экран может перемещаться вдоль линейки, что позволяет изменять расстояние между ним и дифракционной решеткой R. На экране и линейке имеются миллиметровые шкалы. Вся установка крепится на штативе 5.

Если смотреть сквозь решетку и прорезь на источник света (лампу накаливания или свечу), то на черном фоне экрана можно наблюдать по обе стороны от щели дифракционные спектры 1-го, 2-го и т. д. порядков.

Длину световой волны можно найти из уравнения λ = .
Поскольку углы, под которыми наблюдаются максимумы 1-го и 2-го порядков, не превышают 5°, можно вместо синусов углов использовать их тангенсы: ≈ tg .

Так как порядок дифракционного спектра k = 1,

а угол φ мал, то расчетная формула будет иметь вид λ = d .

Ход работы:

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений.

2. Соберите измерительную установку.

3. Глядя сквозь дифракционную решетку и щель в экране на источник света и перемещая решетку в держателе, установите ее так, чтобы дифракционные спектры располагались параллельно шкале экрана.

4. Вычислите длину волны красного цвета в спектре 1-го порядка справа и слева от щели в экране, определите среднее значение результатов измерения.

5. Проделайте то же для других цветов.

Цвет линии	d, м	k	R, м	l (слева), м	l (справа), м	l (среднее), м	l, нм
Фиолетовый
Синий
Голубой
Зелёный
Жёлтый
Оранжевый
Красный

6. Рассчитайте длины волн для семи цветов, и запишите их в таблицу

λ_ф =

λ_с =

λ_г =

λ_з =

λ_ж =

λ_о =

λ_к =

ВЫВОД: (Сравните полученные значения с табличными данными)

Простой метод измерения длины волны света

Том Кунцлеман | Вс, 04. 02.2018 — 10:02

Вот уже несколько лет я провожу простой лабораторный эксперимент, который позволяет учащимся рассчитать длину волны различных цветов света. Я использую это задание в начале семестра, когда студенты впервые узнают об измерениях, преобразовании единиц измерения и значащих цифрах. Если вы хотите пропустить чтение деталей, прокрутите немного вниз, и вы найдете видео, демонстрирующее экспериментальные детали и связанный с ними анализ данных.

Эксперимент основан на дифракции света светодиодов через дифракционную решетку. Я использую радужные очки для дифракционной решетки. Когда свет проходит через дифракционную решетку, часть его «отклоняется» от прямого пути (рис. 1):

дифракционная решетка (радужные очки). Расстояние между источником света и дифракционной решеткой обозначено L.

Обратите внимание, что мы можем направить дифрагированные лучи света назад к источнику света (рис. 2), так что расстояние y равно расстоянию между источником света и изображением его следующего ближайшего соседа, если смотреть через него. дифракционная решетка:

Это расстояние обозначается y.

Существует следующая зависимость между длиной волны излучаемого света, l, расстоянием между щелями в дифракционной решетке, d, y и L (см. вывод уравнения 1 в примечании 2):

Обычно этот эксперимент дает хорошие результаты. На самом деле, если учащиеся сообщают о результатах, которые не находятся в пределах 10% от соответствующей длины волны, я знаю, что что-то пошло не так. Иногда виноваты небрежные измерения. Однако чаще всего мешают ошибки в переводе единиц измерения. Я даю студентам значение d = 4,85 x 10 ^-4 см, а затем пусть они сообщат мне длину волны света в нм. Это необходимо для того, чтобы учащиеся правильно использовали экспоненциальную систему обозначений и преобразование метрических единиц (см в нм) для получения приемлемых результатов. Я также отмечаю, что учащиеся часто измеряют L в метрах, а y в сантиметрах, но не преобразуют их в согласованные единицы при использовании уравнения 1. Это, конечно, приводит к ложным результатам, но дает возможность преподавания важности уделения внимания единицам измерения. И всегда найдется ученик, который измеряет y в дюймах, а L в метрах, но не записывает единицы измерения.

Видео ниже демонстрирует, как проводить этот эксперимент и анализировать данные.

Примечания
1. Использование расстояния между щелями (d) в дифракционной решетке, записанное производителем очков, вызвало у меня некоторые затруднения в этом эксперименте. Радужные очки, которые я использую в этом эксперименте, имеют 500 линий на мм, что означает d = 2000 нм (1 мм / 500 линий = 0,002 мм; понимаете, почему это отличная лаборатория для преобразования единиц измерения?). Однако я использовал оптический микроскоп, оснащенный шкалой длины, для измерения d = 4850 нм в очках, которые я использую. Мораль этой истории такова: если вы заметите, что ваши измеренные длины волн не имеют смысла (например, 200 нм для красного света), то подумайте об измерении d для себя. Если у вас нет оптического микроскопа со шкалой длины, просто проведите этот эксперимент со светом известной длины волны и используйте следующее уравнение для определения d:0003
2. Преломление или дифракция света на дифракционной решетке определяется по формуле: q — это угол между прямолинейным лучом света и его следующим ближайшим соседом. Обратите внимание, что мы можем направить дифрагированные лучи света обратно к источнику света (рис. 1). Сделав это, мы получим треугольник с гипотенузой h, а полученные новые углы также будут равны 9.0073 q (рис. 3).
Рисунок 3 — Распространение дифрагированных световых лучей обратно через пространство к источнику света. Угол между прямым лучом и дифрагированными лучами равен q. Гипотенуза образовавшегося треугольника обозначается h. Двойная синяя стрелка представляет собой расстояние между источником света и его ближайшим соседом. Это расстояние обозначается y.

