Лабораторна робота

Заломлення світла. Вимірювання показника заломлення рідини

за допомогою рефрактометра

Мета роботи: поглиблення уявлень про явище заломлення світла; вивчення методики вимірювання показника заломлення рідких середовищ; вивчення принципу роботи із рефрактометром.

Устаткування: рефрактометр, розчини. кухонної солі, піпетка, м'яка тканинадля протирання оптичних деталей.

Теорія

Закони відображення та заломлення світла. Показник заломлення.

На межі поділу середовищ світло змінює напрямок свого поширення. Частина світлової енергії повертається у середу, тобто. відбувається відбиття світла. Якщо друге середовище прозоре, то частина світла за певних умов проходить через межу розділу середовищ, змінюючи при цьому, як правило, напрямок поширення. Це явище називається заломленням світла (Рис. 1).

Рис. 1. Відображення та заломлення світла на плоскій межі розділу двох середовищ.

Напрямок відбитого та заломленого променів при проходженні світла через плоску межу розділу двох прозорих середовищ визначаються законами відбиття та заломлення світла.

Закон відображення світла.Відбитий промінь лежить у одній площині з падаючим променем і нормаллю, відновленої до площині розділу середовищ у точці падіння. Кут падіння дорівнює куту відображення
.

Закон заломлення світла.Заломлений промінь лежить в одній площині з падаючим променем і нормаллю, відновленою до площини поділу середовищ у точці падіння. Відношення синуса кута падіння α до синуса кута заломлення β є величина стала для даних двох середовищ, звана відносним показником заломлення другого середовища по відношенню до першої:

Відносний показник заломлення двох середовищ дорівнює відношенню швидкості поширення світла в першому середовищіv 1 до швидкості світла в другому середовищіv 2:

Якщо світло йде з вакууму в середу, то показник заломлення середовища щодо вакууму називається абсолютним показником заломлення цього середовища і дорівнює відношенню швидкості світла у вакуумі здо швидкості світла в даному середовищі:

Абсолютні показники заломлення завжди більше одиниці; для повітря nприйнято за одиницю.

Відносний показник заломлення двох середовищ можна виразити через їх абсолютні показники n 1 і n 2 :

Визначення показника заломлення рідини

Для швидкого та зручного визначення показника заломлення рідин існує спеціальні оптичні прилади – рефрактометри, основною частиною яких є дві призми (рис. 2): допоміжна Пр. 1та вимірювальна Пр.2.У зазор між призмами наливається рідина, що досліджується.

При вимірюваннях показників можуть бути використані два методи: метод ковзного променя (для прозорих рідин) та метод повного внутрішнього відбиття (для темних, каламутних та пофарбованих розчинів). У цьому роботі використовується перший їх.

У методі ковзного променя світло від зовнішнього джерела проходить крізь межу AВпризми Пр.1,розсіюється на її матовій поверхні АСі далі через шар досліджуваної рідини проникає у призму Пр.2.Матова поверхня стає джерелом променів усіх напрямків, тому вона може спостерігатися крізь межу ЕF призми Пр.2.Проте грань АСможна спостерігати крізь ЕFтільки під кутом, великим деякого граничного мінімального кута i. Величина цього кута однозначно пов'язана з показником заломлення рідини, що знаходиться між призмами, що й стане основною ідеєю конструкції рефрактометра.

Розглянемо проходження світла через межу ЕFнижньої вимірювальної призми Пр.2.Як видно із рис. 2, застосовуючи двічі закон заломлення світла, можна отримати два співвідношення:

(1)

(2)

Вирішуючи цю систему рівнянь, неважко дійти висновку, що показник заломлення рідини

(3)

залежить від чотирьох величин: Q, r, r 1 і i. Проте чи всі вони незалежні. Так наприклад,

r+ s= R , (4)

де R - заломлюючий кут призми Пр.2. Крім того, задавши куту Qмаксимальне значення 90°, з рівняння (1) отримаємо:

(5)

Але максимальному значенню кута r , як це видно із рис. 2 та співвідношень (3) і (4), відповідають мінімальні значення кутів i і r 1 , тобто. i min і r min .

