Оптичні вимірювання. Лабораторна робота № 1 - Мої файли - Каталог файлів

Розділ оптики, що охоплює методи вимірювання сили світла, світлового потоку, освітлення і коефіцієнтів пропускання, розсіяння, відбиття і поглинання, називається фотометрією, а методи вимірювання вказаних величин в різних областях спектру – спектрофотометрією.

Існують візуальні та фотоелектричні методи вимірювань. Перші базуються на візуальному визначенні фотометричної рівноваги яскравості, освітленості частин поля фотометра, другі – на отриманні відносного і абсолютного значення світлової енергії за шкалою приладу, відградуйованого за еталоном.

Універсальний (візуально-фотоелектричний) фотометр ФМ-58 призначений для визначення коефіцієнтів відбиття, пропускання та оптичної густини твердих і рідких прозорих середовищ, яскравості світлорозсіюючих зразків та їх блиску, а також для колориметричних і спектрофотометричних робіт як візуальними, так і фотоелектричними методами.

1.1 Конструкція та принцип роботи фотометра ФМ-58

Принцип дії фотометра базується на порівнянні двох світлових потоків за рахунок зміни потужності одного з них шляхом діафрагмування вхідних зіниць приладу.

Загальний вигляд фотометра ФМ-58 показано на рис. 1.

Рисунок 1 - Зовнішній вигляд фотометра ФМ-58

1 – фотометрична головка, 2 – предметний столик, 3 – вертикальний штатив, 4 – затискаючи гвинти, 5 – трійникова муфта, 6 – малий штатив, 7 – освітлювач, 8 – плоске дзеркало, 9 – висувна лупа, 10 – вимірювальні барабани, 11, 17 – провід, 12, 13, 14 – роз’єми, 15 – штекер, 16 – коробка, 18 – гальванометр, 19 – стабілізатор

Фотометрична головка 1 і предметний столик 2 закріплені на вертикальному штативі 3, на якому після послаблення затискаючих гвинтів 4 вони можуть бути пересунуті на висоті та встановлені в робоче положення. За допомогою трійникової муфти 5 фотометрична головка може бути закріплена також у горизонтальному положенні. На малому штативі 6 встановлено освітлювач 7. Під предметним столиком 2 закріплено плоске дзеркало 8, що обертається на двох горизонтальних на півосях і яке встановлюється під певним кутом при освітленні дослідних зразків. Фотометрична головка обладнана висувною рухомою лупою 9 і двома вимірювальними барабанами 10, на яких є по дві шкали з червоним і чорним градуюванням: шкалою оптичної густини і шкалою коефіцієнтів пропускання.

Відліки по шкалі ведуться по індексам, нанесеним на скляні пластини, що розташовані під барабанами. Відліки здійснюють за допомогою луп, розташованих під індексами.

Оптична схема фотометра показана на рис. 2.

Рисунок 2 - Оптична схема фотометра ФМ-58

1 – джерела світла, 2 – дзеркала, 3 – об’єктиви (конденсори), 4 – столик, 5 – зразок скла, 6 – діафрагми, 7 – об’єктиви зорових труб, 8 – призми, 9 – біпризма, 10 – змінні світлофільтри, 11 – окуляр, 12 – біклин, 13 – дзеркала, 14 – матове скло, 15 – фотоелементи, 16 – вимірювальні барабани

Рисунок 3 - Освітлювач

а – прилад освітлювача; б – вигляд поля зору

Освітлювач фотометра складається з джерела світла 1, двох дзеркал 2 та двох конденсорів 3. Для правильного встановлення освітлення лампа 1 з патроном конденсора може переміщуватися в поздовжньому напрямку. Лампа вмикається через трансформатор. Із зовнішнього боку перед конденсором встановлюють матові або молочні скельця.