Можно заменить sin q = y/h в уравнении 2:
Используя h ² = L ² + y ² , мы получаем искомое уравнение:
информация ниже.
Вспомогательная информация:
Коллекция:
Лабораторные оценки и ресурсы
HS-PS4-1: частота, длина волны и скорость волн
Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут использовать математические представления для обоснования утверждений о взаимосвязях между частотой, длиной волны и скоростью волн, распространяющихся в различных средах.
*Дополнительную информацию обо всех DCI для HS-PS4 можно найти по адресу https://www.nextgenscience.org/topic-arrangement/hswaves-and-electromagnetic-radiation.
Резюме:
Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут использовать математические представления для обоснования утверждений о соотношениях между частотой, длиной волны и скоростью волн, распространяющихся в различных средах.
Граница оценки:
Оценка ограничивается алгебраическими отношениями и качественным описанием этих отношений.
Пояснение:
Примеры данных могут включать электромагнитное излучение, распространяющееся в вакууме и стекле, звуковые волны, распространяющиеся по воздуху и воде, и сейсмические волны, распространяющиеся по Земле.
HS-PS4-3: Волновая и корпускулярная теории электромагнитного излучения
Учащиеся, продемонстрировавшие понимание, могут оценить утверждения, доказательства и аргументы, лежащие в основе идеи о том, что электромагнитное излучение может быть описано либо волновой моделью, либо моделью частиц, и что в некоторых ситуациях одна модель более полезна, чем другая.
*Дополнительную информацию обо всех DCI для HS-PS4 можно найти по адресу https://www.nextgenscience.org/topic-arrangement/hswaves-and-electromagnetic-radiation.
Резюме:
Учащиеся, продемонстрировавшие понимание, могут оценить утверждения, доказательства и аргументы, лежащие в основе идеи о том, что электромагнитное излучение может быть описано либо волновой моделью, либо моделью частиц, и что в некоторых ситуациях одна модель более полезна, чем другая. Другой.
Граница оценки:
Оценка не включает использование квантовой теории.
Пояснение:
Акцент делается на том, как экспериментальные данные подтверждают утверждение и как теория обычно модифицируется в свете новых данных. Примеры явления могут включать резонанс, интерференцию, дифракцию и фотоэлектрический эффект.
HS-PS4-4: Частоты электромагнитного излучения
Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут оценить обоснованность и достоверность заявлений в опубликованных материалах о влиянии электромагнитного излучения различной частоты при поглощении веществом. *
*Более подробную информацию обо всех DCI для HS-PS4 можно найти по адресу https://www.nextgenscience.org/topic-arrangement/hswaves-and-electromagnetic-radiation.
Резюме:
Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут оценить обоснованность и достоверность утверждений в опубликованных материалах об эффектах, которые электромагнитное излучение различных частот оказывает при поглощении материей.
Граница оценки:
Оценка ограничена качественными описаниями.
Уточнение:
Акцент сделан на идее о том, что фотоны, связанные с разными частотами света, имеют разную энергию, и от энергии излучения зависит повреждение живых тканей от электромагнитного излучения. Примеры опубликованных материалов могут включать торговые книги, журналы, веб-ресурсы, видео и другие отрывки, которые могут отражать предвзятость.
2.1.5: Спектрофотометрия — Химия LibreTexts
Последнее обновление
Сохранить как PDF
Идентификатор страницы
1431
Спектрофотометрия — это метод измерения степени поглощения света химическим веществом путем измерения интенсивности света при прохождении луча света через раствор пробы. Основной принцип заключается в том, что каждое соединение поглощает или пропускает свет в определенном диапазоне длин волн. Это измерение также можно использовать для измерения количества известного химического вещества. Спектрофотометрия является одним из наиболее полезных методов количественного анализа в различных областях, таких как химия, физика, биохимия, материаловедение и химическая инженерия, а также в клинических применениях.
Введение
Каждое химическое соединение поглощает, пропускает или отражает свет (электромагнитное излучение) в определенном диапазоне длин волн. Спектрофотометрия — это измерение того, сколько химического вещества поглощает или пропускает. Спектрофотометрия широко используется для количественного анализа в различных областях (например, химия, физика, биология, биохимия, материаловедение и химическая инженерия, клиническое применение, промышленное применение и т. д.). Любое приложение, имеющее дело с химическими веществами или материалами, может использовать этот метод. В биохимии, например, он используется для определения катализируемых ферментами реакций. В клинических применениях он используется для исследования крови или тканей для постановки клинического диагноза. Существует также несколько вариантов спектрофотометрии, таких как атомно-абсорбционная спектрофотометрия и атомно-эмиссионная спектрофотометрия.
Спектрофотометр — это прибор, который измеряет количество фотонов (интенсивность света), поглощенных после прохождения через раствор образца. С помощью спектрофотометра можно также определить количество известного химического вещества (концентрации) путем измерения интенсивности обнаруженного света. В зависимости от диапазона длины волны источника света его можно разделить на два разных типа:
УФ-видимый спектрофотометр : использует свет в ультрафиолетовом диапазоне (185–400 нм) и видимом диапазоне (400–700 нм). спектра электромагнитного излучения.
ИК-спектрофотометр : использует свет в инфракрасном диапазоне (700–15000 нм) спектра электромагнитного излучения.
В видимой спектрофотометрии поглощение или пропускание определенного вещества можно определить по наблюдаемому цвету. Например, образец раствора, который поглощает свет во всех видимых диапазонах (т. е. не пропускает ни одну из видимых длин волн), теоретически кажется черным. С другой стороны, если пропускаются все видимые длины волн (т. Е. Ничего не поглощается), образец раствора кажется белым. Если образец раствора поглощает красный свет (~ 700 нм), он кажется зеленым, потому что зеленый является дополнительным цветом к красному. Спектрофотометры видимого диапазона на практике используют призму для сужения определенного диапазона длин волн (для фильтрации других длин волн), чтобы конкретный луч света проходил через образец раствора.
Устройства и механизм
На рисунке 1 показана основная структура спектрофотометров. Он состоит из источника света, коллиматора, монохроматора, селектора длины волны, кюветы для раствора образца, фотоэлектрического детектора и цифрового дисплея или измерителя. Подробный механизм описан ниже. На рис. 2 показан образец спектрофотометра (модель: Spectronic 20D).
Рисунок 1: Базовая структура спектрофотометров (CC BY-4.0; Heesung Shim через LibreTexts)
Обычно спектрофотометр состоит из двух устройств; спектрометр и фотометр. Спектрометр — это устройство, которое производит, обычно рассеивает и измеряет свет. Фотометр обозначает фотоэлектрический детектор, который измеряет интенсивность света.
Спектрометр : Излучает свет в желаемом диапазоне длин волн. Сначала коллиматор (линза) пропускает прямой пучок света (фотоны), который проходит через монохроматор (призму) и разделяет его на несколько составляющих длин волн (спектр). Затем селектор длины волны (щель) передает только нужные длины волн, как показано на рисунке 1.
Фотометр : после того, как свет с желаемой длиной волны проходит через раствор образца в кювете, фотометр определяет количество поглощенных фотонов и затем посылает сигнал на гальванометр или цифровой дисплей, как показано на рисунке. 1.
Рис. 2: Спектрофотометр с одной длиной волны
Спектрометр нужен для получения различных длин волн, потому что разные соединения лучше всего поглощают при разных длинах волн. Например, п-нитрофенол (кислотная форма) имеет максимальное поглощение примерно при 320 нм, а п-нитрофенолат (основная форма) лучше всего поглощает при 400 нм, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3: Поглощение двух разных соединений
график, который измеряет поглощение и длину волны, также можно наблюдать изобестическую точку. изобестическая точка — это длина волны, при которой поглощательная способность двух или более видов одинакова. Появление изобестической точки в реакции свидетельствует о том, что промежуточное соединение НЕ требуется для образования продукта из реагента. На рис. 4 показан пример изобестической точки.
Рисунок 4: Пример изобестической точки (CC BY-4.0; Heesung Shim через LibreTexts) кюветы и концентрации образца. Как только вы узнаете интенсивность света после его прохождения через кювету, вы можете соотнести ее с коэффициентом пропускания (T). Коэффициент пропускания — это доля света, проходящая через образец. Это можно рассчитать с помощью уравнения:
\(Пропускание (T) = \dfrac{I_t}{I_o}\)
Где I _t — интенсивность света после прохождения луча света через кювету, а I _o — интенсивность света до луч света проходит через кювету. Коэффициент пропускания связан с поглощением выражением:
\(Поглощение (A) = — log(T) = — log(\dfrac{I_t}{I_o})\)
Где поглощение обозначает количество фотонов, которое впитывается. Зная величину поглощения, известную из приведенного выше уравнения, вы можете определить неизвестную концентрацию образца, используя закон Бера-Ламберта. На рис. 5 показан коэффициент пропускания света через образец. Длина \(l\) используется для закона Бера-Ламберта, описанного ниже.
Рисунок 5: Коэффициент пропускания (CC BY-4.0; Heesung Shim через LibreTexts)
Закон Бера-Ламберта
Закон Бера-Ламберта (также известный как закон Бера) утверждает, что существует линейная зависимость между поглощением и концентрацией образца . По этой причине закон Бера может применяться только при наличии линейной зависимости. Закон Бера записывается как:
\(A = \epsilon{lc}\)
, где
\(A\) — мера поглощения (без единиц),
\(\эпсилон\) — молярный коэффициент экстинкции или молярная абсорбционная способность (или коэффициент поглощения),
\(l\) — длина пути, а
\(с\) — концентрация.
Молярный коэффициент экстинкции задается как константа и варьируется для каждой молекулы. Поскольку поглощение не имеет никаких единиц, единицы для \(\эпсилон\) должны компенсировать единицы длины и концентрации. В результате \(\эпсилон\) имеет единицы: л·моль ^— ^{1 9{-1}\) и длина пути 1 см. Используя спектрофотометр, вы находите, что \(A_{275}= 0,70\). Какова концентрация гуанозина?}
Решение
Чтобы решить эту задачу, вы должны использовать закон Бера.
\[A = \epsilon lc \]
0,70 = (8400 M ^-1 см ^-1 )(1 см)(\(c\))
Затем разделите обе части на [(8400 M ^-1 см ^-1 )(1 см)]
\(c\) = 8,33×10 ^-5 моль/л
Пример 2
Вещество в растворе (4 г/л). Длина кюветы 2 см и пропускает только 50% определенного светового пучка. Что такое коэффициент поглощения?
Решение
Используя закон Бера-Ламберта, мы можем вычислить коэффициент поглощения. Таким образом,
\(- \log \left(\dfrac{I_t}{I_o} \right) = — \log(\dfrac{0.5}{1.0}) = A = {8} \epsilon\)
Тогда получаем, что
\(\эпсилон\) = 0,0376
Пример 3
В приведенном выше примере 2, сколько луча света передается при 8 г/л?
Решение
Поскольку мы знаем \(\эпсилон\), мы можем рассчитать передачу, используя закон Бера-Ламберта. Таким образом,
\(\log(1) — \log(I_t) = 0 — \log(I_t)\) = 0,0376 x 8 x 2 = 0,6016
\(\log(I_t)\) = -0,6016
Следовательно, \(I_t\) = 0,2503 = 25%
Пример 4
Каков в приведенном выше примере 2 молярный коэффициент поглощения, если молекулярная масса равна 100?
Раствор
Его можно просто получить, умножив коэффициент поглощения на молекулярную массу. Таким образом,
\(\эпсилон\) = 0,0376 х 100 = 3,76 л·моль ^— ¹ ·см ^— ¹
при свете 450 нм. Какова концентрация при пропускании 40 % в кювете диаметром 2 см?
Раствор
Также можно решить с помощью закона Бера-Ламберта. Следовательно,
\[- \log(I_t) = — \log(0,4) = 0,20 \times c \times 2\]
Тогда \(c\) = 0,9948
Ссылки
Аткинс, Питер и Хулио де Паула. Физическая химия для наук о жизни. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 2006.
.
Чанг, Раймонд. Физическая химия для биологических наук. США: Университетские научные книги, 2005.
.
Гор, Майкл. Спектрофотометрия и спектрофлуориметрия. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 2000.
Прайс, Николас и Двек, Рэймонд и Вормолд, Марк. Принципы и проблемы физической химии для биохимиков. Р. Г. Рэтклифф. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 1997.
.
Ирвин Х. Сегель, Биохимические расчеты (как решать математические задачи в общей биохимии), 2-е издание, John Wiley & Sons, 1975
http://www.nist.gov/pml/div685/grp03/spectrophotometry.cfm
Авторы и авторство
Кевин Во (UCD)
2.1.5: Спектрофотометрия распространяется по незаявленной лицензии и была создана, изменена и/или курирована LibreTexts.
Наверх
Была ли эта статья полезной?
Тип изделия
Раздел или страница
Показать страницу TOC
нет на странице
Метки
изосбестический штифт
спектрофотометрия
Спектрофотометр — Conduct Science
Спектрофотометр
Нужен спектрофотометр для вашей лаборатории?
Спектрофотометр — обычное оптическое устройство, измеряющее интенсивность света по отношению к цвету (или длине волны). В лаборатории они используются для определения того, сколько света поглощается окрашенным химическим веществом, растворенным в растворе. Это позволяет нам рассчитывать концентрацию или чистоту химических веществ, анализировать конкретные химические характеристики, а также отслеживать и измерять химические реакции в режиме реального времени.
Поскольку спектрофотометры используют цветной свет для измерения поглощения окрашенных химических веществ, давайте кратко опишем основные принципы измерения цвета и поглощения света.
Цвет и светопоглощение
Цвет
Цвета, которые мы видим, представляют собой световые волны электромагнитного излучения, и каждый цвет имеет свою длину волны. Длина волны света, который мы можем видеть (видимый), составляет от 380 нанометров (нм) в фиолетовом диапазоне (V) до 750 нм в красном диапазоне (R). На рис. 1 показан видимый спектр.
Рисунок 1: Спектр видимого света. Числа представляют собой длину волны (нм) (источник: Wikimedia Commons, общественное достояние).
Светопоглощение
Цветные химические вещества имеют цвет, потому что они поглощают одни световые волны и отражают другие. Таким образом, красный химикат поглощает все световые волны и отражает свет с красной длиной волны обратно к нашим глазам. И синее химическое вещество отражает весь свет, кроме света с синими длинами волн.
Компоненты спектрофотометра
На рис. 2 показаны основные компоненты спектрофотометра. По сути, свет от определенного источника разделяется на разные длины волн (цвета), затем выбранная длина волны проходит через образец и измеряется его окончательная интенсивность. Разберем каждый компонент.
Рисунок 2: Основные компоненты спектрофотометра (источник: Wikimedia Commons, CC-BY-SA).
Источник света
В качестве источника света для спектрофотометра, измеряющего видимый свет, используется лампа накаливания с вольфрамовой нитью накаливания. Они выглядят как очень маленькие лампочки с двумя металлическими штырями.
Монохроматор
Монохроматор берет свет от лампы и разделяет его на разные цвета или длины волн. Он работает как призма, которая преломляет свет, разделяя свет на разные длины волн за счет преломления.
Диафрагма
Диафрагма — это просто отверстие, которое создает луч света. Размер отверстия можно регулировать больше или меньше.
Кювета (с образцом)
Кювета представляет собой небольшую квадратную пробирку, в которой находится раствор с окрашенным химическим веществом, которое мы хотим измерить (образец). Они могут быть изготовлены из стекла или пластика. Они могут вмещать объемы от 0,1 мл до 5 мл.
Фотодетектор/усилитель
Фотодетектор — это устройство, которое может преобразовывать свет в электрический сигнал. А усилитель усиливает электрический сигнал для повышения чувствительности.
Выходные данные
Спектрофотометры имеют цифровые показания для количественной оценки количества света, поглощаемого при прохождении через образец. В более старых моделях используются аналоговая стрелка и циферблат, а в новых моделях используются цифровые показания.
Использование спектрофотометра
Спектрофотометры используются для измерения количества света, поглощаемого окрашенным химическим веществом в растворе. Но как преобразовать числа на выходе в полезную информацию? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны понять оптическую теорию поглощения, описанную законом Бера-Ламберта.
Закон Бера-Ламберта
Закон Бера-Ламберта описывает взаимосвязь между абсорбцией и количеством химического вещества в растворе, а также расстоянием, которое свет должен пройти через образец.
Закон Бера-Ламберта: A = εcl, где A — коэффициент поглощения (без единиц), ε = молярный коэффициент экстинкции (M ^-1 см ^-1 ), c = концентрация вещества (M), и l = длина пути света (см).
Поглощение (А) определяют путем измерения интенсивности света, проходящего через образец (I), по сравнению с интенсивностью исходного света (I _или) (см. рис.2). Это называется коэффициентом пропускания (T) и определяется уравнением T = I / I _o .
Поглощение и пропускание связаны уравнением A = -log T. Итак, спектрофотометр измеряет T, затем вычисляет A, что отображается на выходном считывателе. Чем выше коэффициент поглощения, тем меньше света передается, что приводит к более высокому показателю выходного сигнала. Например, если пропускается 50% света (Т=0,5), то А=0,3. Точно так же, если передается только 10% света (T = 0,1), то A = 1. Поглощение также называют оптической плотностью (или OD).
Молярный коэффициент экстинкции (ε), выраженный в единицах M ^-1 см ^-1 , представляет собой постоянное число, определяющее количество света, которое химическое вещество поглощает при данной длине волны и концентрации. Его можно определить путем измерения поглощения химического вещества при определенной длине волны и концентрации (ε = A/c).
Согласно уравнению Бера-Ламберта абсорбция пропорциональна концентрации. То есть, чем более концентрировано окрашенное химическое вещество, тем больше света оно поглощает. Таким образом, удвоение концентрации удвоит количество поглощаемого света.
Длина пути означает, какое расстояние свет должен пройти через раствор. Он также пропорционален абсорбции, поэтому удвоение длины пути удваивает абсорбцию. Длина оптического пути большинства кювет постоянно составляет 1 см, поэтому единицы длины оптического пути исключаются из уравнения при расчете образцов.