Таким чином, показник заломлення рідини для випадку "ковзаючих" променів пов'язаний тільки з кутом. i. При цьому існує мінімальне значення кута i, коли грань АСще спостерігається, т. е. у зору вона здається дзеркально білої. Для менших кутів спостереження грань не видно, й у зору це місце здається чорним. Оскільки зорова труба приладу захоплює порівняно широку кутову зону, то поле зору одночасно спостерігаються світлий і чорний ділянки, межа між якими відповідає мінімальному куту спостереження і однозначно пов'язана з показником заломлення рідини. Використовуючи остаточну розрахункову формулу:

(її висновок опущений) та ряд рідин з відомими показниками заломлення, можна проградуювати прилад, тобто встановити однозначну відповідність між показниками заломлення рідин та кутами i min . Усі наведені формули виведені для променів однієї довжини хвилі.

Світло різних довжин хвиль переломлюватиметься з урахуванням дисперсії призми. Таким чином, при освітленні призми білим світлом межа розділу буде розмита та забарвлена в різні кольори внаслідок дисперсії. Тому в кожному рефрактометрі є компенсатор, який дає змогу усунути результат дисперсії. Він може складатися з однієї або двох призм прямого зору – призм Амічі. Кожна призма Амічі складається з трьох скляних призм з різними показниками заломлення та різною дисперсією, наприклад, крайні призми виготовлені з кронгласу, а середня – з флінтгласу (кронглас та флінтглас – сорти скла). Поворотом призми компенсатора за допомогою спеціального пристрою добиваються різкого без забарвлення зображення межі розділу, положення якої відповідає значенню показника заломлення жовтої лінії натрію λ =5893 Å (призми розраховані так, щоб промені з довжиною хвилі 5893 Å не відчували в них відхилення).

Промені, що пройшли компенсатор, потрапляють в об'єктив зорової труби, далі через призму, що звертає, проходять через окуляр зорової труби в око спостерігача. Схематичний перебіг променів показано на рис. 3.

Шкала рефрактометра відградуйована у значеннях показника заломлення та концентрації розчину сахарози у воді та розташована у фокальній площині окуляра.

експериментальна частина

Завдання 1. Перевірка рефрактометра.

Спрямуйте світло за допомогою дзеркала на допоміжну призму рефрактометра. Піднявши допоміжну призму, нанесіть піпеткою кілька крапель дистильованої води на вимірювальну призму. Опустивши допоміжну призму, досягайте найкращої освітленості поля зору та встановіть окуляр на чітку видимість перехрестя та шкали показників заломлення. Повертаючи камеру вимірювальної призми, отримайте в полі зору межу світла та тіні. Обертаючи головку компенсатора, досягніть усунення забарвлення межі світла і тіні. Поєднайте межу світла та тіні з точкою перехрестя та виміряйте показник заломлення води n ізм . Якщо рефрактометр справний, то для дистильованої води має вийти значення n 0 = 1,333, якщо показання відрізняються від цього значення, потрібно визначити виправлення Δn= n ізм - 1333, яку потім слід враховувати при подальшій роботі з рефрактометром. Поправки внесіть до таблиці 1.

Таблиця 1.

	n 0	n ізм	Δ n
Н 2 Про

Завдання 2. Визначення показника заломлення рідини.

Визначте показники заломлення розчинів відомих концентрацій із урахуванням знайденої поправки.

Таблиця 2.

З, про. %	n ізм	n іст

Побудуйте графік залежності показника заломлення розчинів кухонної солі від концентрації за отриманими результатами. Зробіть висновок про перебіг залежності n від; зробіть висновки щодо точності вимірювань на рефрактометрі.

Візьміть розчин солі невідомої концентрації З x , визначте його показник заломлення та за графіком знайдіть концентрацію розчину.

Заберіть робоче місце, обережно протріть призми рефрактометрів вологою чистою ганчірочкою.

Контрольні питання

Відображення та заломлення світла.

Абсолютний та відносний показники заломлення середовища.

Принцип роботи рефрактометрів. Метод ковзного променя.

Схематичний перебіг променів у призмі. Навіщо необхідні призми компенсатора?

