LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành với sự giúp đỡ của các Thầy, Cô trong khoa đặc
biệt là sự hướng dẫn tận tình của Thầy Mai Xuân Dương và sự giúp đỡ của nhóm
thí nghiệm trong suốt quá trình làm thí nghiệm cũng như hoàn thành luận văn. Em
xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy các cô cùng toàn thể các bạn sinh
viên đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Sinh viên
Nguyễn Thị Hồng Tâm
- 1 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
LỜI NÓI ĐẦU
Vật lý học thực chất là một khoa học thực nghiệm. Vì vậy trong quá trình
học tập, nghiên cứu môn vật lý, thí nghiệm đóng một vai trò rất quan trọng. Nó
không chỉ khẳng định những cơ sở lý thuyết mà nó còn tăng tính hấp dẫn của môn
học. Nó giúp người học hiểu sâu sắc các kiến thức lý thuyết đã học và rèn luyện
được khả năng thực nghiệm và đặc biệt quan trọng là nó từng bước tạo cho người
học một trực giác nhạy bén đối với các hiện tượng vật lý.
Vật lý đại cương bao gồm 4 phần: Cơ , Nhiệt, Điện, Quang. Quang học là
nghiên cứu sự kỳ diệu của ánh sáng với dung lượng lớn cùng các hiện tượng đa
sắc màu được chia ra làm hai mảng lớn đó là nghiên cứu về tính chất sóng và tính
chất hạt của ánh sáng.
Xuất phát từ những lý do trên, Vì vậy trong quá trình làm khoá luận tốt
nghiệp. Em đã chọn đề tài" Sự hấp thụ ánh sáng trong môi trường dung dịch và
thuỷ tinh dân dụng " để hiểu sâu sắc hơn tính chất hạt của ánh sáng cũng như một
số hiện tượng xung quanh tính chất này. Để gắn kết quả nghiên cứu với thực tế
cuốc sống nên đối tượng nghiên cứu đã được chọn là môi trường thuỷ tinh dân
dụng và dung dịch CuS0
4
.
Hồi phục và hoàn thiện máy quang phổ nhất là bộ phận phân tích tín hiệu đã

dx
i
x i- di
I

0
I

l
Hình 1. Sự hấp thụ ánh sáng của môi trường.
Một phần năng lượng của ánh sáng bị phản xạ ở hai mặt giới hạn. Một phần
năng lượng truyền qua môi trường, phần còn lại bị môi trường hấp thụ và chuyển
sang dạng khác thường là nhiệt năng. Như vậy bất kỳ một môi trường nào cũng Ýt
nhiều hấp thụ ánh sáng.
Để mô tả định lượng hiện tượng hấp thụ ánh sáng chúng ta xét một lớp môi
trường có độ dày dx, cách mặt vào của ánh sáng một khoảng là x.
Gọi i là cường độ chùm sáng khi vào lớp dx và i- dx là cường độ sáng
khi ra khái dx.
Ta có độ giảm cường độ sáng di của cường độ chùm sáng là tỉ lệ với i
và với độ dày dx của lớp môi trường mà ánh sáng truyền qua.
- 4 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
- dx= kidx ( k: hệ số tỉ lệ – hệ số hấp thụ)
Bá qua phần ánh sáng phản xạ và tán xạ. Gọi I
0
và I là cường độ chùm
sáng trước và sau khi qua toàn bộ môi trường ta có.

Vậy độ dày của lớp môi trường tăng theo cấp số cộng, cường độ sáng giảm
theo cấp số nhân.

