изучение закона поглощения света в жидкости. Вотякова Мария Д 4.3. Закон ЛамбертаБугераБера и измерить коэффициент поглощения крепкого чайного настоя
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
Лабораторная работа Д 4.3 Изучение закона поглощения света в жидкости Цель работы: экспериментально проверить закон Ламберта-Бугера-Бера и измерить коэффициент поглощения крепкого чайного настоя. Оборудование: источник света, высокий стакан, линейка, черная бумага, настой чайных листьев, белая пластиковая крышка на тонком стержне-держателе, телефон, приложение для определения яркости, пластилин, кухонные весы. Теоретическая справка Молекулы веществ способны поглощать световую энергию на определенных частотах. Можно утверждать, что ослабление интенсивности будет пропорционально количеству молекул, провзаимодействовавших со светом. Пусть 𝑝 – вероятность поглощения фотона молекулой, тогда при взаимодействии с 𝑁 молекулами число фотонов уменьшится на (1) Пусть световой поток падает на плоский слой поглощающего вещества толщиной 𝑑𝑥 перпендикулярно его поверхности площадью 𝑆. Если обозначить концентрацию молекул в слое как 𝑛, то 𝑁 = 𝑛𝑆𝑑𝑥. Таким образом, скорость изменения интенсивности пропорциональна интенсивности (2) Проинтегрировав это выражение, получим закон Ламберта-Бугера-Бера (3) 𝐼0 – интенсивность падающего на поглощающую среду света (𝑥 = 0), 𝛼 –коэффициент поглощения, 𝑥 – длина пути света в поглощающей среде. Экспериментальная установка Л –настольная лампа Д – белый диск (крышка от банки с кремом) ПК - приложение Lux Light Meter Pro. Ход работы 1. Регистрация 𝐼0. (Измерение яркости изображения, при положении колпачка чуть ниже поверхности жидкости). 2. Измерение яркости изображения при постепенном погружении диска в чайный раствор Результаты измерений Табл. 1 Яркость изображения в зависимости от глубины погружения (время заварки 10 мин) Табл. 2 Яркость изображения в зависимости от глубины погружения (время заварки 30 мин) Обработка результатов измерений Табл. 3 Данные для построения графика 𝑙𝑛(𝐸/𝐸0(2h)) (время заварки 10 мин) Табл. 4 Данные для построения графика 𝑙𝑛(𝐸/𝐸0(2h)) (время заварки 30 мин) Рис 2. Графики зависимости 𝑙𝑛(𝐸/𝐸0) от удвоенной глубины (погрешность приложения считается равной 10%) Табл. 5 МНК (10 мин) Табл. 6 МНК (30 мин) Используя (3) Коэффициент поглощения 𝛼 = (0,1666 ±0,0075) см−1 для заварки 10 минут E=4,4% Коэффициент поглощения 𝛼 = (0,2143 ±0,0084) см−1 для заварки 30 минут E=3,9% 2 4 6 8 10 12 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 ln(E/E0) 2h (см) 10 мин 2 4 6 8 10 12 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 ln(E/E0) 2h (см) 30 мин 5 10 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 Е (усло вн ых е диниц) 2h (см) Equation y = a + b*x Plot Е Weight No Weighting Intercept 0,28238 ± 0,058 Slope -0,1666 ± 0,0075 Residual Sum of Squar 0,01586 Pearson's r -0,99594 R-Square (COD) 0,9919 Adj. R-Square 0,98988 10 мин 5 10 -2 -1 0 E (усло вн ых е диниц) 2h (см) Equation y = a + b*x Plot E Weight No Weighting Intercept 0,39812 ± 0,0661 Slope -0,21433 ± 0,0084 Residual Sum of Square 0,02017 Pearson's r -0,99688 R-Square (COD) 0,99377 Adj. R-Square 0,99221 30 мин 3. Изучение зависимости относительной концентрации поглощающих веществ от времени заваривания Результаты измерений Табл. 7 Яркость изображения в зависимости от времени заваривания Обработка результатов измерений Рис. 3 График зависимости яркости изображения от времени заваривания (погрешность приложения считается равной 10%) Табл. 8 Данные для построения графика n/nкон(t) 0 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 250 300 350 E (усло вн ых е диниц) t (мин) Рис. 4 График зависимости относительной концентрации поглощающих веществ от времени заваривания Вывод: Проведенный эксперимент позволил экспериментально подтвердить закон Ламберта-Бугера-Бера и измерить коэффициент поглощения крепкого чайного настоя. Максимальная погрешность измерения составила 4,4%. Она связана с неидеальными условиями проведения эксперимента и непрофессиональным оборудованием. Также исследовать и визуализировать изменение концентрации поглощающих частиц в настое в зависимости от времени. 0 5 10 15 20 25 30 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 n/n кон t (сек) |