Tüm ışık, gözle algılanan elektromanyetik radyasyondur. Çeşitli fizik teorilerine göre, duruma bağlı olarak ya bir dalga ya da bir foton akışı olarak düşünülebilir. Işığın öznel özelliği insan gözünün algıladığı renktir. Monokromatik radyasyon için, dalga frekansı ile belirlenir ve karmaşık radyasyon için, spektral bileşim ile belirlenir.
Genel konsept
Monokromatik ışık, aynı frekansa sahip ışık dalgalarıdır. Hem gözle algılanan spektrumun bir kısmını hem de görünmeyeni (kızılötesi, röntgen, ultraviyole) içerebilir.
Monokromatik, aynı uzunluğa ve titreşim frekansına sahip radyasyonu ifade eder. Görüldüğü gibi bu iki tanım aynıdır. Tek renkli ışık ve tek renkli radyasyonun bir ve aynı olduğu sonucuna varabiliriz.
Tek tonun ışığını almak. Monokromatörler
Doğal şartlarda aynı dalga boyunda ve aynı titreşim frekansında ışık yayan bir kaynak yoktur. Monokromatik ışık, monokromatör adı verilen özel cihazlar kullanılarak üretilir. Bu çeşitli şekillerde mümkündür. İlk seçenek için prizmatik sistemler kullanılır. Onların yardımıyla gerekli derecede tek renkliliğe sahip bir akış izole edilir.
Monokromatik bir ışık ışınını izole etmeyi mümkün kılan ikinci yöntem, kırınım ve uygulama özelliklerine dayanmaktadır. Üçüncü yöntem ise, bir dalga yayıldığında yalnızca bir elektronik geçişin meydana geldiği ışık kaynaklarının üretilmesidir.
Monokromatik ışık ve radyasyonu için cihazların uygulanması
En basit örnek lazerdir. Işığın farklı özellikleri sayesinde yaratılışı mümkün oldu. Kullanımları çok yönlüdür: Tıpta, reklamda, inşaatta, sanayide, astronomide ve diğer birçok alanda kullanılırlar. Bu durumda cihazın tasarımı nedeniyle yaydığı tek renkli ışık kesinlikle sabit olabilir. Zaman açısından bu, sürekli veya ayrık ışık olabilir. Monokromatörler ayrıca çeşitli alanlarda kullanılan çeşitli spektrometre türlerini de içerir.
Tek renkli ışık ve insan vücudu üzerindeki etkisi
Ana spektral renkler kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi ve menekşedir. İnsan vücudu üzerindeki etkilerini inceleyen bir tıp dalı var. Buna oftalmik kromoterapi denir.
Kırmızı ışığın kullanımı üst solunum yollarının çeşitli hastalıklarından kurtulmaya yardımcı olur. Portakal kan dolaşımını ve sindirimi iyileştirmeye yardımcı olur, kas ve sinir dokusunun yenilenmesini hızlandırır. Sarı rengin gastrointestinal sistem üzerinde faydalı bir etkisi vardır ve tüm vücut üzerinde temizleyici bir etkiye sahiptir.
Yeşil hipertansiyonu, nevrozları, yorgunluğu ve uykusuzluğu iyileştirmeye yardımcı olur. Mavi, antibakteriyel özellikleri sayesinde boğazdaki iltihabı hafifletebilir. Ayrıca romatizma, egzama, vitiligo, ciltte oluşan cerahatli döküntülerin tedavisinde de kullanılmaktadır. Mavi monokromatik ışık hipofiz bezi üzerinde faydalı bir etkiye sahipken, mor ışık kasların, beynin, gözlerin tonunu artırır ve genel olarak gastrointestinal sistem ve sinir sisteminin işleyişini normalleştirmeye yardımcı olur.
Yukarıda görülebileceği gibi, tek renkli ışık yalnızca fizikçilerin idealize edilmiş deneyleri için gerekli değildir, aynı zamanda endüstri ve insan faaliyetinin diğer alanlarından bahsetmeye bile gerek yok, sağlığa gerçek faydalar sağlayabilir.
