Расчет спектральных характеристик
Раздел «СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ»
Практическая работа №1
Расчёт основных характеристик электромагнитного излучения.
Электромагнитное излучение – это: 1. распространение электромагнитной волны;
2. поток фотонов с различной энергией.
Таким образом, свет имеет двойную природу – дуализм.
Дуализм
волновые корпускулярные
явления явления
преломление поглощение
отражение и излучение энергии
рассеяние, интерференция характеристики
и дифракция света Е = hu
характеристики
u, l, ΰ
1. Длина волны l – минимальное расстояние между точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Она измеряется в мм., нм, Å.
2. Частота u – число колебаний в одну секунду, измеряется в Гц; Гц = .
3.Волновое число ΰ – 1. число длин волн на одной единице длины
2. величина, обратная длине волны.
|
|
С точки зрения Максвелла, электромагнитная волна – это перемещение магнитного поля, связанное с электрическим полем.
Вектор электрического поля – Е; вектор магнитного поля – Н.
Х – расстояние, пройденное волной
с / λ = υ
С корпускулярной точки зрения поглощение энергии наблюдается при переходе элементарной системы (атом, молекула, твёрдое тело) с одного уровня на другой (возбуждённый и невозбуждённый).
Связь между волновой и корпускулярной природой света описывается уравнением Планка:
По уравнению Эйнштейна
- постоянная Планка
m – масса фотона; с – скорость света в вакууме.
Таким образом, все четыре величины (Е, υ, λ, ΰ) связаны между собой, и любую из них можно использовать в качестве характеристики квантов электромагнитного излучения.
Задания для студентов
1. Интенсивная линия в спектре элемента имеет длину волны l. Определить частоту n (Гц), волновое число ΰ (см-1) и энергию фотона ΔЕ (Дж).
Вариант | Элемент | λ, Å |
1 | Н | 1215,7 |
2 | Ru | 3500 |
3 | Fe | 2411,06 |
4 | Fe | 3057,5 |
5 | Мо | 2816,15 |
6 | Сu | 3273,96 |
7 | Ni | 2394,51 |
|
|
2. В спектре поглощения паров вещества имеется полоса ΰ. Определить λ (нм) и энергию фотона (эВ). В какой области спектра лежит эта полоса?
Вариант | ΰ, см-1 |
1 | 1542 |
2 | 825 |
3 | 1,416·104 |
4 | 2715 |
5 | 2,07·105 |
6 | 49850 |
7 | 2,65·104 |
3. Величина энергетического перехода из возбужденного состояния атома элемента соответствует ΔΕ. Излучение какой частоты и какой длины волны (Å) испускает при этом атом, в какой области спектра лежит соответствующая спектральная линия?
Вариант | Элемент | ΔΕ |
1 | В | 4,92 эВ |
2 | Н | 10,1 эВ |
3 | Тl | 2,3 эВ |
4 | Аl | 4,99·10-19Дж |
5 | Ве | 3,93 эВ |
6 | Sr | 3,01 эВ |
7 | Са | 5,02·10-19 Дж |
4. Для середины каждой области электромагнитного спектра определите, сколько соответствующих фотонов (квантов) должно поглотить тело, чтобы приобрести энергию, равную одной миллионной доли джоуля.
Вариант | Область ЭМ-спектра |
1 | Микроволновая |
2 | Дальняя ИК |
3 | Ближняя ИК |
4 | Видимая |
5 | УФ |
6 | Вакуумная УФ |
7 | Рентгеновская |
Практическая работа № 2
Основные явления волновой оптики
Расчет спектральных характеристик
В однородной прозрачной среде свет способен распространяться прямолинейно.
|
|
При попадании луча света на границу раздела двух сред наблюдаются явления преломления и отражения света.
При распространении света в неоднородной среде могут наблюдаться дифракция, интерференция, рассеивание, дисперсия.
Все эти явления относятся к основным явлениям волновой оптики.
