Відносний показник заломлення повітря. Від чого залежить показник заломлення речовини. Важливий параметр для різних об'єктів

Таблиця 1. Коефіцієнти заломлення кристалів.

коефіцієнта заломленнядеяких кристалів при 18° для променів видимої частини спектру, довжини хвиль яких відповідають певним спектральним лініям. Елементи, яким належать ці лінії, зазначаються; вказані також наближені значення довжин хвиль цих ліній в одиницях Ангстрема

λ (Å)	Вапняний шпат		Плавиковий шпат	Кам'яна сіль	Сільвін
	звичай. л.	незвичайний. л.
6708 (Li, кр. арк.)	1,6537	1,4843	1,4323	1,5400	1,4866
6563 (Н, кр. арк.)	1,6544	1,4846	1,4325	1,5407	1,4872
6438 (Cd, кр. арк.)	1,6550	1,4847	1,4327	1,5412	1,4877
5893 (Na, ж. арк.)	1,6584	1,4864	1,4339	1,5443	1,4904
5461 (Hg, з. л.)	1,6616	1,4879	1,4350	1,5475	1,4931
5086 (Cd, з. арк.)	1,6653	1,4895	1,4362	1,5509	1,4961
4861 (Н, з. арк.)	1,6678	1,4907	1,4371	1,5534	1,4983
4800 (Cd, с. арк.)	1,6686	1,4911	1,4379	1,5541	1,4990
4047 (Hg, ф. л)	1,6813	1,4969	1,4415	1,5665	1,5097

Таблиця 2. Коефіцієнти заломлення оптичного скла.

Ліній С, D і F, довжини хвиль яких приблизно рівні: 0,6563 (мкм), 0,5893 і 0,4861.

Оптичні стекла	Позначення	n З	n D	n F
Боросилікатний крон	516/641	1,5139	1,5163	1,5220
Крон	518/589	1,5155	1,5181	1,5243
Легкий флінт	548/459	1,5445	1,5480	1,5565
Баритовий крон	659/560	1,5658	1,5688	1,5759
- || -	572/576	1,5697	1,5726	1,5796
Легкий флінт	575/413	1,5709	1,5749	1,5848
Баритовий легкий флінт	579/539	1,5763	1,5795	1,5871
Тяжкий крон	589/612	1,5862	1,5891	1,5959
- || -	612/586	1,6095	1,6126	1,6200
Флінт	512/369	1,6081	1,6129	1,6247
- || -	617/365	1,6120	1,6169	1,6290
- || -	619/363	1,6150	1,6199	1,6321
- || -	624/359	1,6192	1,6242	1,6366
Тяжкий баритовий флінт	626/391	1,6213	1,6259	1,6379
Тяжкий флінт	647/339	1,6421	1,6475	1,6612
- || -	672/322	1,6666	1,6725	1,6874
- || -	755/275	1,7473	1,7550	1,7747

Таблиця 3. Коефіцієнти заломлення кварцу у видимій частині спектра

У довідковій таблиці надано значення коефіцієнтів заломленняпроменів звичайного ( n 0) та незвичайного ( n e) для інтервалу спектру приблизно від 0,4 до 0,70 μ.

λ (μ)	n 0	n e	Плавлений кварц
0,404656	1,557356	1,56671	1,46968
0,434047	1,553963	1,563405	1,46690
0,435834	1,553790	1,563225	1,46675
0,467815	1,551027	1,560368	1,46435
0,479991	1,550118	1,559428	1,46355
0,486133	1,549683	1,558979	1,46318
0,508582	1,548229	1,557475	1,46191
0,533852	1,546799	1,555996	1,46067
0,546072	1,546174	1,555350	1,46013
0,58929	1,544246	1,553355	1,45845
0,643874	1,542288	1,551332	1,45674
0,656278	1,541899	1,550929	1,45640
0,706520	1,540488	1,549472	1,45517

Таблиця 4. Коефіцієнти заломлення рідин.

У таблиці наведено значення коефіцієнтів заломлення n рідин для променя з довжиною хвилі, приблизно дорівнює 0,5893 μ (жовта лінія натрію); температура рідини, при якій проводилися вимірювання nвказується.

Рідина	t (°С)	n
Алліловий спирт	20	1,41345
Аміловий спирт (Н.)	13	1,414
Анізол	22	1,5150
Анілін	20	1,5863
Ацетальдегід	20	1,3316
Ацетон	19,4	1,35886
Бензол	20	1,50112
Бромоформ	19	1,5980
Бутиловий спирт (н.)	20	1,39931
Гліцерин	20	1,4730
Діацетил	18	1,39331
Ксилол (мета-)	20	1,49722
Ксилол (орто-)	20	1,50545
Ксилол (пара-)	20	1,49582
Метилен хлористий	24	1,4237
Метиловий спирт	14,5	1,33118
Мурашина кислота	20	1,37137
Нітробензол	20	1,55291
Нітротолуол (Орто-)	20,4	1,54739
Паральдегід	20	1,40486
Пентан (норм.)	20	1,3575
Пентан (ізо-)	20	1,3537
Пропіловий спирт (норм.)	20	1,38543
Сірковуглець	18	1,62950
Толуол	20	1,49693
Фурфурол	20	1,52608
Хлорбензол	20	1,52479
Хлороформ	18	1,44643
Хлорпікрін	23	1,46075
Чотирьоххлористий вуглець	15	1,46305
Етил бромистий	20	1,42386
Етил йодистий	20	1,5168
Етилацетат	18	1,37216
Етилбензол	20	1.4959
Етилен бромистий	20	1,53789
Етиловий спирт	18,2	1,36242
Етиловий ефір	20	1,3538

Таблиця 5. Коефіцієнти заломлення водяних розчинів цукру.

У таблиці нижче наведено значення коефіцієнтів заломлення n водних розчинівцукру (при 20 ° С) в залежності від концентрації з розчину ( з показує ваговий відсоток цукру у розчині).

з (%)	n	з (%)	n
0	1,3330	35	1,3902
2	1,3359	40	1,3997
4	1,3388	45	1,4096
6	1,3418	50	1,4200
8	1,3448	55	1,4307
10	1,3479	60	1,4418
15	1,3557	65	1,4532
20	1,3639	70	1,4651
25	1,3723	75	1,4774
30	1,3811	80	1,4901

Таблиця 6. Коефіцієнти заломлення води

У таблиці наведено значення коефіцієнтів заломлення n води при температурі 20 ° С в інтервалі довжин хвиль приблизно від 0,3 до 1 μ.