Основные измерения
Спектрофотометры имеют область панели для установки длин волн, настройки других функций и отображения результатов. И у них есть область образца с квадратным держателем образца, который прекрасно подходит к кювете, расположенной прямо на пути светового луча, падающего на детектор. Зона пробы также закрыта от внешнего света, чтобы дополнительный свет не влиял на показания.
Если мы хотим узнать абсорбцию определенного химического вещества в растворе, мы должны также учитывать абсорбцию самого раствора. Итак, мы делаем две кюветы, одну только с раствором (контрольным или пустым), а другую с раствором и химическим веществом, которое мы хотим измерить.
Сначала в держатель образца помещается эталонный раствор. Спектрофотометр имеет кнопку для «тарирования» показаний абсорбции до A=0. Затем образец помещается в держатель, и на дисплее считывается абсорбция химического вещества.
Спектр поглощения
Спектр поглощения химического вещества — это количество света, которое оно поглощает на всех длинах волн от фиолетового до красного. Спектрофотометр измеряет оптическую плотность каждой длины волны, регулируя монохроматор. В зависимости от цвета раствора пик поглощения приходится на определенные длины волн.
Например, на рис. 3 показан спектр поглощения двух типов хлорофилла (a, b), биохимических веществ, которые делают растения зелеными. На графике показана зависимость поглощения от длины волны (нм). Мы видим пики поглощения на обоих концах светового спектра. Хлорофилл поглощает синий и красный свет и отражает зеленый свет.
Рисунок 3. Спектр поглощения хлорофилла-a,-b (источник: Wikimedia Commons, CC-BY-SA).
Измерение концентрации
Измерение концентрации химического вещества в растворе с помощью спектрофотометра является его наиболее распространенным применением. Преобразовав уравнение Бера-Ламберта (A = εcl) в формулу c = A/εl, мы можем рассчитать концентрацию непосредственно по показаниям абсорбции. Поскольку длина пути (l) равна 1 см, все, что нам нужно, это коэффициент экстинкции (ε). Коэффициенты экстинкции, как правило, уже известны, поэтому их легко подставить в уравнение и рассчитать концентрацию.
Например, ε для хлорофилла-а составляет 10 ⁵ M ^-1 см ^-1 . Таким образом, значение A=1,0 будет означать концентрацию хлорофилла = 1,0/10 ⁵ = 0,00001 моль (М) или 0,01 мМ (или 10 мкМ).
Коэффициент экстинкции также можно определить по спектру поглощения. На рисунке 3 есть два пика поглощения хлорофилла-а, один в синей области (430 нм), а другой в красной области (662 нм). Если измеряется известная концентрация хлорофилла-а, то ε (при 430 нм или 662 нм) можно рассчитать как ε = A/c.
Кинетика – изменение концентрации во времени
Химическая кинетика – это изучение реакций во времени. С помощью спектрофотометра мы можем отслеживать химическую реакцию в режиме реального времени. Таким же образом мы добавляем в кювету образец с одним реагентом и устанавливаем показание на ноль. Затем мы добавляем второй реагент, перемешиваем и измеряем абсорбцию продукта в различные моменты времени. Преобразуя поглощение в концентрацию, мы можем построить зависимость концентрации от времени и рассчитать скорость реакции. И, изменяя концентрации реагентов, мы анализируем характер самой химической реакции.

