ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №21

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА
В РАСТВОРАХ

Цель работы : определение концентрации вещества в окрашенных растворах и проверка закона Бугера-Ламберта.

Приборы и принадлежности : фотометр электрический КФК-3, набор кювет, набор прозрачных окрашенных растворов (раствор медного купороса, раствор двухромовокислого калия.)

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

При прохождении света через прозрачные растворы, газы он частично поглощается. Пусть на прозрачную среду падает свет интенсивности І 0 . Интенсивность света І , прошедшего через раствор, согласно закону Бугера-Ламберта, определяется по формуле:

где α – коэффициент поглощения света; d – толщина слоя.

Поглощение света веществом обусловлено взаимодействием световой волны с атомами и молекулами вещества. Под воздействием электрического поля световой волны электроны в атомах смещаются относительно ядер, совершая гармонические колебания. Возникают вторичные волны. Падающая волна интерферирует со вторичными волнами, испускаемыми электронами атомов и порождает волну с амплитудой, не равной амплитуде воздействующего электрического поля. С энергетической точки зрения это означает, что часть энергии электромагнитной волны идет на увеличение внутренней энергии вещества, через которое проходит свет. Электромагнитная волна переносит энергию, пропорциональную квадрату амплитуды напряженности электрического поля. Среднюю энергию, переносимую через единицу площади за 1 сек, называют интенсивностью световой волны І .

Интенсивность света, прошедшего через вещество, определяется законом Бугера-Ламберта и зависит как от толщины слоя, так и от природы исвойств поглощающего вещества.

Коэффициент поглощения света α пропорционален молекулярной концентрации С

α=α 0 С , (21.2)

где α 0 – коэффициент поглощения одной молекулы растворенного вещества, не зависящий от концентрации. Подставляя (21.2) в соотношение (21.1) получим:

Формула (21.3) носит название закона Бугера-Беера и оказывается справедливой для растворов и газов малой концентрации (при этом предполагается, что растворитель практически не поглощает свет).

При прохождении монохроматической световой волны через вещество происходит затухание амплитуды волны в поглощающей среде. Затухание амплитуды характеризуется показателем затухания χ , который связан с коэффициентом поглощения α соотношением:

(21.4)

где λ 0 – длина волны в вакууме, n – показатель преломления среды.

Учитывая, что λ 0 =nλ, где λ – длина волны в среде, можно эту формулу переписать в виде:

Формулы (21.4) и (21.4 а) показывают, что коэффициент α зависит от длины волны. Эта зависимость обуславливает окрашенность растворов.

Поглощение света прозрачными растворами исследуется при помощи фотометров различной конструкции. Измеряя интенсивности падающего и прошедшего света, можно определить концентрацию поглощающего вещества.

Для экспериментального исследования поглощения света в средах вводятся следующие характеристики:

1. Светопропускание определяется коэффициентом пропускания

где τ – коэффициент светопропускания, І 0 – интенсивность падающего светового потока, І – интенсивность светового потока, прошедшего через раствор.

2. Оптическая плотность вещества определяется формулой

где D – оптическая плотность.

Связь между светопропусканием и оптической плотностью устанавливается с помощью формул (21.5) и (21.б)

(21.7)

Светопропускание раствора τ можно выразить из закона Бугера:

Отсюда определяется коэффициент поглощения α :

После соответствующих преобразований с учетом формул (21.5) и (21.6) зависимость между коэффициентом поглощения a и оптической плотностью раствора D определяется следующим образом

Поглощение света имеет резонансный характер с максимальным значением в области частот, близких к собственной частоте колебаний осциллятора ω 0 (рис. 21.1).

Резонансный вид кривой поглощения определяется структурой атомов и диапазоном частот электромагнитной волны, проходящей через вещество.

На рис. 21.1 показана кривая поглощения α=f(ω) для вещества, в котором диполи имеют одну собственную частоту колебания (АВ – ширина полосы поглощения, определяемая на уровне половины максимального поглощения).

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Фотометр фотоэлектрический КФК-3 предназначен для измерения коэффициентов пропускания и оптической плотности прозрачных жидкостных растворов и твердых образцов. Он также используется для измерения скорости изменения оптической плотности вещества и определения концентрации вещества в растворе.

Принцип действия фотометра основан на сравнении светового потока Ф 0 , прошедшего через растворитель, по отношению к которому проводится измерение, и светового потока Ф , прошедшего через исследуемый раствор. Световые потоки Ф 0 и Ф фотоприемником преобразуются в электрические сигналы U 0 , U и U т (U т – сигнал при неосвещенном приемнике), которые обрабатываются микро-ЭВМ фотометра и представляются на цифровом табло в виде коэффициентов пропускания, оптической плотности, скорости изменения оптической плотности, концентрации.

Коэффициент пропускания τ исследуемого раствора определяется как отношение электрических сигналов U – U т прошедшего к U 0 – U т падающего света

Оптическая плотность определяется следующим образом:

(21.12)

Скорость изменения оптической плотности равна

где D 2 – D 1 – разность значений оптических плотностей за временной интервал t в минутах. Например, t принимает значения 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 мин.

Концентрация C=DF, где F – коэффициент факторизации, который определяется экспериментально из графика и вводится цифровой клавиатурой в пределах от 0,001 до 9999.

Фотометр КФК-3 (рис. 21.2) состоитиз корпуса 1, фотометрического блока 2, блока питания 3, кюветного отделения 4, микропроцессорной системы 5, монохроматора 6. Кюветное отделение закрывается съемной крышкой.

На боковой станине фотометра расположена ось резистора "УСТ.0" и тумблер "сеть" 8.