λ (μ)	n	λ (μ)	n	λ (c)	n
0,3082	1,3567	0,4861	1,3371	0,6562	1,3311
0,3611	1,3474	0,5460	1,3345	0,7682	1,3289
0,4341	1,3403	0,5893	1,3330	1,028	1,3245

Таблиця 7. Коефіцієнти заломлення газів таблиця

У таблиці дано значення коефіцієнтів заломлення n газів за нормальних умов лінії D, довжина хвилі якої приблизно дорівнює 0,5893 μ.

Газ	n
Азот	1,000298
Аміак	1,000379
Аргон	1,000281
Водень	1,000132
Повітря	1,000292
Гелін	1,000035
Кисень	1,000271
Неон	1,000067
Окис вуглецю	1,000334
Сірчистий газ	1,000686
Сірководень	1,000641
Вуглекислота	1,000451
Хлор	1,000768
Етилен	1,000719
Водяна пара	1,000255

Джерело інформації:КОРОТКИЙ ФІЗИКО-ТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК/ Том 1, - М.: 1960.

Заломлення називають деяке абстрактне число, яке характеризує заломлюючу здатність будь-якого прозорого середовища. Позначати її заведено n. Розрізняють абсолютний показник заломлення та коефіцієнт відносний.

Перший розраховується за однією з двох формул:

n = sin α / sin β = const (де sin α - синус кута падіння, а sin β - синус променя світла, що входить у розглянуте середовище з порожнечі)

n = c / υ λ (де - швидкість світла в порожнечі, υ λ - швидкість світла в досліджуваному середовищі).

Тут розрахунок показує, скільки разів світло змінює швидкість свого поширення в момент переходу з вакууму в прозоре середовище. Таким чином, визначається показник заломлення (абсолютний). Для того щоб дізнатися про відносний, використовують формулу:

Тобто при цьому розглядаються абсолютні показники заломлення речовин різної густини, наприклад повітря та скла.

Якщо говорити загалом, то абсолютні коефіцієнти будь-яких тіл, чи то газоподібних, рідких чи твердих, завжди більші за 1. В основному їх значення коливаються від 1 до 2. Вище 2 ця величина може бути тільки у виняткових випадках. Значення цього параметра для деяких середовищ:

Ця величина у застосуванні до найтвердішої природної речовини на планеті, алмазу, становить 2,42. Дуже часто при проведенні наукових пошуків тощо потрібно знати показник заломлення води. Цей параметр складає 1,334.

Оскільки довжина хвилі – показник, зрозуміло, непостійний, до літери n приписується індекс. Його значення і допомагає зрозуміти, до якої хвилі спектра цей коефіцієнт відноситься. При розгляді однієї й тієї ж речовини, але зі збільшенням довжини світлової хвилі, показник заломлення буде зменшуватися. Цією обставиною і викликане розкладання світла на спектр під час проходження через лінзу, призму тощо.

За величиною коефіцієнта заломлення можна визначити, наприклад, скільки однієї речовини розчинено в іншому. Це буває корисним, припустимо, у пивоварінні або коли необхідно дізнатися концентрацію цукру, фруктів чи ягід у соку. Цей показник важливий і щодо якості нафтопродуктів, й у ювелірному справі, коли треба довести справжність каменю тощо.

Без використання будь-якої речовини шкала, видима в окулярі приладу, повністю пофарбована в блакитний колір. Якщо капнути на призму звичайної дистильованої води, при правильному калібруванні інструменту межа синього та білого кольорів проходитиме строго за нульовою позначкою. При дослідженні іншої речовини вона зміститься за шкалою відповідно до того, який показник заломлення йому властивий.

Заломлення світла- явище, у якому промінь світла, переходячи з одного середовища до іншого, змінює напрямок межі цих середовищ.

Заломлення світла відбувається за таким законом:
Падаючий і заломлений промені та перпендикуляр, проведений до межі розділу двох середовищ у точці падіння променя, лежать в одній площині. Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є постійна величина для двох середовищ:
,
де α - кут падіння,
β - кут заломлення,
n - постійна величина, яка залежить від кута падіння.

При зміні кута падіння змінюється кут заломлення. Чим більший кут падіння, тим більший кут заломлення.
Якщо світло йде з середовища оптично менш щільного в більш щільне середовище, то кут заломлення завжди менше кута падіння: β < α.
Промінь світла, спрямований перпендикулярно до межі поділу двох середовищ, проходить з одного середовища до іншого без заломлення.

абсолютний показник заломлення речовини- величина, що дорівнює відношенню фазових швидкостей світла (електромагнітних хвиль) у вакуумі та в даному середовищі n=c/v
Величина n, що входить до закону заломлення, називається відносним показником заломлення для пари середовищ.

Величина n є відносний показник заломлення середовища по відношенню до середовища А, а n" = 1/n є відносний показник заломлення середовища А по відношенню до середовища.
Ця величина за інших рівних умов більша одиниці при переході променя з середовища більш щільного в середовище менш щільного, і менше одиниці при переході променя з середовища менш щільного в середовище більш щільного (наприклад, з газу або з вакууму в рідину або тверде тіло). Є винятки з цього правила, і тому прийнято називати середовище оптично більш менш щільним, ніж інше.
Промінь, що падає з безповітряного простору на поверхню якого-небудь середовища, переломлюється сильніше, ніж при падінні на неї з іншого середовища А; показник заломлення променя, що падає на середовище безповітряного простору, називається його абсолютним показником заломлення.

(Абсолютний – щодо вакууму.
Відносний - щодо будь-якої іншої речовини (того ж повітря, наприклад).
Відносний показник двох речовин є відношення їх абсолютних показників.)

Повне внутрішнє відображення- внутрішнє відбиток, за умови, що кут падіння перевершує певний критичний кут. При цьому падаюча хвиля відбивається повністю, і значення коефіцієнта відображення перевершує його найбільші значення для полірованих поверхонь. Коефіцієнт відбиття при повному внутрішньому відбитку залежить від довжини хвилі.

В оптиці це явище спостерігається для широкого спектру електромагнітного випромінюваннявключаючи рентгенівський діапазон.