MONOKROMATİK RADYASYON(Yunanca monos'tan - bir ve kroma, cinsiyet chrOmatos - renk) - el-magn. belirli ve kesinlikle sabit bir frekans. "M. ve." teriminin kökeni. Bunun nedeni, ışık dalgalarının frekansındaki farklılıkların insanlar tarafından renk farklılıkları olarak algılanmasıdır. Ancak doğası gereği elektromanyetik dalgalar
0,4 - 0,7 mikron aralığında yer alan görünür aralık elektromanyetikten farklı değildir. diğer aralıklardaki dalgalar (IR, UV, X-ışını vb.), bununla ilgili olarak "tek renkli" (tek renk) terimi de kullanılır, ancak bu dalgalar herhangi bir renk hissi vermez. Maxwell denklemleri, herhangi bir M. ve. sonsuz uzun bir süre boyunca sabit genlik ve frekansta meydana gelen uyum olarak. Düz tek renkli el-manyetik dalga radyasyon tamamen alanın bir örneği olarak hizmet eder (bkz. Tutarlılık), parametreleri uzayın herhangi bir noktasında değişmeyen ve zaman içindeki değişim kanunu bilinen. Ancak radyasyon süreçleri her zaman zamanla sınırlıdır ve bu nedenle M. ve. bir idealleştirmedir. Gerçek doğal radyasyon genellikle belirli sayıda monokromatiklerin toplamıdır. rastgele genliğe, frekansa, faza ve yayılma yönüne sahip dalgalar. Gözlenen radyasyonun frekanslarının ait olduğu aralık ne kadar dar olursa, o kadar monokromatik olur. Böylece derinliğe karşılık gelen radyasyon. M.'ye çok yakın olan serbest atomların (örneğin, seyreltilmiş bir gazın atomları) emisyon spektrum çizgileri. (santimetre. Atom Spektrumu;)bu çizgilerin her biri atomun durumdan geçişine karşılık gelir T bir duruma daha fazla enerji ile N ()daha az enerjiyle. Bu durumların enerjileri kesinlikle sabit olsaydı. değerler ve , atom M. ve. frekanslar v tp =/H
. Ancak bir atom yalnızca kısa bir süre için daha yüksek enerjili hallerde kalabilir.
T (genellikle 10 -8 sn - sözde.-Çünkü ideal M. ve. doğası gereği olamazsa, yaklaşık olarak bir frekans (veya dalga boyu) ile karakterize edilebilen dar bir spektral aralığa sahip radyasyon genellikle monokromatik olarak kabul edilir. Dar spektral aralıkları gerçek radyasyondan izole etmek için kullanılan cihazlara denir.
mono kromatörler . Son derece yüksek monokromatiklik, belirli lazer türlerinin radyasyonunun karakteristiğidir (radyasyonun spektral aralığının genişliği, atomik spektrumların çizgi genişliğinden önemli ölçüde daha dar olan 10-7 nm'ye ulaşır)..
Yandı: Born M., Wolf E., Optiğin Temelleri, çev. İngilizce'den, 2. baskı, M., 1973; Kaliteevsky N.I., 2. baskı, M., 1978. 1
L. N. Kanarsky 2
MOHOXPOMATOP 3
- spektral optik optik spektrumun dar bölümlerini vurgulamak için cihaz. radyasyon. M. giriş yarığından oluşur (Şekil 1) 4
bir radyasyon kaynağıyla aydınlatılan kolimatör 5
, dağıtıcı eleman 4
bir spektrum oluşur - kaynak tarafından yayılan tüm dalga boylarındaki ışınlardaki giriş yarığının bir dizi görüntüsü. Spektrumun istenen kısmı, dağıtıcı elemanın döndürülmesiyle çıkış yarığı ile hizalanır; yarığın genişliğini değiştirmek 5
, seçilen alanın spektral genişliğini dl değiştirin.
Pirinç. 1. Monokromatörün genel diyagramı: 1
- giriş bir radyasyon kaynağı tarafından aydınlatılan bir yarık; 2
- giriş kolimatörü; 3
- dağıtıcı eleman; 4
- çıkış lensine odaklanma
kolimatör; 5
- çıkış yuvası.