В фотометрический блок входят: осветитель, монохроматор, кюветное отделение, кюветодержатель, фотометрическое устройство.

Монохроматор 6 служит для получения излучения заданного спектрального состава и состоит из корпуса, узла входной щели, сферического зеркала, дифракционной решетки, узла выходной щели и синусного механизма, находящегося внутри корпуса.

Ручка 7 служит для поворота дифракционной решетки через синусный механизм и установки длины волныв нм.

В фотометрическое устройство входят фотодиод и усилитель постоянного тока.

В кюветодержатель устанавливают кюветы с растворителем и исследуемым раствором и помещают их в кюветное отделение, при этом две маленькие пружины кюветодержателя должны находиться с передней стороны. Ввод в световой поток кювет осуществляется поворотом рукоятки 8 до упора влево или вправо. При установке рукоятки до упора влево в световой пучок вводится кювета с растворителем.

Микропроцессорная система 5 состоит из двух печатных плат, соединенных между собой разъемом. К фотометру система присоединяется через разъем. На переднюю панель фотометра выведена клавиатура и цифровое табло системы.

Микропроцессорная система обеспечивает выполнение семи задач:

НУЛЬ – измерение и учет сигнала при неосвещенном фотоприемнике, Г – градуировка фотометра, Е – измерение оптической плотности, П – измерение коэффициента пропускания, С – измерение концентрации, А – измерение скорости изменения оптической плотности, F – ввод коэффициента факторизации.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Подсоединить фотометр к сети 220В и включить тумблер 7 "сеть". Дать прогреться 30 мин. при открытой крышке кюветного отделения. Нажать клавишу "ПУСК" – на цифровом табло появится символ "Г", соответствующее ему значение и значение длины волны. Затем нажать клавишу "Нуль". На цифровом табло справа от мигающей запятой высвечивается значение n 0 , слева – символ "0". Значение n 0 должно быть не менее 0,005 и не более 0,200. Если n 0 не укладывается в указанные пределы, то с помощью резистора «УСТ.0» добиваются нужного значения.

УПРАЖНЕНИЕ I

Измерение коэффициентов пропускания

1. В кюветное отделение установить кюветы с растворителем и исследуемым раствором медного купороса. Кювету с растворителем установить в дальнее гнездо кюветодержателя, а с исследуемым раствором – в ближнее гнездо кюветодержателя. Закрыть крышку кюветного отделения.

2. Путем поворота рукоятки 8 (рис. 21.2) влево до упора ввести в световой поток кювету с растворителем.

3. Нажать клавишу "Г" и маховичком 7 (рис. 21.2) установить длину волны 400 нм. Длина волны высвечивается на верхнем цифровом табло.

4. Нажать клавишу "П". Слева от мигающей запятой высвечивается символ "П", а справа – соответствующее значение "100±0,2", означающее, что начальный отсчет пропускания равен 100%.

Если отсчет "100±0,2" установился с большим отклонением, то нажать клавиши «Г» и «П» повторно через 3-5 с. Затем необходимо открыть крышку кюветного отделения и нажать клавишу "НУЛЬ", закрыть крышку, нажать клавишу "П".

5. Рукояткой 8 ввести в световой пучок кювету с исследуемым раствором. По световому табло определить коэффициент пропускания раствора.

6. Путем нажатия клавиши "Г" установить маховичком 7 длины волн 450 нм, 500 нм, 550 нм, 600 нм, 650 нм, 700нм, 750 нм и снять для них коэффициент пропускания τ .

Построить график зависимости коэффициента пропускания от длины волны т.е. τ=f(λ)

7. При длине волны 550 нм определить коэффициенты пропускания других растворов медного купороса.

8. Аналогичные измерения провести для раствора двухромовокислого калия и построить график зависимости τ=f(λ) .

УПРАЖНЕНИЕ II

ГОСТ 26602.4-2012

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

БЛОКИ ОКОННЫЕ И ДВЕРНЫЕ

Метод определения общего коэффициента пропускания света

Windows and doors. Method for determination of total light transmittance

Текст Сравнения ГОСТ 26602.4-2012 с ГОСТ 26602.4-99 см. по ссылке .
- Примечание изготовителя базы данных.
____________________________________________________________________

МКС 91.060.50

Дата введения 2014-01-01

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила, рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Учреждением "Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук" (НИИСФ РААСН) при участии Общества с ограниченной ответственностью "ЦЕРЕРА-ЭКСПЕРТ"

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и оценке соответствия в строительстве (протокол от 18 декабря 2012 г. N 41)

За принятие проголосовали:

4 В настоящем стандарте учтены нормативные положения европейского регионального стандарта EN 13363-1:2003* Solar protection devices combined with glazing - Calculation of solar and light transmittance - Part 1: Simplified method (Солнцезащитные устройства в сочетании с остеклением. Расчет пропускания солнечного излучения и света. Часть 1. Упрощенный метод) в части определения коэффициента пропускания оконных и дверных блоков с солнцезащитой
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить перейдя по ссылке на сайт http://shop.cntd.ru . - Примечание изготовителя базы данных.

5 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2012 г. N 2017-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 26602.4-2012 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2014 г.

6 ВЗАМЕН ГОСТ 26602.4-99


Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1 Область применения

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на оконные и остекленные дверные блоки жилых, общественных, производственных и других зданий и устанавливает метод определения общего коэффициента пропускания света этих изделий.