У геометричній оптиціявище пояснюється у межах закону Снелла. Враховуючи, що кут заломлення не може перевищувати 90°, отримуємо, що при вугіллі падіння, синус якого більший за відношення меншого показника заломлення до більшого показника, електромагнітна хвиля повинна повністю відображатися в першу середу.

Відповідно до хвильової теорії явища, електромагнітна хвиля все ж таки проникає в друге середовище - там поширюється так звана «неоднорідна хвиля», яка експоненційно згасає і енергію з собою не забирає. Характерна глибина проникнення неоднорідної хвилі у друге середовище порядку довжини хвилі.

Закони заломлення світла.

З усього сказаного укладаємо:
1 . На межі розділу двох середовищ різної оптичної щільності промінь світла при переході з одного середовища до іншого змінює свій напрямок.
2. При переході променя світла в середу з більшою оптичною щільністю кут заломлення менший від кута падіння; при переході променя світла з оптично більш щільного середовища в середовище менш щільне кут заломлення більше кута падіння.
Заломлення світла супроводжується відображенням, причому зі збільшенням кута падіння яскравість відбитого пучка зростає, а заломленого слабшає. Це можна побачити, проводячи досвід, зображений на малюнку. Отже, відбитий пучок забирає із собою тим більше світлової енергії, чим більше кут падіння.

Нехай MN-кордон розділу двох прозорих середовищ, наприклад, повітря та води, АТ-падаючий промінь, ОВ- Заломлений промінь, - Кут падіння, - Кут заломлення, - Швидкість поширення світла в першому середовищі, - Швидкість поширення світла в другому середовищі.

Звернемося до докладнішому розгляду показника заломлення, введеного нами в §81 під час формулювання закону заломлення.

Показник заломлення залежить від оптичних властивостей і того середовища, з якого промінь падає, і того середовища, в яке він проникає. Показник заломлення, отриманий у тому випадку, коли світло з вакууму падає на якесь середовище, називається абсолютним показником заломлення даного середовища.

Рис. 184. Відносний показник заломлення двох середовищ:

Нехай абсолютний показник заломлення першого середовища є другий середовища - . Розглядаючи заломлення на межі першої та другої середовищ, переконаємося, що показник заломлення при переході з першого середовища в друге, так званий відносний показник заломлення, дорівнює відношенню абсолютних показників заломлення другої та першої середовищ:

(Рис. 184). Навпаки, при переході з другого середовища до першого маємо відносний показник заломлення

Встановлений зв'язок між відносним показником заломлення двох середовищ та їх абсолютними показниками заломлення міг би бути виведений і теоретичним шляхом, без нових дослідів, подібно до того, як це можна зробити для закону оборотності (§82),

Середовище, що має великий показник заломлення, називається оптично більш щільним. Зазвичай вимірюється показник заломлення різних середовищ щодо повітря. Абсолютний показник заломлення повітря дорівнює. Таким чином, абсолютний показник заломлення будь-якого середовища пов'язаний з її показником заломлення щодо повітря формулою

Таблиця 6. Показник заломлення різних речовинщодо повітря

Показник заломлення залежить від довжини хвилі світла, тобто його кольору. Різним кольорам відповідають різні показники заломлення. Це явище, зване дисперсією, грає важливу рольв оптиці. Ми неодноразово матимемо справу з цим явищем у наступних розділах. Дані, наведені у табл. 6, відносяться до жовтого світла.

Цікаво відзначити, що закон відображення може бути формально записаний у тому вигляді, як і закон заломлення. Згадаймо, що ми домовилися завжди вимірювати кути від перпендикуляра до відповідного променя. Отже, слід вважати кут падіння і кут відображення мають протилежні знаки, тобто. закон відображення можна записати у вигляді

Порівнюючи (83.4) із законом заломлення, ми бачимо, що закон відображення можна розглядати як окремий випадок закону заломлення при . Ця формальна подібність законів відображення та заломлення приносить велику користь при вирішенні практичних завдань.

У попередньому викладі показник заломлення мав сенс константи середовища, що не залежить від інтенсивності світла, що проходить через неї. Таке тлумачення показника заломлення цілком природно, проте у разі більших інтенсивностей випромінювання, досяжних під час використання сучасних лазерів, воно виправдовується. Властивості середовища, якою проходить сильне світлове випромінювання, у разі залежить від його інтенсивності. Як кажуть, середовище стає нелінійним. Нелінійність середовища проявляється, зокрема, у цьому, що світлова хвиля великий інтенсивності змінює показник заломлення. Залежність показника заломлення від інтенсивності випромінювання має вигляд

Тут – звичайний показник заломлення, а – нелінійний показник заломлення, – множник пропорційності. Додатковий член у цій формулі може бути як позитивним, і негативним.

Відносні зміни показника заломлення порівняно невеликі. При нелінійний показник заломлення. Проте навіть такі невеликі зміни показника заломлення відчутні: вони виявляються у своєрідному явище самофокусування світла.

Розглянемо середовище із позитивним нелінійним показником заломлення. У цьому випадку області підвищеної інтенсивності світла є одночасною областями збільшеного показника заломлення. Зазвичай у реальному лазерному випромінюваннірозподіл інтенсивності перерізу пучка променів неоднорідно: інтенсивність максимальна по осі і плавно спадає до країв пучка, як це показано на рис. 185 суцільними кривими. Подібний розподіл описує також зміну показника заломлення перерізу кювети з нелінійним середовищем, вздовж осі якої поширюється лазерний промінь. Показник заломлення, найбільший по осі кювети, плавно спадає до стінок (штрихові криві на рис. 185).

Пучок променів, що виходить з лазера паралельно осі, потрапляючи в середу зі змінним показником заломлення, відхиляється в той бік, де більше. Тому підвищена інтенсивність поблизу осп кювети призводить до концентрації світлових променів у цій галузі, показаної схематично в перерізах та на рис. 185, а це призводить до подальшого зростання. Зрештою ефективний переріз світлового пучка, що проходить через нелінійне середовище, суттєво зменшується. Світло проходить як би вузьким каналом з підвищеним показником заломлення. Таким чином, лазерний пучок променів звужується, нелінійне середовище під дією інтенсивного випромінювання діє як лінза, що збирає. Це явище називається самофокусування. Його можна спостерігати, наприклад, у рідкому нітробензолі.