Поширення, відображення та заломлення світла

Природа світла – електромагнітна. Одним із доказів цього є збіг величин швидкостей електромагнітних хвиль та світла у вакуумі.

У однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно. Це твердження називається законом прямолінійного поширення світла. Досвідченим доказом цього закону є різкі тіні, що даються точковими джерелами світла.

Геометричну лінію, що вказує напрямок поширення світла, називають світловим променем. В ізотропному середовищі світлові промені спрямовані перпендикулярно до хвильового фронту.

Геометричне місце точок середовища, що коливаються в однаковій фазі, називають хвильовою поверхнею, а безліч точок, до яких дійшло коливання на даний момент часу, - фронтом хвилі. Залежно від виду фронту хвилі розрізняють плоскі та сферичні хвилі.

Для пояснення процесу поширення світла використовують загальний принципхвильової теорії про переміщення фронту хвилі у просторі, запропонований голландським фізиком Х.Гюйгенсом. Згідно з принципом Гюйгенса кожна точка середовища, до якої доходить світлове збудження, є центром вторинних сферичних хвиль, що поширюються також зі швидкістю світла. Поверхня, що огинає фронти цих вторинних хвиль, дає положення фронту хвилі, що дійсно розповсюджується в цей момент часу.

Необхідно розрізняти світлові пучки та світлові промені. Світловий пучок – це частина світлової хвилі, яка переносить світлову енергію у заданому напрямку. При заміні світлового пучка описуючим його світловим променем останній потрібно брати збігаються з віссю досить вузького, але має при цьому кінцеву ширину (розміри поперечного перерізу значно більше за довжину хвилі), світлового пучка.

Розрізняють розбіжні, схожі та квазіпаралельні світлові пучки. Часто використовують терміни пучок світлових променів чи навіть світлові промені, розуміючи під цим сукупність світлових променів, що описують реальний світловий пучок.

Швидкість світла у вакуумі c = 3108 м/с є універсальною константою і не залежить від частоти. Вперше експериментально швидкість світла було визначено астрономічним методом датським ученим О.Ремером. Точніше швидкість світла виміряв А.Майкельсон.

У речовині швидкість світла менша, ніж у вакуумі. Відношення швидкості світла у вакуумі до його швидкості у цьому середовищі називають абсолютним показником заломлення середовища:

де з – швидкість світла у вакуумі, v – швидкість світла у цьому середовищі. Абсолютні показники заломлення всіх речовин більше одиниці.

При поширенні світла у середовищі він поглинається і розсіюється, але в межі поділу середовищ – відбивається і заломлюється.

Закон відбиття світла: промінь, що падає, промінь відбитий і перпендикуляр до межі розділу двох середовищ, відновлений у точці падіння променя, лежать в одній площині; кут відбиття g дорівнює куту падіння a (рис. 1). Цей закон збігається із законом відображення хвиль будь-якої природи і може бути отриманий як наслідок принципу Гюйгенса.

Закон заломлення світла: падаючий промінь, заломлений промінь та перпендикуляр до межі розділу двох середовищ, відновлений у точці падіння променя, лежать в одній площині; відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення для даної частоти світла є постійна величина, звана відносним показником заломлення другого середовища відносно першої:

Експериментально встановлений закон заломлення світла пояснюється виходячи з принципу Гюйгенса. Відповідно до хвильових уявлень заломлення є наслідком зміни швидкості поширення хвиль при переході з одного середовища в інше, а фізичний зміст відносного показника заломлення – це відношення швидкості поширення хвиль у першому середовищі v1 до швидкості їх поширення у другому середовищі

Для середовищ з абсолютними показниками заломлення n1 і n2 відносний показник заломлення другого середовища щодо першої дорівнює відношенню абсолютного показника заломлення другого середовища до абсолютного показника заломлення першого середовища:

Те середовище, яке має великий показник заломлення, називається оптично більш щільним, швидкість поширення світла в ньому менша. Якщо світло переходить з оптично більш щільного середовища в оптично менш щільне, то при деякому куті падіння a0 кут заломлення має стати рівним p/2. Інтенсивність заломленого променя у разі стає дорівнює нулю. Світло, що падає на межу розділу двох середовищ, повністю відбивається від неї.