Данный метод может быть применен для определения общего коэффициента пропускания света витражей, витрин, зенитных фонарей и других светопрозрачных конструкций или их фрагментов, включающих в себя различные комбинации непрозрачных и светопропускающих элементов из различных видов стекол (прозрачных или окрашенных, без покрытий или с покрытиями, узорчатых, армированных, многослойных и т.д.), а также оконные и остекленные блоки с солнцезащитой.

Метод применяют также для оценки соответствия светопрозрачных и солнцезащитных конструкций заявленным свойствам.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 8.014-72 Государственная система обеспечения единства измерений. Методы и средства поверки фотоэлектрических люксметров

ГОСТ 8.332-78 Государственная система обеспечения единства измерений. Световые измерения. Значения относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения

ГОСТ 7721-89 Источники света для измерений цвета. Типы. Технические требования. Маркировка

ГОСТ 15543-70 Изделия электротехнические. Исполнения для различных климатических районов. Общие технические требования в части воздействия климатических факторов внешней среды

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 фрагмент изделия: Часть изделия, отражающая его основные конструктивные особенности и оптические характеристики.

3.2 образец для испытаний: Светопрозрачная ограждающая конструкция в сборе или ее фрагмент, пригодные для испытаний, технические характеристики которых полностью соответствуют представленной в испытательный центр (лабораторию) сопроводительной нормативной и конструкторской документации.

3.3 относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения с длиной волны : Отношение двух потоков излучения соответственно с длинами волн и , вызывающих в точно определенных фотометрических условиях зрительные ощущения одинаковой силы. Длину волны выбирают так, чтобы максимальное значение этого отношения равнялось единице.

3.4 светопрозрачная ограждающая конструкция: Строительная конструкция, предназначенная для обеспечения естественного освещения внутренних помещений здания или сооружения.

3.5 световой поток : Физическая величина, оценивающая мощность оптического излучения по его воздействию на селективный приемник света, спектральная чувствительность которого определяется функцией относительной спектральной световой эффективности излучения , лм.

3.6 освещенность : Физическая величина, определяемая отношением светового потока, падающего на элемент поверхности, содержащий рассматриваемую точку, к площади этого элемента, лк.

3.7 средняя освещенность : Освещенность, усредненная по площади освещаемого помещения, участка, рабочей зоны, лк.

3.8 коэффициент остекления оконного блока (или другой светопрозрачной конструкции) : Отношение площади светопрозрачной части оконного блока к его рабочей площади. В случае наличия в конструкции нескольких рядов остекления за площадь светопрозрачной части принимают площадь остекления ряда с наименьшей светопрозрачной частью, отн. ед.

3.9 общий коэффициент пропускания света : Отношение светового потока, прошедшего сквозь изделие, к световому потоку, упавшему на него, отн. ед.

4 Средства измерений

4.1 Для прямых измерений общего коэффициента пропускания света используется испытательная установка, состоящая из:

- источников диффузного света типа А (искусственного небосвода отраженного света, окрашенного белой диффузно отражающей краской) по ГОСТ 7721 ;

- светомерной камеры, окрашенной матовой белой диффузно отражающей краской, разделенной горизонтальной перегородкой с проемом и опорной решеткой в нем для установки испытываемого образца;

- измерительного блока, состоящего из шести люксметров. Измерительная головка одного люксметра располагается в наружной камере, измерительные головки остальных пяти - во внутренней камере. Измерительные головки люксметров должны иметь предел допускаемой относительной погрешности не более 10% с учетом погрешности спектральной коррекции, определяемой как отклонение относительной спектральной чувствительности измерительного преобразователя излучения от относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения по ГОСТ 8.332 , а также погрешности калибровки абсолютной чувствительности и погрешности, вызванной нелинейностью световой характеристики;

- темнителя света по ГОСТ 15543 .

Используемые в установке люксметры должны быть поверены и иметь действующие свидетельства о Государственной поверке средств измерений. Государственная поверка люксметров осуществляется органами стандартизации и метрологии в соответствии с ГОСТ 8.014 .

4.2 Для определения общего коэффициента пропускания расчетно-измерительным методом используются фотометры или спектрофотометры, позволяющие измерять коэффициенты пропускания светопрозрачных материалов.

5 Определение общего коэффициента пропускания света оконных блоков прямыми измерениями

5.1 Порядок отбора образцов

5.1.1 Испытания проводят на образцах, представляющих собой готовые изделия или фрагменты изделий, соответствующих требованиям, установленным в нормативных документах (конструкторской документации) на конкретную продукцию полной заводской готовности.

В случае если результаты испытаний предполагается распространить на типоразмерный ряд (включающий испытываемую конструкцию), то для проведения испытаний выбирают конструкцию с наименьшим коэффициентом остекления. Минимальный размер образцов - 700х700 мм, максимальный размер образцов определяют техническими возможностями испытательной установки.

Рекомендуемые размеры образцов оконных блоков: высота - 1460 мм; ширина - 1470 (или 1320) мм.

Окна, как правило, должны быть двустворчатыми, с форточным узлом. Если конструкция предусматривает откидное или поворотно-откидное открывание узкой створки, наличие форточного узла не обязательно.

5.1.2 Порядок отбора и количество образцов для испытаний устанавливают в нормативных документах (НД) на конкретную продукцию. Рекомендуется испытывать не менее двух идентичных образцов.

5.2 Подготовка образцов к испытаниям

Проверку комплектности конструкции и показателей внешнего вида образцов проводят визуально в соответствии с требованиями НД на испытываемые изделия.

Проверку геометрических размеров образцов проводят с помощью средств измерений по методикам, приведенным в НД на испытываемые изделия.

Перед испытаниями изделия должны быть тщательно очищены от загрязнения и промыты.