Рис. 185. Розподіл інтенсивності випромінювання та показника заломлення по перерізу лазерного пучка променів на вході в кювету (а), поблизу вхідного торця (), у середині (), поблизу вихідного торця кювети ()

Визначення показника заломлення прозорих твердих тіл

І рідин

Прилади та приладдя: мікроскоп зі світлофільтром, плоскопаралельна пластинка з міткою АВ у вигляді хреста; рефрактометр марки "РЛ"; набір рідин.

Мета роботи:визначити показники заломлення скла та рідин.

Визначення показника заломлення скла за допомогою мікроскопа

Для визначення показника заломлення прозорого твердого тілазастосовується плоскопаралельна пластинка, виготовлена ​​з цього матеріалу, з міткою.

Мітка є двома взаємно перпендикулярними подряпинами, одна з яких (А) нанесена на нижню, а друга (В) — на верхню поверхню пластинки. Платівка висвітлюється монохроматичним світлом і у мікроскоп. на
Рис. 4.7 представлено переріз досліджуваної платівки вертикальною площиною.

Промені АТ та АЕ після заломлення на кордоні скло – повітря йдуть у напрямках ДД1 та ЕЕ1 та потрапляють в об'єктив мікроскопа.

Спостерігач, який дивиться на пластину зверху, бачить точку на перетині продовження променів ДД1 і ЕЕ1, тобто. у точці С.

Таким чином, точка А здається спостерігачеві розташованої в точці С. Знайдемо зв'язок між показником заломлення n матеріалу пластинки, товщиною d і товщиною d1 пластинки, що здається.

4.7 видно, що ВД = ВСtgi, BD = АВtgr, звідки

tgi/tgr = AB/BC,

де AB = d - Товщина пластинки; ВС = d1 товщина пластинки, що здається.

Якщо кути i та r малі, то

Sini / Sinr = tgi / tgr, (4.5)

тобто. Sini/Sinr = d/d1.

Враховуючи закон заломлення світла, отримаємо

Вимірювання d/d1 здійснюється за допомогою мікроскопа.

Оптична схема мікроскопа складається з двох систем: спостережної, в яку входять об'єктив і окуляр, вмонтовані в тубус, і освітлювальної, що складається з дзеркала та світлофільтра, що знімається. Фокусування зображення проводиться обертанням рукояток, розташованих по обидві сторони від тубуса.

На осі правої рукоятки укріплено диск зі шкалою лімб.

Відлік b по лімбу щодо нерухомого покажчика визначає відстань h від об'єктива до предметного столика мікроскопа:

Коефіцієнт k вказує, яку висоту зміщується тубус мікроскопа при повороті рукоятки на 1°.

Діаметр об'єктива в даній установці малий у порівнянні з відстанню h, тому крайній промінь, який потрапляє в об'єктив, утворює малий кут з оптичною віссю мікроскопа.

Кут заломлення r світла в платівці менше, ніж кут i, тобто. теж малий, що відповідає умові (4.5).

Порядок виконання роботи

1. Покласти пластинку на предметний столик мікроскопа так, щоб точка перетину штрихів А та В (див. рис.

Показник заломлення

4.7) перебувала у полі зору.

2. Обертаючи рукоятку підйомного механізму, підняти тубус у верхнє положення.

3. Дивлячись в окуляр, обертанням рукоятки опускати тубус мікроскопа плавно до тих пір, поки поле зору не вийде чітке зображення подряпини, нанесеної на верхню поверхню пластинки. Записати показання b1 лімба, яке пропорційне відстані h1 від об'єктиву мікроскопа до верхньої грані платівки: h1 = kb1 (рис.

4. Продовжити опускання тубуса плавно доти, доки не вийде чітке зображення подряпини А, яка здається спостерігачеві, розташованій у точці С. Записати нове показання b2 лімба. Відстань h1 від об'єктива до верхньої поверхні платівки пропорційно b2:
h2 = kb2 (рис. 4.8 б).

Відстань від точок В і З до об'єктиву рівні, оскільки спостерігач бачить їх однаково чітко.

Зміщення тубуса h1-h2 одно здається товщині пластинки (рис.

d1 = h1-h2 = (b1-b2) k. (4.8)

5. Виміряти товщину пластинки d у місці перетину штрихів. Для цього під досліджувану пластинку 1 (рис. 4.9) помістити допоміжну скляну пластинку 2 і опускати тубус мікроскопа до тих пір, поки об'єктив не торкнеться (злегка) пластинки, що досліджується. Помітити показання лімбу a1. Зняти досліджувану пластинку і опускати тубус мікроскопа до тих пір, поки об'єктив не торкнеться пластинки 2.

Помітити показ a2.

Об'єктив мікроскопа опуститься у своїй на висоту, рівну товщині досліджуваної платівки, тобто.

d = (a1-a2) k. (4.9)

6. Обчислити показник заломлення матеріалу платівки за формулою

n = d/d1 = (a1-a2)/(b1-b2). (4.10)

7. Повторити всі зазначені вище вимірювання 3 - 5 разів, обчислити середнє значення n, абсолютну та відносну похибки rn та rn/n.

Визначення показника заломлення рідин за допомогою рефрактометра

Прилади, які служать визначення показників заломлення, називаються рефрактометрами.

Загальний вигляд та оптична схема рефрактометра РЛ показані на рис. 4.10 та 4.11.

Вимірювання показника заломлення рідин за допомогою рефрактометра РЛ засноване на явищі заломлення світла, що пройшов через межу поділу двох середовищ з різними показниками заломлення.

Світловий пучок (мал.

4.11) від джерела 1 (лампа розжарювання або денне розсіяне світло) за допомогою дзеркала 2 направляється через віконце в корпусі приладу на подвійну призму, що складається з призм 3 і 4, які виготовлені зі скла з показником заломлення 1,540.

Поверхня АА верхньої освітлювальної призми 3 (рис.

4.12, а) матова і служить для освітлення розсіяним світлом рідини, нанесеним тонким шаром у зазорі між призмами 3 і 4. Світло, розсіяне матовою поверхнею 3, проходить плоскопаралельний шар досліджуваної рідини і падає на діагональну грань ВР нижньої призми 4
кутами i не більше від нуля до 90°.