0
∫
I
di
= -
o
∫
l
kdx ⇒ I= I
0
e
- kl
( 1)
i
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
Khi hoà tan một chất hấp thụ trong một chất lỏng trong suốt, thì dung dịch
trở thành môi trường hấp thụ định luật Bouger vẫn được nghiệm đúng.
Tuy nhiên, trong trường hợp môi trường là dung dịch, hệ số hấp thụ tăng
theo nồng độ C của dung dịch.
Đặt k= α c (2)
( α là hệ số tỷ lệ đặc trưng cho chất hoà tan, không phụ thuộc vào nồng độ dung
dịch)
Thay (2) vào (1) ta có.
I= I
0
e
-
α
cl
(3)

E
n
xảy ra
hiện tượng hấp thụ ánh sáng của dung dịch.
Ta xét sự tương tác của bức xạ hồng ngoại đối với màng mỏng: Ở trạng
thái cân bằng các điển tử dao động xung quanh nút mạng và được liên kết chặt chẽ
với nhau, các điện tử này đều ở mức năng lượng E
0
. Khi chiếu ánh sáng kích thích
vào thì các điện tử dao động mạnh và tách ra khỏi mối liên kết để trở thành các
điện tử tự do. Như vậy các điện tử từ mức năng lượng E
0
đã nhận năng lượng kích
thích của bức xạ hồng ngoại để nhảy lên mức năng lượng E
1
, E
2
E
n
. xảy ra hiện
tượng hấp thụ ánh sáng
- 7 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
CHƯƠNG II: MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ KỸ THUẬT HỒNG NGOẠI.
2.1: Bức xạ hồng ngoại của các vật.
Các nguồn bức xạ hồng ngoại thường gắp như: Mặt trời, hồ quang điện cực
than, đèn đốt nóng, thanh silic( bét cacbua silic được nén chặt và đốt nóng đến
1400k bởi dòng điện), ống bằng gốm (đốt nóng đến 700k), các vật có nhiệt độ
dưới 500
0

2
của mắt người đối với hai chùm sáng( hầu như đơn
sắc nằm trong cùng một khoảng nhỏ dλ lân cận hai bước sóng tương đương nhau
là λ
1
và λ
2
) tỉ lệ nghịch với công suất dw
1
và dw
2
. Để gây lên cùng một cảm giác
sáng như nhau phải thoả mãn điều kiện:
Vλ
1
=
dw
λ
1
Vλ
2
dw
λ
2
Đối với mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau, mắt người nhạy bén với mỗi ánh
sáng khác nhau là khác nhau. Thường thì mắt người nhạy bén với ánh sáng màu
lục hơn màu đỏ.
Đối với một người: sự nhạy bén phụ thuộc vào điều kiện trong đó người Êy
nhìn ánh sáng.


φ =
A
T
dφ =
dA
T
ds
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
2.2.3. Cường độ sáng: Cường độ sáng của một nguồn theo một phương nào đó là
đại lượng vật lý về trị số bằng quang thông của nguồn gửi đi trong một đơn vị góc
khối nằm theo phương Êy.
I: Cường độ sáng ( cd)
dφ: Quang thông
dΩ: Góc khối
2.2.4. Độ trưng:
Độ trưng của nguồn khối là đại lượng vật lý về trị số bằng quang thông toàn
phần do một đơn vị diện tích của nguồn đó phát ra.
Độ trưng càng mạnh thì mặt ds phát sáng càng mạnh.
2.2.5. Độ chãi:
Độ chói của diện tích phát sáng ds theo phương AM là đại lượng vật lý về
trị số bằng cường độ sáng do nó phát ra theo phương đó ứng với một đơn vị diện
tích của mặt nhìn thấy được ds
n
của nó:

ds A
A'