Кут падіння a0, при якому настає повне внутрішнє відбиття світла, називається граничним кутом повного внутрішнього відбиття. За всіх кутів падіння, рівних і великих a0, відбувається повне відбиття світла.

Розмір граничного кута перебуває із співвідношення Якщо n2 = 1 (вакуум), то

2 Показник заломлення речовини - величина, що дорівнює відношенню фазових швидкостей світла (електромагнітних хвиль) у вакуумі та в даному середовищі. Також про показник заломлення говорять для будь-яких інших хвиль, наприклад, звукових.

Показник заломлення залежить від властивостей речовини і довжини хвилі випромінювання, для деяких речовин показник заломлення досить сильно змінюється при зміні частоти електромагнітних хвиль від низьких частот до оптичних і далі, а також може різкіше змінюватися в певних областях частотної шкали. За умовчанням зазвичай мають на увазі оптичний діапазон або діапазон, що визначається контекстом.

Існують оптично анізотропні речовини, у яких показник заломлення залежить від напряму та поляризації світла. Такі речовини досить поширені, зокрема, це всі кристали з досить низькою симетрією кристалічних ґрат, а також речовини, піддані механічній деформації.

Показник заломлення можна виразити як корінь із твору магнітної та діелектричних проникностей середовища

(треба при цьому враховувати, що значення магнітної проникності і показника абсолютної діелектричної проникності для діапазону частот, що цікавить - наприклад, оптичного, можуть дуже сильно відрізнятися від статичного значення цих величин).

Для вимірювання коефіцієнта заломлення використовують ручні та автоматичні рефрактометри. При використанні рефрактометра визначення концентрації цукру у водному розчині прилад називають сахариметр.

Відношення синуса кута падіння () променя до синуса кута заломлення () при переході променя з середовища A до середовища B називається відносним показником заломлення для цієї пари середовищ.

Величина nє відносний показник заломлення середовища по відношенню до середовища А, аn" = 1/nє відносний показник заломлення середовища А по відношенню до середовища В.

Ця величина, за інших рівних умов, зазвичай менше одиниці при переході променя з середовища більш щільного в середовище менш щільне, і більше одиниці при переході променя з середовища менш щільного в середовище більш щільного (наприклад, з газу або вакууму в рідину або тверде тіло ). Є винятки з цього правила, і тому прийнято називати середовище оптично більш менш щільним, ніж інше (не плутати з оптичною щільністю як мірою непрозорості середовища).

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 або просто показником заломлення даного середовища, це і є показник заломлення, визначення якого дано на початку статті. Показник заломлення будь-якого газу, в тому числі повітря, за звичайних умов набагато менше, ніж показники заломлення рідин або твердих тіл, тому приблизно (і з порівняно непоганою точністю) про абсолютний показник заломлення можна судити за показником заломлення щодо повітря.

Рис. 3. Принцип дії інтерференційного рефрактометра. Промінь світла поділяють так, щоб дві його частини пройшли через кювети довжиною l заповнені речовинами з різними показниками заломлення. На виході з кювет промені набувають певної різниці ходу і, будучи зведені разом, дають на екрані картину інтерференційних максимумів і мінімумів з порядками (схематично показано праворуч). Різниця показників заломлення Dn = n2 -n1 = kl / 2, де - довжина хвилі світла.

Рефрактометри називаються прилади, що служать для вимірювання показника заломлення речовин. Принцип дії рефрактометра ґрунтується на явищі повного відображення. Якщо на межу розділу двох середовищ з показниками заломлення і з середовища більш оптично щільною падає розсіяний пучок світла, то починаючи з деякого кута падіння, промені не входять у друге середовище, а повністю відбиваються від межі розділу в першому середовищі. Цей кут називається граничним кутом повного відбиття. На рис.1 показано поведінку променів при падінні деяку струму цієї поверхні. Промінь йде під граничним кутом. З закону заломлення можна визначити: , (оскільки).