Щоб уникнути явища повного внутрішнього відбиття світла поверхні ВР, показник заломлення досліджуваної рідини може бути менше, ніж показник заломлення скла призми 4, тобто.

менше ніж 1,540.

Промінь світла, кут падіння якого дорівнює 90 °, називається ковзним.

Ковзаючий промінь, заломлюючись на межі рідина – скло, піде в призмі 4 під граничним кутом заломлення rпр< 90о.

Заломлення ковзного променя в точці Д (див. рис 4.12 а) підпорядковується закону

nст/nж = siniпр/sinrпр (4.11)

або nж = nстsinrпр, (4.12)

тому що siniпр = 1.

На поверхні ВС призми 4 відбувається повторне заломлення світлових променів і тоді

Sini¢пр/sinr¢пр = 1/ nст, (4.13)

r¢пр+i¢пр = i¢пр =a , (4.14)

де a-заломлюючий промінь призми 4.

Вирішуючи спільно систему рівнянь (4.12), (4.13), (4.14), можна отримати формулу, яка пов'язує показник заломлення nж досліджуваної рідини з граничним кутом заломлення r'пр променя, що вийшов із призми 4:

Якщо на шляху променів, що вийшли з призми 4, поставити зорову трубу, нижня частина її поля зору буде освітлена, а верхня - темна. Кордон розділу світлого та темного полів утворено променями з граничним кутом заломлення r¢пр. Променів з кутом заломлення меншим, ніж r¢пр, у цій системі немає (рис.

Величина r¢пр, отже, і положення межі світлотіні залежать тільки від показника заломлення nж досліджуваної рідини, так як nст і величини в даному приладі постійні.

Знаючи nст, a та r¢пр, можна за формулою (4.15) розрахувати nж. Насправді формула (4.15) використовується для градуювання шкали рефрактометра.

На шкалу 9 (див.

Рис. 4.11) зліва нанесено значення показника заломлення для lд = 5893 Å. Перед окуляром 10 - 11 є платівка 8 з міткою (--).

Переміщуючи окуляр разом з пластинкою 8 вздовж шкали, можна домогтися поєднання мітки з межею темного розділу і світлого полів зору.

Поділ проградуйованої шкали 9 збігається з міткою, дає значення показника заломлення nж досліджуваної рідини. Об'єктив 6 і окуляр 10 - 11 утворюють зорову трубу.

Поворотна призма 7 змінює хід променя, спрямовуючи його в окуляр.

Внаслідок дисперсії скла та досліджуваної рідини замість чіткої межі розділу темного та світлого полів при спостереженні у білому світлі виходить райдужна смужка. Для усунення цього ефекту служить компенсатор 5 дисперсії, встановлений перед об'єктивом зорової труби. Основна деталь компенсатора – призма, яка склеєна із трьох призм і може обертатися щодо осі зорової труби.

Заломлюючі кути призми та їх матеріал підібрані так, що жовте світло з довжиною хвилі lд =5893 проходить через них без заломлення. Якщо на шляху кольорових променів встановити компенсаторну призму так, щоб її дисперсія дорівнювала за величиною, але протилежна за знаком дисперсії вимірювальної призми і рідини, то сумарна дисперсія дорівнюватиме нулю. При цьому пучок світлових променів збереться у білий промінь, напрямок якого збігається з напрямком граничного жовтого променя.

Таким чином, при обертанні компенсаторної призми кольорове забарвлення квітотені усувається. Разом із призмою 5 обертається дисперсійний лімб 12 щодо нерухомого покажчика (див. рис. 4.10). Кут повороту Z лімба дозволяє судити про величину середньої дисперсії рідини, що досліджується.

Шкала лімба має бути проградуйована. Графік додається до встановлення.

Порядок виконання роботи

1. Підняти призму 3, на поверхню призми 4 помістити 2-3 краплі рідини, що досліджується, і опустити призму 3 (див. рис. 4.10).

3. Окулярним наведенням домогтися різкого зображення шкали та межі розділу полів зору.

4. Обертаючи рукоятку 12 компенсатора 5, знищити кольорове забарвлення межі розділу полів зору.

Переміщуючи окуляр вздовж шкали, поєднати мітку(--) з межею темного та світлого полів та записати значення показника рідини.

6. Дослідити запропонований набір рідин та оцінити похибку вимірювань.

7. Після кожного вимірювання протирати поверхню призм фільтрувальним папером, змоченим у дистильованій воді.

Контрольні питання

Варіант 1

Дайте визначення абсолютного та відносного показників заломлення середовища.

2. Намалюйте хід променів через межу поділу двох середовищ (n2> n1 і n2< n1).

3. Отримайте співвідношення, яке пов'язує показник заломлення n з товщиною d і товщини d¢ пластинки, що здається.

4. Завдання.Граничний кут повного внутрішнього відображення деякої речовини дорівнює 30°.

Знайти показник заломлення цієї речовини.

Відповідь: n =2.

Варіант 2

1. У чому явище повного внутрішнього відбиття?

2. Опишіть конструкцію та принцип дії рефрактометра РЛ-2.

3. Поясніть роль компенсатора у рефрактометрі.

4. Завдання. З центру круглого плоту на глибину 10 м опущено лампочку. Знайти мінімальний радіус плоту, при цьому жоден промінь від лампочки не повинен вийти на поверхню.

Відповідь: R = 11,3 м.

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ, або КОЕФІЦІЄНТ ПЕРЕЛОМЛЕННЯ, - Абстрактне число, що характеризує заломлюючу силу прозорого середовища. Показник заломлення позначається латинською літероюπ і визначається як відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення променя, що входить з порожнечі в дане прозоре середовище:

n = sin α/sin β = const або як відношення швидкості світла в порожнечі до швидкості світла в даному прозорому середовищі: n = c/νλ з порожнечі в дане прозоре середовище.

Показник заломлення вважається мірою оптичної густини середовища

Визначений таким чином показник заломлення називається абсолютним показником заломлення, на відміну відносного т.

е. показує, у скільки разів сповільнюється швидкість розповсюдження світла при переході його показника заломлення, який визначається ставленням синуса кута падіння до синуса кута заломлення при переході променя із середовища однієї густини в середовище іншої густини. Відносний показник заломлення дорівнює відношенню абсолютних показників заломлення: n = n2/n1, де n1 і n2 - абсолютні показники заломлення першого та другого середовища.

