Меню

Поглощение света Коэффициент поглощения

Термины и определения

Низкоэмиссионное покрытие

Низкоэмиссионное покрытие: Покрытие, при нанесении которого на стекло существенно улучшаются теплотехнические характеристики стекла (сопротивление теплопередаче остекления с применением стекла с низкоэмиссионным покрытием увеличивается, а коэффициент теплопередачи — уменьшается).

Солнцезащитное покрытие

Солнцезащитное покрытие: Покрытие, при нанесении которого на стекло улучшается защита помещения от проникновения избыточного солнечного излучения.

Коэффициент эмиссии

Коэффициент эмиссии (откорректированный коэффициент эмиссии): Отношение мощности излучения поверхности стекла к мощности излучения абсолютно черного тела.

Нормальный коэффициент эмиссии

Нормальный коэффициент эмиссии (нормальная излучательная способность): Способность стекла отражать нормально падающее излучение; вычисляется как разность между единицей и коэффициентом отражения в направлении нормали к поверхности стекла.

Солнечный фактор

Солнечный фактор (коэффициент общего пропускания солнечной энергии): Отношение общей солнечной энергии, поступающей в помещение через светопрозрачную конструкцию, к энергии падающего солнечного излучения. Общая солнечная энергия, поступающая в помещение через светопрозрачную конструкцию, представляет собой сумму энергии, непосредственно проходящей через светопрозрачную конструкцию, и той части поглощенной светопрозрачной конструкцией энергии, которая передается внутрь помещения.

Коэффициент направленного пропускания света

Коэффициент направленного пропускания света (равнозначные термины: коэффициент пропускания света, коэффициент светопропускания), обозначается как τv (LT) – отношение значения светового потока, нормально прошедшего сквозь образец, к значению светового потока, нормально падающего на образец (в диапазоне длин вол видимого света).

Коэффициент отражения света

Коэффициент отражения света (равнозначный термин: коэффициент нормального отражения света, коэффициент светоотражения) обозначится как ρv (LR) – отношение значения светового потока, нормально отраженного от образца, к значению светового потока, нормально падающего на образец (в диапазоне длин вол видимого света).

Коэффициент поглощения света

Коэффициент поглощения света (равнозначный термин: коэффициент светопоглощения) обозначается как av (LA) — отношение значения светового потока, поглощенного образцом, к значению светового потока, нормально падающего на образец (в диапазоне волн видимого спектра).

Коэффициент пропускания солнечной энергии

Коэффициент пропускания солнечной энергии (равнозначный термин: коэффициент прямого пропускания солнечной энергии) обозначается как τе (DET) – отношение значения потока солнечного излучения, нормально прошедшего сквозь образец, к значению потока солнечного излучения, нормально падающего на образец.

Коэффициент отражения солнечной энергии

Коэффициент отражения солнечной энергии обозначается как ρе (ER) – отношение значения потока солнечного излучения, нормально отраженного от образца, к значению потока солнечного излучения, нормально падающего на образец.

Коэффициент поглощения солнечной энергии

Коэффициент поглощения солнечной энергии (равнозначный термин: коэффициент энергопоглощения) обозначается как ае (EА) – отношение значения потока солнечного излучения, поглощенного образцом, к значению потока солнечного излучения, нормально падающего на образец.

Коэффициент затенения

Коэффициент затенения обозначается как SC или G – коэффициент затенения определяется как отношение потока проходящего через данное стекло солнечного излучения в диапазоне волн от 300 дог 2500 нм (2,5 мкм) к потоку солнечной энергии, прошедшей через стекло толщиной 3 мм. Коэффициент затенения показывает долю прохождения не только прямого потока солнечной энергии (ближняя инфракрасная область излучения), но и излучение за счет абсорбирующейся в стекле энергии ( в дальней области инфракрасных излучений).

Коэффициент теплопередачи

Коэффициент теплопередачи – обозначается как U, характеризует количество тепла в ваттах (Вт), которое проходит через 1 м2 конструкции при разности температур по обе стороны в один градус по шкале Кельвина (К), единица измерения Вт/(м2•К).