5.3 Определение общего коэффициента пропускания света

5.3.1 Сущность метода состоит в определении отношения величины светового потока , лм, прошедшего сквозь изделие, к величине светового потока , лм, падающего на это изделие из наружного пространства.

5.3.2 Испытания проводят при значениях освещенности 500; 750; 1000 лк ±5%, создаваемой источником диффузного света на плоскости проема разделительной перегородки светомерной камеры.

В обоснованных случаях допускается разрабатывать уточненную программу испытаний с другими характеристиками условий проведения испытаний, согласованную испытателем и заказчиком.

5.3.3 Проводят регулировку освещенности с помощью темнителя света и фиксируют ее величину.

5.3.4 Контроль освещенности осуществляют люксметром с измерительным преобразователем излучения, установленным в источнике диффузного света горизонтально (наружный преобразователь излучения) и обращенным приемной поверхностью от испытываемого изделия в соответствии с рисунком А.1 приложения А.

5.3.5 Измерения светового потока, прошедшего через проем разделительной перегородки светомерной камеры, проводят люксметрами с выносными измерительными преобразователями излучения. Преобразователи излучения люксметров должны быть закреплены внутри светомерной камеры и обращены приемной плоскостью в направлении от проема. Число измерителей излучения должно быть не менее пяти.

5.3.6 Испытываемый образец горизонтально устанавливают на опорную решетку в проеме разделительной перегородки светомерной камеры заподлицо с нижней плоскостью перегородки так, чтобы геометрический центр образца находился на вертикальной оси светомерной камеры.

5.3.7 Устанавливают ограничители проема разделительной перегородки по периметру оконного блока. Монтажные зазоры между образцом и проемом изолируют от прохождения света.

5.3.8 Проводят измерение освещенности, соответствующей световому потоку , прошедшему через проем разделительной перегородки светомерной камеры с установленным в нем образцом.

5.3.9 Удаляют образец из проема разделительной перегородки светомерной камеры, не нарушая положения ограничителей проема.

5.3.10 Повторно измеряют освещенность, соответствующую световому потоку , прошедшему через проем разделительной перегородки светомерной камеры без образца.

5.3.11 Измерения проводят при трех фиксированных значениях освещенности по 5.3.2 с интервалом в 5 мин. Результаты измерений для каждого образца заносят в таблицу Б.1 приложения Б.

5.4 Обработка результатов испытаний

5.4.1 Для каждого значения освещенности вычисляют значение коэффициента пропускания света и относительную погрешность его определения по формулам:

где - количество внутренних фотоэлементов;

- абсолютная погрешность определения коэффициента пропускания света при данной освещенности, отн. ед.;

- коэффициент пропускания света изделием в относительных единицах, определенный -м внутренним фотоэлементом при данном значении освещенности, рассчитанный с учетом относительной погрешности измерения по формулам:

где - значения освещенности по люксметру с -м внутренним преобразователем излучения, пропорциональные величине светового потока , лм, прошедшего через проем разделительной перегородки светомерной камеры с образцом;

- значения освещенности по люксметру с -м внутренним преобразователем излучения, пропорциональные величине светового потока , лм, прошедшего через проем разделительной перегородки светомерной камеры без образца;

- абсолютная погрешность определения коэффициента пропускания света -м преобразователем излучения при данной освещенности, отн. ед.;

- абсолютная погрешность измерения значения освещенности с исследуемым образцом;

- абсолютная погрешность измерения значения освещенности без образца в делениях шкалы микроамперметра или гальванометра.

5.4.2 Общий коэффициент пропускания света образца изделия , отн. ед., принимают равным среднеарифметическому значению результатов испытаний изделий, а относительную погрешность его определения принимают равной среднеквадратичному значению относительных погрешностей испытаний:

где 3 - число испытаний по 5.3.11.

5.4.3 При испытании двух и более идентичных образцов за общий коэффициент пропускания света изделия принимают наименьшее значение из полученных по результатам испытаний каждого образца. Относительную погрешность определения общего коэффициента пропускания света изделия в этом случае вычисляют как среднеарифметическое значение для испытанных образцов.

5.5 Оформление результатов испытаний

5.5.1 Результаты испытаний оформляют протоколом, в котором указывают:

- наименование испытательного центра (лаборатории), проводившего испытания;

- номер аттестата аккредитации испытательного центра (лаборатории), проводившего(ей) испытания;

- наименование и юридический адрес организации - заказчика испытаний;

- наименование и юридический адрес организации - изготовителя испытываемой продукции;

- наименование испытываемой продукции и документа, регламентирующего требования к ее качеству;

- описание испытываемых образцов продукции: маркировка образцов, габаритные размеры образцов, тип использованного стекла, геометрические размеры сечений, вид окраски и др.;

- отношение площади остекления к общей площади образца (коэффициент остекления);

- дату поступления образцов в испытательный центр (лабораторию);

- номер регистрации образцов в испытательном центре (лаборатории);

- дату испытаний образцов;

- результаты испытаний - по форме таблицы Б.1 приложения Б;

- заключение: значение общего коэффициента пропускания света испытываемого образца (изделия) и относительной погрешности измерения;

- подписи руководителя испытательного центра (лаборатории) и испытателя, печать испытательного центра.

6 Определение общего коэффициента пропускания света оконных блоков расчетно-измерительным методом

6.1 При расчетно-измерительном методе определения общий коэффициент пропускания света оконного блока определяют по формуле

где - коэффициент пропускания света светопрозрачным заполнением;

- коэффициент передачи светового потока ячейками оконного блока, учитывающий потери света в переплетах светового проема (в оконном блоке).