Величина граничного кута залежить від відносного показника заломлення двох середовищ. Якщо промені, відбиті від поверхні, направити на лінзу, що збирає, то у фокальній площині лінзи можна бачити межу світла і півтіні, причому, положення цієї межі залежить від величини граничного кута, а отже, і від показника заломлення. Зміна показника заломлення однієї із середовищ тягне у себе зміна становища кордону розділу. Кордон розділу світла і тіні може бути індикатором щодо показника заломлення, що й використовується в рефрактометрах. Цей метод визначення показника заломлення називається методом повного відображення

Крім методу повного відбиття в рефрактометрах використовується метод ковзного променя. У цьому методі розсіяний пучок світла потрапляє на кордон із середовища менш оптично щільного під всілякими кутами (рис. 2). Променю ковзному поверхнею (), відповідає - граничний кут заломлення (промінь на рис.2). Якщо на шляху променів (), заломлених на поверхні, поставити лінзу, то у фокальній площині лінзи ми також побачимо різку межу світла та тіні.

Рис. 2

Оскільки умови, що визначають величину граничного кута, в обох методах однакові, те й положення межі розділу збігається. Обидва методи рівноцінні, але метод повного відображення дозволяє вимірювати показник заломлення непрозорих речовин.

Хід променів у трикутній призмі

На малюнку 9 зображено переріз скляної призми площиною, перпендикулярною її бічним ребрам. Промінь у призмі відхиляється до основи, переломлюючись на гранях ОА та 0В. Кут між цими гранями називають заломлюючим кутом призми. Кут відхилення променя залежить від заломлюючого кута призм, показника заломлення п матеріалу призми і кута падіння. Він може бути обчислений за допомогою закону заломлення (1.4).

У рефрактометрі використовується джерело 3 білих світла. Внаслідок дисперсії при проходженні світлом призм 1 і 2 межа світла та тіні виявляється забарвленою. Щоб уникнути цього перед об'єктивом зорової труби поміщають компенсатор 4. Він складається з двох однакових призм, кожна з яких склеєна з трьох призм, що мають різний показник заломлення. Призми підбирають так, щоб монохроматичний промінь із довжиною хвилі = 589,3 мкм. (Довжина хвилі жовтої лінії натрію) не відчував після проходження компенсатора відхилення. Промені з іншими довжинами хвиль відхиляються призмами у різних напрямках. Переміщуючи призми компенсатора за допомогою спеціальної рукоятки, домагаються того, щоб межа світла і темряви стала більш чіткою.

Промені світла, пройшовши компенсатор, потрапляють в об'єктив 6 зорової труби. Зображення межі розділу світло – тінь у окуляр 7 зорової труби. Одночасно в окуляр розглядається шкала 8. Так як граничний кут заломлення та граничний кут повного відображення залежать від показника заломлення рідини, то на шкалі рефрактометра одразу нанесено значення цього показника заломлення.

Оптична система рефрактометра містить поворотну призму 5. Вона дозволяє розташувати вісь зорової труби перпендикулярно призмам 1 і 2, що робить спостереження більш зручним.

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 речовин щодо 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 випромінюванні розподіл 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 твердого прозорого тіла застосовується 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 шаромв 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 під різними
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 впливом світла молекули різних речовин поляризуються по-різному. Саме на цій залежності й ґрунтується рефрактометричний метод.

Метод цей має цілу низку переваг, внаслідок чого він знайшов широке застосуванняяк у хімічних дослідженнях, і при контролі технологічних процесів.

1)Вимірювання показники заломлення є дуже простим процесом, який здійснюється точно і за мінімальних витрат часу та 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 в даному випадкувизначає ступінь деформованості його молекул під дією світла - ступінь поляризованості.

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 довжинхвиль переломлюються по-різному.

3)температури , При якій проводиться вимір. Обов'язковою умовоювизначення 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

Рис. 184. Відносний показник заломлення двох середовищ:

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

Таблиця 6. Показник заломлення різних речовин щодо повітря

Рідини		Тверді речовини
Речовина		Речовина

Спирт етиловий
Сірковуглець
Гліцерин		Скло (легкий крон)
Рідкий водень		Скло (важкий флінт)
Рідкий гелій

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

Процеси, пов'язані зі світлом, є важливою складовою фізики і оточують нас у нашому повсякденному житті повсюдно. Найважливіші в цій ситуації є закони відображення та заломлення світла, на яких ґрунтується сучасна оптика. Заломлення світла є важливим складником сучасної науки.