M.'nin dağıtıcı elemanları dağılım prizmaları ve. ızgaralar. Onların köşesi dağılım d= Odak uzaklığıyla birlikte Df/DL F mercek 4
doğrusal dağılım D'yi belirleyin ben/D F = DF(Df, dalga boyları Dl kadar farklı olan ışınların yönlerindeki açısal farktır; D ben- bu ışınları ayıran çıkış yarığının düzlemindeki mesafe). Prizmaların üretimi ızgaralara göre daha ucuzdur ve UV bölgesinde yüksek dağılıma sahiptir. Ancak l'nin artmasıyla dağılımları önemli ölçüde azalır ve farklı spektral bölgeler, farklı malzemelerden yapılmış prizmalar gerektirir. Izgaralar bu eksikliklerden muaftır ve optik spektrum boyunca sabit bir yüksek dağılıma sahiptir. aralıkta ve belirli bir çözünürlük sınırında, M prizmasından önemli ölçüde daha büyük çıktıya sahip bir M. oluşturulmasını mümkün kılar.
Temel optik parametrelerinin seçimini belirleyen M.'nin özellikleri. sistemler şunlardır: çıkış yarığından geçen ışınım akısı Ф"l; çözünürlük sınırı dl*, yani çıkış ışınımı M.'de hala görülebilen en büyük dalga boyu farkı veya çözünürlüğü R diğerlerinde olduğu gibi l/dl* oranı ve aynı zamanda kolimatör merceğinin bağıl açıklığı ile belirlenir A 0. Çözünürlük R, tahsis edilen spektral aralığın dl genişliği ve çıkış yarığından geçen radyasyon enerjisinin spektral dağılımı belirlenir donanım işlevi M., eğer aydınlatılmışsa, giriş yarığının görüntüsünün genişliği boyunca (çıkış yarığı düzleminde) radyant enerji akışının dağılımı olarak gösterilebilir. tek renkli radyasyon.
M.'den çıkan ışık akısı, F" l = t l F l = Atom Spektrumu; ben İÇİNDE ben S W dl, burada t l - katsayısı. iletim M.; F l - M.'ye giren ışık akısı; l'de- giriş yarığının spektral parlaklığı; S- çıkış yarığının alanı; W, çıkış yarığında birleşen odaklanan mercek ışınlarının katı açısıdır. İş S W= S 0 W 0 (indeksler 0 giriş yarığını ifade eder) cihazdan ışık akısı geçtiğinde sabit kalır (ışık ışınları bazı diyaframlar tarafından kesilmediği sürece) olarak adlandırılır. geom. cihaz faktörü. Çünkü W = p D 2 /4F 2 = p A 2/4, burada F, D Ve A- Odaklama merceğinin odak uzaklığı, çapı ve etkili bağıl açıklığı, S = hb(h- yükseklik, B- çıkış yarığının genişliği), ardından optimal belirlenirken. çalışma koşulları M. ışık kaynağının spektrumunun doğası önemlidir - çizgi veya sürekli - giriş yarığı aydınlatılır. İlk durumda, giden akış çıkış yarığının genişliğiyle orantılıdır; ikinci durumda ise yarık genişliğinin karesiyle orantılıdır. B 2 ve iletilen spektral aralığın karesi (dl) 2; Belirli bir dl için giden akı, M'nin doğrusal dağılımıyla orantılıdır.
M lensler (kolimatör ve odaklama) lens veya ayna olabilir. Ayna mercekleri, mercek merceklerinden daha geniş bir spektral aralığa uygundur ve ikincisinden farklı olarak, spektrumun seçilen bir kısmından diğerine geçerken yeniden odaklanmayı gerektirmez; bu, özellikle spektrumun IR ve UV bölgeleri için uygundur.
Pirinç. 2. Otomatik kolimasyon şeması: 1
- ayna, yalanspektrumu taramak için kullanılır.
Pirinç. 3. z şeklinde simetrik devre: 1
-
kırınım ızgarası; 2
- küresel ayna.
Çok sayıda mevcut optik cihazdan. M. şemaları, geleneksel (Şekil 1), otomatik kolimasyona (Şekil 2) ek olarak ayırt edilebilir, zşekilli (Şek. 3), üst üste yerleştirilmiş yuvalara sahip veya sadece tek bir yuvaya sahip, kesik üstte olacak şekilde şemalar. kısım giriş yarığı görevi görür ve alt kısım çıkış yarığı vb. olarak görev yapar. Spektrumun tahsis edilen kısmından uzak dalga boylarına sahip dağınık ışıktan kaçınmanın özellikle önemli olduğu durumlarda (örneğin, spektrofotometri), sözde kullanın. çift M., birinci M.'den çıkan ışık ikinciye girecek ve birincinin çıkış yarığı, ikincinin giriş yarığı görevi görecek şekilde yerleştirilmiş iki M.'dir (Şekil 4). Bu M.'lerin her birindeki dağıtıcı elemanların göreceli konumuna bağlı olarak, dağılımların eklenmesi ve çıkarılmasıyla çift M. ayırt edilir. Dağılımların eklendiği cihazlar, yalnızca çıkıştaki dağınık ışık seviyesini birçok kez azaltmakla kalmaz, aynı zamanda M.'nin çözünürlüğünü ve belirli bir çözünürlükte çıkış ışık akısını arttırmayı da mümkün kılar (yani, yarıkları genişletmek için). Dağılım çıkarma özelliğine sahip Çift M., çözünürlüğü artırmadan başıboş ışık seviyesini azaltır.