6.2 Определение коэффициента пропускания света светопрозрачным заполнением (стеклом или стеклопакетом) проводят на фотометре по действующим нормативным документам.

6.3 Для измерений используют фрагменты светопрозрачных заполнений, применяемых в оконном блоке размером от 100х100 мм до 300х300 мм.

6.4 Коэффициент передачи светового потока ячейками оконного блока прямоугольной, круглой и полукруглой формы рассчитывают по формуле

где - площадь оконного блока по наружному обмеру, м;

- площадь -й ячейки в свету, м;



- составляющая коэффициента светопередачи, зависящая от геометрических размеров ячейки переплета:

где - составляющая коэффициента светопередачи, зависящая от отражательных свойств внутренних граней ячеек переплета:

где - коэффициент диффузного отражения внутренних граней ячейки;

, - ширина и высота -й ячейки в свету, м;

- толщина ячейки переплета, м;

- радиус ячейки переплета, м;

- индекс ячейки:

- для ячейки переплета прямоугольной формы, пример которой приведен на рисунке 1:

Рисунок 1 - Оконные блоки прямоугольной формы

- для ячейки переплета круглой формы, пример которой приведен на рисунке 2:

Рисунок 2 - Оконные блоки с ячейками круглой формы

- для ячейки переплета полукруглой формы, пример которой приведен на рисунке 3:

Рисунок 3 - Оконные блоки полукруглой и сложной формы

7 Определение коэффициента пропускания оконных и дверных блоков с солнцезащитой

7.1 При использовании внешних и внутренних солнцезащитных устройств определение общих коэффициентов пропускания света может быть рассчитано по формулам:

- при внешних солнцезащитных устройствах

При внутренних солнцезащитных устройствах

где - общий коэффициент пропускания света оконным блоком, определенный в соответствии с настоящим стандартом;

- коэффициент отражения внешней стороны остекления;

- коэффициент отражения внутренней стороны остекления;

- коэффициент пропускания солнцезащитного устройства;

- коэффициент отражения обратной отражающей стороны солнцезащитного устройства;

- коэффициент отражения внутренней стороны солнцезащитного устройства.

Приложение А (обязательное). Установка для определения общего коэффициента пропускания света

Приложение А
(обязательное)

1 - источник диффузного света; 2 - светомерная камера; 3 - проем с опорной решеткой; 4 - осветительные приборы источника света; 5 - измерительный преобразователь излучения люксметра наружной камеры; 6 - измерительные преобразователи люксметров внутренней камеры; 7 - регистрирующие устройства люксметров; 8 - регулятор напряжения осветительных приборов; 9 - экран фотоэлемента от прямого света источника

Таблица Б.1

Приложение В (справочное). Перечень рекомендуемых средств измерения освещенности, используемых в измерительной установке

Приложение В
(справочное)

Люксметр типа Аргус 01.

Люксметр-пульсметр типа Аргус 07.

Люксметр типа ТКА-Люкс.

Люксметр типа ТКА-ПКМ модель 02.

Люксметр типа ТКА-ПКМ модель 08.

Люксметр типа ТКА-ПКМ модель 31.

Люксметр типа "Pocket-Lux2" фирмы LMT (Германия).

Люксметр-яркомер типа ТЕС-0693 (Украина).

Люксметр-яркомер типа ТКА модель 04/3.

Люксметр-яркомер Аргус 12.



Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2014

Пусть - интенсивность входящего света,- интенсивность прошедшего света через вещество.

Проинтегрируем данное выражение, предварительно разделив переменные:

3. пропотенцируем это выражение:

4. по свойству логарифмов:

5. и получим:

6. Эта формула выражает закон поглощения света Бугера. Из закона видно, что натуральный показатель поглощения является величиной, обратной расстоянию, на котором интенсивность света ослабляется в результате поглощения в среде враз.

   Натуральный показатель поглощения зависит от длины волны света , поэтому целесообразно закон Бугера записать для монохроматического света:

7. где -монохроматический натуральный показатель поглощения .

   Так как поглощение света обусловлено взаимодействием с молекулами, то можно закон поглощения связать с некоторыми характеристиками молекул.

   Пусть - концентрация молекул, поглощающих кванты света;

   Эффективное сечение поглощения молекулы;

   Площадь сечения прямоугольного параллелепипеда (рис.1);

   Тогда объём выделенного слоя , количество молекул в нём. Общая площадь эффективного сечения молекул этого слоя равна. На этот слой падает поток фотонов. Доля площади эффективного сечения молекул в общей площади сечения

   Это часть попавших на слой фотонов, которые поглощаются молекулами.

   Изменение интенсивности света зависит от интенсивности падающего светаи количества фотонов, поглощённых молекулами слоя вещества:,

   откуда после интегрирования и потенцирования имеем

8. В это уравнение входит параметр молекулы .

   Предположим, что молекулы вещества, поглощающие фотоны света, находятся в растворителе, который не поглощает свет.

   Монохроматический натуральный показатель поглощения раствора поглощающего вещества в не поглощающем растворителе пропорционален концентрации раствора:

9. Эта зависимость выражает закон Бера . Закон выполняется только для разбавленных растворов. В концентрированных растворах он нарушается из-за влияния взаимодействия между близко расположенными молекулами поглощающего вещества.

   Коэффициент -натуральный молярный показатель поглощения .

   Тогда, с учётом этого выражения, закон поглощения можно записать в следующем виде:

   

10. - закон Бугера-Ламберта-Бера .

11. Выясним физический смысл .

    Молярная концентрация , откуда.