Сопротивление теплопередаче

Сопротивление теплопередаче обозначается как R – величина, обратная коэффициенту теплопередачи.

Источник

Поглощение света. Коэффициент поглощения

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА

Поглощение света — это оптическое явление, обусловленное ослаблением светового потока при прохождении через вещество вследствие трансформации части световой энергии в другие виды (чаще всего в тепло).

Если на вещество падает параллельный пучок света (плоская волна) интенсивности I o, то нетрудно определить зависимость I=I(x), где х — путь, пройденный светом в веществе (рис. 9.1). Поскольку, как показывает опыт, для большинства источников света ослабление излучения пропорционально толщине слоя и интенсивности падающего света I, то dI = -aIdx и . Проинтегрируем последнее выражение и найдем связь между I и х.:

.

Выражение (9.1) носит название закона Бугера, а a — коэффициент поглощения, зависящий в общем случае от длины волны или частоты света. Физический смысл a определяется из анализа комплексного показателя преломления n¢=n(1-ic). Амплитуда прошедшей световой волны через поглощающую среду задается формулой (8.29)

где . Таким образом, коэффициент поглощения a связан с показателем поглощения и характеризует степень ослабления света по мере прохождения через поглощающую среду.

Общая закономерность поглощения определяется экспоненциальным законом в соответствии с формулой (9.1) (рис. 9.2).

Физический смысл a заключается в том, что он численно равен величине, обратной толщине слоя, при прохождении которого свет ослабляется в е раз. Коэффициент поглощения a в системе СИ выражается в м -1 .

Поскольку коэффициент поглощения зависит от длины волны (от частоты), то такая зависимость является индивидуальной характеристикой любого вещества и носит название спектра поглощения (a=a(l)). Для разреженных газов, паров металлов и ионов спектр поглощения представляет собой отдельные линии поглощения, характеризующие собственные частоты колебаний частиц вещества. Молекулы имеют более сложный спектр поглощения, состоящий как из совокупности отдельных линий и полос (простые молекулы), так и широких полос поглощения (сложные молекулярные структуры), перекрывающих большие спектральные интервалы излучения (рис. 9.3).

Опыт показывает, что для газов, паров и разбавленных растворов коэффициент поглощения пропорционален концентрации частиц С. Другими словами, коэффициент поглощения a есть

и закон Бугера приобретает вид

где А — коэффициент, не зависящий от концентрации и характерный для данного сорта молекул.

Утверждение, что А не зависит от концентрации, носит название закона Бера (1852). Его физический смысл заключается в том, что поглощающая способность молекулы не зависит от влияния окружающих молекул. Это условие выполняется лишь при небольших концентрациях частиц.

Читайте также:  Строение внутреннего слоя клеток

Физические процессы, приводящие к поглощению, можно свести к нескольким причинам:

1. Энергия падающей волны идет на излучение вторичных волн. Излучение вторичных волн является причиной рассеяния энергии падающей волны. Причем затухание будет тем больше, чем больше интенсивность излучения, т. е. чем больше амплитуда вынужденных колебаний, достигающая наибольшего значения при w®w о. Максимальное поглощение соответствует той частоте w, которая совпадает с частотой собственных колебаний.

2. При соударении атомов колебательная энергия может переходить в энергию поступательного движения столкнувшихся атомов, т.е. в тепло. Этот процесс поглощает особенно много энергии в том случае, когда в системе возбуждены колебания с частотой w=w о.

Источник



Коэффициент поглощения света таблица

Лабораторная работа № 67

ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА ПРОЗРАЧНЫХ ТЕЛ

Цель работы : изучение работы лабораторного фотометра ЛМФ-72; измерение коэффициентов поглощения света просвинцованного стекла и оргстекла; анализ диаграммы полученных результатов.

Приборы и принадлежности : лабораторный фотометр
ЛМФ-72, набор исследуемых образцов.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Из опытов известно, что по мере распространения световой волны в веществе ее интенсивность постепенно уменьшается. Это явление называется поглощением света в веществе (абсорбцией света). Поглощение света связано с преобразованием энергии электромагнитного поля волны в другие виды энергии. Согласно электронной теории взаимодействие света и вещества сводится к взаимодействию электромагнитного поля световой волны с атомами и молекулами вещества. Электроны, входящие в состав атомов, могут колебаться под действием переменного электрического поля световой волны. Часть энергии световой волны затрачивается на возбуждение колебаний электронов. Частично энергия колебания электронов вновь переходит в энергию светового излучения, а также и в другие формы энергии, например в энергию теплового движения.