Типы спектрофотометров
Мы уже обсуждали спектрофотометры, использующие видимый свет для измерения окрашенных химических веществ. Существуют также спектрофотометры, использующие ультрафиолетовый свет (УФ), а некоторые используют более одного светового луча.
УФ-спектрофотометры
Большинство спектрофотометров видимого диапазона также используют УФ-излучение для измерения неокрашенных химических веществ, поглощающих УФ-свет с длинами волн от 180 до 400 нм. Вместо вольфрамовой лампы в качестве источника света в УФ-спектрофотометрах используется дейтериевая лампа (D2). Кроме того, необходимы специальные кюветы из кварца, поскольку стеклянные и большинство пластиковых кювет поглощают УФ-свет. Однако существуют УФ-кюветы, изготовленные из специального пластика.
УФ-спектрофотометр чаще всего используется для измерения концентрации ДНК и белков в растворе. ДНК поглощает ультрафиолетовый свет с длиной волны 260 нм, а белки поглощают ультрафиолетовый свет с длиной волны 280 нм.

Однолучевые и двухлучевые спектрофотометры
Однолучевые спектрофотометры имеют один луч, проходящий через образец. Однако перед считыванием образца необходимо измерить эталонный образец. В двухлучевом спектрофотометре одновременно измеряются два луча: один для эталонного образца, а другой для испытуемого образца.

Ограничения
Основное ограничение спектрофотометров заключается в том, что они не могут измерять химические вещества, которые не имеют цвета или не поглощают ультрафиолетовый свет. Однако мы можем добавить химические вещества, которые реагируют с неокрашенными соединениями, чтобы получить окрашенный продукт, который можно измерить.
Спектрофотометры лучше всего работают с разбавленными растворами, имеющими показатель поглощения от 0 до 1. Как описано выше, образец, который пропускает только 10 % света (90 % поглощается), дает показание 1. Аналогично, более концентрированный образец, который поглощает больше света и пропускает 1% света (99% поглощения) дает показание 2. Таким образом, наиболее точные показания поглощения находятся в диапазоне от 0 до 1 (от 0 до 90% поглощения). Если образец слишком концентрированный, его необходимо разбавить, измерить абсорбцию, а затем умножить на коэффициент разбавления.

