Рассеяние света, закон Рэлея, нефелометрия.

Рассеянием света называют явление, при котором распространяющийся в среде световой поток отклоняется по всевозможным направлениям. Необходимое условие для возникновения рассеяния света – наличие оптических неоднородностей, т.е. областей с иным, чем основная среда, показателем преломления. При прохождении световых лучей через мутные среды (туман, дым, эмульсии и суспензии с взвешенными в них посторонними частицами) часть светового пучка рассеивается в стороны от основного направления. Результатом рассеяния является убывание плотности потока энергии излучения в направлении распространения, причем более быстрое, чем при наличии только поглощения.

Рэлей установил, что при рассеянии в мутной среде на неоднородностях, приблизительно меньших 0,2λ, а также при молекулярном рассеянии интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны (закон Рэлея):

L ~ 1/λ⁴

Рассеянию и дифракции света присущи некоторые общие черты, оба явления зависят от соотношения преграды или неоднородности и длины волны. Отличие между этими явлениями заключается в том, что дифракция обусловливается интерференцией вторичных волн, а рассеяние – сложением (а не интерференцией!) излучений, возникающих при вынужденных колебаниях электронов в неоднородностях под воздействием света. Направление рассеянного света, степень его поляризации, спектральный состав и т.д. приносят информацию о параметрах, характеризующих межмолекулярное взаимодействие, размеров макромолекул в растворах, частиц в коллоидных растворах, эмульсиях, аэрозолях и т.д. Методы измерения рассеянного света с целью получения такого рода сведений называют нефелометрией, а соответствующие приборы – нефелометрами. Согласно закону Рэлея, сильнее рассеиваются короткие волны (с меньшей длиной волны).

51.Оптическая плотность, коэффициент пропускания, связь между ними. Примеры применения спектрального анализа (фотоколориметрии) в медицине.

В практических случаях для оценки поглощения пользуются параметрами T – пропускание (прозрачность) и D – оптическая плотность (через десятичный логарифм):

Т = 𝐼пр𝐼0 D = lg(1/T)

Отношение потока излучения, прошедшего сквозь данное тело или раствор, к потоку излучения, упавшего на это тело, называют коэффициентом пропуска-ия.

Оптическая плотность - это 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).

Фотоэлектроколориметрический метод определения концентрации веществ в растворе очень широко применяется в клинической лабораторной диагностике. Например, количественное определение белка в моче, определение концентрации гемоглобина в крови и т.д. В основе фотоэлектроколориместра лежит закон поглощения света веществом. КФК-2 колориметр фотоэлектрический концентрационный предназначен для измерения коэффициентов пропускания и оптической плотности жидких растворов и твердых тел, а также определения концентрации веществ в растворах методом построения градировочных графиков, в отдельных участках диапазона длин волн (315 – 980 нм), выделяемых светофильтрами. Колориметр позволяет также производить измерения коэффициентов пропускания рассеивающих взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в проходящем свете.

52.Определение датчиков и их основные характеристики (градуировочная функция, порог чувствительности, чувствительность, предел датчика).

Устройство, осуществляющее преобразование измеряемой неэлектрической величины в электрическую величину, называется измерительным преобразователем или датчиком. Для датчика величина x является входной, а величина y – выходной.

1) градуировочная функция y = f(x) – это зависимость выходной электрической величины y от входной неэлектрической величины x. Градуировочная функция может быть представлена в виде:

· аналитического     выражения;  

· графика,      называемого градуировочной кривой;    

· таблицы.        

2) порог чувствительности датчика – минимальное изменение входной неэлектрической величины ∆x, которое может регистрировать датчик;

3) ч увствительность датчика S – отношение изменения выходной величины ∆y к изменению входной ∆x:

4) предел датчика – максимальное значение входной величины x_max, которое может быть воспринято датчиком без искажения или без повреждения датчика.

53.Генераторные датчики, их типы и на каких явлениях основано действие каждого из них. Вывод условия равновесия моста Уитстона
Генераторными называются датчики, в которых изменение неэлектрической величины вызывает появление электродвижущей силы (ЭДС), величину которой будем обозначать ε. Величину ЭДС или силы тока в цепи измеряют соответствующим прибором.

Генераторные датчики носят название по типу явлений, на которых они основаны:

1) Пьезоэлектрические датчики основаны на явлении прямого пьезоэлектрического эффекта (от греч. piézō – давлю). Этот эффект состоит в том, что при механических деформациях растяжения или сжатия некоторых кристаллов (кварца, турмалина, титанита бария и др.) на гранях этих кристаллов появляются электрические заряды противоположных знаков. По разности потенциалов между гранями можно судить о величине механического напряжения или относительной деформации. Эти датчики используются для измерения быстро изменяющихся величин (переменных сил, давлений, параметров вибраций, ускорений и т.д.).

2) Термоэлектрические датчики основаны на термоэлектрическом эффекте, возникающем в цепи термопары. Термопара состоит из двух последовательно соединенных (спаянных) между собой разнородных проводников или полупроводников. Если спаи находятся при различных температурах T1 и T2, то в цепи термопары возникает ЭДС. Величина ЭДС прямо пропорциональна разности этих температур:

𝜀 = 𝛼(𝑇1 − 𝑇2),

где α – коэффициент пропорциональности, зависящий от материалов, из которых изготовлена термопара. Если одна из температур известна, то по величине ε можно судить о другой. Такая термопара вместе с электроизмерительным прибором (милливольтметром, проградуированным в единицах измерения температуры) образует электрический термометр. Температура T1 есть измеряемая температура (например, температура отдельных органов и их частей), а T2 – температура окружающей среды.

3) Индукционные датчики основаны на явлении электромагнитной индукции. Индукционный датчик состоит из постоянного магнита и катушки. Перемещение катушки относительно магнита приводит к появлению в катушке ЭДС индукции. Согласно закону электромагнитной индукции, величина ε прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока 𝑑Ф/𝑑𝑡:

где n – число витков катушки. Так как скорость изменения магнитного потока в данном случае зависит от скорости движения катушки относительно магнита, то такой датчик можно использовать для определения скорости движения. 4. Фотоэлектрические датчики основаны на явлении внутреннего фотоэффекта, заключающемся в возникновении ЭДС под действием света в области р-n перехода разнородных полупроводников или на границе металл-полупроводник. В результате возникновения ЭДС в цепи с таким датчиком появляется электрический ток I, пропорциональный интенсивности светового потока