Ефект спотворення

Ця стаття розповість вам, що є явищем заломлення світла, а також як виглядає закон заломлення і що з нього випливає.

Основи фізичного явища

При падінні променя на поверхню, яка розділяється двома прозорими речовинами, що мають різну оптичну густину (наприклад, різне скло або у воді), частина променів буде відображена, а частина – проникне у другу структуру (наприклад, піде поширюватися у воді чи склі). При переході з одного середовища до іншого для променя характерна зміна свого напряму. Це і є явище заломлення світла.
Особливо добре відображення та заломлення світла видно у воді.

Ефект спотворення у воді

Дивлячись на речі, що у воді, вони здаються спотвореними. Особливо це дуже помітно на межі між повітрям та водою. Візуально здається, що підводні предмети трохи відхилені. У фізичному явищі, що описується, якраз і криється причина того, що у воді всі об'єкти здаються спотвореними. При попаданні променів на скло цей ефект менш помітний.
Заломлення світла є фізичне явище, яке характеризується зміною напрямку руху сонячного променя в момент переміщення з одного середовища (структури) в інше.
Для покращення розуміння даного процесу, розглянемо приклад попадання променя з повітря у воду (аналогічно до скла). Під час проведення перпендикуляра вздовж межі розділу можна виміряти кут заломлення та повернення світлового променя. Цей показник (кут заломлення) змінюватиметься при проникненні потоку у воду (всередину скла).
Зверніть увагу! Під даним параметром розуміється кут, який утворює перпендикуляр, проведений до розділу двох речовин при проникненні променя першої структури в другу.

Проходження променя

Цей показник характерний й інших середовищ. Встановлено, що даний показникзалежить від густини речовини. Якщо падіння променя відбувається з менш щільною в щільнішу структуру, то кут створюваного спотворення буде більшим. А якщо навпаки – то менше.
При цьому зміна нахилу падіння також позначиться на даному показнику. Але відношення між ними не залишається незмінним. У той же час, відношення їхніх синусів залишиться постійною величиною, яку відображає така формула: sinα / sinγ = n, де:

n – стала величина, яка описана для кожної конкретної речовини (повітря, скла, води і т.д.). Тому, яка буде дана величинаможна визначити за спеціальними таблицями;
α – кут падіння;
γ – кут заломлення.

Для визначення цього фізичного явища і було створено закон заломлення.

Фізичний закон

Закон заломлення світлових потоків дає змогу визначити характеристики прозорих речовин. Сам закон складається з двох положень:

перша частина. Промінь (падаючий, змінений) та перпендикуляр, який був відновлений у точці падіння на кордоні, наприклад, повітря та води (скла тощо), будуть розташовуватися в одній площині;
друга частина. Показник співвідношення синуса кута падіння до синуса цього ж кута, що утворився під час переходу кордону, буде величиною постійної.

Опис закону

При цьому в момент виходу променя з другої структури в першу (наприклад, при проходженні світлового потоку з повітря через скло і назад в повітря) також буде виникати ефект спотворення.

Важливий параметр для різних об'єктів

Основний показник у цій ситуації — це співвідношення синуса кута падіння до аналогічного параметра, але спотворення. Як випливає із закону, описаного вище, цей показник являє собою постійну величину.
При цьому при зміні значення нахилу падіння така ж ситуація буде характерна і для аналогічного показника. Цей параметр має велике значенняоскільки є невід'ємною характеристикою прозорих речовин.

Показники для різних об'єктів

Завдяки цьому параметру можна досить ефективно розрізняти види скла, а також різноманітні дорогоцінне каміння. Також він важливий визначення швидкості переміщення світла у різних середовищах.

Зверніть увагу! Найвища швидкістьсвітлового потоку – у вакуумі.

