Для сажі коефіцієнти пропускання. Коефіцієнти відображення, пропускання та поглинання, оптична щільність

Колір різних предметів, освітлених одним і тим же джерелом світла (наприклад, сонцем), буває дуже різноманітний, незважаючи на те, що всі ці предмети освітлені світлом одного складу. Основну роль таких ефектах грають явища відображення і пропускання світла. Як було з'ясовано, світловий потік, що падає на тіло, частково відбивається (розсіюється), частково пропускається і частково поглинається тілом. Частка світлового потоку, що бере участь у кожному з цих процесів, визначається за допомогою відповідних коефіцієнтів: відображення r, пропускання t та поглинання a (див. § 76).

Кожен із зазначених коефіцієнтів (a, r, t) може залежати від довжини хвилі (колір), завдяки чому і виникають різноманітні ефекти при освітленні тіл. Неважко бачити, що якесь тіло, у якого, наприклад, для червоного світла коефіцієнт пропускання великий, а коефіцієнт відображення малий, а для зеленого, навпаки, здаватиметься червоним у світлі, що проходить, і зеленим у відбитому. Такими властивостями володіє, наприклад, хлорофіл - зелена речовина, що міститься в листі рослин і зумовлює зелений колірїх. Розчин (витяжка) хлорофілу в спирті виявляється на просвіт червоним, але в відображенні - зеленим.

Тіла, у яких для всіх променів поглинання велике, а відображення та пропускання дуже малі, будуть чорними непрозорими тілами (наприклад, сажа). Для дуже білого непрозорого тіла (окис магнію) коефіцієнт r близький до одиниці всім довжин хвиль, а коефіцієнти a і t дуже малі. Цілком прозоре скломає малі коефіцієнти відображення r і поглинання a коефіцієнт пропускання t, близький до одиниці для всіх довжин хвиль; навпаки, у забарвленого скла для деяких довжин хвиль коефіцієнти t і r дорівнюють практично нулю і відповідно значення коефіцієнта близько до одиниці. Відмінність у значеннях коефіцієнтів a, t і r та їх залежність від кольору (довжини хвилі) зумовлюють надзвичайну різноманітність у кольорах та відтінках різних тіл.

Оптична щільність - міра ослаблення світла прозорими об'єктами (такими як кристали, скла, фотоплівка) або відображення світла непрозорими об'єктами (такими, як фотографія, метали і т.д.).

Обчислюється як десятковий логарифмвідносини потоку випромінювання падаючого об'єкт, до потоку випромінювання що від нього (відбився від нього), т. е. це логарифм від величини, зворотної до коефіцієнта пропускання (відображення).

D = log Ф in / Ф out

Наприклад D=4 означає, що світло було ослаблене в 104=10 000 разів, т. е. для людини це повністю чорний об'єкт, а D=0 означає, що світло пройшло (відбилося) повністю.

Коефіцієнт відображення- безрозмірна фізична величина, Що характеризує здатність тіла відбивати падаюче на нього випромінювання. В якості буквеного позначеннявикористовується грецька або латинська.

Кількісно коефіцієнт відображення дорівнює відношеннюпотоку випромінювання, відбитого тілом, до потоку, що впав на тіло :

Сума коефіцієнта відображення та коефіцієнтів поглинання, пропускання та розсіювання дорівнює одиниці. Це твердження випливає із закону збереження енергії.

У тих випадках, коли спектр падаючого випромінювання настільки вузький, що його можна вважати монохроматичним, говорять про монохроматичномукоефіцієнт відображення. Якщо спектр падаючого на тіло випромінювання широкий, то відповідний коефіцієнт відображення іноді називають інтегральним.

У загальному випадкузначення коефіцієнта відбиття тіла залежить як від властивостей самого тіла, так і від кута падіння, спектрального складута поляризації випромінювання. Внаслідок залежності коефіцієнта відображення поверхні тіла від довжини хвилі падаючого на нього світла візуально тіло сприймається як забарвлене в той чи інший колір.

Коефіцієнт пропускання- безрозмірна фізична величина, рівна відношеннюпотоку випромінювання, що пройшов через середу, до потоку випромінювання, що впав на її поверхню:

У загальному випадку значення коефіцієнта пропускання тіла залежить як від властивостей самого тіла, так і від кута падіння, спектрального складу та поляризації випромінювання.

Коефіцієнт пропускання пов'язаний з оптичною щільністюспіввідношенням:

Сума коефіцієнта пропускання та коефіцієнтів відображення, поглинання та розсіювання дорівнює одиниці. Це твердження випливає із закону збереження енергії.

Коефіцієнт поглинання- частка поглинання об'єктом іншого об'єкта, що взаємодіє з ним. Взаємодіючим об'єктом може бути електромагнітне випромінювання, енергія звукових хвиль, іонізуюче або проникаюче випромінювання, речовина (наприклад, газоподібний водень)

- відношення потоку випромінювання,поглиненого даним тілом, до потоку випромінювання,<упавшему на это тело. Если падающий поток имеет широкий спектр, указанноеотношение характеризует т. н. интегральный П. к.; если же диапазон частотпадающего света узок, то говорят о монохроматическом П. к. - поглинальній здатностітіла. Відповідно до закону збереження енергії для монохроматпч.<излучения сумма П. к., відображення коефіцієнтаі пропускання коефіцієнтарівноодиниці. На відміну від поглинання показника,характеризує властивості речовини, П. до. залежить від товщини шару, крізь який проходить світло, т.к.<е. от размеров тела, от темп-ры, от состояния отражающей поверхности. Вспектроскопии иногда под термином "П. к." понимают показатель поглощения.

Оптична щільність- міра ослаблення світла прозорими об'єктами (такими як кристали, скла, фотоплівка) або відображення світла непрозорими об'єктами (такими, як фотографія, метали і т. д.).

Обчислюється як десятковий логарифм відношення потоку випромінювання падаючого на об'єкт, до потоку випромінювання пройшов через нього (відбився від нього), тобто це є логарифм від величини, зворотної до коефіцієнта пропускання (відображення):

Наприклад D = 4 означає, що світло було ослаблене в 10 4 = 10 000 разів, тобто для людини це повністю чорний об'єкт, а D = 0 означає, що світло пройшло (відбилося) повністю.

