концентрации раствора при помощи рефрактометра

Цель работы: освоить метод определения показателя преломления

прозрачных жидкостей с помощью рефрактометра.

Задачи исследования: изучить принцип действия рефрактометра и

определить зависимость показателя преломления водного раствора

глицерина от концентрации. Определить неизвестную концентрацию

раствора.

Рефрактометром называют прибор, служащий для определения

показателя преломления световых лучей в прозрачных жидкостях.

Принцип действия прибора основан на явлении полного внутреннего

отражения, возникающем на границе раздела двух сред, при переходе луча из

оптически более плотной в оптически менее плотную среду.

Главной частью рефрактометра является система двух прямоугольных

призм – осветительной (А1B1C1) и измерительной (АВС), сделанных из

стекла с большим показателем преломления (рис. 1).

У осветительной призмы грань А1B1 матовая, а грань АВ измерительной

призмы полированная. Призмы расположены так, что между гранями

остается узкое плоско-параллельное пространство, которое заполняется

исследуемой жидкостью. При работе в проходящем свете лучи от источника света проходят через

грань В1C1 осветительной призмы и падают на матовую поверхность грани

А1B1. Вследствие рассеяния света матовой поверхностью в исследуемую

жидкость входят лучи под всевозможными углами (см. точки а и b).

Благодаря этому, углы падения лучей, падающих на границу АВ жидкость-

стекло, будут иметь значения от 0° до 90°.

Для луча, скользящего по границе раздела, угол падения i0 = 90° и

согласно закону преломления:

1 2 0

= n n r sin,

где n1 – показатель преломления жидкости, а n2 – показатель преломления

призмы (n1 < n2), r0 – предельный угол полного внутреннего отражения.

Рис.1. Если на пути лучей, выходящих из измерительной призмы, поставить

зрительную трубу, то нижняя половина её поля зрения будет освещена, а

верхняя остается темной. При этом положение границы светотени

определяется лучом, соответствующим предельному углу.

При работе в отраженном свете лучи света направлены на матовую грань

ВС измерительной призмы. Лучи на ней рассеиваются, попадают на грань

АВ под всевозможными углами и преломляются на границе стекло-жидкость.

Те лучи, которые падают на поверхность АВ под углом меньшим

предельного, пройдут в жидкость и далее в призму A1B1C1. Лучи, которые

упадут на границу под углом, большим предельного, претерпят в призме

ABC полное внутреннее отражение и выйдут через границу АС. В поле

зрения зрительной трубы будут наблюдаться две области: верхняя – ярко

освещенная и нижняя – темная.

При наблюдении в белом свете граница света и тени из-за дисперсии

будет размыта и окрашена. Для устранения окраски и получения резкого

изображения границы служит компенсатор, состоящий из двух призм

прямого зрения, которые могут вращаться во взаимно перпендикулярных

направлениях.

Призма прямого зрения (призма Амичи) склеена из трех трехгранных

призм (рис. 2), изготовленных из стекол разного сорта. Две крайних призмы

изготовлены из крона с показателем преломления nк, а средняя - из флинта

(nф, nф> nк). Такая призма, не меняя направления желтых лучей, отклоняет

синие и фиолетовые лучи в сторону основания средней призмы, а оранжевые

и красные – в сторону ее вершины.

Если на пути выходящего из измерительной призмы пучка цветных

лучей установить призму Амичи так, чтобы ее дисперсия оказалась равной

по величине и противоположной по знаку дисперсии измерительной призмы,

то суммарная дисперсия будет равна нулю, а пучок цветных лучей соберется

в белый луч. Практически удобнее использовать две призмы прямого зрения,

общую дисперсию которых легко регулировать, вращая их относительно

друг друга.

Смоделировать работу компенсатора можно следующим образом.

Возьмите у лаборанта две призмы Амичи. Установите их вдоль одной

оптической оси и посмотрите на хорошо освещенный предмет. Вы увидите,

что он имеет размытые, окрашенные границы. Вращайте призмы вдоль

оптической оси и добейтесь исчезновения радужной окраски.

белый

свет

ф

к

крон крон

флинт

ж

Рис. 2. Ход лучей в призме

Амичи. Данная лабораторная работа может быть выполнена с использованием

рефрактометров двух марок: РДУ и ИРФ-454Б. Ниже приводится их

описания и порядок выполнения работы. Выберете нужный вариант.

Описание рефрактометра РДУ и порядка выполнения измерений.