    Преобразуем произведение :, где.

    Таким образом, натуральный молярный показатель поглощения – это есть суммарное эффективное сечение поглощения всех молекул одного моля растворённого вещества.

    В лабораторной практике закон Бугера-Ламберта-Бера обычно выражают через показательную функцию с основанием 10:

12. где -молярный показатель поглощения ;

    Так как .

    Обычно относят к какой-либо длине волны и называютмонохроматическим молярным показателем поглощения ().

13. Коэффициент пропускания, оптическая плотность.

Отношение интенсивности света, прошедшего сквозь данное тело или раствор к интенсивности света, падающего на тело, называется коэффициентом пропускания :

14. Коэффициент пропускания обычно выражают в процентах:

    .

    Десятичный логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания, называют оптической плотностью раствора:

17. Метод концентрационной колориметрии.

Закон Бугера-Ламберта-Бера лежит в основе метода «концентрационной колориметрии». Это фотометрический метод определения концентрации вещества в окрашенных растворах. В данном методе непосредственно измеряют интенсивности светового потока, прошедшего через раствор (I l ) и падающего на раствор (I 0 ). Для этой цели используют две группы приборов: объективные (фотоэлектроколориметры) и субъективные, или визуальные (фотометры).

19. Устройство и принцип работы фотоэлектроколориметра.

Фотоэлектроколориметр ФЭК служит для определения концентраций окрашенных растворов по поглощению света этими растворами.

Принципиальная схема однолучевого фотоэлектроколориметра (рис. 2):

Cветофильтр

Кювета для растворов

Фотоприёмник

Преобразователь сигнала (усилитель)

Измерительный элемент (гальванометр)

Цвет различных предметов, освещенных одним и тем же источником света (например, солнцем), бывает весьма разнообразен, несмотря на то, что все эти предметы освещены светом одного состава. Основную роль в таких эффектах играют явления отражения и пропускания света. Как уже было выяснено, световой поток, падающий на тело, частично отражается (рассеивается), частично пропускается и частично поглощается телом. Доля светового потока, участвующего в каждом из этих процессов, определяется с помощью соответствующих коэффициентов: отражения r, пропускания t и поглощения a (см. § 76).

Каждый из указанных коэффициентов (a, r, t) может зависеть от длины волны (цвета), благодаря чему и возникают разнообразные эффекты при освещении тел. Нетрудно видеть, что какое-либо тело, у которого, например, для красного света коэффициент пропускания велик, а коэффициент отражения мал, а для зеленого, наоборот, будет казаться красным в проходящем свете и зеленым в отраженном. Такими свойствами обладает, например, хлорофилл - зеленое вещество, содержащееся в листьях растений и обусловливающее зеленый цвет их. Раствор (вытяжка) хлорофилла в спирту оказывается на просвет красным, а на отражении - зеленым.

Тела, у которых для всех лучей поглощение велико, а отражение и пропускание очень малы, будут черными непрозрачными телами (например, сажа). Для очень белого непрозрачного тела (окись магния) коэффициент r близок к единице для всех длин волн, а коэффициенты a и t очень малы. Вполне прозрачное стекло имеет малые коэффициенты отражения r и поглощения a и коэффициент пропускания t, близкий к единице для всех длин волн; наоборот, у окрашенного стекла для некоторых длин волн коэффициенты t и r равны практически нулю и соответственно значение коэффициента а близко к единице. Различие в значениях коэффициентов a, t и r и их зависимость от цвета (длины волны) обусловливают чрезвычайное разнообразие в цветах и оттенках различных тел.

Опти́ческая пло́тность - мера ослабления света прозрачными объектами (такими, как кристаллы, стекла, фотоплёнка) или отражения света непрозрачными объектами (такими, как фотография, металлы и т.д.).

Вычисляется как десятичный логарифм отношения потока излучения падающего на объект, к потоку излучения прошедшего через него (отразившегося от него), т. е. это есть логарифм от величины, обратной к коэффициенту пропускания (отражения).

D = log Ф in / Ф out

К примеру D=4 означает, что свет был ослаблен в 104=10 000 раз, т. е. для человека это полностью чёрный объект, а D=0 означает, что свет прошёл (отразился) полностью.

Коэффицие́нт отраже́ния - безразмерная физическая величина, характеризующая способность тела отражать падающее на него излучение. В качестве буквенного обозначения используется греческая или латинская .

Количественно коэффициент отражения равен отношению потока излучения, отраженного телом, к потоку, упавшему на тело :

Сумма коэффициента отражения и коэффициентов поглощения, пропускания и рассеяния равна единице. Это утверждение следует из закона сохранения энергии.

В тех случаях, когда спектр падающего излучения настолько узок, что его можно считать монохроматическим, говорят о монохроматическом коэффициенте отражения. Если спектр падающего на тело излучения широк, то соответствующий коэффициент отражения иногда называют интегральным .

В общем случае значение коэффициента отражения тела зависит как от свойств самого тела, так и от угла падения, спектрального состава и поляризации излучения. Вследствие зависимости коэффициента отражения поверхности тела от длины волны падающего на него света визуально тело воспринимается как окрашенное в тот или иной цвет.

Коэффицие́нт пропуска́ния - безразмерная физическая величина, равная отношению потока излучения , прошедшего через среду, к потоку излучения , упавшего на её поверхность:

В общем случае значение коэффициента пропускания тела зависит как от свойств самого тела, так и от угла падения, спектрального состава и поляризации излучения.

