Читать онлайн «Физические эффекты и явления». Страница 36

А.С. N 266560. Контролируют процесс сушки по ИК-поглощению паров растворителя.

Ослабление светового излучения при прохождении через среду объясняется также и рассеянием света. В случае наличия в среде оптических неоднородностей переизлучение энергии электромагнитной волны происходит не только в направлении проходящей волны(пропускание), но и в стороны. Эта часть излучения , наряду с дифрагированной, преломленной и отраженной на неоднородностях состовляющими, и образует р а с с е я н н ы й свет. Рассеяние обладает дисперсией. В атмосфере ,например, рассеиваются преимущественно голубые лучи; этим объясняется голубой цвет неба, в то время как свет , проходящий через атмосферу, обогащен красными составляющими - красный цвет зорь. При монохроматическом освещении даже в физически сильно неоднородной среде рассеяние не происходит при совпадении коэффициентов преломления компонентов среды. Выбрав компоненты с различными температурными коэффициентами пре, можно создать оптический термометр.

А.С. N.253408. Устройство для измерения температуры,содержащее измерительный элемент,устанавливаемый на иследуемый материал, и источник белого света, отличающийся тем,что с целью расширения интервала измеряемых температур,измерительный элемент выполнен в виде прозрачной кюветы,заполненой смесью,оптически неоднородных веществ,соответствующих заданному интервалу температур,показатели педложения которых зависят от длины волны и температурные коэффициенты показателей преломления отличаются знаком либо вличиной.

(Показатели преломления компонентов смеси совпадают для различных длин волн в зависимости от температуры. этом кювета становится оптически однородной для света с данной длиной волны,который пройдя через кювету,сообщает ей определенный цвет,соответствующей определенной температуре.Другие же составляющие белого цвета рассеиваются на неоднородностях системы и через кювету не походят).

Распределение интенсивности света,рассеянного средой по различным направлениям (и н д е к а т р и с с а рассеяния), может дать значительную информацию о микрофизических параметрах среды. Такого рода измерения находят применение в биологии,коллоидной и анилитической химии,составляя предает нефелометрических иследований,а также в аэрозольной технике.

Согласно а.с. 172094 определяют параметры капель жидкости, измеряя характеристики светового излучения,рассеянного на каплях.

Рассеяние наблюдается в чистых веществах. Оно объясняется возникновением оптической неоднородности, связанный с фуктуациями плотности, наример, тепловыми. Рассеяный свет по некоторым направлениям частично поляризован. (см."Анизотроприя и свет").

13.3.1 Вслучае комбинационного рассеяния света (эффект МандельштамаЛандсберга-Рамана) в спектре рассеянногоизлучения кроме линий, характеризующих падающий свет,имеются дополнительные линии (сателлиты), излучение которых является комбинацией частот падающего излучения и частот собственных тепловых колебаний молекул рассеивающей среды.

Согласно патенту США N 3820897 конт содержания загрязнений в большом объеме воздуха производится на основе анализа характеристического романовского излучения (сателлитов комбинационного рассеяния),возникающего при рассеянии лазерного излучения на атомах и молекулах загрязнений.

13.4. Испускание и поглощение света.

оПламя излучает свет.Стекло поглощает ультрафиолетовые лучи. Обычные фразы,привычные понятия.Однако здесь термины "излучает","поглощает" описывают только внешне,легко наблюдя, физика этих процессов непосредственно связана со строением атомов и молекул вещества.

Атом - квантовая система,его внутренняя энергия - это , в основном , энергия взаимодействия электронов с ядром; эта энергия согласно квантовым законам,может иметь только вполне определенные для када и состояния атомов значения. Таким образом,энергия атома не может меняться непрерывно,а только скачками - порциями,равными разности каких-либо двух разрешенных значений энергии.