Техническое обслуживание
К счастью, спектрофотометры сконструированы таким образом, что техническое обслуживание практически не требуется. Помимо поддержания их в чистоте и вытирания от пролитой жидкости, источники света необходимо менять, когда они перестают излучать достаточно света. Лучше всегда иметь под рукой дополнительные лампы на случай, если они перегорят.
Спектрофотометры являются одним из наиболее полезных научных инструментов для обнаружения, измерения и определения характеристик химических веществ в растворах. Для химических веществ, поглощающих свет, их спектры поглощения и концентрации можно определить быстро и легко. Их также можно использовать для измерения скорости химических реакций в режиме реального времени.
Связанные статьи
Основы лаборатории
Инвертированный световой микроскоп: подробное руководство для студентов-микробиологов и лаборантов
Микроскоп является важным инструментом, который используется в большинстве лабораторий. Мы бы ничего не знали об окружающих нас микроорганизмах, если бы этот невероятный инструмент знал
1 января 2017 г.
Основы лабораторной работы
Полное руководство по дозаторам
Нужны пипетки для вашей лаборатории? Нажмите здесь Как партнер Amazon Conductscience Inc получает доход от соответствующих покупок У современной пипетки яркая история
5 декабря 2017 г.
Лабораторные методы
Методы идентификации животных
Научные исследования, доклинические исследования и фармакологические исследования используют в качестве субъектов ряд лабораторных животных. Поэтому правильная идентификация животных становится необходимостью. Методы идентификации животных не
8 июня 2018 г.
Основы лабораторной работы
Световой микроскоп
Введение Световой или оптический микроскоп — это обычный лабораторный инструмент, который можно использовать для визуализации структур, размер которых меньше видимого
8 марта 2019 г.
Как работает спектрофотометр?
Как работает спектрофотометр
В нашем пост-спектрометре и спектрофотометре мы объяснили разницу между ними и то, как они связаны друг с другом. Там мы рассказали, что спектрофотометром может быть любое количество приборов, измеряющих свет, и что все спектрофотометры используют спектрометр. Однако не все спектрометры можно считать спектрофотометрами.
Спектрометр играет важную роль в измерении света, и многие другие аналитические приборы содержат спектрометры, в то время как спектрофотометр представляет собой полную систему, содержащую источник света и средство для сбора света для измерения. Кроме того, спектрофотометры считаются разновидностью фотометров.
Что измеряет спектрофотометр?
Спектрофотометры используют спектрофотометрию для измерения свойств пропускания и поглощения любого данного материала в зависимости от длины волны, таким образом определяя концентрацию аналита.
Проще говоря, спектрофотометры измеряют интенсивность света в зависимости от длины волны и могут определить концентрацию раствора, используя это измерение, на основе закона Бера-Ламберта (который в основном объясняет, что поглощение будет линейным по отношению к концентрации — по мере увеличения концентрации, так же как и абсорбция).
Спектрофотометры также измеряют интенсивность электромагнитного излучения на различных длинах волн.
Теперь, поскольку они измеряют частоту, излучаемую анализируемым веществом, спектрометры не имеют собственного устройства для определения излучаемой частоты. Вместо этого единицы измерения основаны на поглощении света – длине волны и интенсивности света. Длина волны пропускания или поглощения света измеряется в нанометрах. Из-за небольшого размера длины человеческий глаз не может точно определить его, поэтому требуется техника.
Спектрометр также может давать результаты по интенсивности света. Однако это требует использования нескольких сложных формул для расчета коэффициента пропускания объекта или образца.
Спектрометры измеряют более широкий диапазон, чем видимый свет, который представляет собой лишь часть длины волны света. Полная длина волны света идет от гамма-лучей (10-5 нанометров) до радиоволн (1013 нанометров). Радиоволны могут иметь длину в тысячи метров. Гамма-лучи настолько малы, что не видны человеческому глазу
Как работает спектрофотометр
Давайте сначала разберем все части прибора, так как это облегчает понимание того, как все работает вместе.
Источник света: Это то, что обеспечивает длины волн света с большой интенсивностью. Диапазон простирается от ближнего инфракрасного до ультрафиолетового диапазона и включает в себя спектр видимого света.
Монохроматор: Это устройство действует как селектор длины волны, который фильтрует свет от источника света таким образом, что передается только свет определенной длины волны или диапазон длин волн. Он состоит из рассеивающего элемента, входной щели, выходной щели и зеркал, которые вместе создают параллельный пучок света. Дисперсионным элементом может быть призма или дифракционная решетка. Оба элемента используются для разделения источника света на определенные части спектра. Например, при регулировке селектора переменной длины волны положение призмы изменяется таким образом, что световые волны с разной длиной волны направляются на отделение для образца, в котором находится анализируемый объект или образец.
Отделение для проб: Здесь вы найдете прозрачную пробирку, также известную как кювета, в которой находится образец, который вы хотите проанализировать, известный как аналит. Длины волн, которые вы выбираете с помощью монохроматора, проходят через аналит, который затем обнаруживается фотодетектором.
Детектор: Свет, проходящий через анализируемый образец, попадает на детектор, который может быть любого типа, включая фотоумножители (ФЭУ), кремниевые фотодиоды, фотодиоды InGaAs и фотопроводящие элементы, состоящие из зоны проводимости и валентной зоны. Однако наиболее распространенным детектором, используемым сегодня, является ФЭУ. В зависимости от целевой длины волны будет использоваться определенный детектор.
Дисплей: Этот компонент отображает коэффициент пропускания образца. Многие модели также отображают оптическую плотность образца. Современные спектрофотометры оснащены цифровым дисплеем для простоты использования.
Важной частью всего прибора является входная щель, поскольку размер этой щели определяет количество света, которое может проникнуть и быть измерено. Это влияет не только на быстродействие двигателя спектрометра, но и на оптическое разрешение. Оптическое разрешение выражается как полная ширина на половине максимума. Меньшие размеры щели приводят к лучшему разрешению. Щель можно регулировать, чтобы в спектрометр попадало больше или меньше света.
После того, как свет проходит через эту входную щель, он попадает на призму и преломляется, затем проходит через образец, который измеряется.
Общие типы спектрофотометров
Эти устройства могут быть либо однолучевыми, либо двухлучевыми. Однолучевые спектрофотометры измеряют интенсивность света до и после введения образца, а двухлучевые спектрофотометры сравнивают интенсивность света между эталонным световым путем и измеряемым образцом.
Двухлучевые модели более точны, потому что они не так чувствительны к колебаниям источника света, но однолучевые варианты имеют больший радиус действия и более компактны.
Кроме того, спектрофотометры часто классифицируют на основе специфического света, который они измеряют в электромагнитном спектре, таком как инфракрасный, ближний инфракрасный, ультрафиолетовый или видимый диапазоны. В зависимости от типа света, который пропускают ваши образцы, вы должны убедиться, что устройство может измерять этот диапазон.
Инфракрасный спектрометр
Инфракрасные спектрометры, иногда называемые ИК-спектрометрами, измеряют колебания в межатомных связях внутри испытуемого образца. Когда образец подвергается воздействию инфракрасного излучения, колебания измеряются на разных частотах. Этот спектрометр также может измерять количество поглощающих молекул.
Инфракрасные спектрометры могут идентифицировать и исследовать химические вещества в газообразной, твердой или жидкой форме. Он полезен для судебно-медицинской экспертизы, органической и неорганической химии, микроэлектроники, производства, истории искусств и многих других приложений.
Спектрометр комбинационного рассеяния
Спектрометры комбинационного рассеяния чаще всего используются в химии для получения структурных отпечатков пальцев для идентификации молекул. Этот тип спектроскопии основан на неупругом рассеянии фотонов. Он использует источник монохроматического света, обычно лазер. Как правило, это видимый свет, ближний инфракрасный или ближний ультрафиолетовый спектр, хотя также можно использовать рентгеновские лучи.
Лазер взаимодействует с возбуждениями в образце, что сдвигает энергию либо вверх, либо вниз. Этот сдвиг предоставляет информацию о колебательных модах, аналогичную информации, которую предлагает инфракрасная спектроскопия.
Спектрометр UV-Vis-NIR
Спектроскопия UV-Vis облучает образец ультрафиолетовым светом, который возбуждает электроны при поглощении световой энергии. Поглощение измеряется на основе того, насколько возбуждаются электроны. Этот тип спектроскопии обычно используется для исследования химической связи молекул в материале образца.
Спектроскопия ближнего ИК-диапазона основана на поглощении электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 780 до 2400 нанометров. Свет взаимодействует с образцом, а затем детектор измеряет пропускание и поглощение. Спектроскопия в ближнем ИК-диапазоне имеет широкий спектр применений, включая неонатальные исследования, определение уровня сахара в крови, функциональную нейровизуализацию, урологию, эргономику, химию атмосферы и многое другое.
Рентгеновский спектрометр
Рентгеновские спектрометры возбуждают внутренние электроны образца. Когда возбужденные электроны попадают в пустое пространство, образовавшееся в результате поглощения энергии, получается рентгеновское излучение.
Независимо от типа, производителя или модели спектрофотометра, который требуется вашей лаборатории, Excedr может помочь вам получить то, что вам нужно.
Аренда или покупка Спектрофотометра
Спектрофотометры являются дорогостоящим оборудованием. Независимо от того, насколько развита ваша лаборатория, покупка нового или бывшего в употреблении оборудования может сильно ударить по вашему бюджету.
Аренда вашего лабораторного оборудования, с другой стороны, позволяет вам приобретать необходимое оборудование по гораздо более доступной цене заранее.
А поскольку Excedr берет на себя все необходимое техническое обслуживание и ремонт оборудования, вы можете уделять больше времени и усилий действительно важным задачам.
224 Лаборатория физики: Микроволновая оптика
224 Лаборатория физики: микроволновая оптика