У термінах оптичної густини задаються вимоги до витримки негативів.

Прилад вимірювання оптичної щільності називається денситометром. У рентгенівських методах неруйнівного контролю оптична густина рентгенівського знімка є параметром оцінки придатності знімка до подальшого розшифрування. Допустимі значення оптичної щільності в рентгенівських методах неруйнівного контролю регламентуються відповідно до вимог ГОСТ.

Оптична щільність

D, міра непрозорості шару речовини для світлових променів Рівна десятковому логарифму відношення потоку випромінювання. F 0 , падаючого на шар, до ослабленого в результаті поглинання та розсіювання потоку F, що пройшов через цей шар: D= lg ( F 0 /F), інакше, О. п. є логарифм величини, зворотної пропускання коефіцієнта шару речовини: D= lg (1/?). (У визначенні використовуваної іноді натуральної О. п. десятковий логарифм lg замінюється натуральним ln.) Поняття О. п. введено Р. Бунзеном; воно залучається для характеристики ослаблення оптичного випромінювання (світла) в шарах і плівках різних речовин (барвників, розчинів, пофарбованих і молочних стекол та багато іншого), у світлофільтрах та інших оптичних виробах. Особливо широко О. п. користуються для кількісної оцінки проявлених фотографічних шарів як в чорно-білій, так і в кольоровій фотографії, де методи її вимірювання складають зміст окремої дисципліни - денситометрії. Розрізняють кілька типів О. п. залежно від характеру падаючого і способу вимірювання потоків випромінювання ( Мал. ).

О. п. залежить від набору частот (довжин хвиль λ), що характеризує вихідний потік; її значення для граничного випадку однієї єдиної називається монохроматичної О. п. Регулярна ( Мал. а) монохроматична О. п. шару нерозсіюючого середовища (без урахування поправок на відображення від передньої та задньої меж шару) дорівнює 0,4343 k ν l, де k ν - натуральний поглинання показник середовища, l- Товщина шару ( k ν l= κ cl- показник у рівнянні Бугера – Ламберта – Бера закону; якщо розсіюванням у середовищі не можна знехтувати, kν замінюється на натуральний Ослаблення показник). Для суміші нереагуючих речовин або сукупності розташованих одна за одною середовищ О. п. цього типу адитивна, тобто дорівнює сумі таких же О. п. окремих речовин або окремих середовищ відповідно. Те ж справедливо і для регулярної немонохроматичної О. п. (випромінювання складного спектрального складу) у разі середовищ з неселективним (не залежним від ν) поглинанням. Регулярна немонохроматична. О. п. сукупності середовищ із селективним поглинанням менше суми О. п. цих середовищ. (Про прилади для вимірювання О. п. див. у статтях Денситометр, Мікрофотометр, Спектрозональна аерофотозйомка, Спектросенситометр, Спектрофотометр, Фотометр.)

Сьогодні ми розповімо про коефіцієнт пропускання та пов'язані з ним поняття. Усі ці величини відносяться до розділу лінійної оптики.

Світло у стародавньому світі

Раніше люди вважали, що світ наповнений загадками. Навіть людське тіло несло у собі чимало непізнаного. Наприклад, стародавнім грекам було незрозуміло, як бачить око, чому існує колір, чому настає ніч. Але в той же час їхній світ був простішим: світло, падаючи на перешкоду, створювало тінь. Це все, що треба було знати навіть найосвіченішому вченому. Про коефіцієнт пропускання світла та нагрівання ніхто не замислювався. А сьогодні це вивчають у школі.

Світло зустрічає перешкоду

Коли потік світла падає на об'єкт, він може поводитися чотирма різними способами:

• поглинутися;
• розсіятися;
• відбитися;
• пройти далі.

Відповідно, будь-яка речовина має коефіцієнти поглинання відображення пропускання та розсіювання.

Поглинене світло у різний спосіб змінює властивості самого матеріалу: нагріває його, змінює його електронну структуру. Розсіяне і відбите світло схожі, але все ж таки відрізняються. Замінює напрямок поширення, а при розсіянні змінюється ще й його довжина хвилі.

Прозорий об'єкт, який пропускає світло, та його властивості

Коефіцієнти відображення та пропускання залежать від двох факторів - від характеристик світла та властивостей самого об'єкта. При цьому має значення:

1. Агрегатний стан речовини. Крига заломлює інакше, ніж пара.
2. Будова кристалічних ґрат. Цей пункт відноситься до твердих тіл. Наприклад, коефіцієнт пропускання вугілля видимої частини спектру прагне нуля, тоді як діамант - інша справа. Саме площини його відображення та заломлення створюють чарівну гру світла та тіні, за яку люди готові платити нечувані гроші. Адже обидві ці речовини - вуглеці. І алмаз згорить у вогні анітрохи не гірше за вугілля.
3. Температура речовини. Як не дивно, але за високої температури деякі тіла стають самі джерелом світла, тому з електромагнітним випромінюванням вони взаємодіють дещо інакше.
4. пучка світла на об'єкті.

До того ж треба пам'ятати, що світло, яке вийшло з об'єкта, може бути поляризованим.

Довжина хвилі та спектр пропускання

Як ми згадували вище, коефіцієнт пропускання залежить від довжини хвилі падаючого світла. Речовина, непрозора для жовтих та зелених променів, здається прозорою для інфрачервоного спектру. Для маленьких частинок під назвою "нейтрино" прозора та Земля. Тому незважаючи на те, що їх генерує Сонце в дуже великих кількостях, вченим так складно їх засікти. Імовірність зіткнення нейтрино з речовиною зникаюче мала.

Але найчастіше йдеться про видиму частину спектра електромагнітного випромінювання. Якщо ж у книзі чи задачі присутні кілька відрізків шкали, то коефіцієнт оптичного пропускання буде відноситися до того її ділянки, який доступний людському оку.

Формула коефіцієнта

Тепер читач уже достатньо підготовлений, щоб побачити та зрозуміти формулу, яка визначає пропускання речовини. Вона має такий вигляд: Т=Ф/Ф 0 .

