Тема: Взаимодействие света с веществом. Тепловое излучение.

1. Кафедра медицинской и биологической физики лекция №9для студентов 1 курса, обучающихся по специальности 060103 - Педиатрияк.п.н., доцент Шилина Н.Г.Красноярск, 2014 Тема: Взаимодействие света с веществом. Тепловое излучение.

2. План лекции 1. Взаимодействие света с веществом: • рефракция света. Волоконная оптика; • поглощение света. Концентрационная колориметрия; • рассеяние света. Нефелометрия; • поляризация света. Поляриметрия. 2. Законы теплового излучения.

3. Рефракция света Явление преломления света (изменение скорости и направления света при переходе из одной среды в другую) называется рефракцией. абсолютный показатель преломления относительный показатель преломления

4. Законы преломления света: 1. Луч, падающий на границу раздела двух сред, перпендикуляр к поверхности в точке падения луча и преломленный луч лежат в одной плоскости.

5. 2. Отношения синуса угла падения α к синусу угла преломления β лучей для данных двух сред есть величина постоянная, равная относительному показателю преломления второй среды относительно первой: а) свет переходит из среды оптически менее плотной в более плотную (например, из воздуха в воду) Угол падения больше угла преломления

6. б) свет переходит из среды оптически более плотной в менее плотную (например, из стекла в воздух ) Угол падения меньше угла преломления - предельный угол полного внутреннего отражения

7. Волоконная оптика Устройства, в которых используется явление полного отражения для передачи света, - волоконная оптика Ход лучей в световоде Пучок волокон (световод) Бронхоскоп Б-ВО-3-1 Волоконный биопсийный сигмоидоколоноскоп

8. Поглощение света • Ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии

9. Закон Бугера d I0 Id Твердое тело dx dI=-kλIdx; dI/I=-kλdx Id=I0e-kλd; Id=I010-k’λd Kλ – монохроматический натуральный показатель поглощения. K’λ = 0,43 kλ

10. Зависимость интенсивности света, прошедшего через вещество, от толщины слоя Id экспоненциальный вид O d

11. Закон Бера Раствор концентрацией С Kλ=xλC Xλ– монохроматический удельный показатель поглощения.

12. I0 Id Раствор Закон Бугера-Ламберта-Бера Id=I0e-χλcd Id=I010-χ’λcd χ’λ=0,43χλ

13. Коэффициент пропускания • Отношение интенсивности света прошедшего через вещество Id к интенсивности падающего света I0.

14. I0 Id Id=I0 I0 Id=0 Оптическая плотность раствора

15. Концентрационная колориметрия Метод определения концентрации вещества в окрашенных растворахпо поглощению света В основе закон Бугера-Ламберта-Бера Id=I0e-xcd D= χλc2d2 D= χλc1d1 c1d1=c2d2

16. Фотоколориметр • Прибор, определяющий концентрацию окрашенных растворов

17. Спектры поглощения Зависимости kλ= f(λ)или χλ= f(λ) Цвет вещества определяется спектром поглощения Зеленый – поглощаются все цвета кроме зеленого, а зеленый отражается

18. Спектрыпоглощения Зависимости ε, D, χ от длины волны λ характеризуют спектр поглощения вещества. Линейчатый Непрерывный

19. Рассеяние света • Явление, при котором распространяющийся в среде световой пучок отклоняется по всевозможным направлениям. I0 Id

20. Рассеяние света Рассеяние света оптическими неоднородностями (флуктуации плотности) Рассеяние света мутными средами Явление Тиндаля Молекулярное Id=I0e-ml m – натуральный показатель рассеяния

21. Закон Рэлея Неоднородностьd ~ 0,2λ I ~ 1/λ4 – голубой цвет Неоднородность d > 0,2λ I ~ 1/λ2- серый цвет

22. Поглощение + рассеяние Id=I0e-μd μ=m+k

23. Нефелометрия Методы измерения рассеянного света с целью получения информации о рассеивающей системе.

24. Нефелометрия • Степень поляризации • Спектральный состав • Размеры макромолекул в растворах • Размеры частиц в эмульсиях, аэрозолях

25. Естественный свет

26. Естественный свет - это совокупность электромагнитных волн со всевозможными направлениями световых векторов Е, и все направления вектора равноправны.

27. Плоскополяризованный свет- это совокупность электромагнитных волн с одинаковой ориентацией всех световых векторовЕ. Плоскость, в которой лежат световой вектор Е и направление распространения света, называется плоскостью поляризации.

28. Условные обозначения

29. Методы получения поляризованного света • При отражении и преломлении на границе двух диэлектриков • При двойном лучепреломлении • Призма Николя • Поляроиды

30. Поляризация при отражении и преломлении Закон Брюстера tg(iБ)=n2/n1

31. Поляризация при двойном лучепреломлении

32. Призма Николя no=1,65 ne=1,48 nк.б.=1,55 (ne<nк.б..< no)

33. Поляризатор- устройство, пропускающее составляющую светового вектора, лежащую в определенной плоскости. Такая плоскость называетсяглавной плоскостью поляризатора.

34. Анализатор поляризатор, используемый для анализа предварительно поляризованного света.

35. Закон Малюса Интенсивность света Iпроп, пропущенного через анализатор, равна произведению интенсивности падающего плоскополяризованного света Iпад, умноженной на квадрат косинуса угла между плоскостью поляризации и главной плоскостью анализатора. Iпроп=Iпад cos2f

36. Закон Малюса

37. Поляризация в дихроичных кристаллах значительное поглощение обыкновенного луча по сравнению с необыкновенным лучом. Например, турмалин, герапатит Происходит при двойном лучепреломлении!

38. Оптически активные вещества способны поворачивать плоскость поляризации. Угол поворота a плоскости поляризации пропорционален толщине слоя Lи концентрациивещества C: a = a0CL

39. a0- удельное вращение, зависит от природы вещества, температуры и свойств растворителя численно равен углу поворота плоскости поляризации монохроматического светового луча с λ=589 нм, прошедшего раствор единичной концентрации (1г/100 мл), находящйся в кювете единичной длины (1дм) Закон Био:

40. Поляриметр (Сахариметр) измеряет величину вращения плоскости поляризации при прохождении поляризованного света через оптически активное вещество. Используются в медицине для определения концентрации сахара в моче.

41. Поляриметры 1 – источник света; 2 – светофильтр; 3 – объектив; 4 – поляризатор; 5 – кварцевая пластина; 6 – кювета с раствором; 7 – анализатор; 8 – окуляр.

42. Тепловое излучение Ф(Вт) – поток излучения – это излучение нагретых тел, температура которых выше 0К. – энергетическая светимость

43. Характеристики теплового излучения спектральная плотность энергетической светимости коэффициент поглощения

44. Абсолютно черное тело

45. Серое тело Тело, коэффициент поглощения которого меньше единицы и не зависит от длины волны света, падающего на него, называют серым. В природе серых тел нет Тело человека считают серым для инфракрасной области спектра (α=0,9)

46. Закон Кирхгофа ελ – спектральная плотность энергетической светимости черного тела

47. Законы излучения черного тела энергетическая светимость абсолютно черного тела

48. Законы излучения черного тела закон Стефана-Больцмана постоянная Стефана-Больцмана закон (смещения) Вина постоянная Вина

49. - постоянная Планка - скорость света в вакууме - постоянная Больцмана Формула Планка Черное тело излучает и поглощает энергию квантами

50. Физические методы • ПИРОМЕТРИЯ –измерение температуры тел посредством измерения их излучения • ТЕРМОГРАФИЯ – измерение и регистрация теплового излучения поверхности тела человека или его отдельных участков