Здравствуйте, друзья! Хорошо заниматься опытами в домашних условиях, когда есть кошки 🙀 . Говоришь - экстинкция, и они бегут смотреть, кто же их зовет.
✨Экстинкция - это ослабление света при прохождении его через вещество, которое может происходить путем поглощения или рассеяния света, а чаще всего, за счет обоих механизмов сразу.
Один из основных физических законов, которому подчиняется распространение света в поглощающей и рассеивающей среде - это закон Ламберта-Бугера-Бера (иногда его называют Бугера-Ламберта-Бера или просто Бугера).
Этот закон был экспериментально получен Бугером, теоретически доказан Ламбертом, а Бер показал, что коэффициент экстинкции пропорционален концентрации рассеивающего вещества. Теоретическое доказательство строится на естественном предположении, что на каждом тонком слое свет ослабляется в одно и то же количество раз, вне зависимости от интенсивности на входе слоя. Тогда получается дифференциальное уравнение, из которого вылезает экспонента.
Домашний эксперимент
Мне захотелось в домашних условиях продемонстрировать, как меняется интенсивность света при прохождении через мутную среду, увидеть это своими глазами и показать ребенку. Для этого я взяла несколько одинаковых тонких прозрачных баночек, и налила в них одинаковый рассеивающий раствор - вода с капелькой молока. Молоко практически не поглощает свет, но очень хорошо его рассеивает, и можно видеть, как проходит лазерный луч и свет от фонарика. У меня есть лазерная указка, которая может работать в трех режимах - красного лазера, белого фонарика и синего фонарика. На следующем рисунке приведен коллаж из фотографий.
Вживую ослабление света видно лучше, чем на фотографии. Очень хорошо проводить такие опыты зимой, когда рано темнеет, ведь при свете дня не видно такой красоты. Интересно проводить такой опыт с ребенком, главное, чтобы он не засветил лазерной указкой себе в глаз.
Конечно, для корректного эксперимента надо смотреть проходящий свет, а не рассеянный сбоку. Но ставить камеру телефона на прямом пути лазерной указки я как-то не рискую, и вам не советую. Пыталась снимать напрямую камерой ноутбука, но та стала глючить, и программа "камера" на ноутбуке у меня теперь не работает. Интенсивность света, рассеянного вбок, будет пропорциональна интенсивности света, входящего в среду, поэтому можно наблюдать спад интенсивности.
Интересно, будет ли выполняться закон Ламберта-Бугера-Бэра для такого эксперимента? Конечно, закон выведен для плоской монохроматической волны, а в моем эксперименте не пойми что, да еще и отражения на границах присутствуют. Но все-таки я решила обработать фотографии в Фотошопе и посмотреть, как количественно уменьшается интенсивность.
Далее мы используем данные о цветах в третьем ряду по палитре RGB, которая может выдать значения от 0 до 255, белый цвет соответствует 255. Тогда на первом слое значение интенсивности будет 255, а на остальных - меньше. Я вбила эти данные в Excel для каждого вида луча.
Чтобы понять, ложится ли наша зависимость интенсивности на экспоненту, надо взять логарифм отношения интенсивности на данном слое к начальной и построить график зависимости от номера слоя. В случае идеального выполнения закона Ламберта-Бугера-Бера должна получиться прямая.
А вот что получилось у меня:
Не похоже на прямую, правда? И коэффициент корреляции это подтверждает, на линейной зависимости от должен быть близок к единице, а у нас максимум 0,9, имеющий место для синего фонарика. Так что о количественных измерениях в данной постановке эксперимента речи не идет.
Тем более удивительно, как открыл закон Бугера сам Бугер. В те годы - 1729 год - не было ни фотошопа, ни камер, ни фотопластинок, и совершенно нетривиальной задачей было измерить интенсивность света. Бугер использовал для сравнения интенсивностей калиброванные свечи, но, честно говоря, я слабо себе представляю, как вообще можно было поставить такой эксперимент, и настолько точно все измерить. И Бугер, и Ламберт - действительно великие ученые! Бер не столь известен, но эксперимент по зависимости поглощения от концентрации тоже далеко не прост в реализации и чрезвычайно полезен для практики.
А из меня великого физика не вышло, вышел только Великий Шизик. Достижения настоящих ученых я демонстрирую у себя на кухне себе, мужу, сыночку и кошечкам. Надеюсь, эти демонстрации понравятся и вам, уважаемые читатели!
Ваш лайк 👍 вдохновляет на новые эксперименты!
✨Подпишитесь на мой канал, и не пожалеете!