Máy phân tích quang phổ là dụng cụ để phan tán một chùm ánh sáng phức
tạp thành nhiều chùm tia đơn sắc( tức là thành quang phổ, đồng thời để ghi lại
quang phổ Êy)
Có rất nhiều loại máy, có tới vài chục loại, từ những cái lớn dài hàng 3-4m,
nặng 1-2 tấn, đến những cái nhỏ, chỉ nặng vài kilogam, thậm chí có cái chỉ hơi lớn
hơn bao thuốc lá, bỏ túi được. Tuy khác nhau chỉ về kích thước nhưng chúng vẫn
hoạt động theo một nguyên lý chung.
3.2. Cấu tạo chung của máy quang phổ.
Máy quang phổ gồm có 3 bộ phận chính.
- 12 -
B =
dI
ds
n
E =
dφ
dΩ
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
ống chuẩn trực: gồm một thấu kính hội tụ có khe hẹp F đặt tại hai tiêu điểm của
thấu kính( khe hẹp F được chế tạo với độ chính xác rất cao, để có độ rộng thay đôỉ
được từng phần nghìn milimet mét). Èng chuẩn trực có nhiệm vụ tạo ra một chùm
sáng song song. Ngoài ra người ta có thể thay thấu kính chuẩn trực bằng một
gương cầu lõm.
Một hệ tán sắc Pi gồm một, hai hoặc ba lăng kính cùng đặt ở độ lệch cực
tiểu. Chùm sáng song song ra khỏi ống chuẩn trực, sau khi qua các lăng kính bị
phân tích thành nhiều chùm tia đơn sắc song song, đi theo các phương khác nhau.
Lăng kính được làm bằng thuỷ tinh, thạch anh hoặc tính thể một số muối
kim loại. Tuỳ theo miền quang phổ mà ta sử dụng. Số lăng kính càng lớn các
chùm sáng đơn sắc càng cách xa nhau việc khảo sát càng thuận lợi.
Buồng tối k: là một hộp kín ánh sáng, một đầu là một thấu kính hội tụ tiêu

cùng cỡ với năng suất tán sắc của lăng kính ở lân cận λ
0
= 0.5µm.
Vì θ
i
= 0 nên D=θ
p
với

Với những kí hiệu trên hình sau, đối với lăng kính có chiết suất n, ta có
D= θ
r
- θ
i
với θ
i
= α và sinθ
r
= nsinα
α
dD = dD dn = -
dθ
r
2B
- 14 -
dD
dλ
n(λ)= A+
B
λ

dn
d
λ
dn
λ
3
Và
Sự lệch của tia sáng qua lăng kính chiết suất
n.
Từ đó suy ra, năng suất tán sắc.
Từ đó suy ra
Bằng cách cân bằng hai biểu thức đối với năng suất tán sắc, ta được:
a≈40λ, a≈20µm, hay 50 vạch.mm
-1
Để ý đến cỡ độ lớn của số vạch trên một đơn vị độ dài của cách tử, ta thấy
cách tử là tán sắc hơn so với lăng kính. Các máy quang phổ loại tốt thường sử
dụng hoặc cách tử phản xạ có số vạch trên một đơn vị độ dài lớn hoặc những cách
tử phản xạ có số vạch trên một đơn vị độ dài nhỏ hơn nhưng làm việc ở bậc cao
hơn.
3.4. Năng suất phân giải của máy quang phổ cách tử.
a. Định nghĩa năng suất phân giải.
Năng suất phân giải của máy quang phổ đặc trưng cho khả năng phân biệt
hai vạch có bước sóng gần nhau. Nếu ∆λ là khoảng cách phổ nhỏ nhất giữa hai
vạch phân biệt được,có bước sóng sấp xỉ λ
0
thì năng suất phân giải được định
nghĩa như sau;
- 15 -
cos
θ

0
, đo
được bởi máy quang phổ thì theo định nghĩa năng suất phân giải của máy sẽ là:
Với một máy quang phổ cho trước, sự mở rộng khe vào làm tăng đô sáng
của các vạch phổ nhưng làm giảm độ phân giải.
Người sử dụng máy quang phổ cần phải tìm cách nhân nhượng tốt nhất
giữa hai yêu cầu mâu thuẫn nhau: phổ đủ sáng và có độ phân giải cao. Các loại
máy quang phổ khác dựa trên nguyên lý phân tích giao thoa đều tránh được sự
mâu thuẫn này.
b. Năng suất phân giải lý thuyết.
Định nghĩa năng suất phân giải lý thuyết: Ta xét bài toán như sau. Nếu ta có
một nguồn sáng rất mạnh thì có thể chỉ cần dùng một khe rất hẹp. Khi đó, giới
hạn tận cùng của năng suất phân giải với một khe có độ rộng tiến tới không là bao
nhiêu?
- 16 -
R=
λ
0
∆λ
R=
λ
0
∆λ
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
Muốn vậy, ta cần phải xác định độ rộng ∆θ của chùm tia nã trong bậc phổ
cho trước đối với một sóng tới hoàn toàn phẳng và đơn sắc.
Biểu thức của năng suất phân giải lý thuyết:
Giả sử θ
i
và λ là hoàn toàn xác định. Vết bậc p trên màn quan sát của chùm