Обзор лаборатории 223 и 224 | Вернуться к физике 224 Labs
Назначение
Справочный материал
Цели эксперимента
Оборудование и установка
Советы и предостережения
Онлайн-помощь
Шаблон лабораторного отчета
Вопросы
Подталкивающие вопросы
ТА Примечания
Данные, результаты и графики
Ответы на вопросы
Лабораторное руководство
КУПОЛ Эксперименты

Назначение
Цель этого лабораторного эксперимента — исследовать поведение света. с помощью микроволнового передатчика и приемника.
Микроволновый передатчик Микроволновый приемник

Фон
Когда свет падает на зеркало, он отражается так, что угол падения , равно углу отражения, , или же
(1)
Микроволны — это световые волны, длины волн которых находятся в электромагнитном спектре. между 0,3 м и 10 ^-4 м и частотами между 10 ⁹ Гц и 10 ¹² Гц. (Кстати, микроволновые печи работают на длине волны 12,2 см. ) Микроволны, создаваемые клистроном , используемым в этих экспериментах, имеют длина волны чуть меньше 3 см, когда они распространяются по воздуху.
Микроволновый передатчик и приемник, используемые в этих экспериментах, включают в себя большие рупорные антенны и волноводов внутри корпуса каждого для сбора микроволновки. Применение граничных условий к электромагнитной волне внутри волновод показывает, что волна является незатухающей стоячая волна , только распространяющаяся вдоль оси направляющей. Однако, когда волна выходит из антенны и перемещается достаточно далеко от передатчика, волна распространяется как если бы находились в свободном пространстве. Интенсивность света в свободном пространстве уменьшается пропорционально квадрату расстояния, известному как привычное закон обратных квадратов :
(2)
Скорость любой волны определяется выражением
(3)
При распространении световой волны из одной среды в другую длина волны световая волна изменена. Однако частота волны делает , а не подвергаются изменению. Из закона преломления Снелла , световая волна изгибается согласно следующему уравнению:
(4)

Рис. 1. Преломление через полиэтиленовые шарики.

Мы будем использовать полусферу из пенопласта, содержащую полиэтиленовые шарики, для преломления микроволн. как показано на рисунке выше.
(5)
где и – показатели преломления воздуха и полиэтилена соответственно. Показатель преломления среды определяется как отношение скорости волны в вакууме к скорости волны в этой среде, или же
(6)

Цели
Использование плоскости отражения, гониометра и микроволнового передатчика и приемника чтобы проверить Уравнение 1, Закон Отражения.
С помощью измерительной линейки и микроволнового прибора убедитесь, что интенсивность света на расстоянии меняется в зависимости от закон обратных квадратов. (данные, полученные в этой задаче, могут быть использованы в задаче 3, так что прочитайте заранее, прежде чем продолжить.)
Используйте свои знания о стоячих волнах и необработанные данные из задачи 2. определить длину волны микроволн, поскольку они проходить по воздуху. (Также определите стандартное отклонение измерения. )
Определить скорость волны при ее распространении в воздухе, по показателю преломления воздуха. Из вашего расчета в Задаче 3 определить частоту волны по мере распространения в воздухе .
Используйте гониометр, контейнер с полиэтиленовыми шариками и микроволновую печь. аппарат для определения показателя преломления полиэтилена, . Выполните распространение неопределенности для эта цель.
Из ваших расчетов в предыдущих задачах определите частоту, Длина волны и скорость микроволн при их распространении через полиэтиленовые шарики.

Оборудование и установка
(Рис. 2.) Микроволновый передатчик.
(Рис. 3.) Микроволновый приемник.
(Рис. 4.) Плоскость отражения микроволн и гониометр.
(Рис. 5.) Настройка закона обратных квадратов.
(Рис. 6.) Настройка показателя преломления.
(Рис. 7.) Гониометр.
[Для увеличения нажмите на картинки.]
2 3
4 5
6 7

Советы и предостережения
Внимание!!! Хотя уровни мощности микроволн этого устройства не вредно, микроволны заставляют молекулы воды резонировать, поэтому никогда не направляйте клистрон (передатчик) на свое тело, особенно на себя. глаза.
Дайте клистрону прогреться около 2 минут, прежде чем начать эксперимент.
Микроволновый приемник имеет большое время отклика, поэтому при приеме показания регулируют аппаратом очень медленно , чтобы убедиться, что фиксируются колебания мощности.