Bunlarda, ortamdan çıktığı aynı spektral bileşime sahip ışık, çıkış yarığına ulaşır. çatlaklar. Bu tür mikroskoplar, dispersiyon ilaveli mikroskoplara göre daha az açıklıklıdır, ancak açıklığı hareket ettirerek spektrumun taranmasına olanak tanırlar. cihazın dağılım düzlemindeki yuvalar, özellikle yüksek hızlı olanlar için yapısal olarak çok uygundur. Bazı durumlarda, aynı anda birden fazla tahsis edilmesi gerektiğinde. yakındaki dar spektral aralıklar, sözde birkaç çıkış yarığına sahip basit M. kullanılır. polikromatörler. 1
Pirinç. 4. Çift monokromatör: 2
Ve 3
- orta boşluk; -kırınım ızgaraları dönüyor 4
-9
genel temel;.
mono- aynalar Laboratuvar optik aletleri, ed. L. A. Novitsky, 2. baskı, M., 1979; Tarasov K.I., Spektral cihazlar, 2. baskı, L., 1977; Peysakhson I.V., Spektral cihazların optiği, 2. baskı, Leningrad, 1975..
A. P. Gagarin
Dar bir radyasyon bandıyla çalışmanın aşağıdaki avantajları vardır: 1) soğurucu sistemin Beer yasasına uyma olasılığı artar (bkz. bölüm 1.5.); 2) spektrumun diğer bölgelerinde emilen maddeler daha az müdahale ettiğinden seçicilik artar; 3) seçilen dalga boyunda absorpsiyon yüksekse, konsantrasyondaki çok küçük bir değişiklikle optik yoğunlukta önemli bir değişiklik gözlenir ve bu da yüksek hassasiyete yol açar.
Bu cihazların en önemli özellikleri şunlardır: 1) bant genişliği – monokromatör veya ışık filtresinden çıkan dalga boylarının aralığı; maksimum iletimin yarı genişliği ile karakterize edilir; 2) çözünürlük - incelenen dalga boyunun bununla komşu dalgalar arasındaki ayırt edilebilecek en küçük farka oranıyla ifade edilen spektrumun bitişik bölümlerini ayırma yeteneği; 3) açıklık - radyasyonu iletme yeteneği, en gelişmiş cihazlarda% 100'e yakındır; 4) dağılım (monokromatörler için) - radyasyonu bir spektruma ayırma yeteneği. Bunu karakterize etmek için doğrusal dağılım kullanılır 
(spektrumdaki iki çizgi arasındaki mesafe, dalga boylarındaki fark) veya karşılıklı değer, prizma malzemesine ve monokromatörün tasarımına bağlıdır.
Işık filtreleri Tipik olarak spektrumun görünür kısmında kullanılırlar ve çeşitli türleri vardır.
Emilim filtreleri Aralarına jelatin içinde süspanse edilmiş bir boyanın yerleştirildiği renkli camlar veya cam plakalardır. İlki genellikle termal olarak daha kararlıdır. Soğurma filtreleri, sınırlı bir dalga boyu aralığındaki radyasyonu iletir ve diğerlerinden gelen radyasyonu emer; düşük şeffaflık (T = 0,1) ve oldukça geniş bir bant genişliği (30 nm veya daha fazla) ile karakterize edilirler.