Коэффициент пропускания связан с оптической плотностью соотношением:

Сумма коэффициента пропускания и коэффициентов отражения, поглощения и рассеяния равна единице. Это утверждение следует из закона сохранения энергии.

Коэффициент поглощения - доля поглощения объектом взаимодействующего с ним другого объекта. Взаимодействующим объектом может быть электромагнитное излучение, энергия звуковых волн, ионизирующее или проникающее излучение, вещество (например, газообразный водород).

- отношениепотока излучения, поглощённого данным телом, к потоку излучения, <упавшему на это тело. Если падающий поток имеет широкий спектр, указанноеотношение характеризует т. н. интегральный П. к.; если же диапазон частотпадающего света узок, то говорят о монохроматическом П. к. - поглощателънойспособности тела. В соответствии с законом сохранения энергии для монохроматпч. <излучения сумма П. к., отражения коэффициента и пропускания коэффициента равнаединице. В отличие от поглощения показателя, характеризующего свойствавещества, П. к. зависит от толщины слоя, сквозь к-рый проходит свет, т. <е. от размеров тела, от темп-ры, от состояния отражающей поверхности. Вспектроскопии иногда под термином "П. к." понимают показатель поглощения.

Опти́ческая пло́тность - мера ослабления света прозрачными объектами (такими, как кристаллы, стекла, фотоплёнка) или отражения света непрозрачными объектами (такими, как фотография, металлы и т. д.).

Вычисляется как десятичный логарифм отношения потока излучения падающего на объект, к потоку излучения прошедшего через него (отразившегося от него), то есть это есть логарифм от величины, обратной к коэффициенту пропускания (отражения) :

К примеру D=4 означает, что свет был ослаблен в 10 4 =10 000 раз, то есть для человека это полностью чёрный объект, а D=0 означает, что свет прошёл (отразился) полностью.

В терминах оптической плотности задаются требования к выдержке негативов.

Прибор для измерения оптической плотности называется денситометром. В рентгеновских методах неразрушающего контроля оптическая плотность рентгеновского снимка является параметром оценки пригодности снимка к дальнейшей расшифровке. Допустимые значения оптической плотности в рентгеновских методах неразрушающего контроля регламентируются в соответствии с требованиями ГОСТ.

Оптическая плотность

D , мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей. Равна десятичному логарифму отношения потока излучения (См. Поток излучения) F 0 , падающего на слой, к ослабленному в результате поглощения и рассеяния потоку F , прошедшему через этот слой: D = lg (F 0 /F ), иначе, О. п. есть логарифм величины, обратной Пропускания коэффициенту слоя вещества: D = lg (1/τ). (В определении используемой иногда натуральной О. п. десятичный логарифм lg заменяется натуральным ln.) Понятие О. п. введено Р. Бунзеном; оно привлекается для характеристики ослабления оптического излучения (См. Оптическое излучение) (света) в слоях и плёнках различных веществ (красителей, растворов, окрашенных и молочных стекол и многое др.), в Светофильтрах и иных оптических изделиях. Особенно широко О. п. пользуются для количественной оценки проявленных фотографических слоев как в черно-белой, так и в цветной фотографии, где методы её измерения составляют содержание отдельной дисциплины - денситометрии (См. Денситометрия). Различают несколько типов О. п. в зависимости от характера падающего и способа измерения прошедшего потоков излучения (рис. ).

О. п. зависит от набора частот ν (длин волн λ), характеризующего исходный поток; её значение для предельного случая одной единственной ν называется монохроматической О. п. Регулярная (рис. , а)монохроматическая О. п. слоя нерассеивающей среды (без учёта поправок на отражение от передней и задней границ слоя) равна 0,4343 k ν l , где k ν - натуральный Поглощения показатель среды, l - толщина слоя (k ν l = κcl - показатель в уравнении Бугера - Ламберта - Бера закона; если рассеянием в среде нельзя пренебречь, k ν заменяется на натуральный Ослабления показатель). Для смеси нереагирующих веществ или совокупносги расположенных одна за другой сред О. п. этого типа аддитивна, т. е. равна сумме таких же О. п. отдельных веществ или отдельных сред соответственно. То же справедливо и для регулярной немонохроматической О. п. (излучение сложного спектрального состава) в случае сред с неселективным (не зависящим от ν) поглощением. Регулярная немонохроматич. О. п. совокупности сред с селективным поглощением меньше суммы О. п. этих сред. (О приборах для измерения О. п. см. в статьях Денситометр, Микрофотометр, Спектрозональная аэрофотосъёмка, Спектросенситометр, Спектрофотометр, Фотометр.)

Сегодня мы расскажем о коэффициенте пропускания и связанных с ним понятиях. Все эти величины относятся к разделу линейной оптики.

Свет в древнем мире

Раньше люди считали, что мир наполнен загадками. Даже человеческое тело несло в себе немало непознанного. Например, древним грекам было непонятно, как видит глаз, почему существует цвет, почему наступает ночь. Но в то же время их мир был проще: свет, падая на препятствие, создавал тень. Это все, что нужно было знать даже самому образованному ученому. О коэффициенте пропускания света и нагревании никто не задумывался. А сегодня это изучают в школе.

Свет встречает препятствие

Когда поток света падает на объект, он может вести себя четырьмя различными способами:

• поглотиться;
• рассеяться;
• отразиться;
• пройти дальше.

Соответственно, любое вещество имеет коэффициенты поглощения отражения пропускания и рассеяния.

Поглощенный свет разными способами изменяет свойства самого материала: нагревает его, изменяет его электронную структуру. Рассеянный и отраженный свет похожи, но все же отличаются. При меняет направление распространения, а при рассеянии изменяется еще и его длина волны.