N
a 1
0.9
0.8 A
1
A
2
0.7
0.6
0.5 θ
2
- θ
1
0.4
0.3
0.2 ∆θ
0.1 B
1

33.6 33.8 34 34.2 34.4 34.6 3 4.8 35 35.2 θ
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
Cường độ sáng khi đó sẽ là tổng hai hàm của θ được biểu diễn trên hình 4:
Hình 4; tiêu chuẩn phân giải N=100, L=1cm,λ
1
=595nm,λ
2
=605nm. Hai vạch là

cao của mỗi vạch, nghĩa là nếu ∆(sinθ)<|sinθ
2
- sinθ
1
|. Điều kiện này được nghiệm
đúng nếu như;
λ
0
<p
∆λ
hay
λ
0
pN
Na a
∆λ
Giá trị giới hạn tương ứng với năng suất phân giải lý thuyết R=pN.
Các đường cong trên hình 23 cho ta thấy hai cường độ I
λ
1
(θ) và I
λ
2
(θ) cũng
như tổng của chúng đối với các giá trị khác nhau của ∆λ. Chúng có thể xem là
phân giải được nếu như :
- 18 -
λ
0
<R

-2
0
33.6 34 34.4 34.8 35.2
c) I/I
0

1.2
1.0
.08
0.6
0.4
0.2 θ.10
-2
0
33.6 34 34.4 34.8 35.2
λ
0
=0.9R
λ
λ
0
=R
λ
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m

c)

3.5. Máy phân tích quang phổ Sfectrocolerimeter.
Để đo độ hấp thụ của một chất đối với từng bước sóng một, người ta dùng
một máy quang phổ hấp thô

- Dung dịch CuS0
4
bão hoà 100 ml
- Nước cất
- Kui vet, hai thấu kính hội tụ 50 đp
- Kính lọc sắc: vàng, xanh lục, đỏ
- 21 -
Trèng
lÊy
s¸ng
Nguån s¸ng
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
- Thiết bị thu tín hiệu ánh sáng truyền qua.
Đo sự hấp thụ ánh sáng của quang trở.
- Quang trở
- Máy quang phổ sfectrocolerimeter
- Một thấu kính hội tu 50 đp
Đo sự hấp thụ ánh sáng của các loại kính nhà ở cơ bản trên thị trường.
( Gọi d là bề dày của kính)
Kính trắng d = 4.2 cm, kính trắng d = 5.85 cm
Kính xanh đen: d = 5.225 cm
Kính lục ( mạ): d = 3.85 cm
Kính nâu: d = 4.50 cm
Kính mê: d = 4.87 cm
Quang trở trên cơ sở CdS
Máy quang phổ Sfectrocolerimeter
2 thấu kính hội tụ 50 đp
4.3. Chuẩn định máy quang phổ
Trống lấy sáng của máy quang phổ được chuẩn định nhờ máy phát laser
hồng ngoại. Bước sóng của máy laser hồng ngoại λ

LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
- 24 -
λ
∆I
I
0Max
465 0
470 0.019
480 0.085
490 0.14
500 0.228
510 0.30
520 0.4
530 0.47
540 0.56
550 0.62
560 0.676
570 0.77
580 0.84
590 0.92
600 0.975
605 1
610 0.971
620 0.92
630 0.866
640 0.77
650 0.68
660 0.66
670 0.62
680 0.55

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4
0.3
0.2

0.1

400 500 600 700 800 λ(mm)