Онлайн-помощь
Показатели преломления
Хороший урок по свету
Апплеты оптики
Различные уроки физики от iPhysics
Создать участки из два ряда данных на одном графике
Clemson Physics Лабораторные занятия
Измерение Неопределенность
Расчет стандартного отклонения с помощью Excel
Использование полос ошибок в Excel

Шаблон лабораторного отчета
Каждая лабораторная группа должна скачать шаблон лабораторного отчета и заполните соответствующую информацию при проведении эксперимента . Каждый человек в группе следует распечатать раздел «Вопросы» и ответить на них индивидуально. Поскольку каждая лабораторная группа сдает электронную копию лабораторного отчета, обязательно переименуйте файл шаблона лабораторного отчета. Соглашение об именах такое же, как следует:
[Номер таблицы][Краткое название эксперимента].doc.
Например, группа в лаборатории таблица № 5, работающая над экспериментом по закону идеального газа, переименует свой файл шаблона как «5 Закон о газе.doc» .

Вопросы
Каждый ученик должен скачать вопросы. Каждый человек в группе следует распечатать вопросы и ответить на них индивидуально . Обсуждение вопросов в группе приемлемо, но каждый учащийся несет ответственность за сдачу ответов, представляющих их собственную работу, а не работу других.

Вопросы о подталкивании
Эти подталкивающих вопроса предназначены для вам ответит ваша группа и проверит ваш TA , как вы выполняете лабораторную работу . Они следует ответить в лабораторной тетради.
Общие подталкивания
С какой точки измеряются положения передатчика и приемника?
Цель 1 Подталкивает
Какое у вас усиление? Почему?
Существует ли минимальное значение для ? Почему?
Какие количества вы будете строить? Каким, по-вашему, должен быть наклон графика?
Цель 2 толчка
Как узнать, справедлив ли закон обратных квадратов? Что вы планируете, чтобы показать это?
Почему приемник показывает колебания интенсивности при перемещении по измерительной ручке?
Вы измеряете интенсивность, когда колебания максимальны или минимальны, или и то, и другое? Почему?
Какое усиление установлено в приемнике?
Должен ли коэффициент усиления (переменная чувствительность) оставаться постоянным? Почему или почему нет?
Какова погрешность измерения положения?
Каково наименьшее количество показаний мощности?
Какова погрешность показаний мощности?
Цель 3 толчка
Почему приемник показывает колебания интенсивности при перемещении по измерительной рейке?
Как меняются максимумы колебаний в зависимости от положения? Это то, что вы ожидаете?
Как положение максимумов связано с длиной волны микроволн?
Сколько измерений вы смогли сделать?
Какова погрешность измерения длины волны? Как бы вы использовали Excel для расчета измерения стандартного отклонения?
Цель 4 толчка
Как вы будете рассчитывать и волны в воздухе? Какая еще информация вам нужна для этого?
Имеют ли смысл эти значения?
Цель 5 толчков
Какие экспериментальные методы вы будете использовать для измерения?
Почему для хранения полиэтиленовых шариков используется полусферический контейнер?
Имеет ли значение, как ориентирован полусферический контейнер — плоской стороной или изогнутой стороной к передатчику?
Можно ли использовать = 0° в качестве точки данных?
Важно ли расположение передатчика и приемника на гониометре? То есть важно ли учитывать их разделение?
Какие значения вы будете отображать для этой цели?
Чему равен наклон?
Какая еще информация вам нужна для расчета?
Используйте онлайн-помощник, чтобы определить допустимое значение .
Обсудите ошибку, связанную с тем, что микроволны преломляются не только полиэтиленовые шарики, но и пенопластовые стенки контейнера. Это может помочь узнать, что Пенополистирол также известен как полистирол .
Какова процентная ошибка вашего экспериментального значения?
Цель 6 толчков
Как ты посчитаешь, а волны в полиэтилене? Какая еще информация тебе нужно для этого?
Имеют ли смысл эти значения?
Как сделать , и значения здесь сравнить с теми, что в воздухе?

Примечания ТА
Это может быть объединено со следующей лабораторией и легко может быть трехнедельной лабораторией!

Данные, результаты и графики
Введите пароль ТА, чтобы просмотреть образцы данных и результаты этого эксперимент (формат MS Excel):

Ответы на вопросы
Введите пароль ТА для просмотра ответов на вопросы из этого эксперимент (формат MS Word):

Лабораторное руководство
Введите пароль TA, чтобы просмотреть лабораторное руководство, написанное для этого эксперимент (формат MS Word):

Эксперименты с КУПОЛОМ
На данный момент нет КУПОЛ эксперименты связанных с этим экспериментом.

Если у вас есть вопрос или комментарий, отправьте электронное письмо по адресу . Обзор лаборатории 223 и 224 | Вернуться к физике 224 Labs
Спектрофотометрия — Tip Biosystems
Основы спектрофотометрии
Цвет повсюду. Каждое химическое соединение поглощает, передает или отражает свет в электромагнитном спектре в длинах волн. Когда свет проходит через любой раствор, часть его поглощается. Спектрофотометрия позволяет проводить как качественный, так и количественный анализ. С увеличением концентрации вещества увеличивается поглощение света и уменьшается светопропускание.
Спектрофотометрия используется в химии, биохимии (для катализируемых ферментами реакций), физике, биологии и клинических исследованиях (исследование гематологии или тканей). Это позволяет ученым анализировать различные образцы без какого-либо контакта с кожей, поскольку образцы содержатся в небольшой пробирке, называемой кюветой, или, в случае с фотопеттой, измерения выполняются непосредственно в контейнере для образцов без необходимости его переноса.