Отже, коефіцієнт пропускання Т - співвідношення потоку випромінювання певної довжини хвилі, який пройшов крізь тіло (Ф) до початкового потоку випромінювання (Ф 0).

Розмір Т немає розмірності, оскільки позначається як розподіл друг на друга однакових понять. Проте цей коефіцієнт не позбавлений фізичного сенсу. Він показує, яку частку електромагнітного випромінювання ця речовина пропускає.

«Потік випромінювання»

Це не просто словосполучення, а конкретний термін. Потік випромінювання – це потужність, яку електромагнітне випромінювання проносить крізь одиницю поверхні. Докладніше ця величина обчислюється як енергія, яку переміщає випромінювання крізь одиничну площу за одиничний час. Під площею найчастіше мається на увазі квадратний метр, а під часом – секунди. Але залежно від конкретного завдання ці умови можна змінити. Наприклад, для червоного гіганта, який у тисячу разів більший за наше Сонце, можна сміливо застосовувати квадратні кілометри. А для крихітного світлячка – квадратні міліметри.

Звичайно, для того, щоб мати можливість порівнювати, і були введені єдині системи вимірювання. Але будь-яку величину можна привести до них, якщо, звичайно, не наплутати з кількістю нулів.

Пов'язаною із цими поняттями також є величина коефіцієнта спрямованого пропускання. Вона визначає, скільки і якого світла проходить крізь скло. Це поняття не знайти у підручниках з фізики. Воно приховано у технічних умовах та правилах виробників вікон.

Закон збереження енергії

Цей закон - причина, через яку неможливе існування вічного двигуна та філософського каменю. Зате існують водяний і вітряк. Закон свідчить, що енергія не береться нізвідки і розчиняється без сліду. Світло, що падає на перешкоду, не є винятком. З фізичного сенсу коефіцієнта пропускання годі було, що оскільки частина світла не пройшла крізь матеріал, вона випарувалася. Насправді падаючий пучок дорівнює сумі поглиненого, розсіяного, відбитого світла. Таким чином, сума цих коефіцієнтів для даної речовини повинна дорівнювати одиниці.

Взагалі закон збереження енергії можна застосовувати до всіх сфер фізики. У шкільних завданнях часто буває, що мотузка не розтягується, штир не нагрівається, а тертя у системі відсутнє. Але насправді таке неможливо. Крім того, завжди варто пам'ятати, що люди не всі знають. Наприклад, при бета-розпаді було втрачено якусь частину енергії. Вчені не розуміли, куди вона поділася. Сам Нільс Бор висловлював припущення, що на цьому рівні закон збереження може не дотримуватися.

Але потім була відкрита дуже маленька та хитра елементарна частка – лептон нейтрино. І все стало на свої місця. Тож якщо читачеві при вирішенні якогось завдання незрозуміло, куди подіється енергія, то треба пам'ятати: іноді відповідь просто невідома.

Застосування законів пропускання та заломлення світла

Трохи вище ми говорили, що всі ці коефіцієнти залежать від того, яка речовина стає на шляху пучка електромагнітного випромінювання. Але цей факт можна використати і у зворотний бік. Зняття спектра пропускання - один з найбільш простих і дієвих способів дізнатися про властивості речовини. Чим же цей метод такий гарний?

Він відрізняється меншою точністю, ніж інші оптичні методи. Набагато більше можна дізнатися, якщо змусити речовину випромінювати світло. Але в цьому і полягає головна перевага методу оптичного пропускання - нікого не треба ні до чого примушувати. Речовину не потрібно нагрівати, спалювати або опромінювати лазером. Складні системи оптичних лінз і призм не потрібні, так як пучок світла проходить прямо крізь зразок, що вивчається.

Крім того, цей метод відноситься до неінвазивних та неруйнівних. Зразок залишається в колишньому вигляді та стані. Це буває важливим, коли речовини мало, або коли воно є унікальним. Ми впевнені, що кільце Тутанхамона не варто спалювати, щоб дізнатися точніше склад емалі на ньому.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №21

ДОСЛІДЖЕННЯ ПОглинання СВІТЛА
У РОЗЧИНАХ

Мета роботи : визначення концентрації речовини у пофарбованих розчинах та перевірка закону Бугера-Ламберта

Прилади та приладдя Кабіна: фотометр електричний КФК-3, набір кювет, набір прозорих пофарбованих розчинів (розчин мідного купоросу, розчин дворомовокислого калію.)

ТЕОРЕТИЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ

При проходженні світла через прозорі розчини гази він частково поглинається. Нехай на прозоре середовище падає світло інтенсивності І 0 . Інтенсивність світла І , що пройшов через розчин, згідно із законом Бугера-Ламберта, визначається за формулою:

де α - Коефіцієнт поглинання світла; d –товщина шару.

Поглинання світла речовиною обумовлено взаємодією світлової хвилі з атомами та молекулами речовини. Під впливом електричного поля світлової хвилі електрони в атомах зміщуються щодо ядер, здійснюючи гармонійні коливання. Виникають вторинні хвилі. Падаюча хвиля інтерферує з вторинними хвилями, що випускаються електронами атомів і породжує хвилю з амплітудою, що не дорівнює амплітуді електричного поля, що впливає. З енергетичної точки зору це означає, що частина енергії електромагнітної хвилі йде на збільшення внутрішньої енергії речовини, якою проходить світло. Електромагнітна хвиля переносить енергію, пропорційну квадрату амплітуди напруженості електричного поля. Середню енергію, що переноситься через одиницю площі за 1 с, називають інтенсивністю світлової хвилі І .

Інтенсивність світла, що пройшло через речовину, визначається законом Бугера-Ламберта і залежить як від товщини шару, так і від природи властивостей поглинаючої речовини.

Коефіцієнт поглинання світла α пропорційний молекулярній концентрації З

α=α 0 С , (21.2)

де α 0 – коефіцієнт поглинання однієї молекули розчиненої речовини, який залежить від концентрації. Підставляючи (21.2) у співвідношення (21.1) отримаємо:

Формула (21.3) зветься закону Бугера-Беєра і виявляється справедливою для розчинів і газів малої концентрації (при цьому передбачається, що розчинник практично не поглинає світло).