Квантовая система (атом,молекула),получая из вне порцию энергии возбуждается, т.е. переходит с одного энергетического уровня вдругой более высокий. В возбужденном состоянии система не может находится сколь угодно долго; в какой-то момент происходит самопроизвольный (спонтанный) обратный переход с выделением той же энергии. Квантовые переходы могут быть излучательные и безизлучательные. Впервом случае энергия поглощается или испускается в виде порции электромагнитного излучения,частота которого строго определена разностью энергий тех уровней, между которыми происходит переход. В случае безызлучательных переходов система получает или отдает энергию при взаимодействиями с другими системами (атомами,молекулами,электронами) Наличие этих двух типов перходов объясняется оптикоакустический эффект Бейнгерова

13.4.1. При облучении газа,находящегося в замкнутом объеме,аомодулированном потоком инфракр.излучения в газе возникают пульсации давления (оптико-аккустический эффект).Его механизм давольно прост; поглощение инфракр.излучения происходит с возбуждением молекул газа, обратный же переход происходит безызлучательно,т.е. энергия возбуждения молекул переходит в их кинетическую энергию,что обуславливает изменение давления.

Колличественные характеристики эффекта весьма чувствительные к составу газовой смеси.Применение оптико-акустического эффекта для аналей характеризуется простотой и надежностью, высокой избирательностью и широким диапазоном концнтрацией компонентов.

Оптико-акустический индикатор педставляет собой неселективный приемник лучистой энергии,предназначенный для анализа газов Промудулированный лучистый поток через флюоритовое окно попадает в камеру с иследуемым газом.Под действием потока меняется давление газа на мембрану микрофона,в результате чего в цепи микрофона возникают электрические сигналы,зависящие от состава газа.

Оптико-акустический эффект используется при измерении времен жизни возбуждения молекул,в ряде работ по определению влажности и потоков излучения. (см.а.109939, 167072, 208328, 208329). Отметим, что оптико-акустический эффект возможен также в жидкостях и твердых телах.

13.4.2. Атомы каждого вещества имеют свою,только им присущую структуру энергетических уровней,а следовательно,и структуру излульных переходов,которые можно зарегистрировать оптическими методами (например,фотографически).Это обстоятельство лежит в основе сного анализа. Так как молекулы - тоже сугубо квантовые системы,то каждое вещество (совокупность атомов или мол) испускает и поглощает только кванты определенных энергиили электромагнитное излучение определенных длин волн) Интенсивность тех или иных спектральных линий пропорциональна числу атомов (молекул),излуча( или поглощающих)свет. Это соотношение составляет основу количественного спектрального анализа

США,патент N.3820901. Концентрацию известных газов в смеси измеряют по пропусканию излучения лазерного источника с определенной длиной волны. Предварительно облучают монохроматическими излучениями с различными длинами волн каждый из содержащихся в смеси газов, концентрация которых известна, и определяют коэффициент поглощения каждого газа для каждой длины волны. Затем при этих длинах волн измт поглощение испытуемой смеси и, используя полученные величины коэффициента поглощения,определяют концентрацию каждого газа в смеси. При измерениях с излучением,содержанием большее число длин волн, чем находится компонентов в газовой смеси,можно обнаружить наличие неизвестных газов.

Для атомов и молекул спектры излучения будут линейчатыми и полосатыми соответственно,то же и для спектров поглощения. Чтобы получить сплошной спектр,необходимо наличие плазмы, т.е. ионизированного состояния вещества. При онизации электроны находятся вне атома или молекулы, и, следовательно могут иметь любые, непрервно меняющиеся,энергии. При рекомендации этих элктронов и ионов получается сплошной спектр,в котором присутствуют все длины волн.

13.4.3. Возбуждение(повышение внутренней энергии) или ионизацияатомов происходят под действием различных причин;в частности, энергия для этих процессов может быть получена при нагревании тел. Чем больше температура, тем больше энергия возбуждения и тем все более короткие волны (кванты с большей энергией)излучает нагретое тело. Поэтому при постепенном нагреве сначала появляется инфракр.излучение (длинные волны),затем красное,к которому с ростом температуры добавляется оранжевое,желтое и т.д.; в конце концов получаетссвет Дальнейший нагрев приводит к появлению ультрафиолетовой компоненты.

США,патент N.3580277. Устройство для непрерывного измерения температуры ванны жидкого металла содержит стержень из светопроо материала обладающего высокой температурой и корозионной стойкостью. Стержень проходит сквозь стенку резервуара и внутри последнего заделывается в массу свободного от щелочей окисла с высокой температурой плавления,например окиси циркония. Конец стержня,находящийся в резервуаре,служит цветовым пирометром.