Поглощение света можно в общих чертах описать с энергетической точки зрения, не входя в детали механизма взаимодействия световых волн с атомами и молекулами поглощающего вещества.

Рис. 1

где α – коэффициент поглощения, зависящий от частоты падающей волны (или длины волны).

Знак «минус» означает убыль энергии световой волны. Интегрируя уравнение (1), получим

– закон Бугера , (4)

где I – интенсивность света, вышедшего из поглощающего вещества.

Формула (4) справедлива только для монохроматического света, так как коэффициент поглощения зависит от длины волны λ (или частоты). Коэффициент поглощения света α – величина, обратная толщине слоя, при прохождении которого интенсивность убывает в « » раз.

Обычно поглощение носит селективный избирательный характер, т.е. свет различных длин волн поглощается различно. Так как длина волны определяет цвет света, то, следовательно, лучи различных цветов поглощаются в данном веществе по-разному. Прозрачными неокрашенными телами являются тела, дающие малое поглощение света всех длин волн, относящихся к интервалу видимых лучей. Так, стекло поглощает в слое толщиной в 1 см лишь около 1 % проходящих через него видимых лучей. То же стекло сильно поглощает ультрафиолетовые и далекие инфракрасные лучи.

Цветными прозрачными телами являются тела, обнаруживающие селективность поглощения в пределах видимых лучей. Например, «красным» является стекло, слабо поглощающее красные и оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые, синие и фиолетовые. Если на такое стекло падает белый свет, представляющий собой смесь волн различных длин, то через него пройдут лишь более длинные волны, вызывающие ощущение красного цвета, более же короткие волны будут поглощены. При освещении того же стекла зеленым или синим светом оно покажется «черным», так как стекло поглощает эти лучи.

Рис. 2

Для вычисления коэффициента поглощения прологарифмируем формулу (4) и решим относительно α:

где τ – коэффициент пропускания, равный отношению интенсивности света Ι, прошедшего слой вещества, к интенсивности света Ι, падающего на этот слой.

С учетом (6) формула (5) перепишется в виде:

ln τ = – α · l или 2,3 lg τ = – α · l , (7)

Оптическая плотность вещества D равна логарифму величины, обратной коэффициенту пропускания:

С учетом (9) коэффициент поглощения равен

Для различных веществ численное значение коэффициента поглощения α различно и колеблется в широких пределах.

В качестве примера приводим коэффициенты поглощения видимых лучей, которые определяются следующими величинами:
(0,01–0,03) см –1 – для стекла (в зависимости от сорта); 0,001 см –1 – для воды; (2–4)·10 –1 см –1 – для воздуха (в зависимости от влажности).

В данной работе измерение коэффициента поглощения света твердыми телами выполняется с помощью фотометра ЛМФ-72.

2. ОПИСАНИЕ РАБОЧЕЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ

Фотометр лабораторный ЛМФ-72 предназначен для измерения коэффициентов пропускания, оптической плотности жидкостных растворов и твердых тел, а также определения концентрации растворов графическим методом.

Прибор может быть использован для массовых анализов по определению содержания различных элементов в условиях исследовательских, заводских и агрохимических лабораторий.

Внешний вид фотометра изображен на рис. 3. Здесь 1 – клавиша «сеть»; 2 – сигнальная лампа; 3 – флуориметр ; 4 – расширитель;
5 – род работы; 6 – крышка; 7 – щель для установки сменных фильтров; 8 – шкала измерительного прибора.

Рис. 3

Лабораторный фотометр ЛМФ-72 выполнен по однолучевой схеме с модуляцией светового потока и непосредственным отсчетом. Функциональная схема прибора представлена на рис. 4.