При проходженні монохроматичної світлової хвилі через речовину відбувається загасання амплітуди хвилі в середовищі, що поглинає. Згасання амплітуди характеризується показником загасання χ, який пов'язаний з коефіцієнтом поглинання α співвідношенням:

(21.4)

де λ 0 – довжина хвилі у вакуумі, n- Показник заломлення середовища.

Враховуючи що λ 0 =nλ,де λ - Довжина хвилі в середовищі, можна цю формулу переписати у вигляді:

Формули (21.4) та (21.4 а) показують, що коефіцієнт α залежить від довжини хвилі. Ця залежність зумовлює забарвлення розчинів.

Поглинання світла прозорими розчинами досліджується фотометрами різної конструкції. Вимірюючи інтенсивності падаючого та минулого світла, можна визначити концентрацію поглинаючої речовини.

Для експериментального дослідження поглинання світла середовищ вводяться такі характеристики:

1. Світлопропускання визначається коефіцієнтом пропускання

де τ - Коефіцієнт світлопропускання, І 0 - Інтенсивність падаючого світлового потоку, І - Інтенсивність світлового потоку, що пройшов через розчин.

2. Оптична густина речовини визначається формулою

де D- оптична щільність.

Зв'язок між світлопропусканням та оптичною щільністю встановлюється за допомогою формул (21.5) та (21.б)

(21.7)

Світлопропускання розчину τ можна висловити із закону Бугера:

Звідси визначається коефіцієнт поглинання α :

Після відповідних перетворень з урахуванням формул (21.5) та (21.6) залежність між коефіцієнтом поглинання a та оптичною щільністю розчину Dвизначається так

Поглинання світла має резонансний характер з максимальним значенням в області частот, близьких до власної частоти коливань осцилятора 0 (рис. 21.1).

Резонансний вид кривої поглинання визначається структурою атомів та діапазоном частот електромагнітної хвилі, що проходить через речовину.

На рис. 21.1 показано криву поглинання α=f(ω)для речовини, в якій диполі мають одну власну частоту коливання (АВ- Ширина смуги поглинання, що визначається на рівні половини максимального поглинання).

ОПИС УСТАНОВКИ

Фотометр фотоелектричний КФК-3 призначений для вимірювання коефіцієнтів пропускання та оптичної щільності прозорих рідинних розчинів та твердих зразків. Він також використовується для вимірювання швидкості зміни оптичної густини речовини та визначення концентрації речовини в розчині.

Принцип дії фотометра ґрунтується на порівнянні світлового потоку. Ф 0, що пройшов через розчинник, по відношенню до якого проводиться вимір, і світлового потоку Ф, що пройшов через досліджуваний розчин. Світлові потоки Ф 0і Ффотоприймачем перетворюються на електричні сигнали U 0 , Uі Uт ( Uт – сигнал при неосвітленому приймачі), які обробляються мікро-ЕОМ фотометра і представляються на цифровому табло як коефіцієнтів пропускання, оптичної щільності, швидкості зміни оптичної щільності, концентрації.

Коефіцієнт пропускання τ досліджуваного розчину визначається як відношення електричних сигналів U –Uт минулого U 0 – Uт падаючого світла

Оптична щільність визначається так:

(21.12)

Швидкість зміни оптичної густини дорівнює

де D 2 – D 1- Різниця значень оптичних щільностей за тимчасовий інтервал tза хвилини. Наприклад, tприймає значення 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 хв.

Концентрація C = DF,де F- Коефіцієнт факторизації, який визначається експериментально з графіка і вводиться цифровою клавіатурою в межах від 0,001 до 9999.

Фотометр КФК-3 (рис. 21.2) складається з корпусу 1, фотометричного блоку 2, блоку живлення 3, кюветного відділення 4, мікропроцесорної системи 5, монохроматора 6. Кюветне відділення закривається кришкою, що знімається.

На бічній станині фотометра розташована вісь резистора "УСТ.0" та тумблер "мережа" 8.

До фотометричного блоку входять: освітлювач, монохроматор, кюветне відділення, кюветоутримувач, фотометричний пристрій.

Монохроматор 6 служить для отримання випромінювання заданого спектрального складу і складається з корпусу, вузла вхідної щілини, сферичного дзеркала, дифракційної решітки, вихідного вузла щілини і синусного механізму, що знаходиться всередині корпусу.

Ручка 7 служить для повороту дифракційної решітки через синусний механізм та установки довжини хвилів нм.

У фотометричний пристрій входять фотодіод та підсилювач постійного струму.

У кюветоутримувач встановлюють кювети з розчинником і досліджуваним розчином і поміщають їх у кюветне відділення, при цьому дві маленькі пружини кюветоутримувача повинні знаходитися з передньої сторони. Введення світловий потік кювет здійснюється поворотом рукоятки 8 до упору вліво або вправо. При встановленні рукоятки до упору вліво у світловий пучок вводиться кювета з розчинником.

Мікропроцесорна система 5 складається з двох друкованих плат, з'єднаних між собою роз'ємом. До фотометра система приєднується через гніздо. На передню панель фотометра виведено клавіатуру та цифрове табло системи.

Мікропроцесорна система забезпечує виконання семи завдань:

НУЛЬ - вимірювання та облік сигналу при неосвітленому фотоприймачі, Г - градуювання фотометра, Е - вимірювання оптичної щільності, П - вимірювання коефіцієнта пропускання, С - вимірювання концентрації, А - вимірювання швидкості зміни оптичної щільності, F - введення коефіцієнта факторизації.

ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Підключити фотометр до мережі 220В та включити тумблер 7 "мережа". Дати прогрітись 30 хв. при відкритій кришці кюветного відділення. Натиснути клавішу "ПУСК" - на цифровому табло з'явиться символ "Г", відповідне значення та значення довжини хвилі. Потім натиснути клавішу "Нуль". На цифровому табло праворуч від миготливої ​​коми висвічується значення n 0, ліворуч – символ "0". Значення n 0має бути не менше 0,005 та не більше 0,200. Якщо n 0не укладається у зазначені межі, то за допомогою резистора «УСТ.0» досягають потрібного значення.