На основании 1 (рис. 3) установлена стойка 2, к которой крепится корпус

3. На корпусе укреплена зрительная труба 4 и микроскоп 5. Микроскоп

позволяет рассмотреть шкалу показателей преломления изучаемого

вещества. Перед зрительной трубой внутри корпуса установлен

дисперсионный компенсатор 6, который поворачивается вращением ручки 7.

На одной оси с корпусом находится камера измерительной призмы 8,

связанная шарниром с камерой осветительной призмы 9. Для удобства

нанесения раствора на измерительную призму, корпус совместно с камерами

можно повернуть вращением ручки 10. Для направления светового потока на

входную грань осветительной призмы служит зеркало 11

39.Микроскопия (МКС) (лат. μΙκροσ — мелкий, маленький и σκοποσ — вижу) — изучение объектов с использованием микроскопа. Подразделяется на несколько видов: оптическая микроскопия, электронная микроскопия, многофотонная микроскопия, рентгеновская микроскопия или рентгеновская лазерная микроскопия, отличающиеся использованием электромагнитных лучей с возможностью рассмотрения и получения изображений микроэлементов вещества в зависимости от разрешающей способности приборов (микроскопов). Оптическая микроскопия

Оптический микроскоп

Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, т. е. наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличены один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешения составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины. Для наблюдения и изучения подобных объектов и предназначены оптические микроскопы различных типов.

Немецкие ученые Штефан Хелль (англ. Stefan Hell) и Мариано Босси (англ. Mariano Bossi) из Института биофизической химии в 2006 году разработали наноскоп, позволяющий наблюдать объекты размером около 15 нм.

Для получения больших увеличений применяется микроскоп. Оптическая система микроскопа состоит из двух частей более или менее сложной конструкции: объектива (обращенного к объекту) и окуляра (обращенного к глазу). Ход лучей в микроскопе показан на рис. 251, причем объектив и окуляр заменены на рисунке простыми линзами.
Как и лупа, микроскоп дает возможность рассматривать изображение предмета под большим углом, чем это возможно

для невооруженного глаза. Небольшой предмет S1S2 помещается перед объективом 1 микроскопа на расстоянии, немного большем фокусного расстояния объектива; его действительное изображение S'1S'2 находится вблизи переднего фокуса F2 окуляра 2 — между окуляром и его передним фокусом. Это изображение рассматривается глазом через окуляр, как через лупу; на сетчатке глаза образуется изображение S'''1S'''2, которое воспринимается глазом как исходящее от мнимого увеличенного изображения S"1S"2. D — расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра — называется оптической длиной тубуса микроскопа; от нее зависит увеличение микроскопа. S'1S'2 находится в передней фокальной плоскости окуляра, т. е. изображение S"1S"2 лежит в бесконечности; при этом глаз находится в ненапряженном состоянии.

Увеличением микроскопа, как и в случае лупы, называется отношение длины изображения какого-либо отрезка, получаемого на сетчатой оболочке глаза при помощи микроскопа, к длине изображения того же отрезка на сетчатке при рассматривании его невооруженным глазом.

Действие микроскопа эквивалентно действию лупы с фокусным расстоянием f, равным фокусному расстоянию всего микроскопа. Пользуясь формулой (114.1), для увеличения микроскопа находим

Фокусное расстояние микроскопа как системы из двух линз может быть сделано значительно меньше, чем фокусное расстояние объектива или окуляра в отдельности. В соответствии с этим увеличение микроскопа значительно больше увеличения, даваемого объективом или окуляром. Как показывает расчет, увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и увеличения окуляра. Поэтому нередко применяют микроскопы с увеличением около 1000 и даже больше.

Основные части оптической системы микроскопа — объектив 1 и окуляр 2 — размещаются на концах цилиндрической трубки, укрепленной в штативе (рис. 252). Объект 3 помещается на предметном столике 4 и освещается снизу с помощью зеркала 5 и конденсора 6. Оправы объектива и окуляра устанавливаются в металлической трубке — тубусе 7. Наводка на резкое изображение осуществляется с помощью винта кремальеры 8 (грубая наводка) или микрометрического винта 9 (точная наводка). Окуляры и объективы микроскопа делаются сменными, благодаря чему можно быстро менять увеличение системы. Быстрая смена объективов с разным увеличением производится с помощью револьвера 10. Тубус и столик укреплены на массивном штативе 11.
Наличие действительного промежуточного изображения, даваемого объективом, расширяет область применения микроскопа. Оно делает возможным точные измерения размеров предмета, для чего в фокальную плоскость окуляра помещают шкалу, нанесенную на прозрачную пластинку. Можно получить проекцию этого изображения на экран, сфотографировать его и т. д. (см. упражнение 53 в конце этой главы).