При переході з однієї речовини в інші його швидкість буде зменшуватися. Наприклад, у алмазу, який має найбільший показник заломлюваності, швидкість поширення фотонів буде в 2,42 рази вищою, ніж у повітря. У воді вони поширюватимуться повільніше в 1,33 рази. Для різних видівскла цей параметр коливається в діапазоні від 1,4 до 2,2.

Зверніть увагу! Деякі скла мають показник заломлення 2,2, що дуже близько до алмазу (2,4). Тому не завжди вдасться відрізнити скло від реального алмазу.

Оптична густина речовин

Світло може проникати через різні речовини, що характеризуються різними показниками оптичної густини. Як ми вже говорили раніше, використовуючи цей закон можна визначити характеристику густини середовища (структури). Чим щільнішою вона буде, тим з меншою швидкістю в ній поширюватиметься світло. Наприклад, скло або вода будуть більш оптично щільними, ніж повітря.
Крім того, що цей параметр є постійною величиною, він ще й відображає відношення швидкості світла у двох речовинах. Фізичний зміст можна відобразити у вигляді наступної формули:

Цей показник каже, як змінюється швидкість поширення фотонів під час переходу з однієї речовини до іншого.

Ще один важливий показник

При переміщенні світлового потоку через прозорі об'єкти можлива його поляризація. Вона спостерігається під час проходження світлового потоку від діелектричних ізотропних середовищ. Поляризація виникає під час проходження фотонів через скло.

Ефект поляризації

Часткова поляризація спостерігається, коли кут падіння світлового потоку на межі двох діелектриків відрізнятиметься від нуля. Ступінь поляризації залежить від того, якими були кути падіння (закон Брюстера).

Повноцінне внутрішнє відображення

Завершуючи наш невеликий екскурс, ще необхідно розглянути такий ефект як повноцінне внутрішнє відображення.

Явище повноцінного відображення

Для появи даного ефекту необхідно збільшення кута падіння світлового потоку в момент його переходу з більш щільного менш щільне середовище в межі розділу між речовинами. У ситуації, коли цей параметр перевищуватиме певне граничне значення, тоді фотони, що падають на межу цього розділу, будуть повністю відображатися. Власне, це і буде наше шукане явище. Без нього було неможливо зробити волоконну оптику.

Висновок

Практичне застосування особливостей поведінки світлового потоку дали дуже багато, створивши різноманітні технічні пристрої для покращення нашого життя. При цьому світло відкрило перед людством далеко не всі свої можливості та його практичний потенціал ще повністю не реалізовано.

Як зробити паперовий світильник своїми руками
Як перевірити працездатність світлодіодної стрічки

Урок 25/III-1 Поширення світла у різних середовищах. Заломлення світла межі розділу двох середовищ.

Вивчення нового матеріалу.

Досі ми розглядали поширення світла в одному середовищі, як завжди – у повітрі. Світло може поширюватися в різних середовищах: переходити з одного середовища до іншого; у точках падіння промені не лише відбиваються від поверхні, а й частково проходять через неї. Такі переходи викликають чимало гарних та цікавих явищ.

Зміна напряму поширення світла, що проходить через кордон двох середовищ, називають заломленням світла.

Частина світлового променя, падаючого межу розділу двох прозорих середовищ, відбивається, а частина перетворюється на іншу середу. При цьому напрям світлового променя, який перейшов в інше середовище, змінюється. Тому явище називається заломленням, а промінь – заломленим.

1 - падаючий промінь

2 - відбитий промінь

3 – заломлений промінь α β

ГО 1 – межа поділу двох середовищ

MN - перпендикуляр ПРО 1

Кут, утворений променем та перпендикуляром до межі розділу двох середовищ, опущеним у точку падіння променя, називається кутом заломлення γ (гама).

Світло у вакуумі поширюється зі швидкістю 300 000 км/с. У будь-якому середовищі швидкість світла завжди менша, ніж у вакуумі. Тому при переході світла з одного середовища до іншого, його швидкість зменшується і це є причиною заломлення світла. Чим менше швидкість поширення світла в даному середовищі, тим більшою оптичною щільністю має це середовище. Так, наприклад, повітря має більше оптичну щільність, ніж вакуум, тому що в повітрі швидкість світла дещо менша, ніж у вакуумі. Оптична щільність води більша, ніж оптична щільність повітря, оскільки швидкість світла у повітрі більша, ніж у воді.