Абсолютний показник заломлення всіх тіл - твердих, рідких і газоподібних - більше одиниці і коливається від 1 до 2, перевищуючи значення 2 тільки в окремих випадках.

Показник заломлення залежить як від властивостей середовища, так і від довжини хвилі світла та збільшується із зменшенням довжини хвилі.

Тому до літери п приписують індекс, що вказує, якої довжини хвилі відноситься показник.

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ

Наприклад, для стеклаТФ-1 показник заломлення в червоній частині спектру становить nC=1,64210, а фіолетової nG' =1,67298.

Показники заломлення деяких прозорих тіл

Повітря - 1,000292

Вода - 1,334

Ефір - 1,358

Спирт етиловий - 1,363

Гліцерин - 1, 473

Органічне скло (плексиглас) - 1, 49

Бензол - 1,503

(Скло крон - 1,5163

Ялицевий (канадський), бальзам 1,54

Скло важкий крон - 1 , 61 26

Скло флінт - 1,6164

Сірковуглець - 1,629

Скло важкий флінт - 1 , 64 75

Монобромнафталін - 1,66

Скло найважчий флінт - 1,92

Алмаз - 2,42

Неоднаковість показника заломлення для різних ділянок спектра є причиною хроматизму, тобто.

розкладання білого світла, при проходженні його через деталі, що заломлюють, — лінзи, призми і т.д.

Лабораторна робота №41

Визначення показника заломлення рідин за допомогою рефрактометра

Мета роботи: визначення показника заломлення рідин методом повного внутрішнього відбиття за допомогою рефрактометра ІРФ-454Б; дослідження залежності показника заломлення розчину з його концентрації.

Опис установки

При заломленні немонохроматичного світла відбувається його розкладання на складові кольори спектр.

Це зумовлено залежністю показника заломлення речовини від частоти (довжини хвилі) світла і називається дисперсією світла.

Прийнято характеризувати заломлюючу здатність середовища показником заломлення на довжині хвилі λ = 589,3 нм (середнє значення довжин хвиль двох близьких жовтих ліній у діапазоні парів натрію).

60. Які методи визначення концентрації речовин у розчині використовують в атомно-абсорбційному аналізі?

Цей показник заломлення позначається nD.

Мірою дисперсії служить середня дисперсія, яка визначається як різниця ( nF-nC), де nFпоказник заломлення речовини на довжині хвилі λ = 486,1 нм (блакитна лінія у спектрі водню), nC- Показник заломлення речовини на λ - 656,3 нм (червона лінія у спектрі водню).

Заломлення речовини характеризують величиною відносної дисперсії:
У довідниках зазвичай наводиться величина, обернена щодо дисперсії, т.е.

е.
де - Коефіцієнт дисперсії, або число Аббе.

Установка визначення показника заломлення рідин складається з рефрактометра ІРФ-454Бз межами виміру показника; заломлення nDу діапазоні від 1,2 до 1,7; досліджуваної рідини, серветки для протирання поверхонь призм.

Рефрактометр ІРФ-454Бє контрольно-вимірювальним приладом, призначеним для безпосереднього вимірювання показника заломлення рідин, а також визначення середньої дисперсії рідин в лабораторних умовах.

Принцип дії приладу ІРФ-454Бзаснований на явищі повного внутрішнього відбиття світла.

Принципова схема пристрою показана на рис. 1.

Досліджувана рідина міститься між двома гранями призми 1 і 2. Призма 2 з добре відполірованою гранню АВє вимірювальною, а призма 1 з матовою гранню А1 У1 - Освітлювальної. Промені від джерела світла падають на межу А1 З1 , заломлюються, падають на матову поверхню А1 У1 і розсіюються цією поверхнею.

Потім вони проходять шар досліджуваної рідини та потрапляють на поверхню АВпризми 2.

За законом заломлення
, де
і - Кути заломлення променів у рідині та призмі відповідно.

При збільшенні кута падіння
кут заломлення також збільшується і досягає максимального значення
, коли
, Т.

е. коли промінь у рідині ковзає по поверхні АВ. Отже,
. Таким чином, 2 промені, що виходять з призми, обмежені певним кутом
.

Промені, що йдуть з рідини в призму 2 під великими кутами зазнають повного внутрішнього відображення на межі розділу АВі не проходять через призму.

На аналізованому приладі досліджуються рідини, показник заломлення. яких менше показника заломлення призми 2, отже, промені всіх напрямів, що переломилися на межі рідини та скла, увійдуть до призму.

Очевидно, частина призми, що відповідає променям, що не пройшли, буде затемненою. У зорову трубу 4, розташовану на шляху променів, що виходять з призми, можна спостерігати поділ поля зору на світлу і темну частини.

Повертаючи систему призм 1-2, поєднують межу розділу світлого та темного поля з хрестом ниток окуляра зорової труби. Система призм 1-2 пов'язана зі шкалою, яка відградуйована значення показника заломлення.

Шкала розташована в нижній частині поля зору труби і при поєднанні розділу поля зору з хрестом ниток дає відповідне значення показника заломлення рідини .

Через дисперсію межа розділу поля зору у білому світлі буде пофарбована. Для усунення забарвленості, і навіть визначення середньої дисперсії досліджуваного речовини служить компенсатор 3, що з двох систем склеєних призм прямого зору (призм Амічі).

Призми можна обертати одночасно в різні сторони за допомогою точного поворотного механічного пристрою, змінюючи тим самим власну дисперсію компенсатора і усуваючи забарвлення межі поля зору, що спостерігається через оптичну систему 4. З компенсатором зв'язаний барабан зі шкалою, за якою визначають параметр дисперсії, що дозволяє розрахувати середню дисперсію речовини.

Порядок виконання роботи

Здійснити налаштування приладу так, щоб світло від джерела (лампи розжарювання) надходило в освітлювальну призму і висвітлювало рівномірно поле зору.

2. Відкрити вимірювальну призму.

Скляною паличкою нанести на її поверхню кілька крапель води та обережно закрити призму. Зазор між призмами має бути рівномірно заповнений тонким шаром води (звернути на це особливу увагу).

Користуючись гвинтом приладу зі шкалою, усунути забарвленість поля зору та отримати різку межу світла та тіні. Поєднати її, за допомогою іншого гвинта, з відліковим хрестом окуляра приладу. Визначити показник заломлення води за шкалою окуляра з точністю до тисячних часток.