 

40. Дифpакцией называется огибание светом пpепятствий. Дифракция тесно связана с явлением интерференции. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.
Явление дифракции света объясняется идеей Френеля: каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн, причем все вторичные источники когерентны (принцип Гюйгенса - Френеля). геометрической оптики выполняются достаточно точно лишь в том случае, если размеры препятствий на пути распространения света много больше длины световой волны:

Дифракция происходит в том случае, когда размеры препятствий соизмеримы с длиной волны: L ~ Л.

Дифракционная картина, полученная на экране, расположенном за различными преградами, представляет собой результат интерференции: чередование светлых и темных полос (для монохроматического света) и разноцветных полос (для белого света). Дифракционная решетка - оптический прибор, представляющий собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Число штрихов у хороших дифракционных решеток доходит до нескольких тысяч на 1 мм.

Если ширина прозрачной щели (или отражающих полос) а, а ширина непрозрачных промежутков (или рассеивающих свет полос) b, то величина d = а + b называется периодом решетки.

 

Измерение размеров эритроцитов методом дифракции.
Для исследования биологических объектов наиболее часто используется дифракционный метод.
Одним из наиболее распространенных объектов дифрактометрического исследования являются красные клетки крови.
ход исследования:

Эридифрактометр предназначен для динамического контроля сдвиговой упругости живых эритроцитов (достаточно стандартной пробы крови из пальца) в гидродинамическом контуре, который моделирует круг кровообращения. Суспензию с концентрацией эритроцитов заливают в широкую буферную часть с открытой поверхностью. Через нее же можно вводить свет, добавлять и откачивать кислород, а также применять иные воздействия, например, тестировать реакцию на лекарственный препарат. Измерения проводятся в другой части контура, где луч зондирующего и весьма маломощного (менее 1 мВт) лазера пересекает тонкую оптическую кювету - плоский капилляр. Используется основное свойство дифракции Фраунгофера (в параллельных лучах). Световой пучок, пересекающий плоскость с N случайно расположенными малыми дисками одинакового диаметра, дает такую же систему концентрических колец, как и одиночный диск, только яркость изображения в N раз больше. По нему сразу можно определить диаметр диска. Если диаметры дисков немного различаются (что характерно для эритроцитов!), то кольца немного размываются, и с помощью фотометрирования можно определить распределение по размерам. Когда диски овальные, но в плоскости ориентированы одинаково, дифракционная картина состоит из системы овальных колец, развернутых на 90 градусов.

 

 

41. Разрешающая способность оптических приборов, характеризует способность этих приборов давать раздельные изображения двух близких друг к другу точек объекта. Наименьшее линейное или угловое расстояние между двумя точками, начиная с которого их изображения сливаются, называется линейным или угловым пределом разрешения. Обратная ему величина обычно служит количественной мерой Р. с.

Разрешающая способность микроскопа: z = A/0.5 λ=n*sin(u/2)/ 0.5 λ

A-числовая апертура, A= n*sin(u/2); u/2- апертурный угол объектива,u- угол раскрытия объектива; λ – длина волны света

Предел разрешения микроскопа: D=1/z

Разрешающая способность глаза это минимальный диаметр пятна: которое рассматривается с расстояния наилучшего зрения (25-30 см) и. который человеческий глаз может отличить от остальных предметов.

Под полезным понимают такое увеличение наблюдаемого объекта, при котором можно выявить новые детали его строения, олезное увеличение обычно равно числовой апертуре объектива, увеличенной в 500-1000 раз.

42 Поляризация света – процесс упорядочения колебаний вектора напряжённости электрического поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые вещества (при преломлении) или при отражении светового потока. Существует несколько способов получения поляризованного света.

1)Поляризация при помощи поляроидов. Поляроиды представляют собой целлулоидные пленки с нанесенным на них тончайшим слоем кристалликов сернокислого нодхинина. Применение полярой^ дов является в настоящее время наиболее распространенным способом поляризации света.

2)Поляризация посредством отражения. Если естественный луч света падает на черную полированную поверх ность, то отраженный луч оказывается частично поляризованным. В качестве поляризатора и анализатора может быть употреблено зеркальное или достаточно хорошо отполированное обычное оконное стекло, зачерненное с одной стороны асфальтовым лаком.