Прозрачный объект, который пропускает свет, и его свойства

Коэффициенты отражения и пропускания зависят от двух факторов - от характеристик света и свойств самого объекта. При этом имеет значение:

1. Агрегатное состояние вещества. Лед преломляет иначе, чем пар.
2. Строение кристаллической решетки. Этот пункт относится к твердым телам. Например, коэффициент пропускания угля видимой части спектра стремится к нулю, а вот бриллиант - другое дело. Именно плоскости его отражения и преломления создают волшебную игру света и тени, за которую люди готовы платить баснословные деньги. А ведь оба эти вещества - углероды. И алмаз сгорит в огне ничуть не хуже угля.
3. Температура вещества. Как ни странно, но при высокой температуре некоторые тела становятся сами источником света, поэтому с электромагнитным излучением они взаимодействуют несколько иначе.
4. пучка света на объект.

К тому же надо помнить, что свет, который вышел из объекта, может быть поляризованным.

Длина волны и спектр пропускания

Как мы уже упоминали выше, коэффициент пропускания зависит от длины волны падающего света. Вещество, непрозрачное для желтых и зеленых лучей, кажется прозрачным для инфракрасного спектра. Для маленьких частиц под названием «нейтрино» прозрачна и Земля. Поэтому несмотря на то что их генерирует Солнце в очень больших количествах, ученым так сложно их засечь. Вероятность столкновения нейтрино с веществом исчезающе мала.

Но чаще всего речь идет о видимой части спектра электромагнитного излучения. Если же в книге или задаче присутствует несколько отрезков шкалы, то коэффициент оптического пропускания будет относиться к тому ее участку, который доступен человеческому глазу.

Формула коэффициента

Теперь читатель уже достаточно подготовлен, чтобы увидеть и понять формулу, которая определяет пропускание вещества. Она выглядит так: Т=Ф/Ф 0 .

Итак, коэффициент пропускания Т - это соотношение потока излучения определенной длины волны, который прошел сквозь тело (Ф) к первоначальному потоку излучения (Ф 0).

Величина Т не имеет размерности, так как обозначается как деление друг на друга одинаковых понятий. Тем не менее, этот коэффициент не лишен физического смысла. Он показывает, какую долю электромагнитного излучения данное вещество пропускает.

«Поток излучения»

Это не просто словосочетание, а конкретный термин. Поток излучения - это мощность, которую электромагнитное излучение проносит сквозь единицу поверхности. Более подробно данная величина вычисляется как энергия, которую перемещает излучение сквозь единичную площадь за единичное время. Под площадью чаще всего подразумевается квадратный метр, а под временем - секунды. Но в зависимости от конкретной задачи эти условия можно и поменять. Например, для красного гиганта, который в тысячу раз больше нашего Солнца, можно смело применять квадратные километры. А для крошечного светлячка - квадратные миллиметры.

Конечно, для того чтобы иметь возможность сравнивать, и были введены единые системы измерения. Но любую величину можно к ним привести, если, конечно, не напутать с количеством нулей.

Связанной с этими понятиями также является величина коэффициента направленного пропускания. Она определяет, сколько и какого света проходит сквозь стекло. Это понятие не найти в учебниках по физике. Оно скрыто в технических условиях и правилах производителей окон.

Закон сохранения энергии

Этот закон - причина, по которой невозможно существование вечного двигателя и философского камня. Зато существуют водяная и ветряная мельницы. Закон гласит, что энергия не берется ниоткуда и не растворяется без следа. Свет, падающий на препятствие, не является исключением. Из физического смысла коэффициента пропускания не следует, что раз часть света не прошла сквозь материал, то она испарилась. На самом деле падающий пучок равен сумме поглощенного, рассеянного, отраженного и прошедшего света. Таким образом, сумма этих коэффициентов для данного вещества должна равняться единице.

Вообще, закон сохранения энергии можно применять ко всем сферам физики. В школьных задачах часто бывает, что веревка не растягивается, штырь не нагревается, а трение в системе отсутствует. Но в реальности такое невозможно. Кроме того, всегда стоит помнить, что люди знают не все. Например, при бета-распаде была потеряна какая-то часть энергии. Ученые не понимали, куда она девается. Сам Нильс Бор высказывал предположения, что на этом уровне закон сохранения может не соблюдаться.

Но потом была открыта очень маленькая и хитрая элементарная частица - лептон нейтрино. И все встало на свои места. Так что если читателю при решении какой-то задачи непонятно, куда девается энергия, то надо помнить: иногда ответ просто неизвестен.

Применение законов пропускания и преломления света

Чуть выше мы говорили, что все эти коэффициенты зависят от того, какое вещество встает на пути пучка электромагнитного излучения. Но этот факт можно использовать и в обратную сторону. Снятие спектра пропускания - один из наиболее простых и действенных способов узнать свойства вещества. Чем же этот метод так хорош?

Он отличается меньшей точностью, чем другие оптические способы. Гораздо больше можно узнать, если заставить вещество испускать свет. Но в этом-то и состоит главное преимущество метода оптического пропускания - никого не надо ни к чему принуждать. Вещество не требуется нагревать, сжигать или облучать лазером. Сложные системы оптических линз и призм не потребуются, так как пучок света проходит прямо сквозь изучаемый образец.

Кроме того, этот метод относится к неинвазивным и неразрушающим. Образец остается в прежнем виде и состоянии. Это бывает важным, когда вещества мало, или когда оно уникально. Мы уверены, что кольцо Тутанхамона не стоит сжигать, чтобы узнать точнее состав эмали на нем.