Tema 6. ABSORBŢIA LUMINII. DETERMINAREA COEFICIENTULUI ...

Tema 6.
ABSORBŢIA LUMINII. DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE
ABSORBŢIE PENTRU STICLĂ
La trecerea luminii printr-un mediu dat se produce o atenuare a
intensităţii luminii datorită interacţiunii dintre câmpul electromagnetic al
undei luminoase şi sarcinile electrice (electronii) din mediu (reamintim că
intensitatea unei unde este energia medie care străbate, în unitatea de
timp, unitatea de arie, normală la direcţia de propagare a undei).
Intensitatea unui fascicul paralel de lumină care străbate un mediu
va scădea conform legii de absorbţie:
−kx
I = Ioe
(1)
unde I o este intensitatea undei care pătrunde în mediu, I este intensitatea
de la distanţa x din mediu, iar k este coeficientul de absorbţie.
Coeficientul de absorbţie este caracteristic mediului şi depinde de
lungimea de undă a luminii.
Conform relaţiei (1), coeficientul k este egal cu inversul grosimii
pentru care intensitatea undei plane descreşte de e =2,72 ori; coeficientul
k se măsoară în (m -1 ).
Dispozitivul experimental (fig. 6.1), cu care ne propunem
verificarea legii de absorbţie (1) şi determinarea coeficientului de
absorbţie, trebuie să permită măsurarea intensităţii luminii care străbate
diferite grosimi de material. Sursa de lumină este un bec cu incandescenţă
B, aflat în focarul unei lentile convergente L1, spre a
obţine un fascicul paralel de lumină. Acest fascicul străbate mediul de
studiat şi apoi este focalizat cu lentila L2 pe o celulă fotovoltaică CF.
Deoarece coeficientul de absorbţie este dependent de lungimea de undă,
în calea fasciculului de lumină se aşază filtre F de culoarea (lungimea de
undă) dorită.
Curentul electric generat de fotocelulă în circuitul aparatului de
măsură este proporţional cu intensitatea luminii ce cade pe
fotocelulă,astfel că din (1) putem scrie şi

Absorbţia luminii 39
−kx
i = i0
e
(2)
unde i o este intensitatea curentului fotoelectric corespunzător radiaţiei
incidente în absenţa materialului
B
absorbant, iar i este curentul
corespunzător radiaţiei atenuate de o
L1
grosime x de material.
Relaţia (2) este echivalentă cu
CF
Lame
sticlă
F
L2
i
i
= −kx
ln (3)
0
din care se observă dependenţa
i
liniară a lui ln de grosimea x,
i0
care se reprezintă grafic printr-o
dreaptă a cărei pantă (coeficient
unghiular) este –k.
Modul de lucru
1. Pentru o anumită lungime
Fig. 6.1
de undă (un anumit filtru), se măsoară i o , corespunzător razei neatenuate
şi apoi i corespunzător radiaţiei luminoase atenuate de diverse grosimi x
de sticlă, interpuse între sursa luminoasă şi celulă (grosimea unei lame de
sticlă este de 1,4 mm). Rezultatele se trec într-un tabel de forma:
Nr.crt. Filtru o i x i ln( / o ) i i 1.
...
k
Se procedează asemănător pentru toate filtrele disponibile.
2. Cu datele din fiecare tabel se reprezintă graficul ln = f ( x)
.
o
Punctele experimentale se distribuie astfel încât confirmă dependenţa
i
i

40 FIZICĂ – Teme experimentale
liniară dată de (3), şi de aceea se trasează graficul, “printre” puncte, sub
forma unei drepte.
ln( i / i0
)
∆ ln( i / i0
)
∆x x
Fig. 6.2.
3. Pentru determinarea pantei dreptei obţinute experimental
pentru fiecare filtru, se aleg pe aceasta două puncte oarecare (în general,
altele decât cele obţinute experimental) (fig.6.2), cât mai îndepărtate unul
de altul, ale căror abscise (x 1 şi x 2) şi ordonate (ln[i 1/i0] şi ln[i 2/i0]) se
citesc pe axele graficului, iar panta va fi:
i2
i
ln − ln
∆ ln( i / io
) i0
i
− k = =
∆x
x − x
din care se obţine coeficientul de absorbţie k.
4. In cursul prelucrării datelor experimentale se va avea grijă să se
folosească în mod corect unitaţile de măsură, iar în tabloul de rezultate
acestea se vor preciza pentru fiecare mărime, când este cazul.
2
1
1
0
(4)

Absorbţia luminii 41
5. Se reprezintă, în final, graficul de variaţie a coeficientului de
absorbţie în funcţie de lungimea de undă a luminii absorbite, ştiind că
filtrele folosite în laborator transmit lumina cu următoarele lungimi de
undă:
Culoare filtru Lungime de undă
Roşu 770 nm
Portocaliu 660 nm
Galben 590 nm
Verde 550 nm
Albastru 1 490 nm
Albastru 2 430 nm
Întrebări
1. Ce este intensitatea unei unde?
2. Expresia legii de absorbţie, semnificaţii.
3. De cine depinde coeficientul de absorbţie?
4. Descrieţi dispozitivul experimental utilizat.
5. Justificaţi (deduceţi) relaţia (2).
6. Precizaţi unitatea de măsură SI pentru coeficientul de absorbţie.