ВПРАВА I

Вимірювання коефіцієнтів пропускання

1. У кюветне відділення встановити кювети з розчинником та досліджуваним розчином мідного купоросу. Кювету з розчинником встановити в дальнє гніздо кюветоутримувача, а з досліджуваним розчином – у ближнє гніздо кюветоутримувача. Закрити кришку кюветного відділення.

2. Шляхом повороту рукоятки 8 (рис. 21.2) вліво до упору ввести світловий потік кювету з розчинником.

3. Натиснути клавішу "Г" та маховичком 7 (рис. 21.2) встановити довжину хвилі 400 нм. Довжина хвилі висвітлюється на верхньому цифровому табло.

4. Натисніть клавішу "П". Зліва від миготливої ​​коми висвічується символ "П", а праворуч - відповідне значення "100±0,2", що означає, що початковий відлік пропускання дорівнює 100%.

Якщо відлік "100±0,2" встановився з великим відхиленням, натиснути клавіші «Г» і «П» повторно через 3-5 с. Потім необхідно відкрити кришку кюветного відділення та натиснути клавішу "НУЛЬ", закрити кришку, натиснути клавішу "П".

5. Рукояткою 8 ввести світловий пучок кювету з досліджуваним розчином. За світловим табло визначити коефіцієнт пропускання розчину.

6. Шляхом натискання клавіші "Г" встановити маховичком 7 довжини хвиль 450 нм, 500 нм, 550 нм, 600 нм, 650 нм, 700 нм, 750 нм та зняти для них коефіцієнт пропускання τ .

Побудувати графік залежності коефіцієнта пропускання довжини хвилі тобто. τ=f(λ)

7. При довжині хвилі 550 нм визначити коефіцієнти пропускання інших розчинів мідного купоросу.

8. Аналогічні вимірювання провести для розчину дворомовокислого калію та побудувати графік залежності τ=f(λ).

ВПРАВА II

Світло, падаючи на поверхню, зазнає фізичних змін, що характеризуються його переходом з одного середовища в інше. У цьому явищі відбувається зміна його напряму – заломлення, різноманітність якого створює розсіювання світла.

Залежно від ступеня нерівності поверхніпредметів можуть бути дзеркальнимиабо шорсткими, а тіла та середовища – одноріднимиі неоднорідними.

Залежно від фізичної будови тіла чи середовища розсіюванняпроявляється в відображення, пропускання або поглинаннясвітлового потоку.

Потік випромінювання, що падає на тіло (середу) Фрозділяється шаром матеріалу на складові Ф R , Ф А, Ф Т(Рис.2.7):

Рисунок 2.7 – Падаючий потік випромінювання розділяється шаром матеріалу на складові Φ R , Φ А та Φ Т

Коефіцієнт відбиття rдорівнює відношенню відбитого потоку випромінювання Ф Rдо потоку, що впав Ф

r = Ф R / Ф

Коефіцієнт відбиття характеризує світлоту поверхні у відсотках (ρ100) щодо ідеально білої з ρ = 1, ρ = 100%.

Коефіцієнт пропускання tдорівнює відношенню потоку випромінювання через матеріал потоку Ф Тдо потоку, що впав Ф:

t = ФТ/Ф

Він характеризує прозорість тіл та середовищ.

Коефіцієнт поглинання aдорівнює відношенню поглинається матеріалом частки потоку випромінювання Ф Адо потоку, що впав Ф:

a = Ф А / Ф

Характеризує переважно оптичну щільність середовища, що послаблює потік випромінювання.

Розраховані таким чином коефіцієнтиє оптичними.

Якщо коефіцієнти визначаються перетворення світлових потоків (F, ЛМ), то їх називають світловими (фотометричними).

Всі зміни падаючого світла поширюються на певну частку в його спектрі і залежать від фізичної властивості тіла і довжини хвилі, але не залежать від сили падаючого світла.У фотографії оптичні коефіцієнти характеризують переважно поверхні тіл відповідно до зоровими оцінками їх світлоти.

Якщо тіла нейтрально-сірі, тобто. мають спектрально-невибіркове поглинання, оптичні та світлові коефіцієнти рівні другдругові.

Для пофарбованих тіл оптичні та світлові коефіцієнти не збігаються. Описані вище коефіцієнти – інтегральні, вони оцінюють перетворення складного випромінювання загалом.

Є ще два роди коефіцієнтів: монохроматичні та зональні. Перші оцінюють дію оптичного середовища монохроматичне випромінювання.

Зональні коефіцієнти оцінюють перетворення випромінювання, що займає одну із зон спектру (синю з 500 нм, зелену з і червону з

Ці коефіцієнти використовуються під час роботи з кольором.

Оптична щільність

Тіла, що пропускають і поглинають світло (крім матових і каламутних середовищ), характеризуються оптичною прозорістю θ, непрозорістю Про та оптичною щільністю D.

Часто замість коефіцієнтів пропускання та відображення використовують оптичну щільність D.

У фотографії оптична щільність найбільш поширена для вираження спектральних властивостей світлофільтрів та міри почорніння (потемніння) негативів та позитивів. Величина щільності залежить від таких одночасно діючих факторів: структури падаючого світлового потоку (збіжних, розбіжних, паралельних променів або розсіяного світла) структури минулого або відбитого потоку (інтегрального, регулярного, дифузного).

Оптична густина D, міра непрозорості шару речовини для світлових променів. Рівна десятковому логарифму відношення потоку випромінювання F0, що падає на шар, до ослабленого в результаті поглинання і розсіювання потоку F, що пройшов через цей шар: D = lg (1/t).

У визначенні оптичної густини іноді десятковий логарифм lg замінюється натуральним ln.

Поняття Оптична щільність запроваджено Р. Бунзеном; воно використовується для характеристики ослаблення оптичного випромінювання (світла) у шарах та плівках різних речовин (барвників, розчинів, пофарбованих та молочних стекол та багато іншого), у світлофільтрах та інших оптичних виробах.