Чим більше відрізняються оптичні щільності двох середовищ, тим більше світло переломлюється на межі їх розділу. Чим більше змінюється швидкість світла межі розділу двох середовищ, тим більше воно заломлюється.

Для кожної прозорої речовини існує така важлива фізична характеристика, як показник заломлення світла n.Він показує, у скільки разів швидкість світла в цій речовині менша, ніж у вакуумі.

Показник заломлення світла

Речовина	Речовина	Речовина
	Кам'яна сіль	Скіпідар
	Кедрова олія	Спирт етиловий

Гліцерин	Плексиглас	Скло (легке)
	Сірковуглець

Співвідношення значень кута падіння та кута заломлення залежить від оптичної щільності кожної із середовища. Якщо промінь світла переходить із середовища з меншою оптичною щільністю в середовище з більшою оптичною щільністю, то кут заломлення буде меншим, ніж кут падіння. Якщо промінь світла переходить із середовища з більшою оптичною щільністю, то кут заломлення буде меншим, ніж кут падіння. Якщо промінь світла переходить із середовища з більшою оптичною щільністю в середовище з меншою оптичною щільністю, то кут заломлення більше, ніж кут падіння.

Тобто якщо n 1 γ; якщо n 1 >n 2 то α<γ.

Закон заломлення світла :

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

Співвідношення кута падіння та кута заломлення визначаються формулою.

де - синус кута падіння, - синус кута заломлення.

Значення синусів та тангенсів для кутів 0 – 900

Градуси	Градуси	Градуси

Закон заломлення світла вперше сформулював голландський астроном і математик В. Снеліус близько 1626, професор Лейденського університету (1613).

Для XVI століття оптика була ультрасучасною наукою. Зі скляної кулі, наповненої водою, якою користувалися як лінзою, виникло збільшувальне скло. А з нього винайшли підзорну трубу та мікроскоп. На той час Нідерландам були потрібні підзорні труби для розгляду берега і своєчасно втекти від ворогів. Саме оптика забезпечила успіх та надійність навігації. Тому в Нідерландах дуже багато вчених цікавилося саме оптикою. Голландець Скель Ван Ройєн (Снеліус) спостерігав, як тонкий промінь світла відбивався в дзеркалі. Він вимірював кут падіння та кут відображення і встановив: кут відображення дорівнює куту падіння. Йому належать закони відображення світла. Він вивів закон заломлення світла.

Розглянемо закон заломлення світла.

У ньому - відносний показник заломлення другої середовища щодо першої, у разі, коли другий має велику оптичну щільність. Якщо світло заломлюється і проходить із середовище з меншою оптичною щільністю, тоді α< γ, тогда

Якщо першим середовищем є вакуум, то n 1 =1 .

Цей показник називають абсолютним показником заломлення другого середовища:

де - швидкість світла у вакуумі, швидкість світла у цьому середовищі.

Наслідком заломлення світла в атмосфері Землі є той факт, що ми бачимо Сонце і зірки трохи вищі за їх реальне становище. Заломленням світла можна пояснити виникнення міражів, веселки… Явище заломлення світла є основою принципу чисельних оптичних пристроїв: мікроскопа, телескопа, фотоапарата.

Закон заломлення світла. Абсолютний та відносний показники заломлення

Показник заломлення

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ

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

Деградації, Індекс

Індекс

Від чого залежить показник заломлення речовини?

Індекс

Товариство, Індекс

Відбору, Індекс

Надійності, Індекс

Прогнозування ефективності, індекс

Слова, Індекс

Будинки Тіла, Індекс

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

Основи фізичного явища

Фізичний закон

Важливий параметр для різних об'єктів

Оптична густина речовин

Ще один важливий показник

Повноцінне внутрішнє відображення

Висновок

Показник заломлення світла

Значення синусів та тангенсів для кутів 0 – 900