Фотометрична головка являє собою подвійну зорову трубу з полем зору 1⁰15'. Відстань між осями об’єктивів 7 дорівнює 70 мм. Перед об’єктивами розміщені змінні квадратні діафрагми. Кожна діафрагма має вимірювальний барабан 6 чи 16. Чорна шкала вимірювальних барабанів має градуювання від 0 до 100 і призначена для відліку коефіцієнта пропускання в %. Червона шкала оптичної густини розділена в залежності від коефіцієнта пропускання і виражена від’ємним логарифмом при основі 10:

Два світлових пучка зводяться об’єктивами 7, ромбоподібними призмами 8 та біпризмою 9 в одне поле зору у вигляді кола, розділеного ребром біпризми на два півкола. Біпризма діє так, що права частина пучка, падаючи на ліву половину біпризми, утворює яскравість лівої половини, а друга частина цього пучка, потрапляючи на праву половину біпризми, відхиляється вбік. Таке ж симетрично відбувається з лівим пучком світла. Поле зору спостерігається в окуляр 11. Між окуляром та біпризмою знаходиться револьверний диск з 11 світлофільтрами 10 та одним вільним отвором.

Світлофільтри використовуються при дослідженні кольорових об’єктів.

Гальванометр 18 вмикається у схему за допомогою приводу 17 з роз’ємом 14 на кінці. На іншому кінці проводу – вузол з вимикачем та лампою підсвічування шкали гальванометра. До складу приладу входить з’єднувальний провід 11, на кінцях якого знаходяться роз’єми 12 і 13. На середині з’єднувального проводу 11 знаходиться коробка 16 з гніздами для вмикання штекера 15 освітлювача і роз’єму 14 для вмикання гальванометра.

1.2. Методика знаходження та D

Перед вимірюванням необхідно правильно встановити патрон з лампою в освітлювачі. Для цього перед освітлювачем на відстані 90-100 см потрібно поставити білий екран, переміщуючи патрон з лампою, отримати на ньому зображення спіралей на відстані 7 см між їх серединами. (рис. 3). Якщо зображення спіралей розмите, то переміщують конденсори. Потім барабани діафрагм встановлюють на однаковий відлік, наприклад, на 100, і, освітивши вхідні отвори приладу, спостерігають в окуляр.

У випадку, якщо при видалених молочних скельцях зображення спіралей стануть нечіткими або нерівномірно освітленими, необхідно здійснити невеликі переміщення освітлювача по висоті або в бік, а також переміщення конденсорів за допомогою юстуючих гвинтів патрона.

Після цього молочні скельця встановлюють в гнізда перед конденсорами. Рівномірне заповнення отворів діафрагм світлом можна перевірити за допомогою лупи 5 (рис. 1), що знаходиться перед окуляром.

Потім перевіряють інтенсивність обох пучків, що йдуть від освітлювача, для чого, наприклад, лівий барабан ставлять на відлік 50 і трохи переміщують один з конденсорів, домагаючись на правому барабані відліку, близького до 50 з відхиленням в ±1 поділку. Починаючи вимірювання обидва барабани ставлять на 100.

Досліджуваний зразок скла 5 (рис. 2) розміщують на предметному столику 4 перед лівим отвором приладу і окуляр 11 фокусують на чітке зображення лінії розподілу поля. При цьому праве поле буде темніше за ліве. Обертаючи правий барабан, доводять до зрівняння напівполів, тобто до фотометричної рівноваги. Значення відліку за чорною шкалою правого барабана – це коефіцієнт пропускання , а за червоною шкалою – оптична густина D_пр.

Потім дослідний зразок ставлять перед правим отвором при відліку на правому барабані 100 і виміри та D_л проводять лівим барабаном.

Встановлення фотометричної рівноваги проводять 5-7 разів з наступним визначенням середнього значення із групи відліків і та D_пр і D_л.

Остаточні значення та D розраховують за формулами:

При визначенні та D рідини потрібно виключити значення та D скла кювети, в яку наливають досліджувану рідину. Для цього в другий пучок променів фотометра вводять кювету без рідини тої ж довжини, що й кювета з рідиною, що знаходиться в першому пучку променів.

2. Завдання

Для проведення лабораторної роботи необхідно мати:

- фотометр ФМ-58

- трансформатор

- зразки скла

- кювети з рідиною та без рідини

- протиральний матеріал

Порядок проведення лабораторної роботи

1. Ознайомитися з конструкцією приладу.

2. Підготувати прилад до роботи (відрегулювати освітлення).

3. Здійснити визначення та D за вище описаною методикою.

4. Результати вимірювань та обчислень занести в таблиці 1 та 2 (n – кількість вимірювань).