Световой поток от источника излучения 1, пройдя светофильтр 2, модулируется обтюратором 3 и затем через кювету 4 с измеряемой жидкостью попадает на фотокатод светоприемника 5, где преобразуется в переменное напряжение, пропорциональное прошедшему через кювету световому потоку. Переменное напряжение, усиленное усилителем 6, детектируется преобразователем 7 и регистрируется измерительным прибором 8. Компенсатор нуля 9 служит для точной его установки. Питание схемы осуществляется стабилизированными источниками 10, 11, 12.

Читайте также:  Основные этапы развития русской философии

Рис. 4

Оптическая схема прибора представлена на рис. 5.

Рис. 5

При измерении коэффициента пропускания τ световой поток от лампы 1 через конденсор 2, 3 параллельным пучком через регулируемую щель 4, светофильтр 5, обтюратор модуля 7 и кювету с измеряемой жидкостью 8 попадает на светоприемник 10. Стекла 6 защищают элементы оптической схемы от воздействия на них капель и паров измеряемой среды; шторка 9 предохраняет светоприемник от засветки посторонним светом.

На лицевой панели прибора ( см . рис. 3) размещены ручки управления прибором и глазок индикации 2 включения прибора. На горизонтальной поверхности прибора расположена щель 7 установки сменных светофильтров и откидная крышка 6 кюветной камеры. На наклонной части фотометра размещен показывающий прибор, под ним – номограмма 8 пересчета коэффициента пропускания τ в оптическую плотность D.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

3.1. Включите прибор в сеть с напряжением 220 В.

3.2. Установите в прибор сменный интерференционный светофильтр № 3 (зеркальная поверхность светофильтра должна находиться слева, т.е. со стороны источника света).

3.3. Закройте крышку кюветного блока.

3.4. Перекройте оптический канал, выдвинув на себя ручку «род работы» до упора.

3.5. Вращением против часовой стрелки установите ручку «чувствительность, грубо, точно» в крайнее положение.

3.6. Вращением по часовой стрелке установите ручку «установка 0, грубо» в крайнее положение.

3.7. Нажмите кнопку «сеть».

3.8. Через 5–10 минут приведите стрелку показывающего прибора к отметке «0» вращением ручки «установка 0, точно».

3.9. Задвиньте ручку «род работы» до упора и вращением ручки «установка 100» передвиньте стрелку показывающего прибора на отметку «100».

3.10. Нажмите кнопку «расширитель» и вращением ручки «установка 0, грубо» установите показания прибора на 20–25 делений.

3.11. Вращением ручки «чувствительность грубо, точно» верните стрелку прибора к отметке «100».

3.12. Измерения на приборе начинайте спустя 30 минут после его включения в сеть. При замене светофильтра в процессе работы измерения рекомендуется проводить не ранее, чем через 5 минут.

3.13. При измерении коэффициента пропускания отключите кнопки « флуориметр » и «расширитель», а ручку «род работы» задвиньте в прибор до упора.

3.14. Поставьте образец в рамку прибора, открыв крышку.

3.15. Установите светофильтр № 3 зеркальной поверхностью в сторону лампы.

3.16. Закройте крышку кюветного отделения и по шкале показаний прибора определите коэффициент пропускания τ .

3.17. По номограмме, расположенной под измерительной шкалой прибора, для данного значения τ определите величину оптической плотности D.

3.18. Меняя номера фильтров, определите оптическую плотность стекол D для определенных длин волн.

3.19. Микрометром измерьте толщину исследуемого образца.

3.20. По формуле (10) вычислите значения коэффициентов поглощения α.

3.21. Опыт повторите с образцом 2. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу, форма которой дана ниже.

3.22. Постройте диаграмму зависимости α = f ( λ ) для каждого образца.

Источник

Основные закономерности светопоглощения

При прохождении через слой вещества (в частном случае раствора) светового потока с интенсивностью 1 0 его интенсивность вследствие поглощения в слое, отражения и рассеяния уменьшается до значения I. Интенсивность падающего светового потока I 0 и светового потока I, прошедшего через раствор, можно определить экспериментально.