Степень поляризации тем больше, чем правильнее выдержан угол падения. Для стекла угол падения равен 57°.

3)Поляризация посредством п р е л о м л е н и я. Световой луч поляризуется не только при отражении, но и при преломлении. В этом случае в качестве поляризатора и анализатора используется стопка сложенных вместе 10—15 тонких стеклянных пластинок, расположенных к падающим на них световым лучам под углом в 57°.

Опт и ческая акт и вность, способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического излучения (света).

угол j поворота плоскости поляризации линейно зависит от толщины l слоя активного вещества (или его раствора) и концентрации с этого вещества — j = [a] lc (коэффициент [a] называется удельной О. а.); 2) поворот в данной среде происходит либо по часовой стрелке (j > 0), либо против неё (j < 0), если смотреть навстречу ходу лучей света

43. Расс е яние св е та, изменение характеристик потока оптического излучения (света) при его взаимодействии с веществом. Этими характеристиками могут быть пространственное распределение интенсивности, частотный спектр, поляризация света. Часто Р. с. называется только обусловленное пространственной неоднородностью среды изменение направления распространения света, воспринимаемое как несобственное свечение среды.

РАССЕЯНИЯ ПОКАЗАТЕЛЬ, величина, обратная расстоянию, на котором поток излучения, образующего параллельный световой пучок, ослабляется в результате рассеяния в среде в 10 раз или в е раз.

Рэл е я зак о н, гласит, что интенсивность I рассеиваемого средой света обратно пропорциональна 4-й степени длины волны l падающего света (I ~ l^-4) в случае, когда среда состоит из частиц-диэлектриков, размеры которых много меньше l. I_расс ~ 1/ ⁴

44. Поглощ е ние св е та, уменьшение интенсивности оптического излучения (света), проходящего через материальную среду, за счёт процессов его взаимодействия со средой. Световая энергия при П. с. переходит в различные формы внутренней энергии среды или оптическое излучние др состава; она может быть полностью или частично переизлучена средой на частотах, отличных от частоты поглощённого излучения.

Закон Бугера.Физический смысл в том, что сам процесс потери фотонов пучка в среде не зависит от их плотности в световом пучке,т.е. от интенсивности света и от полудлины I.

I=I₀ exp( _λl ); l – длина волн,  _λ- показатель поглощения, I₀ – интенсивность поглощающего пучка.

Буг е ра — Л а мберта — Б е ра зак о н, определяет постепенное ослабление параллельного монохроматического (одноцветного) пучка света при распространении его в поглощающем веществе. Если мощность пучка, вошедшего в слой вещества толщиной l, равна I _o, то, согласно Б.—Л.—Б. з., мощность пучка при выходе из слоя

I (l) = I _o e ^{- c cl,}

где c — удельный показатель поглощения света, рассчитанный на единицу концентрации с вещества, определяющего поглощение;

Поглощения показатель (k_l), величина, обратная расстоянию, на котором монохроматический поток излучения частоты n, образующий параллельный пучок, ослабляется за счёт поглощения в веществе в е раз или в 10 раз. Измеряется в см^-1 или м^-1. В спектроскопии и некоторых др. отраслях прикладной оптики термином "П. п." по традиции пользуются для обозначения коэффициента поглощения.

Молярный показатель поглощения

Коэффициент пропускания – отношение потока излучения, прошедшего через среду, к потоку,упавшему на ее поверхность. t = Ф/Ф₀

Оптическая плотность – мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей D = lg(-F₀/F)

Прозра́чность среды́ — отношение величины потока излучения, прошедшего без изменения направления через слой среды единичной толщины к величине падающего потока (то есть без учёта эффектов рассеивания и влияния эффектов на поверхностях раздела).

45.Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии.

Абсолютно чёрное тело — физическая идеализация, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.

Серое тело — это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, а зависит только от температуры

— для серого тела

 

СЕРОЕ ТЕЛО - тело, поглощения коэффициент к-рого меньше 1 и не зависит от длины волны излучения и абс. темп-ры Т. Коэф. поглощения (наз. также коэф. черноты С. т.) всех реальных тел зависит от (селективное поглощение) и Т, поэтому их можно считать серыми лишь в интервалах и Т, где коэф. прибл. постоянен. В видимой области спектра свойствами С. т. обладают каменный уголь ( = 0,80 при 400- 900 К), сажа ( = 0,94-0,96 при 370-470 К); платиновая и висмутовая черни поглощают и излучают как С. т. в наиб. широком интервале - от видимого света до 25-30 мкм ( = 0,93-0,99).