Как работает спектрофотометр?
Портативный спектрофотометр – Photopette
Спектрофотометрия – это стандартный и недорогой метод измерения поглощения света или количества химических веществ в растворе. Он использует световой луч, который проходит через образец, и каждое соединение в растворе поглощает или пропускает свет с определенной длиной волны.
Спектрометрия измеряется спектрофотометром; прибор, состоящий из двух приборов – спектрометра и фотометра. Спектрометр производит свет с длиной волны, а фотометр измеряет интенсивность света, измеряя количество света, прошедшего через образец.
В дополнение к этим двум компонентам спектрофотометры состоят из источника света, монохроматора, камеры для образцов с кюветой, детектора (например, фотоумножителя или фотодиода) для обнаружения проходящего света, цифрового дисплея и анализатора данных. пакет программного обеспечения.
Источник света
Спектрофотометры работают от источников света. Из-за широкого спектра образцов источники света могут различаться по своей природе и использовать широкий спектр длин волн, включая видимый, УФ и ИК.
Монохроматор
Монохроматор (например, призма или решетка) внутри аппарата преломляет свет в единый спектр и рассеивает полихроматический свет на основные длины волн. Решетка делит доступный свет на разные сегменты. Решетки распространены в спектрофотометрах, использующих УФ, видимый и инфракрасный диапазоны.
Камера для проб
В камеру для проб оператор помещает пробу для анализа. Образцы обычно помещают в кювету, изготовленную из такого материала, как стекло или кварц.
Детектор
Детектор представляет собой светоприемный элемент, поглощающий энергию падающего света. Примеры типичных детекторов спектрофотометров включают фотоумножители и фотодиоды. Они преобразуют световую энергию в электрический сигнал, который преобразуется в показатель поглощения.
Цифровой дисплей
Современные спектрофотометры обычно имеют встроенный цифровой дисплей. Это дает операторам доступный способ изменять настройки прибора, устанавливать параметры метода и просматривать результаты. Однако на работу инструмента это никак не влияет.
Анализ данных
Наряду с цифровыми дисплеями, большинство спектрофотометров могут выполнять любые вычисления и анализ. После настройки всех параметров метода в приборе данные и результаты выводятся после завершения метода.
Длина волны поглощения
В спектрофотометре количество фотонов, поглощенных раствором, называется показателем поглощения. Чем больше длина пути, который свет должен пройти через раствор, прежде чем он достигнет детектора, тем больше вероятность поглощения фотона.
Различные соединения лучше всего поглощают на разных длинах волн. Спектрофотометр УФ-видимого диапазона использует свет в ультрафиолетовом диапазоне (185–400 нм) и видимом диапазоне (400–700 нм) спектра электромагнитного излучения. В то время как ИК-спектрофотометр использует свет в инфракрасном диапазоне (700–15000 нм).
Ультрафиолетовая (УФ) и видимая (VIS) спектроскопия показывает электронные переходы в атомах и молекулах, для измерения которых используется спектрофотометр. Соединения, поглощающие в видимой области, окрашены, тогда как соединения, поглощающие только в УФ-области, бесцветны.
Спектрофотометр UV-VIS обычно использует два источника света. Для УФ-области используется дейтериевая лампа, а для видимой области — вольфрамовая лампа. Эти лучи достигают монохроматора через зеркало. Длина волны красного света составляет от 700 до 750 нм, а синего — от 400 до 450 нм. Если длина волны короче 350 нм, это УФ-излучение, обладающее большей энергией.
Однолучевые и двухлучевые спектрофотометры
Обычно существует два типа спектрофотометров: однолучевые и двухлучевые. В однолучевых спектрофотометрах используется один пучок света — видимого или УФ — который проходит через образец в кювете. Интенсивность света измеряется до и после прохождения света через образец, и с помощью закона Бера-Ламберта (см. далее ниже) можно рассчитать концентрацию анализируемого вещества.
Двухлучевые спектрофотометры работают аналогично однолучевым спектрофотометрам, но с одним важным отличием. Исходный источник света разделен на два; один пучок проходит через образец, а другой — через раствор сравнения или растворитель. Тогда соотношение двух световых лучей соответствует оптической плотности образца.
Однолучевые спектрофотометры, как правило, более компактны и имеют более широкий динамический диапазон, но оптика в двухлучевом спектрофотометре обеспечивает более высокий уровень автоматизации, лучшую точность и может корректировать фоновое поглощение растворителя.
Пропускание и поглощение
Спектрофотометры измеряют поглощение (А) и пропускание (Т). Интенсивность света (I ₀ ) измеряет число фотонов в секунду. Когда свет проходит через пустой образец, он не поглощает свет, поэтому он обозначен как (I). В качестве эталона ученые используют холостые образцы без химических соединений. Они содержат все, что находится в кювете для образца, кроме одного материала, поглощение которого измеряется.
Для вычисления коэффициента пропускания используется следующее уравнение: = Интенсивность света перед прохождением через кювету (падающий свет)
Поглощение (А) = – log ₁₀ T = – log I _S /I _R

Закон)
Закон Бера-Ламберта (иногда называемый просто законом Бера) представляет собой зависимость между ослаблением света в веществе и свойствами вещества.
Закон Бера-Ламберта указывает, что количество света, поглощаемого веществом, пропорционально количеству концентрации образца. Это также определяется количеством растворенного вещества, которое присутствует. Но чтобы полностью понять закон Бера-Ламберта, важно понять взаимосвязь между поглощением и пропусканием.
Измерение поглощения
Молекулы образца или ионы в растворе можно обнаружить и количественно определить с помощью спектрофотометра и закона Бера-Ламберта с помощью следующего уравнения: A = ƐCL
A = поглощение света при определенной длине волны
Ɛ = молярный коэффициент экстинкции (оптическая плотность 1 моля вещества, растворенного в 1 литре растворителя)
C = молярная концентрация образца
L = длина оптического пути образца

Как измерить поглощение с помощью спектрофотометра
Чтобы измерить поглощение образца, вам необходимо знать значения трех факторов – молярного коэффициента экстинкции, молярной концентрации и длины оптического пути.
Молярный коэффициент экстинкции – Ɛ
Молярный коэффициент экстинкции – это значение, при котором химическое вещество ослабляет свет на данной длине волны. Единицей СИ является м2/моль, но иногда ее выражают как М-1 см-1 или л моль-1 см-1.
Вы можете получить молярный коэффициент экстинкции для вашего целевого образца из литературных источников.
Концентрация
Концентрация относится к концентрации образца. Это просто молярная концентрация, измеряемая в моль/л.
Длина пути
Длина пути относится к расстоянию, которое свет проходит через образец, поскольку поглощение прямо пропорционально пройденному светом расстоянию. Это определяется размером вашей кюветы.
Хотя определить поглощение по закону Бера-Ламберта относительно просто, убедитесь, что вы используете правильные единицы измерения или конвертируете их правильно, чтобы избежать ошибок в конечном результате.

Использование спектрофотометра
Спектрофотометрия — невероятно надежный метод, который был принят во многих областях науки, промышленности и производства. Ниже мы рассмотрим некоторые способы использования спектрофотометрии и почему.
Фармацевтическое производство
Понятно, что процесс производства фармацевтических препаратов тщательно контролируется, чтобы гарантировать, что конечный продукт соответствует заявленному.
Там, где это возможно, использование спектрофотометрии является быстрым и эффективным методом контроля качества сырья, промежуточных и конечных продуктов. Измеряя образцы и сравнивая их с образцами, можно понять, был ли изготовлен правильный состав и присутствуют ли какие-либо примеси.
Из-за небольшого размера образца, обычно необходимого для спектрофотометрии, этот метод также делает его невероятно экономичным методом, когда стоимость сырья высока.
Анализ воды
Качество воды чрезвычайно важно для промышленности, производства и потребления, однако определить качество без какой-либо формы тестирования может быть сложно. Спектрофотометрия обеспечивает неразрушающий метод анализа воды на качество, прозрачность и чистоту. Как правило, вода измеряется по шкале APHA или Хазена, которая изначально была введена для измерения сточных вод, но может применяться и к «более чистым» образцам.
Измерение качества воды имеет важные применения, такие как определение присутствия тяжелых металлов в питьевой воде, определение концентрации загрязняющих веществ в сточных водах и подтверждение чистоты воды для лабораторных испытаний или производственных процессов.

Часто задаваемые вопросы
В чем разница между спектрометром и спектрофотометром?
Хотя слова похожи, на самом деле они имеют разные значения. Спектрометр — это только одна часть всего спектрофотометра, и именно она в основном отвечает за измерения. Спектрофотометр — это слово, используемое для описания всего прибора.
В чем разница между поглощением и оптической плотностью?
Поглощение и оптическая плотность могут использоваться взаимозаменяемо, но означают разные вещи. Поглощение измеряет количество света, попадающего на детектор, тогда как оптическая плотность измеряет степень затухания или потери интенсивности света. Следовательно, оба измерения различны, однако большинство спектрофотометров могут давать оба результата.
No related posts.