Связь между интенсивностями световых потоков I 0 и I устанавливается законом Бугера-Ламберта, согласно которому однородные слои одного и того же вещества одинаковой толщины поглощают одну и ту же долю падающей на них световой энергии (при постоянной концентрации растворенного вещества). Материалистически этот закон выражается уравнением экспоненциальной зависимости:

где е — основание натуральных логарифмов;

к — коэффициент поглощения;

l — толщина поглощающего слоя.

Отношение I /I 0 называют пропусканием (Т); его значения могут изменяться от 0 до 1. Часто эту величину выражают в процентах. Если величина Т отнесена к толщине слоя в 1 см, то ее называют коэффициентом пропускания. Поглощение излучения характеризуют оптической плотностью:

Связь между концентрацией поглощающего раствора и его оптической плотностью lg (I 0/I) выражается законом Бера, согласно которому оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации растворенного вещества при постоянной толщине слоя:

где к1 — коэффициент пропорциональности;

С — концентрация растворенного вещества.

Зависимость монохроматического светового потока, прошедшего через слой окрашенного раствора, от интенсивности падающего потока света, концентрации окрашенного вещества и толщины раствора определяется объединенным законом Бугера-Ламбера-Бера, который является основным законом светопоглощения и лежит в основе большинства фотометрических методов анализа.

где к — коэффициент светопоглощения, зависящий от природы растворенного вещества, температуры, растворителя и длины волны света.

Если концентрация С выражена в молях на литр, a l — в сантиметрах, то к представляет собой молярный коэффициент светопоглощения и обозначается Ел. Основной закон светопоглощения в этом случае будет иметь следующий вид:

При соблюдении основного закона светопоглощения оптическая плотность раствора прямо пропорциональна молярному коэффициенту светопоглощения, концентрации поглощающего вещества и толщине слоя раствора:

Источник

Оптические и световые коэффициенты

Свет, падая на поверхность, претерпевает физические изменения, характеризующиеся его переходом из одной среды в другую. При этом явлении происходит изменение его направления – преломление, разнообразие которого создает рассеяние света.

В зависимости от степени неровности поверхности предметов могут быть зеркальными или шероховатыми, а тела и среды – однородными и неоднородными.

В зависимости от физического строения тела или среды рассеяние проявляется в отражении, пропускании или поглощении светового потока.

Читайте также:  Таблица сантиметров и возраста детей

Падающий на тело (среду) поток излучения Ф разделяется слоем материала на составляющие Ф R, Ф А, Ф Т (рис.2.7):

Рисунок 2.7 – Падающий поток излучения разделяется слоем материала на составляющие Φ R, Φ А и Φ Т

Коэффициент отражения r равен отношению отраженного потока излучения Ф R к упавшему потоку Ф

Коэффициент отраженияхарактеризует светлоту поверхности в процентах (ρ100) относительно идеально белой с ρ = 1, ρ =100%.

Коэффициент пропускания t равен отношению прошедшего через материал потока излучения Ф Т к упавшему потоку Ф:

Он характеризует прозрачность тел и сред.

Коэффициент поглощения a равен отношению поглощаемой материалом доли потока излучения Ф А к упавшему потоку Ф:

Характеризует в основном оптическую плотность среды, ослабляющую поток излучения.

Рассчитанные таким образом коэффициенты являются оптическими.

Если коэффициенты определяются по преобразованию световых потоков ( F, лм), то их называют световыми (фотометрическими).

Все изменения падающего света распространяются на точно определенную долю в его спектре и зависят от физического свойства тела и длины волны, но не зависят от силы падающего света. В фотографии оптические коэффициенты характеризуют в основном поверхности тел в соответствии со зрительными оценками их светлоты.

Если тела нейтрально-серые, т.е. имеют спектрально-неизбирательное поглощение, оптические и световые коэффициенты равны друг другу.

Для окрашенных тел оптические и световые коэффициенты не совпадают. Описанные выше коэффициенты – интегральные, они оценивают преобразование сложного излучения в целом.

Имеется еще два рода коэффициентов: монохроматические и зональные. Первые оценивают действие оптической среды на монохроматическое излучение.

Зональные коэффициенты оценивают преобразование излучения, занимающего одну из зон спектра (синюю с 500 нм, зеленую с и красную с

Эти коэффициенты используются при работе с цветом.

