Il sistema ottico · 2020. 4. 17. · 2 Componenti di un sistema ottico Sorgente Focalizzazione...
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z Il sistema otticoLaboratorio di Spettroscopia
Ottica
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Componenti di un sistema
ottico
Sorgente
Focalizzazione della luce sul campioneSistema dispersivo
Rivelatore
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Sorgenti
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Sorgente Applicazione prevalenteLampade a incandescenza Assorbimento nel VisibileLampade a gas alta pressione Assorbimento UV visibile - PLELampade a gas bassa pressione LuminescenzaLED (monocromatici) LuminescenzaLaser Luminescenza - Raman
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Caratteristiche principali di una lampada
Ø Efficienza [lumen/watt] ® rapporto fra flusso luminoso emesso e potenza elettrica assorbita.
Ø Durata (vita media) ® pari al tempo medio durante il quale lalampada è capace di emettere un flusso luminoso non inferiore del50% del flusso iniziale
Ø Spettro della luce emessa
Ø Tensione di alimentazione
Ø Costo dell’impianto e manutenzione
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Lampade
§ INCANDESCENZA
§ SCARICA IN GAS
convenzionalialogene
bassa pressionealta pressione
§ AD ARCO
§ LED
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Distribuzione spettrale della radiazione emessa dalle sorgenti incandescenti
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z
𝑛 𝜐 = !"#!
$"𝑑𝜐 Densità di modi di cavità (onde stazionarie) per unità di volume
𝜌𝑑𝜐 =8𝜋𝜈!
𝑐"ℎ𝜐
𝑒 #$%&'()
𝑑𝜐Densità di Energia
𝐸*+* = 0,
-𝜌𝑑𝜐 = 𝜎𝑇.
𝐸*+* = 𝜀𝜎𝑇. 𝜀 emissività della superficie
Legge di Stefan-Boltzmann
Sorgenti a incandescenza7
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Data una lampadina ad incandescenza, (T=2800K) definire la densità dei modi e il numero di fotoni per modo nell’intervallo del visibile in un intervallo dn di 109 Hz
𝑛 𝜐 = !"#!
$" 𝑑𝜐 = 2.3𝑥104𝑥105 = 2.3x 1067
𝑊 =ℎ𝜐
𝑒 #$%&' − 1
=3.3 𝑥10()/
𝑒 #"." 1),!"#)."1),!$%1!.21),& − 1
= 3.4𝑥10(!"𝐽
E circa
1𝑥10(. 𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛𝑖 𝑝𝑒𝑟 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑎 600 𝑛𝑚 𝑎𝑙𝑙3𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑖 𝑢𝑛 𝑎𝑙𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜𝑝𝑝𝑙𝑒𝑟
Assumendo una lunghezza d’onda a 600 nm. n=5x1014Hz
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L’energia convertita in luce : tra il 5% e il 10%.
Sorgenti incandescenti
q Talvolta nel bulbo viene immesso un gas inerte (azoto, argon o Kripton) per rallentare la volatilizzazione del filamento, prolungandone la durata.
q Temperatura di lavoro: 2500-3000 K , vita media: 1000 h.
q Aumentando la temperatura aumenta l’efficienza luminosa e la temperatura di colore. à diminuisce la durata della lampada.
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Lampade ad incandescenza alogene
Bulbo riempito da un gas alogeno (iodio, bromo)
Il bulbo è costituito di quarzo
q consistente emissione UV dipendente dalla qualità e dalle proprietà del bulbo di quarzo.
q Vetri UV-STOP, dalla lampada viene cioè erogata solo luce visibile
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Vantaggi
4. Più luce a parità di consumo di energia elettrica grazie ad una più elevata efficienza luminosa: 15-25 lumen/watt contro 10-15 lumen/watt per le incandescenti normali.
1. Luce chiara uniforme per l’intera durata della lampada
2. Durata tipica doppia rispetto alle lampade ad incandescenza convenzionali
3. Dimensioni ridotte
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LAMPADE SPETTRALI
Funzionamento basato sul principio della scarica in un gas, dovel’energia liberata durante la scarica è usata per generareradiazione e.m.
Una tensione applicata agli elettrodi agisce sugli e- liberi nel gasche iniziano a muoversi in direzione del polo positivo, entrando incollisione con gli atomi del gas.
Il tubo in cui avviene la scarica è costituito da due elettrodi sigillatial suo interno e riempito con un metallo e un gas d’innesco.
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La forma spettrale dipende prevalentemente da:
Ø vapori degli elementi utilizzati : mercurio, sodio, alogenuri.
Ø Pressione del gas
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Emissioni lampada a Hg. Pressioni crescenti da 31 atm a 285 atm.
- Bassa pressione (~10-3 ÷10-5 atm)
- Media pressione (2÷10 atm)
- Alta pressione (> 10 atm), lampade HID (High IntensityDischarge)
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Lampade fluorescentiLampade a scarica a bassa pressione, a vapori di mercurio.
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Efficienza totale del 20%
(60 lumen/watt)
Tenendo conto delle perdite degli
alimentatori si arriva a 54 lumen/watt.
Efficienza circa 4 volte maggiore delle
incandescenti
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Lampade ad arco
Spettro simile alla luce solare
La sorgente luminosa è costituita da un arcoelettrico che s’innesca fra i due elettrodi.
Le più comuni sono allo xenon e mercurio-xenon.Lavorano in continua e sono in assoluto le sorgentipiù luminose. Lavorano ad elevata pressione enecessitano di bulbi di quarzo.
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Lampade ad arco
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