Основные законы излучения:

Закон Стефана — Больцмана — закон излучения абсолютно чёрного тела. Определяет зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры. Формулировка закона:

Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела:

где - степень черноты (для всех веществ , для абсолютно черного тела ). При помощи закона Планка для излучения, постоянную σ можно определить как

где — постоянная Планка, k — постоянная Больцмана, c — скорость света.

Численное значение Дж·с⁻¹·м⁻² · К⁻⁴.

Закон излучения Кирхгофа — физический закон, установленный немецким физиком Кирхгофом в 1859 году.

В современной формулировке закон звучит следующим образом:

Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.

Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела . С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону , именуемым излучательной способностью тела.

Величины и могут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, однако согласно закону излучения Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры:

Длина волны, при которой энергия излучения абсолютно чёрного тела максимальна, определяется законом смещения Вина:

где T — температура в кельвинах, а λ_max — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.

Характеристики теплового излучения

Тела, нагретые до доста 424e43ie;точно высоких температур, светятся. Свечение тел, обусловлен╜ное нагреванием, называется тепловым (температурным) излучением. Тепловое излуче╜ние, являясь самым распространенным в природе, совершается за счет энергии тепло╜вого движения атомов и молекул вещества (т. е. за счет его внутренней энергии) и свойственно всем телам при температуре выше 0 К. Тепловое излучение характеризу╜ется сплошным спектром, положение максимума которого зависит от температуры. При высоких температурах излучаются короткие (видимые и ультрафиолетовые) элект╜ромагнитные волны, при низких ≈ преимущественно длинные (инфракрасные).

Тепловое излучение ≈ практически единственный вид излучения, который может быть равновесным. Предположим, что нагретое (излучающее) тело помещено в по╜лость, ограниченную идеально отражающей оболочкой. С течением времени, в резуль╜тате непрерывного обмена энергией между телом и излучением, наступит равновесие, т. е. тело в единицу времени будет поглощать столько же энергии, сколько и излучать. Допустим, что равновесие между телом и излучением по какой-либо причине нарушено и тело излучает энергии больше, чем поглощает. Если в единицу времени тело больше излучает, чем поглощает (или наоборот), то температура тела начнет понижаться (или повышаться). В результате будет ослабляться (или возраста 424e43ie;ть) количество излучаемой телом энергии, пока, наконец, не уста 424e43ie;новится равновесие. Все другие виды излучения неравновесны.

Количественной характеристикой теплового излучения служит спектральная плот╜ность энергетической светимости (излучательности) тела ≈ мощность излучения с еди╜ницы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины:

где d ≈ энергия электромагнитного излучения, испускаемого за единицу време╜ни (мощность излучения) с единицы площади поверхности тела в интервале частот от n до n +d n.

Единица спектральной плотности энергетической светимости (R_n,T) ≈ джоуль на метр в квадрате (Дж/м²).

Записанную формулу можно предста 424e43ie;вить в виде функции длины волны:

Так как c=ln, то

где знак минус указывает на то, что с возраста 424e43ie;нием одной из величин (n или l) другая величина убывает. Поэтому в дальнейшем знак минус будем опускать. Таким образом,

С помощью формулы (197.1) можно перейти от R_n,T═ к R_l,T и наоборот.

Зная спектральную плотность энергетической светимости, можно вычислить интег╜ральную энергетическую светимость (интегральную излучательность) (ее называют про╜сто энергетической светимостью тела), просуммировав по всем частотам:

Способность тел поглощать падающее на них излучение характеризуется спект╜ральной поглощательной способностью

показывающей, какая доля энергии, приносимой за единицу времени на единицу площади поверхности тела падающими на нее электромагнитными волнами с частота╜ми от n до n +d n, поглощается телом. Спектральная поглощательная способ╜ность ≈ величина безразмерная. Величины R_n,T ═и А_n,T зависят от природы тела, его термодинамической температуры и при этом различаются для излучений с различными частотами. Поэтому эти величины относят к определенным Т и n (вернее, к доста 424e43ie;точно узкому интервалу частот от n до n +d n).

Тело, способное поглощать полностью при любой температуре все падающее на него излучение любой частоты, называется черным. Следовательно, спектральная поглощательная способность черного тела для всех частот и температур тождественно равна единице ( ). Абсолютно черных тел в природе нет, однако такие тела, как сажа, платиновая чернь, черный бархат и некоторые другие, в определенном интервале частот по своим свойствам близки к ним.