Тела, пропускающие и поглощающие свет (кроме матовых и мутных сред), характеризуются оптической прозрачностью θ, непрозрачностью О и оптической плотностью D.

Часто вместо коэффициентов пропускания и отражения используют оптическую плотность D.

В фотографии оптическая плотность наиболее распространена для выражения спектральных свойств светофильтров и меры почернения (потемнения) негативов и позитивов. Величина плотности зависит от таких одновременно действующих факторов: структуры падающего светового потока (сходящихся, расходящихся, параллельных лучей или рассеянного света) структуры прошедшего или отраженного потока (интегрального, регулярного, диффузного).

Оптическая плотность D, мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей. Равна десятичному логарифму отношения потока излучения F0, падающего на слой, к ослабленному в результате поглощения и рассеяния потоку F, прошедшему через этот слой: D = lg (F0/F), иначе, Оптическая плотность есть логарифм величины, обратной пропускания коэффициенту слоя вещества: D = lg (1/t).

В определении оптической плотности иногда десятичный логарифм lg заменяется натуральным ln.

Понятие Оптическая плотность введено Р. Бунзеном; оно используется для характеристики ослабления оптического излучения (света) в слоях и плёнках различных веществ (красителей, растворов, окрашенных и молочных стекол и многое др.), в светофильтрах и иных оптических изделиях.

Особенно широко оптическая плотность используются для количественной оценки проявленных фотографических слоев как в черно-белой, так и в цветной фотографии, где методы её измерения составляют содержание отдельной дисциплины — денситометрии. Различают несколько типов Оптическая плотность в зависимости от характера падающего и способа измерения прошедшего потоков излучения

Различается плотность D для белого света, монохроматическая D λ для отдельных длин волн и зональная D зон, выражающая ослабление светового потока в синей, зеленой или красной зоне спектра (D c 3, D 3 3, D K 3).

Плотность прозрачных сред(светофильтров, негативов) определяется в проходящем свете десятичным логарифмом величины, обратной коэффициенту пропускания τ:

Плотность поверхностейвыражается величиной отраженного света и определяется десятичным логарифмом коэффициента отражения ρ:

Величина плотности D = l ослабляет свет в 10 раз.

Интервал оптических плотностей прозрачных сред практически неограничен: от полного пропускания света (D = 0) до его полного поглощения (D = 6 и более, ослабление в миллионы раз). Интервал плотностей поверхностей предметов ограничен содержанием в их отраженном свете поверхностно отраженной составляющей порядка 4-1 % (черная типографская краска, черное сукно). Практически предельные плотности D = 2,1. 2,4 имеют черный бархат и черный мех, ограничиваемые поверхностно отраженной составляющей порядка 0,6-0,3 %.

Оптическая плотность связана простыми зависимостями с концентрацией светопоглощающего вещества и со зрительным восприятием наблюдаемого объекта – его светлотой, чем и объясняется широкое использование этого параметра.

Заменив оптические коэффициенты на потоки излучения – упавший на среду (Ф 0) и вышедший из нее (Фτ или Фρ), получим выражения

Чем больше света поглощается средой, тем она темнее и тем выше ее оптическая плотность как в проходящем так и в отраженном свете.

Оптическая плотность может быть определена по световым коэффициентам. В этом случае ее называют визуальной.

Визуальная плотность в проходящем свете равна логарифму величины, обратной световому коэффициенту пропускания:

Визуальная плотность в отраженном свете определяется по формуле

Для нейтрально-серых оптических сред. т.е. для серых светофильтров, серых шкал, черно-белых изображений, оптические и световые коэффициенты совпадают, поэтому совпадают и оптические плотности:

Если известно, о какой плотности идет речь, индекс при D опускают. Описанные выше оптические плотности – интегральные, они отражают изменение мощностных характеристик белого (смешанного) излучения. Если оптическая плотность измеряется для монохроматического излучения, то ее называют монохроматической (спектральной). Она определяется с использованием монохроматических потоков излучения Ф λпо формуле

В приведенных выше формулах лучистые потоки Ф, могут быть заменены на световые потоки F λ, что следует из выражения

Источник