Özellikler girişim filtreleriçok daha iyi. Filtre, aralarında bir dielektrik katmanın bulunduğu en ince iki yarı saydam gümüş katmanından oluşur. Işık girişiminin bir sonucu olarak, filtreden dielektrik tabakanın kalınlığının iki katı kadar dalga boyuna sahip ışınlar çıkacaktır. Girişim filtrelerinin şeffaflığı: T = 0,3 ^ 0,8; etkili iletim genişliği genellikle 5-^10 nm'yi aşmaz. Geçiş bantlarını daha da daraltmak için iki sıralı girişim filtresinden oluşan bir sistem kullanılır.
Filtreleri işaretlerken maksimum iletimdeki dalga boyunu ve bant genişliğini belirtin.
Monokromatör- Bu, radyasyonu farklı uzunluklardaki kurucu dalgalara ayıran bir cihazdır. Tüm monokromatörler bir dağıtma cihazından ve ilgili mercekler, aynalar, giriş ve çıkış yarıklarından oluşan bir sistemden oluşur. Prizmalar ve kırınım ızgaraları dağıtıcı elemanlar olarak görev yapar.
İÇİNDE prizma monokromatörü Radyasyon gelen yarıktan geçer, bir mercek tarafından paralel bir ışına indirgenir ve daha sonra prizmanın yüzeyine belli bir açıyla çarpar. Kırılma prizmanın her iki yüzünde de meydana gelir (en çok mor ışık, en az kırmızı ışık kırılır); ayrıştırılan radyasyon, çıkış yarığının bulunduğu hafif kavisli bir yüzeye odaklanır. Prizmayı döndürerek gerekli dalga boyundaki radyasyon bu yarığa yönlendirilebilir.
Spektrumun görünür kısmında cam, UV radyasyonunun cam tarafından emilmesi nedeniyle ultraviyole - kuvarsta prizma malzemesi olarak kullanılır. Kızılötesi spektroskopide Li F, NaCl, KBr ve diğer alkali metal halojenürlerden yapılmış prizmalar kullanılır (numune, saçılan radyasyonu azaltan bir monokromatörün önüne yerleştirilir). Küvet yapımında da aynı malzemeler kullanılır. Spektrumun ultraviyole ve görünür bölgelerindeki ölçümlere yönelik küvetler tamamen kuvars veya camdan yapılmıştır; Kızılötesi bölgede ölçümler için kullanılan hücreler, alkali metal halojenürlerin tek kristallerinden yapılmış pencerelere sahiptir.
Kırınım ızgaraları cam veya diğer şeffaf malzemeye paralel vuruşlar uygulanarak yapılır (1 cm'de 6000 vuruşa kadar). Bir kırınım ızgarası, giriş yarığından geçen bir radyasyon akısı tarafından aydınlatıldığında, her hat bir radyasyon kaynağı haline gelir. Çok sayıda akının girişiminin bir sonucu olarak radyasyon bir spektruma ayrıştırılır.
Monokromatörlerin bant genişliği 1,5 nm'ye ulaşır.
Tek renkli radyasyon Monokromatik radyasyon (eski Yunanca μόνος - bir, χρῶμα - renk kelimesinden gelir), ideal olarak tek frekans (dalga boyu) olmak üzere çok küçük frekans yayılımına sahip elektromanyetik radyasyondur.
Monokromatik radyasyon, uyarılmış durumdan temel duruma yalnızca bir izin verilen elektronik geçişin olduğu sistemlerde oluşur.
Pratikte kullanıyorlar monokrom radyasyon elde etmenin çeşitli yolları.
Belirli bir monokromatiklik derecesine sahip bir radyasyon akısını izole etmek için prizmatik sistemler
kırınım ızgarası tabanlı sistemler
· Radyasyonu yalnızca son derece monokromatik değil aynı zamanda tutarlı olan lazerler
· ağırlıklı olarak tek bir elektronik geçişin meydana geldiği gaz deşarjlı lambalar ve diğer ışık kaynakları (örneğin, radyasyonuna en parlak D çizgisinin hakim olduğu bir sodyum lambası veya bir cıva lambası). Gaz deşarjlı lambalar genellikle lambanın hat spektrumundan istenilen hattı seçen ışık filtreleriyle birlikte kullanılır.
Monokromatörler (monuromatörler).
Monokromatizatörler veya monokromatörler, belirli bir dalga boyunda ışık üretmek için kullanılan cihazlardır. Monokromatizörleri tasarlarken çeşitli optik olaylar kullanılır: ışık absorpsiyonu, girişim, dağılım vb. Absorbsiyon spektroskopisi uygulamasında en yaygın olarak kullanılan cihazlar, monokromatizör olarak ışık filtreleri (absorbsiyon, girişim veya girişim-polarizasyon) ve prizmalar kullanan cihazlardır. .