Особливо широко оптична щільність використовуються для кількісної оцінки проявлених фотографічних шарів як у чорно-білій, так і кольорової фотографії, де методи її вимірювання складають зміст окремої дисципліни - денситометрії. Розрізняють кілька типів Оптична щільність в залежності від характеру падаючого та способу вимірювання потоків випромінювання, що пройшло

Відрізняється щільність Dдля білого світла, монохроматична Dλдля окремих довжин хвиль та зональна D зон, що виражаєослаблення світлового потоку в синій, зеленій або червоній зоні спектру (D c 3 D 3 3 , D K 3).

Щільність прозорих середовищ(світлофільтрів, негативів) визначається в світлі, що проходить, десятковим логарифмом величини, зворотної коефіцієнту пропускання τ:

D τ = lg(1/τ) = -lgτ

Щільність поверхоньвиражається величиною відбитого світла та визначається десятковим логарифмом коефіцієнта відображення ρ:

D ρ = lg (1/ ρ ) = - lgρ .

Розмір щільності D = l послаблює світло вдесятеро.

Інтервал оптичних густин прозорих середовищ практично необмежений: від повного пропускання світла (D= 0) до повного поглинання (D = 6 і більше, ослаблення в мільйони разів). Інтервал щільностей поверхонь предметів обмежений вмістом у їхньому відбитому світлі поверхнево відображеної складової порядку 4-1% (чорна друкарська фарба, чорне сукно). Практично граничні щільності D = 2,1...2,4 мають чорний оксамит і чорне хутро, що обмежуються поверхнево відображеною складовою порядку 0,6-0,3%.

Оптична щільність пов'язана простими залежностями з концентрацією світлопоглинаючої речовини і з зоровим сприйняттям об'єкта, що спостерігається, - його світлотою, чим і пояснюється широке використання цього параметра.

Замінивши оптичні коефіцієнти на потоки випромінювання - впав на середовище (Ф 0) і вийшов з неї (Фτ або Фρ), отримаємо вирази

Чим більше світла поглинається середовищем, тим вона темніша і тим вища її оптична щільність як у проходить так і у відбитому світлі.

Оптична густина може бути визначена за світловими коефіцієнтами. У цьому випадку її називають візуальної.

Візуальна щільністьу світлі дорівнює логарифму величини, зворотної світловому коефіцієнту пропускання:

Візуальна щільність у відбитому світлі визначається за формулою

Для нейтрально-сірих оптичних середовищ. тобто. для сірих світлофільтрів, сірих шкал, чорно-білих зображень, оптичні та світлові коефіцієнти збігаються, тому збігаються і оптичні щільності:

Якщо відомо, про яку щільність йдеться, індекс при Dопускають. Описані вище оптичні щільності – інтегральні, вони відображають зміну потужних характеристик білого (змішаного) випромінювання. Якщо оптична щільність вимірюється для монохроматичного випромінювання, її називають монохроматичної(спектральної). Вона визначається з використанням монохроматичних потоків випромінювання Фλ за формулою

У наведених вище формулах променисті потоки Ф можуть бути замінені на світлові потоки F λ , що випливає з виразу

Тому можна записати:

Для кольорових середовищ інтегральні оптична та візуальна щільності не збігаються, оскільки вони розраховуються за різними формулами:

Для фотоматеріалів з прозорою підкладкою оптична щільність визначається без щільності підкладки та неекспонованого емульсійного шару після обробки, яка називається в сукупності "нульової" щільністю або щільністю вуалі D 0 .

Сумарна оптична щільність двох і більше світлопоглинаючих шарів (наприклад, світлофільтрів) дорівнює сумі оптичних густин кожного шару (фільтру). Графічно характеристика поглинання виражається кривою залежності оптичної густини Dвід довжини хвилі білого світла, нм.

Оптична прозорість Θ – характеристика речовини товщиною 1 см, що показує, яка частка випромінювання заданого спектра у вигляді паралельних променів проходить через нього без зміни напряму: Θ = Ф τ /Ф .

Оптична прозорість пов'язана не з пропусканням випромінювання взагалі, а з його спрямованим пропусканням,і характеризує одночасно поглинання та розсіювання. Наприклад, матове скло, оптично непрозоре, пропускає розсіяне світло; УФ фільтри прозорі для видимого світла та непрозорі для УФ випромінювання; чорні ІЧ фільтри пропускають ІЧ випромінювання та не пропускають видиме світло.

Оптичну прозорість визначає крива спектрального пропускання довжин хвиль оптичного діапазону випромінювань. Прозорість об'єктивів для білого світла збільшується при нанесенні на лінзи покриттів, що просвітлюють. Прозорість атмосфери залежить від наявності в ній дрібних частинок пилу, газу, водяної пари, що знаходяться у зваженому стані та впливають на характер освітлення та малюнок зображення під час зйомки. Прозорість води залежить від різних суспензій, каламуті та товщини її шару.

Оптична непрозорість- Відношення падаючого світлового потоку до пройшов через шар - величина, зворотна прозорості: О = Ф/Ф τ= l/Θ. Непрозорість може змінюватися від одиниці (повне пропускання) до нескінченності і показує, скільки разів зменшується світло, проходячи через шар. Непрозорість характеризує густину середовища. Перехід до оптичної щільності виражається десятковим логарифмом непрозорості:
D= lg = lg (l/τ) = - lg τ .

Спектральні відмінності тел.За характером випромінювання та поглинання світлового потоку всі тіла відрізняються від ЧТ і умовно поділяються на селективні та сірі, що відрізняються виборчим та невиборним поглинанням, відображенням та пропусканням. До селективних відносяться хроматичні тіла, які мають будь-яку кольоровість, до сірих - ахроматичні. Термін «сірий» характеризується двома ознаками: характером випромінювання та поглинання щодо ЧТ та кольором поверхні, що спостерігається в побуті. Друга ознака широко використовується при візуальному визначенні кольору ахроматичних тіл – білих, сірих та чорних, що відбивають спектр відповідно білого світла від одиниці до нуля.

Сіре тіло має рівень поглинання світла, близький до поглинання ЧТ. Коефіцієнт поглинання ЧТ дорівнює 1, а сірого тіла близький до 1 і також не залежить від довжини хвилі випромінювання або поглинання. Розподіл енергії, що випромінюється за спектром, у сірих тіл для кожної даної температури подібний до розподілу енергії ЧТ при тій же температурі, але інтенсивність випромінювання менша в кілька разів (рис. 23).