Порівняти отримані результати із довідковими даними для води. Якщо відмінність виміряного від табличного показника заломлення вбирається у ± 0,001, то вимір виконано правильно.

Завдання 1

1. Приготувати розчин кухонної солі (NaCl) з концентрацією, близькою до межі розчинності (наприклад, С = 200 г/літр).

Виміряти показник заломлення одержаного розчину.

3. Розбавляючи розчин у ціле число разів отримати залежність показника; заломлення від концентрації розчину та заповнити табл. 1.

Таблиця 1

Вправа.Як отримати тільки розведення концентрацію розчину, рівну 3/4 максимальної (початкової)?

Побудувати графік залежності n=n(C). Подальшу обробку експериментальних даних провести за вказівкою викладача.

Обробка експериментальних даних

а) Графічний метод

З графіка визначити кутовий коефіцієнт У, який за умов експерименту характеризуватиме розчинену речовину та розчинник.

2. Визначити за допомогою графіка концентрацію розчину NaCl, даного лаборантом.

б) Аналітичний метод

Методом найменших квадратів обчислити А, Уі SB.

За знайденими значеннями Аі Увизначити середнє значення
концентрації розчину NaCl, даного лаборантом

Контрольні питання

Дисперсія світла. Чим відрізняється нормальна дисперсія від аномальної?

2. Що таке явище повного внутрішнього відбиття?

3. Чому на даній установці не можна виміряти показник заломлення рідини більший за показник заломлення призми?

4. Навіщо грань призми А1 У1 роблять матовою?

Деградації, Індекс

Психологічна енциклопедія

Спосіб оцінки ступеня деградації психічних! функцій, що вимірюються тестом Векслера-Белвью. Індекс ґрунтується на спостереженні того, що рівень розвитку деяких здібностей, що вимірюються тестом, з віком знижується, а інших – ні.

Індекс

Психологічна енциклопедія

- Покажчик, реєстр імен, назв та ін. У психології - цифровий показник для кількісної оцінки, характеризації явищ.

Від чого залежить показник заломлення речовини?

Індекс

Психологічна енциклопедія

1. Найбільш загальне значення: будь-що, що використовується для того, щоб позначити, ідентифікувати або направити; індикації, написи, знаки або символи. 2. Формула або номер, які часто виражаються як коефіцієнт, що показує деяке відношення між значеннями або вимірюваннями або між...

Товариство, Індекс

Психологічна енциклопедія

Характеристика, що виражає товариськість людини. Соціограма, наприклад, дає, окрім інших вимірів, оцінку комунікабельності різних членів групи.

Відбору, Індекс

Психологічна енциклопедія

Формула з метою оцінки потужності певного тесту чи пункту тесту у розрізненні індивідів друг від друга.

Надійності, Індекс

Психологічна енциклопедія

Статистика, що забезпечує оцінку кореляції між актуальними значеннями, отриманими з тесту, та теоретично вірними значеннями.

Цей індекс дається як значення r, де r - коефіцієнт надійності, що обчислюється.

Прогнозування ефективності, індекс

Психологічна енциклопедія

Вимірювання ступеня, в якому можна використовувати знання про одну змінну для того, щоб робити передбачення щодо іншої змінної, за умови, що кореляція цих змінних відома. Зазвичай у символічній формі це виражається як Е, індекс представляється як 1-((…

Слова, Індекс

Психологічна енциклопедія

Загальний термін для позначення будь-якої систематичної частоти появи слів у письмовій та/або усній мові.

Часто такі індекси обмежені специфічними лінгвістичними областями, наприклад підручники для перших класів, батьківсько-дитячі взаємодії. Проте відомі оцінки.

Будинки Тіла, Індекс

Психологічна енциклопедія

Запропонований Айзенком вимір статури, заснований на відношенні зростання до кола грудей.

Ті, чиї показники були в «нормальному» діапазоні, називалися мезоморфами, в межах стандартного відхилення або вище за середнє – лептоморфами і в межах стандартного відхилення або…

ДО ЛЕКЦІЇ №24

«ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ»

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

Література:

1. В.Д. Пономарьов «Аналітична хімія» 1983 246-251

2. А.А. Іщенко «Аналітична хімія» 2004 стор 181-184

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

Рефрактометрія є одним із найпростіших фізичних методів аналізу з витратою мінімальної кількостіаналізованої речовини проводиться за дуже короткий час.

Рефрактометрія— метод, заснований на явище заломлення чи рефракції, тобто.

зміні напряму поширення світла при переході з одного середовища до іншого.

Заломлення, як і поглинання світла, є наслідком взаємодії його з середовищем.

Слово рефрактометрія означає вимір заломлення світла, яке оцінюється за величиною показника заломлення.

Розмір показника заломлення nзалежить

1) від складу речовин та систем,

2) від того, у якій концентрації і які молекули зустрічає світловий промінь своєму шляху, т.к.

під дією світла молекули різних речовинполяризуються по-різному. Саме на цій залежності й ґрунтується рефрактометричний метод.

Метод цей має цілу низку переваг, у результаті він знайшов широке застосування як і хімічних дослідженнях, і при контролі технологічних процесів.

1) Вимірювання показники заломлення є дуже простим процесом, який здійснюється точно і за мінімальних витрат часу і кількості речовини.

2) Зазвичай рефрактометри забезпечують точність до 10% при визначенні показника заломлення світла та вмісту аналізованої речовини

Метод рефрактометрії застосовують контролю автентичності і чистоти, ідентифікації індивідуальних речовин, визначення будови органічних і неорганічних сполук щодо розчинів.

Рефрактометрія знаходить застосування визначення складу двокомпонентних розчинів і потрійних систем.

Фізичні основи методу

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ.

Відхилення світлового променя від початкового напрямку при переході його з одного середовища в інше тим більше, чим більша різниця у швидкостях поширення світла у двох

даних середовищах.

Розглянемо заломлення світлового променя на межі будь-яких двох прозорих середовищ I та II(див.

Рис.). Умовимося, що середовище II має більшу заломлюючу здатність і, отже, n1і n2показує заломлення відповідних середовищ. Якщо середовище I - це вакуум і повітря, то відношення sin кута падіння світлового променя до sin кута заломлення дасть величину відносного показника заломлення n отн. Розмір n отн.

