Počítání fólií měřením úbytku světla Cíl: Cílem této úlohy je připravit u žáků půdu pro pochopení důležité fyzikálně-chemické metody: stanovení koncentrace měřením absorbance s využitím Lambertova-Beerova zákona. Současně je to příležitost k smysluplnému užití logaritmů a práce s nimi. Pomůcky: Luxmetr LS-BTA, lampička, izolepa, 32 kusů průhledné fólie (nejlépe obaly od CD). Teoretický úvod: Prochází-li světlo prostředím, dochází k jeho zeslabení. Matematicky to lze popsat pomocí k d exponenciální funkce: I I 0 e, kde I je intenzita světla, k absorpční koeficient, d tloušťka vrstvy a I0 je intenzita při nulové tloušťce. Ve spektrofotometrii se používá veličina transmitance definovaná jako podíl světla, které I vzorkem prošlo (I), a světla, které do vzorku vstoupilo (I0): T Záporně vzatý dekadický logaritmus transmitance se nazývá absorbance: I 0 A log T. Veličina absorbance má tu výhodu, že její závislost na tloušťce (či koncentraci) je lineární. Používání absorbance tedy usnadňuje měření tloušťky či koncentrace tím, že změříme absorbanci v několika bodech, proložíme přímku a neznámou koncentraci pak snadno najdeme při známé (změřené) absorbanci na této přímce. Strana 1 z 5
Úkoly pro žáky: 1. Pomocí izolepy proti sobě upevněte luxmetr LS-BTA a lampičku do takové vzdálenosti, aby luxmetr ukazoval těsně pod 6000 lx (= využijete celý střední rozsah přístroje). 2. V programu Logger Pro zvolte v menu Experiment Sběr dat a přepněte mód z časová závislost na události se vstupy. Datový sloupec pojmenujte počet, značka může být například N. Zaškrtněte, že se má používat průměr za 10 sekund. 3. Spusťte měření pomocí tlačítka a klikněte na. Počkejte 10 sekund, než proběhne měření. Následně se program zeptá na počet fólií, vyplňte tedy 0, čímž dojde ke spárování čísla 0 s průměrnou hodnotou osvětlení při 0 fóliích. 4. Opakujte krok 3 pro 1, 2, 4, 8, 16 a 32 fólií. 5. Ukončete měření tlačítkem. 6. Proložte naměřenými daty exponenciální křivku. V menu zvolte Analýza Proložit křivku, vyberte přirozenou exponenciálu, kliknete na Aproximovat a pak na OK. Strana 2 z 5
7. Zapište na papír nalezenou přibližnou rovnici (aproximaci) závislosti osvětlení na počtu fólií. V případě na obrázku výše vypadá rovnice (bez jednotek) takto: I 4938 e 0,09034 N 733,6 8. Logaritmováním a dalšími úpravami lze vyjádřit N: I 733,6 ln 4938 N 0,09034 V menu vyberte Data Nový dopočítávaný sloupec. Vyplňte název, značku a rovnici, podle které se bude veličina počítat z naměřených hodnot. Můžete přitom využít knihovnu funkcí a seznam proměnných. Zaškrtněte, že se má nová dopočítávaná veličina zobrazovat již během měření. Strana 3 z 5
Přepněte ještě do záložky Nastavení a nastavte počet desetinných míst (přesnost) na 0. Strana 4 z 5
9. V menu zvolte Vložit Displej Digitální a následně ještě Stránka Automatické rozložení stránky. Mezi objekty na stránce tak zakomponujete ukazatel odhadu počtu fólií. 10. Nyní můžete vkládat náhodné počty fólií (třeba 23, 5, 11 atd.) a sledovat, jak počítač provádí v reálném čase odhad jejich počtu. Je to velice působivé! Uvedení zdroje: Obrázky 1, 3, 4: www.vernier.com; Obrázek 2: Pavel Böhm Strana 5 z 5