Для несірих тіл поглинання вибірково і залежить від довжини хвилі, тому вони вважаються сірими лише у певних, вузьких інтервалах довжин хвиль, котрим коефіцієнт поглинання приблизно постійний. У видимій області спектра властивостями сірого тіла мають вугілля (α = 0,8)< сажа (α = 0,95) и платиновая чернь (α = 0,99).

Селективні (виборчі) тіла мають колір і характеризуються кривими залежності коефіцієнтів відбиття, пропускання чи поглинання від довжини хвилі падаючого випромінювання. При освітленні білим світлом колір поверхні таких тіл визначається за максимальними величинами кривої спектрального відображення або мінімальною величиною кривої спектрального поглинання. Колір прозорих тіл (світлофільтрів) визначається в основному кривою поглинання (щільністю) D)або кривою пропускання? Криві спектрального поглинання та пропускання характеризують речовину селективних тіл лише для білого світла. При їх висвітленні кольоровим світлом криві спектрального відображення чи пропускання змінюються.

Білий, сірий і чорний колір тіл – це візуальне відчуття ахроматичності, яке застосовується до відображення поверхонь та пропускання прозорих середовищ. Ахроматичність графічно виражається горизонтальною прямою або ледь помітною хвилястою лінією, паралельної осі абсцис і розташованої на рівні осі ординат у світловому діапазоні довжин хвиль (рис. 24, а Б В).Відчуття білого кольору створюють поверхні із найбільшим рівномірним коефіцієнтом

відображення за спектром (ρ = 0,9...0,7 – білі папери). Поверхні сірого кольору мають рівномірний коефіцієнт відбиття р = 0,5...0,05. Чорні поверхні мають ρ = 0,05...0,005 (чорне сукно, оксамит, хутро). Розмежування це приблизно та умовно. Для прозорих середовищ (наприклад, нейтральних сірих світлофільтрів) характеристика ахроматичності також виражається горизонтальною лінією поглинання (щільністю) D,показує якою мірою послаблюється біле світло).

Світлота поверхні– це відносний ступінь зорового відчуття, що виникає в результаті дії кольору відбитого випромінювання на три кольорочутливі центри зору. Графічно світло виражається сумарною щільністю цього випромінювання в діапазоні білого світла. У загальній світлотехніці світлолота неправильно використовується для зорової кількісної оцінки відмінності двох суміжних поверхонь, що відрізняються яскравістю.

Світлота білої поверхні, освітленої білим світлом . В якості 100%-ної приймається світло ідеально білої поверхні (покритої сірчанокислим барієм або магнієм) з ρ = 0,99. При цьому характеризує її площу на графіку (рис. 24, а)обмежується лінією світлоти на рівні ρ = 1 або 100%. Насправді білими вважаються поверхні, світлоти яких відповідає 80-90 % (ρ = 0,8...0,9). Лінія світлоти сірих поверхонь наближається до осі абсцис (рис. 24, е), оскільки вони відбивають частину білого світла. Лінія світлоти чорного оксамиту, що практично не відбиває світла, поєднується з віссю абсцис.

Світлота кольорових поверхонь, освітлених білим світлом , визначається на графіку площею, обмеженою кривою спектрального коефіцієнта відбиття. Оскільки безформна площа не може відобразити кількісний ступінь світлоти, вона переводиться в площу прямокутника з основою на осі абсцис (рис. 24, г, д, е).Висота прямокутника визначає світлоту у відсотках .

Світлота кольорових поверхонь, освітлених кольоровим світлом, виражається на графіку площею, обмеженою результуючої кривою, отриманої в результаті перемноження спектральної характеристики освітлення спектральну характеристику відображення, поверхні. Якщо колір освітлення не збігається з кольором поверхні, то відбите світло змінює свій колірний тон, насиченість та світлоту.

©2015-2019 сайт
Усі права належати їх авторам. Цей сайт не претендує на авторства, а надає безкоштовне використання.
Дата створення сторінки: 2016-04-11

Відповідно до закону Хопкінса – Кранца під час вибуху дух зарядів вибухової речовини однієї форми, але різного розміру (маси) в однаковій атмосфері подібні вибухові хвилі будуть спостерігатися на однаковій відстані

R * = R (P /m) , (1)

де R - Відстань від епіцентру вибуху, м;

Pо – тиск початковий у фіксованій точці, кПа;

M – маса вибухової речовини, кг.

Ця формула дає можливість оцінювати різні вибухи, зіставляючи їх із вибухом еталонної речовини, якою зазвичай приймають тротил. Під тротиловим еквівалентом m тнт, кг розуміють масу такого тротилового заряду, при вибуху якого виділяється стільки ж енергії, скільки і при вибуху даного заряду масою m, кг, тобто.

m тнт = m Qv / Qv тнт, (2)

Де Qv, Qv тнт – енергія вибуху даної речовини та тротилу, кДж/кг.

Загальна енергія вибуху, Дж, визначається як

Е = [ (Р1 – Р0)/(kt-1)]V1,(3)

де Р1 -початковий тиск газу в посудині, до Па;

kr- показник адіабати газу ( kr=Ср / Cv);

V1-обсяг судини, м.

4.2 Завдання на практичну роботу.

Завдання 1. Визначити швидкість поширення фронту племені.

Завдання 5. Розрахунок аварії, пов'язаний з утворенням вогняної кулі.

Умови виконання завдання.

Завдання 1. Визначення швидкості поширення фронту племені.

Швидкість поширення фронту племені визначається за формулою

V = k · М, (4)

де: k - константа, що дорівнює 43;

М-маса палива, що міститься у хмарі.