Absorbsiyon filtrelerinin etkisi, ışık ince bir tabakadan geçtiğinde, soğurma nedeniyle, geçen ışık akısının büyüklüğünde ve spektral bileşiminde bir değişiklik meydana geldiği gerçeğine dayanmaktadır. Soğurma filtreleri düşük şeffaflığa (T = 0,1) ve oldukça geniş bir iletim bandına (Dl = 30 nm veya daha fazla) sahiptir. Girişim filtrelerinin özellikleri çok daha iyidir. Filtre, aralarında bir dielektrik katmanın bulunduğu en ince iki yarı saydam gümüş katmanından oluşur. Işığın girişimi sonucu, dalga boyu dielektrik tabakanın kalınlığının iki katına eşit olan ışınlar geçen ışında kalır. Girişim filtrelerinin şeffaflığı T = 0,3...0,8'dir. Etkin iletim genişliği genellikle 5...10 nm'yi aşmaz. Geçiş bantlarını daha da daraltmak için bazen iki ardışık girişim filtresinden oluşan bir sistem kullanılır.
En evrensel monokromatizatörler kuvars, cam ve diğer bazı malzemelerden yapılmış prizmalardır. Kızılötesi spektroskopi için LiF, NaCl, KBr ve diğer alkali ve alkalin toprak metal halojenürlerden yapılmış prizmalar kullanılır. Küvet yapımında da aynı malzemeler kullanılır. Prizmalar, geniş bir dalga boyu aralığında oldukça monokromatik ışık elde etmeyi mümkün kılar.
Işık yayan cisimlere ışık kaynakları denir. Görünür ışığın insan gözü üzerindeki etkisini ölçmeye yönelik yöntem ve teknikleri inceleyen optik dalına fotometri denir.
Işık akısı, belirli bir yüzeyden birim zaman başına geçen ışık enerjisine (görsel duyumla tahmin edilen) eşit bir miktardır: burada W, belirli bir yüzeyden t zamanında geçen ışık enerjisi miktarıdır. Işık akısının SI birimi lümendir (lm).
Uzayın konik bir yüzeyle sınırlanan kısmına katı açı denir. Bu açıya, tepe noktası kürenin merkezi ile aynı hizadaysa, merkezi katı açı denir (Şekil 1).
Katı bir açı, S'nin, belirli bir açının dayandığı R yarıçaplı bir kürenin yüzeyinin alanı olduğu oran ile ölçülür. Katı açı ölçüm birimi steradyandır (sr). Toplam uzaysal açı cf'ye eşittir.
Belirli bir yönde birim katı açı başına ışık akısı ile ölçülen miktara denir.
kaynağın ışık yoğunluğu; burada Ф, yeterince küçük bir katı açı w içindeki ışık akıdır. SI'daki ışık yoğunluğu kandela (cd) cinsinden ölçülür.
Nokta ışık kaynağı, boyutları gözlem alanına olan mesafeye göre küçük olan ve ışığı her yöne eşit şekilde yayan bir kaynaktır.
Bir nokta ışık kaynağından gelen toplam ışık akısı eşittir.
Yüzey aydınlatması, düzgün bir şekilde aydınlatılan bir yüzeyin birim alanı başına düşen ışık akısı olayına eşit bir değerdir.
SI'da aydınlık lüks (lx) cinsinden ölçülür.
Aydınlatmanın birinci yasası: Bir yüzeyin bir nokta kaynak tarafından aydınlatılması, kaynağın ışık yoğunluğuyla doğru orantılıdır ve kaynaktan aydınlatılan yüzeye olan mesafenin karesiyle ters orantılıdır:
Aydınlatmanın ikinci yasası: yüzey aydınlatması, ışınların geliş açısının kosinüsüyle doğru orantılıdır:
Birleşik aydınlatma kanunu: Bir nokta ışık kaynağının belirli bir alanda yarattığı aydınlatma, kaynağın ışık yoğunluğu ve ışınların geliş açısının kosinüsü ile doğru orantılı ve mesafenin karesi ile ters orantılıdır. kaynaktan alan:
Birkaç ışık kaynağının oluşturduğu yüzey aydınlatması, her kaynağın ayrı ayrı yarattığı aydınlatmanın aritmetik toplamına eşittir.
