Tema 6. ABSORBŢIA LUMINII. DETERMINAREA COEFICIENTULUI ...
Tema 6. ABSORBŢIA LUMINII. DETERMINAREA COEFICIENTULUI ...
Tema 6. ABSORBŢIA LUMINII. DETERMINAREA COEFICIENTULUI ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Tema</strong> <strong>6.</strong><br />
<strong>ABSORBŢIA</strong> <strong>LUMINII</strong>. <strong>DETERMINAREA</strong> <strong>COEFICIENTULUI</strong> DE<br />
ABSORBŢIE PENTRU STICLĂ<br />
La trecerea luminii printr-un mediu dat se produce o atenuare a<br />
intensităţii luminii datorită interacţiunii dintre câmpul electromagnetic al<br />
undei luminoase şi sarcinile electrice (electronii) din mediu (reamintim că<br />
intensitatea unei unde este energia medie care străbate, în unitatea de<br />
timp, unitatea de arie, normală la direcţia de propagare a undei).<br />
Intensitatea unui fascicul paralel de lumină care străbate un mediu<br />
va scădea conform legii de absorbţie:<br />
−kx<br />
I = Ioe<br />
(1)<br />
unde I o este intensitatea undei care pătrunde în mediu, I este intensitatea<br />
de la distanţa x din mediu, iar k este coeficientul de absorbţie.<br />
Coeficientul de absorbţie este caracteristic mediului şi depinde de<br />
lungimea de undă a luminii.<br />
Conform relaţiei (1), coeficientul k este egal cu inversul grosimii<br />
pentru care intensitatea undei plane descreşte de e =2,72 ori; coeficientul<br />
k se măsoară în (m -1 ).<br />
Dispozitivul experimental (fig. <strong>6.</strong>1), cu care ne propunem<br />
verificarea legii de absorbţie (1) şi determinarea coeficientului de<br />
absorbţie, trebuie să permită măsurarea intensităţii luminii care străbate<br />
diferite grosimi de material. Sursa de lumină este un bec cu incandescenţă<br />
B, aflat în focarul unei lentile convergente L1, spre a<br />
obţine un fascicul paralel de lumină. Acest fascicul străbate mediul de<br />
studiat şi apoi este focalizat cu lentila L2 pe o celulă fotovoltaică CF.<br />
Deoarece coeficientul de absorbţie este dependent de lungimea de undă,<br />
în calea fasciculului de lumină se aşază filtre F de culoarea (lungimea de<br />
undă) dorită.<br />
Curentul electric generat de fotocelulă în circuitul aparatului de<br />
măsură este proporţional cu intensitatea luminii ce cade pe<br />
fotocelulă,astfel că din (1) putem scrie şi
Absorbţia luminii 39<br />
−kx<br />
i = i0<br />
e<br />
(2)<br />
unde i o este intensitatea curentului fotoelectric corespunzător radiaţiei<br />
incidente în absenţa materialului<br />
B<br />
absorbant, iar i este curentul<br />
corespunzător radiaţiei atenuate de o<br />
L1<br />
grosime x de material.<br />
Relaţia (2) este echivalentă cu<br />
CF<br />
Lame<br />
sticlă<br />
F<br />
L2<br />
i<br />
i<br />
= −kx<br />
ln (3)<br />
0<br />
din care se observă dependenţa<br />
i<br />
liniară a lui ln de grosimea x,<br />
i0<br />
care se reprezintă grafic printr-o<br />
dreaptă a cărei pantă (coeficient<br />
unghiular) este –k.<br />
Modul de lucru<br />
1. Pentru o anumită lungime<br />
Fig. <strong>6.</strong>1<br />
de undă (un anumit filtru), se măsoară i o , corespunzător razei neatenuate<br />
şi apoi i corespunzător radiaţiei luminoase atenuate de diverse grosimi x<br />
de sticlă, interpuse între sursa luminoasă şi celulă (grosimea unei lame de<br />
sticlă este de 1,4 mm). Rezultatele se trec într-un tabel de forma:<br />
Nr.crt. Filtru o i x i ln( / o ) i i 1.<br />
...<br />
k<br />
Se procedează asemănător pentru toate filtrele disponibile.<br />
2. Cu datele din fiecare tabel se reprezintă graficul ln = f ( x)<br />
.<br />
o<br />
Punctele experimentale se distribuie astfel încât confirmă dependenţa<br />
i<br />
i
40 FIZICĂ – Teme experimentale<br />
liniară dată de (3), şi de aceea se trasează graficul, “printre” puncte, sub<br />
forma unei drepte.<br />
ln( i / i0<br />
)<br />
∆ ln( i / i0<br />
)<br />
∆x x<br />
Fig. <strong>6.</strong>2.<br />
3. Pentru determinarea pantei dreptei obţinute experimental<br />
pentru fiecare filtru, se aleg pe aceasta două puncte oarecare (în general,<br />
altele decât cele obţinute experimental) (fig.<strong>6.</strong>2), cât mai îndepărtate unul<br />
de altul, ale căror abscise (x 1 şi x 2) şi ordonate (ln[i 1/i0] şi ln[i 2/i0]) se<br />
citesc pe axele graficului, iar panta va fi:<br />
i2<br />
i<br />
ln − ln<br />
∆ ln( i / io<br />
) i0<br />
i<br />
− k = =<br />
∆x<br />
x − x<br />
din care se obţine coeficientul de absorbţie k.<br />
4. In cursul prelucrării datelor experimentale se va avea grijă să se<br />
folosească în mod corect unitaţile de măsură, iar în tabloul de rezultate<br />
acestea se vor preciza pentru fiecare mărime, când este cazul.<br />
2<br />
1<br />
1<br />
0<br />
(4)
Absorbţia luminii 41<br />
5. Se reprezintă, în final, graficul de variaţie a coeficientului de<br />
absorbţie în funcţie de lungimea de undă a luminii absorbite, ştiind că<br />
filtrele folosite în laborator transmit lumina cu următoarele lungimi de<br />
undă:<br />
Culoare filtru Lungime de undă<br />
Roşu 770 nm<br />
Portocaliu 660 nm<br />
Galben 590 nm<br />
Verde 550 nm<br />
Albastru 1 490 nm<br />
Albastru 2 430 nm<br />
Întrebări<br />
1. Ce este intensitatea unei unde?<br />
2. Expresia legii de absorbţie, semnificaţii.<br />
3. De cine depinde coeficientul de absorbţie?<br />
4. Descrieţi dispozitivul experimental utilizat.<br />
5. Justificaţi (deduceţi) relaţia (2).<br />
<strong>6.</strong> Precizaţi unitatea de măsură SI pentru coeficientul de absorbţie.