Ефективний енергозапас паливно-повітряної суміші розраховуються за формулою:

Е = 2М · q · З / С, (5)

Безрозмірна відстань під час вибуху розраховується за формулою:

R = R/(E/P), (6)

Безрозмірний тиск під час вибуху розраховується за формулою:

P = (V / С ) (( - 1)/ )(0,83/R - 0,14/R ) , (7)

Завдання 5. Розрахунок аварії, пов'язаний з утворенням «вогняної кулі»:

Вражаюча дія «вогняної кулі» на людину визначається величиною теплової енергії (імпульсом теплового випромінювання) та часом існування «вогняної кулі», а на інші об'єкти – інтенсивністю її теплового випромінювання.

Вихідні дані:

кількість палива, що розлився при аварії, 10,6 м 3 ;

щільність рідкої фази пропану, Г = 530 кг/м 3 ;

температура «вогняної кулі»,  = 1350 К.

Необхідно визначити час існування «вогняної кулі» та відстань, при якій імпульс теплового випромінювання відповідає різним ступеням опіку людини.

Порядок оцінки наслідків аварії за ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожежна безпека технологічних процесів»:

Імпульс теплового випромінювання Q, кДж, розраховують за такою формулою:

Q = t s · q, (8)

де t s - час існування вогняної кулі, с;

q - інтенсивність теплового випромінювання, кВт/м2.

Розрахунок інтенсивності теплового випромінювання «вогненної кулі» проводять за формулою:

q = E f · F q · t (9)

де E f - середньоповерхнева щільність теплового випромінювання, кВт/м2;

F q - кутовий коефіцієнт опроміненості;

t – коефіцієнт пропускання атмосфери.

E f визначають на основі наявних експериментальних даних, що допускається приймати E f рівним 450 кВт/м 2 .

Кутовий коефіцієнт опроміненості розраховують за формулою

, (10)

де Н - висота центру «вогняної кулі», м;

D s - ефективний діаметр «вогняної кулі», м;

r - відстань від об'єкта, що опромінюється, до точки на поверхні землі безпосередньо під центром «вогняної кулі», м.

Ефективний діаметр «вогняної кулі» Ds розраховують за формулою

D s =5,33 m 0,327 (11)

де m - маса палива, кг.

H - визначають у ході спеціальних досліджень. Допускається приймати H рівною D s /2.

Час існування «вогняної кулі» t s розраховують за формулою

t s = 0,92 m 0,303 , (12)

Коефіцієнт пропускання атмосфери т розраховують за формулою

t = ехр [-7,0 · 10 -4 (- D s / 2)] , (13)

4.3. Оформлення та подання результатів.

1. Вивчити теоретичний курс лекційних занять та пропоновану навчальну літературу.

3. Провести ідентифікацію небезпечних виробничих об'єктів, використовуючи ознаки небезпеки об'єкта.

4. Дослідити стійкість об'єктів економіки.

5. Розробити заходи щодо ПУФ ОЕ.

6. Зробити висновки щодо отриманих досліджень, сформулювати пропозиції.

7. Підготувати звіт щодо виконаної роботи. Форма звітності – письмова, відповідно до вимог методичних рекомендацій щодо виконання практичної роботи.

8. Підготувати відповіді контрольні питання.

9. Здійснити самоконтроль.

10. Захистити практичну роботу з першого разу протягом 15 хвилин.

Подання результатів.

Визначення

Позначення та скорочення

Вступ

Основна частина

Висновок

Список використаних джерел

Програми

4.4 Варіанти завдання.

Контрольні питання:

1. Дати визначення вибуху?

2. Перерахувати основні показники вибуху?

3. Описати процес вибухових перетворень?

4. Чи обґрунтувати закон Хопкінса-Кранца?

5. У чому полягають особливості детонації та дефлографії?

6. Чим характеризується фаза високого тиску?

7. Поясніть процес вибуху ТВС?

8. Наведіть послідовність дії ударної хвилі?

9. Використовуючи варіант завдання, дайте пояснення тиску під час вибуху?

БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

1. Безпека життєдіяльності/За ред. Л.А. Михайлова. - М: Академія, 2009. - 272 c.

2. Ільїн Л.А. Радіаційна гігієна/Л.А. Ільїн, В.Ф. Кирилов, І.П. Корінків. - М: Геотар-Медіа, 2010. -384 c.

3. Практикум з безпеки життєдіяльності/За ред. А.В. Фролова. - Ростов-на-Дону: Фенікс, 2009. - 496 c.

4. Болтиров В.В. Небезпечні природні процеси/В.В. Болтирів. - М: КДУ, 2010. - 292 c.

5. Шуленіна Н.С. Робочий зошит з основ безпеки життєдіяльності / Н.С. Шуленіна, В.М. Ширшова, Н.А. Волобуєва. - Новосибірськ: Сибірське університетське видавництво, 2010. - 192 c.

6. Почекаєва Є.І.. Екологія та безпека життєдіяльності / E.І. Почекаєва. - Ростов-на-Дону: Фенікс, 2010. - 560 с.

7. Бєлов С.В. Безпека життєдіяльності/С.В. Бєлов. - М: А-Пріор, - 2011. - 128 c.

8. Хван Т.А. Безпека життєдіяльності. Практикум/Т.А. Хван, П.А. Хван. - Ростов-на-Дону: Фенікс, 2010. - 320 c.

9. ГОСТ Р 22.0.01-94. БНС, Безпека у надзвичайних ситуаціях. Основні засади.

10. ГОСТ Р 22.0.02-94. БНС. Терміни та визначення основних понять.

11. ГОСТ Р 22.0.05-94. БНС". Техногенні надзвичайні ситуації. Терміни та визначення

12. ГОСТ Р 22.0.07-95. БНС. Джерела техногенних надзвичайних ситуацій. Класифікація та номенклатура вражаючих факторів та їх параметрів.

13. ГОСТ Р 22.3.03-94. БНС. Захист населення. Основні положення.

14. ГОСТ Р 22.1.01-95. БНС". Моніторинг та прогнозування. Основні положення.

15. ГОСТ Р 22.8.01-96. БНС". Ліквідація надзвичайних ситуацій.

16. ГОСТ Р 22.0.06-95. БНС. Вражаючі чинники. Методика визначення параметрів вражаючих впливів.

Додаток 1.

©2015-2019 сайт
Усі права належати їх авторам. Цей сайт не претендує на авторства, а надає безкоштовне використання.
Дата створення сторінки: 2018-01-08