Parlaklık, bir yüzey tarafından yayılan ışık akısının bu yüzeyin alanına oranıyla belirlenir:
Parlaklığın SI birimi lükstür. Bir cismin parlaklığı onun aydınlatmasıyla belirleniyorsa, M = kE, burada k yansıma katsayısıdır.
Aydınlık bir yüzeyin gözlem yönündeki parlaklığı, ışık yoğunluğunun bu yüzeyin bu yöne dik bir düzleme izdüşümü alanına oranına eşit bir değerdir:
yüzeye normal ile gözlem yönü arasındaki açı nerede. SI'daki parlaklık nit (nit) cinsinden ölçülür.
Standart bir kaynağın ışık şiddeti ile karşılaştırmaya dayalı olarak bir kaynağın ışık yoğunluğunu belirlemek için kullanılan cihazlara fotometre denir. Aydınlatmanın doğrudan ölçümü için uyarlanmış fotometrelere lüksmetreler denir.
Optik yoğunluk ile katman kalınlığı arasındaki denklem (9) ile ifade edilen ilişkiye Bouguer-Lambert yasası denir. Bağımlılık (8), hücrenin tüm kalınlığı boyunca entegrasyon yoluyla sonsuz küçük bir katmandaki emme değerinden de türetilebilir. Bunu yapmak için, yukarıda söylediklerimize benzer şekilde, monokromatik ışığın paralel duvarlara sahip bir cisim tarafından soğurulmasını ele alalım. Sonsuz derecede ince bir katman, kendisine giren paralel monokromatik ışık ışınının enerjisinin, katman kalınlığı db ile orantılı olarak bir kısmını emer. Daha sonra ışık akısının yoğunluğundaki nispi azalma, ışık akısının içinden geçtiği db katmanının kalınlığıyla orantılıdır:
burada k, ışığın belirli bir cisim tarafından emilmesini karakterize eden ve belirli bir cismin özelliklerine bağlı olan bir katsayıdır. Bu katsayı, ışık akısının yoğunluğuna geniş bir aralıkta bağlı değildir; yalnızca çok büyük değerlerde k sabit olmayı bırakır ve k'nin I'ye bağımlılığı gözlenir, yani. soğurmanın doğrusal olmaması ortaya çıkar ve k'nin I ile orantılı olması sona erer. Denklemin (10) entegre edilmesiyle şunu elde ederiz:
Denklemin (10) logaritmasını alarak şunu elde ederiz:
sabit katsayı k, denklem (9)'daki log n değerine benzer, yani. k=log n.
Söz konusu kanundan şu sonuç çıkıyor:
çözelti katmanından geçen ışık akısının yoğunluğunun gelen ışık akısının yoğunluğuna oranı, gelen ışık akısının mutlak yoğunluğuna bağlı değildir;
çözüm katmanının kalınlığı aritmetik ilerlemede artarsa, içinden geçen ışık akısının yoğunluğu geometrik ilerlemede azalır.
Hafif monokromatizasyon aşağıdakiler kullanılarak elde edilebilir:
1) ışık filtreleri;
2) prizmalar;
3) kırınım ızgaraları.
Işık filtreleri
spektrumun yalnızca belirli bölgelerini iletebilen ortamlara denir. Tipik olarak fotokolorimetreler ışık filtresi olarak cam kullanır.
.Gravimertik faktör (dönüşüm faktörü) - ifade ve fiziksel anlam
Gravimetrik faktör(veya dönüşüm faktörü) stokiyometrik katsayılar dikkate alınarak belirlenen bileşenin molar kütlesinin gravimetrik formun molar kütlesine oranıdır ve F harfi ile gösterilir.
Örneğin,
2Al 3+ ®2Al(OH) 3 ®Al 2 O 3
Gravimetrik faktör bu formül kullanılarak hesaplanır veya bir referans kitabından alınır
Gravimetrik analizin sonucu aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır
Nerede X– belirlenmekte olan maddenin kütlesi; M– gravimetrik formun kütlesi; M(X) Ve M(g.f.) – sırasıyla analitin molar kütleleri ve gravimetrik form (g/mol). M(X)/M(g.f.) = F isminde gravimetrik faktör(gravimetrik faktör) veya dönüşüm faktörü. Buradan,
Gravimetrik faktörü hesaplarken, analitin kimyasal formüllerindeki ve gravimetrik formdaki stokiyometrik katsayıları hesaba katmak gerekir, böylece fraksiyonun pay ve paydasındaki analitin atom sayısı aynı olur:
Örneğin, belirlenen madde Fe 3 O 4 ise ve gravimetrik form Fe 2 O 3 ise, gravimetrik faktör şuna eşit olacaktır:
.