Що таке показник заломлення скла? І коли його потрібно знати?

може бути так само визначено як відношення показників заломлення середовищ, що розглядаються.

нотн. = - - = -

Розмір показника заломлення залежить від

1) природи речовин

Природу речовини у разі визначає ступінь деформируемости його молекул під впливом світла — ступінь поляризуемости.

Чим інтенсивніша поляризуемість, тим сильніше заломлення світла.

2)довжини хвилі падаючого світла

Вимірювання показника заломлення проводиться за довжини хвилі світла 589,3 нм (лінія D спектру натрію).

Залежність показника заломлення від довжини світлової хвилі називається дисперсією.

Чим менша довжина хвилі, тим значніше заломлення. Тому промені різних довжин хвиль переломлюються по-різному.

3)температури , При якій проводиться вимір. Обов'язковою умовою визначення показника заломлення є дотримання температурного режиму. Зазвичай визначення виконується за 20±0,30С.

У разі підвищення температури величина показника заломлення зменшується, при зниженні — збільшується.

Поправку на вплив температури розраховують за такою формулою:

nt=n20+ (20-t) ·0,0002, де

nt –Бувай задавачем заломлення при даній температурі,

n20-показник заломлення при 200С

Вплив температури на значення показників заломлення газів та рідких тіл пов'язаний з величинами їх коефіцієнтів об'ємного розширення.

Об'єм всіх газів і рідких тіл при нагріванні збільшується, щільність зменшується і, отже, зменшується показник

Показник заломлення, виміряний при 200С та довжині хвилі світла 589,3 нм, позначається індексом nD20

Залежність показника заломлення гомогенної двокомпонентної системи від її стану встановлюється експериментально шляхом визначення показника заломлення для ряду стандартних систем (наприклад, розчинів), вміст компонентів у яких відомий.

4) концентрації речовини у розчині.

Для багатьох водних розчинів речовин показники заломлення при різних концентраціях та температурах надійно виміряні, і в цих випадках можна користуватися довідковими рефрактометричними таблицями.

Практика показує, що при вмісті розчиненої речовини, що не перевищує 10-20%, поряд з графічним методом у багатьох випадках можна користуватися лінійним рівняннямтипу:

n=nо+FC,

n-показник заломлення розчину,

nо- Показник заломлення чистого розчинника,

C- Концентрація розчиненої речовини, %

F-емпіричний коефіцієнт, величина якого знайдена

шляхом визначення коефіцієнтів заломлення розчинів відомої концентрації.

РЕФРАКТОМЕТРИ.

Рефрактометрами називають прилади, що служать вимірювання величини показника заломлення.

Існує 2 види цих приладів: рефрактометр типу Аббе та типу Пульфріха. І в тих і в ін. Виміри засновані на визначенні величини граничного кута заломлення. Насправді застосовуються рефрактометри різних систем: лабораторний-РЛ, універсальний РЛУ та інших.

Показник заломлення дистильованої води n0=1,33299, практично цей показник приймає як отсчетного як n0 =1,333.

Принцип роботи на рефрактометрах ґрунтується на визначенні показника заломлення методом граничного кута (кут повного відображення світла).

Ручний рефрактометр

Рефрактометр Аббе

Кут падіння - кутa між напрямком падаючого променя та перпендикуляром до межі розділу двох середовищ, відновленим у точці падіння.

Кут відображення - кут β між цим перпендикуляром та напрямком відбитого променя.

Закони відбиття світла:

1. Промінь, що падає, перпендикуляр до межі розділу двох середовищ у точці падіння і промінь відбитий лежать в одній площині.

2. Кут відображення дорівнює кутупадіння.

Заломлення світла називають зміну напрямку світлових променів під час переходу світла з одного прозорого середовища до іншого.

Кут заломлення - Кутb тим самим перпендикуляром і напрямом заломленого променя.

Швидкість світла у вакуумі з = 3 * 10 8 м / с

Швидкість світла у середовищі V< c

Абсолютний показник заломлення середовищапоказує, у скільки разів швидкість світлаv у цьому середовищі менше, ніж швидкість світла зу вакуумі.

Абсолютний показник заломлення першого середовища

Абсолютний показник заломлення другого середовища

Абсолютний показник заломлення для вакууму дорівнює 1

Швидкість світла у повітрі дуже мало відрізняється від значення с,тому

Абсолютний показник заломлення повітря будемо вважати рівним 1

Відносний показник заломлення показує, у скільки разів змінюється швидкість світла під час переходу променя з першого середовища до другого.

де V 1 і V 2 - Швидкості поширення світла в першій і другій середовищі.

З урахуванням показника заломлення закон заломлення світла можна записати у вигляді

де n 21 – відносний показник заломлення другий середовища щодо першого;

n 2 і n 1– абсолютні показники заломлення друге та перше середовище відповідно

Показник заломлення середовища щодо повітря (вакууму) можна знайти у таблиці 12 (задачник Римкевича). Значення наведені для випадку падіння світла з повітря в цю середу.

Наприклад,знаходимо в таблиці показник заломлення алмазу n = 2,42.

Це показник заломлення алмазу щодо повітря(вакууму), тобто для абсолютних показників заломлення:

Закони відображення та заломлення справедливі при зворотному напрямку ходу світлових променів.

З двох прозорих середовищ оптично менш щільноюназивають середовище з більшою швидкістю поширення світла, або з меншим показником заломлення.

При падінні в оптично більш щільне середовище

кут заломлення менше кута падіння.

При падінні в оптично менш щільне середовище

кут заломлення більше кута падіння

Повне внутрішнє відображення

Якщо світлові промені з більш щільного оптичного середовища 1 падають на межу розділу з оптично менш щільним середовищем 2 ( n 1 > n 2), то кут падіння менше кута заломленняa < b . При збільшенні кута падіння можна підійти до його значенняa пр , коли заломлений промінь ковзає по межі розділу двох середовищ і не потрапить у друге середовище,

Кут заломлення b= 90°, причому вся світлова енергія відбивається від межі розділу.

Граничним кутом повного внутрішнього відбиття a пр називається кут, при якому заломлений промінь ковзає вздовж поверхні двох середовищ,

При переході з середовища оптично менш щільного в середовище більш щільне повне внутрішнє відображення неможливо.