1. Закон отражения: падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости и угол падения равен углу отражения.
2. Преломление света – это изменение скорости и направления распространения света при переходе из одной среды в другую. Отношение скорости распространения света в вакууме к скорости распространения света в какой-либо материальной среде называется абсолютным показателем преломления данной среды
n = с/v,
где с – скорость света в вакууме, v – скорость света в данной среде.
Отношение показателей преломления различных сред называется относительным показателем преломления
n21 = v1/v2.
Показатель преломления определяется по формуле
n21 = sin α/sinβ,
где α – угол падения, β – угол преломления.
3. Интерференцией света называется наложение двух или нескольких когерентных световых волн в одной точке пространства. Результатом является взаимное усиление или ослабление интенсивности лучей. Максимальное усиление наблюдается для лучей с одинаковыми фазами колебаний (Δφ=0). Наибольшее ослабление интенсивности наблюдается для лучей с разностью фаз в ½ периода (Δφ=180о).
|
|
4. Дифракция – это явления, связанные с отклонением от законов геометрической оптики при распространении света в среде с резкими неоднородностями, например, при прохождении света сквозь малые отверстия (когда величина отверстия соизмерима с длиной волны).
Величину дифракции характеризуют углом, внутри которого заключен основной световой поток - 2θ0.
Наименьший угол дифракции θ0 рассчитывается по формуле
Sin θ0 = λ/а,
где λ – длина волны, а –ширина щели.
5. Дисперсия – это отделение в пространстве лучей с различными длинами волн. Так как угол дифракции зависит от длины волны, то при прохождении белого света сквозь узкую щель наблюдается разложение излучения в спектр.
Интерференция, дифракция и дисперсия имеют общий физический смысл – перераспределение светового потока в результате суперпозиции (наложения) волн.
Задания для студентов
1. Показатель преломления одного из сортов оптического стекла –n1, а воды n2=1,333. Определите, на какой угол β отклонится луч, если угол падения на границу раздела этих сред равен α.
Вариант | n1 | Направление луча | α, о |
1 | 1,55 | Из стекла в воду | 30 |
2 | 1,35 | Из воды в стекло | 25 |
3 | 1,48 | Из стекла в воду | 28 |
Вариант | n1 | Направление луча | α, о |
4 | 1,50 | Из воды в стекло | 32 |
5 | 1,52 | Из стекла в воду | 20 |
2. Определите величину дифракции 2θ0 для параллельного пучка монохроматического света с длиной волны λ, прошедшего через щель шириной а.
Вариант | λ, нм | а, мм |
1 | 500 | 0,1 |
2 | 440 | 0,08 |
3 | 540 | 0,1 |
4 | 590 | 0,05 |
5 | 400 | 0,05 |
3. Определите ширину изображения щели с учетом дифракции на экране, расположенном на расстоянии b от щели шириной а для монохроматического света с длиной волны λ. Нарисуйте схему опыта. В какой цвет будут окрашены концы изображения щели на экране при прохождении белого света, почему?
Вариант | b, см | а | λ |
1 | 20 | 200 мк | 4000 Ǻ |
2 | 30 | 0,03 мм | 480 нм |
3 | 25 | 150 мк | 590 нм |
4 | 40 | 0,20 мм | 540 нм |
5 | 40 | 50 мк | 4400 Ǻ |
4. За экраном с прямоугольной щелью на расстоянии b расположен объектив диаметром d. Какую наименьшую ширину щели а можно взять, чтобы основная часть (главный дифракционный максимум) света с длиной волны λ после щели попадала в объектив?
Вариант | b, см | d, мм | λ |
1 | 18 | 60 | 5500 Å |
2 | 20 | 60 | 590 нм |
3 | 35 | 50 | 540 нм |
4 | 35 | 40 | 4400 Å |
5 | 15 | 40 | 8700 Å |
Практическая работа № 3
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 331; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!