Pratik olarak en önemli tanımlar için dönüşüm faktörlerinin sayısal değerleri yüksek doğrulukla hesaplanır ve referans kitaplarında verilir.
.Kırılma indeksinin konsantrasyona grafiksel bağımlılığı
Sıcaklığın kırılma indeksi üzerindeki etkisi iki faktör tarafından belirlenir: birim hacim başına sıvı parçacıkların sayısındaki değişiklik ve moleküllerin polarize edilebilirliğinin sıcaklığa bağımlılığı. İkinci faktör ancak çok büyük bir sıcaklık değişimiyle anlamlı hale gelir.
Kırılma indeksinin sıcaklık katsayısı, yoğunluğun sıcaklık katsayısı ile orantılıdır. Tüm sıvılar ısıtıldığında genleştiği için sıcaklık arttıkça kırılma indisleri azalır. Sıcaklık katsayısı sıvının sıcaklığına bağlıdır ancak küçük sıcaklık aralıklarında sabit kabul edilebilir.
Sıvıların büyük çoğunluğu için sıcaklık katsayısı –0,0004 ile –0,0006 1/derece arasında dar bir aralıkta yer alır. Önemli bir istisna su ve seyreltik sulu çözeltilerdir (-0,0001), gliserin (-0,0002), glikol (-0,00026).
Kırılma indisinin doğrusal ekstrapolasyonu, küçük sıcaklık farkları (10 – 20 °C) için kabul edilebilir. Geniş sıcaklık aralıklarında kırılma indisinin doğru tespiti, şu formdaki ampirik formüller kullanılarak yapılır: nt=n0+at+bt2+…
Basınç, sıvıların kırılma indeksini sıcaklıktan çok daha az etkiler. Basınç 1 atm değiştiğinde. n'deki değişim su için 1,48·10−5, alkol için 3,95·10−5 ve benzen için 4,8·10−5'tir. Yani, sıcaklıktaki 1 °C'lik bir değişiklik, bir sıvının kırılma indisini, basınçtaki 10 atm'lik bir değişiklikle yaklaşık olarak aynı şekilde etkiler.
Tipik olarak, n adet sıvı ve katı cisim, toplam iç yansımanın sınırlayıcı açılarının ölçüldüğü refraktometreler kullanılarak 0,0001 doğrulukla refraktometri ile belirlenir. En yaygın olanları, bir ölçek veya dijital gösterge kullanılarak "beyaz" ışıkta belirlemeye olanak tanıyan prizma bloklu ve dağılım kompansatörlü Abbe refraktometreleridir. Mutlak ölçümlerin maksimum doğruluğu (10·10−10), incelenen malzemeden yapılmış bir prizma ile ışınları saptırma yöntemleri kullanılarak gonyometrelerde elde edilir. Girişim yöntemleri n gazın ölçülmesi için en uygun yöntemdir. İnterferometreler aynı zamanda n çözeltideki farkların kesin (10·10−7'ye kadar) belirlenmesi için de kullanılır. Aynı amaçla, ışınların iki veya üç içi boş prizma sistemi tarafından saptırılmasına dayanan diferansiyel refraktometreler kullanılır.
Sıvı akışlarında n'nin sürekli kaydedilmesi için otomatik refraktometreler, üretimde teknolojik süreçlerin izlenmesi ve otomatik kontrolü için, ayrıca laboratuvarlarda düzeltmenin izlenmesi için ve sıvı kromatografların evrensel dedektörleri olarak kullanılır.
Refraktometreler kullanılarak gerçekleştirilen refraktometri, kimyasal bileşiklerin tanımlanması, niceliksel ve yapısal analizler ve maddelerin fizikokimyasal parametrelerinin belirlenmesi için en yaygın yöntemlerden biridir.
Bazı maddelerin sulu çözeltilerinin kırılma indeksinin konsantrasyona bağımlılığı:
refraktometri dozaj formu eczane