Идеальной моделью черного тела является замкнутая полость с небольшим отвер╜стием О, внутренняя поверхность которой зачернена (рис. 286). Луч света, попавший внутрь такой полости, испытывает многократные отражения от стенок, в результате чего интенсивность вышедшего излучения оказывается практически равной нулю. Опыт показывает, что при размере отверстия, меньшего 0,1 диаметра полости, пада╜ющее излучение всех частот полностью поглощается. Вследствие этого открытые окна домов со стороны улицы кажутся черными, хотя внутри комнат доста 424e43ie;точно светло из-за отражения света от стен.

Наряду с понятием черного тела используют понятие серого тела ≈ тела, поглощательная способность которого меньше единицы, но одинакова для всех частот и зави╜сит только от температуры, материала и состояния поверхности тела. Таким образом, для серого тела = A_T = const<l.

Исследование теплового излучения сыграло важную роль в создании квантовой теории света, поэтому необходимо рассмотреть законы, которым оно подчиняется.

Абсолютно черное тело

Энергетическая светимость тела R_Т, численно равна энергии W, излучаемой телом во всем диапазоне длин волн (0<<) с единицы поверхности тела, в единицу времени, при температуре тела Т, т.е.

(1)

Испускательная способность тела r_,Т численно равна энергии тела dW, излучаемой телом c единицы поверхности тела, за единицу времени при температуре тела Т, в диапазоне длин волн от  до  +d, т.е.

(2)

Эту величину называют также спектральной плотностью энергетической светимости тела.

Энергетическая светимость связана с испускательной способностью формулой

(3)

Поглощательная способность тела _,T - число, показывающее, какая доля энергии излучения, падающего на поверхность тела, поглощается им в диапазоне длин волн от  до  +d, т.е.

. (4)

Тело, для которого  _,T=1 во всем диапазоне длин волн, называется абсолютно черным телом (АЧТ).

Тело, для которого  _,T=const<1 во всем диапазоне длин волн называют серым.

46. Особыми физическими приборами, называемыми актинометрами, можно измерить количество солнечной энергии, получаемой на земной поверхности на единицу площади в единицу времени. Прежде чем лучи Солнц а достигнут поверхности Земли и попадут в актинометр, они должны пройти всю толщу нашей атмосферы, вследствие чего часть энергии будет поглощена атмосферой. Величина этого поглощения весьма колеблется в зависимости от состояния атмосферы, так что получаемое на земной поверхности количество солнечной энергии в разное время весьма различно.

 

Солнечной постоянной называется количество энергии, получаемое одним квадратным сантиметром площади, выставленной на границе земной атмосферы перпендикулярно к лучам Солнца, в одну минуту в малых калориях. Из большого ряда актинометрических наблюдений многих геофизических обсерваторий для солнечной постоянной было получено следующее значение:

А = 1,94 кал/см2 • мин.

На 1 квадратный метр обращенной к Солнцу поверхности площадки в окрестностях Земли ежесекундно поступает 1400 Дж энергии, переносимой солнечным электромагнитным излучением. Эта величина называется солнечной постоянной. Иными словами, плотность потока энергии солнечного излучения составляет 1,4 кВт/м².

СОЛНЕЧНЫЙ СПЕКТР - распределение энергии электромагнитного излучения Солнца в диапазоне длин волн от нескольких долей нм (гамма-излучение) до метровых радиоволн. В видимой области солнечный спектр близок к спектру абсолютно черного тела при температуре около 5800 К; имеет энергетический максимум в области 430-500 нм. Солнечный спектр — непрерывный спектр, на который наложено более 20 тыс. линий поглощения (Фраунгоферовых линий) различных химических элементов.

Актин о метр - прибор для измерения интенсивности прямой солнечной радиации. Принцип действия А. основан на поглощении падающей радиации зачернённой поверхностью и превращении её энергии в теплоту. А. является относительным прибором, т.к. об интенсивности радиации судят по различным явлениям, сопровождающим нагревание, в отличие от пиргелиометров — приборов абсолютных. Например, принцип действия актинометра Михельсона основан на нагревании солнечными лучами зачернённой сажей биметаллической пластинки 1, спрессованной из железа и инвара.При нагревании железо удлиняется, а инвар почти не испытывает теплового расширения, поэтому пластинка изгибается. Величина изгиба служит мерой интенсивности солнечной радиации. С помощью микроскопа наблюдают перемещение кварцевой нити, расположенной на конце пластинки.

 

═════════════════════════════════════════════════════