Индекс на пречупване спрямо честота. Как се изчислява индексът на пречупване? Какъв е индексът на пречупване на стъклото? И когато трябва да го знаете

Нека се обърнем към по-подробно разглеждане на индекса на пречупване, който въведохме в §81 при формулирането на закона за пречупване.

Коефициентът на пречупване зависи от оптичните свойства както на средата, от която пада лъчът, така и на средата, в която той прониква. Коефициентът на пречупване, получен при падане на светлина от вакуум върху която и да е среда, се нарича абсолютен индекс на пречупване на тази среда.

Ориз. 184. Относителен индекс на пречупване на две среди:

Нека абсолютният показател на пречупване на първата среда е , а на втората среда - . Като се има предвид пречупването на границата на първата и втората среда, ние се уверяваме, че индексът на пречупване по време на прехода от първата среда към втората, така нареченият относителен индекс на пречупване, е равен на съотношението на абсолютните показатели на пречупване на втора и първа медия:

(фиг. 184). Напротив, при преминаване от втората среда към първата имаме относителен показател на пречупване

Установената връзка между относителния индекс на пречупване на две среди и техните абсолютни показатели на пречупване може да бъде изведена теоретично, без нови експерименти, точно както това може да се направи за закона за обратимостта (§82),

Среда с по-висок коефициент на пречупване се нарича оптически по-плътна. Обикновено се измерва коефициентът на пречупване на различни среди спрямо въздуха. Абсолютният индекс на пречупване на въздуха е. По този начин абсолютният индекс на пречупване на всяка среда е свързан с нейния индекс на пречупване спрямо въздуха по формулата

Таблица 6. Индекс на пречупване различни веществаспрямо въздуха

Течности		Твърди вещества
вещество		вещество

Етанол
Въглероден дисулфид
Глицерол		Стъкло (светла корона)
Течен водород		Стъкло (тежък кремък)
Течен хелий

Коефициентът на пречупване зависи от дължината на вълната на светлината, т.е. от нейния цвят. Различните цветове съответстват на различни индекси на пречупване. Това явление, наречено дисперсия, играе важна роля в оптиката. Ще се занимаваме с това явление многократно в следващите глави. Данните, дадени в табл. 6, се отнасят до жълта светлина.

Интересно е да се отбележи, че законът за отражението може да бъде официално написан в същата форма като закона за пречупването. Нека припомним, че се съгласихме винаги да измерваме ъгли от перпендикуляра към съответния лъч. Следователно трябва да считаме, че ъгълът на падане и ъгълът на отражение имат противоположни знаци, т.е. законът за отражение може да бъде написан като

Сравнявайки (83.4) със закона за пречупване, виждаме, че законът за отражение може да се разглежда като специален случай на закона за пречупване при . Това формално сходство на законите за отражение и пречупване е от голяма полза при решаването на практически проблеми.

В предишното изложение индексът на пречупване имаше значението на константа на средата, независимо от интензитета на светлината, преминаваща през нея. Това тълкуване на коефициента на пречупване е съвсем естествено, но в случай на висок интензитет на излъчване, постижимо с помощта на съвременните лазери, то не е оправдано. Свойствата на средата, през която преминава силно светлинно лъчение, зависят в този случай от нейния интензитет. Както се казва, средата става нелинейна. Нелинейността на средата се проявява по-специално във факта, че светлинна вълна с висок интензитет променя индекса на пречупване. Зависимостта на коефициента на пречупване от интензитета на излъчване има формата

Тук е обичайният индекс на пречупване, и е нелинейният индекс на пречупване, и е факторът на пропорционалност. Допълнителният член в тази формула може да бъде положителен или отрицателен.

Относителните промени в индекса на пречупване са относително малки. При нелинеен индекс на пречупване. Въпреки това, дори такива малки промени в индекса на пречупване са забележими: те се проявяват в особен феномен на самофокусиране на светлината.

Нека разгледаме среда с положителен нелинеен индекс на пречупване. В този случай областите с повишен интензитет на светлината са едновременно области с повишен индекс на пречупване. Обикновено реално лазерно лъчениеРазпределението на интензитета върху напречното сечение на лъча от лъчи е неравномерно: интензитетът е максимален по оста и плавно намалява към краищата на лъча, както е показано на фиг. 185 плътни криви. Подобно разпределение описва и промяната в индекса на пречупване в напречното сечение на клетка с нелинейна среда, по оста на която се разпространява лазерният лъч. Коефициентът на пречупване, който е най-голям по оста на кюветата, плавно намалява към стените й (пунктирани криви на фиг. 185).

Сноп от лъчи, излизащ от лазера успоредно на оста, влизайки в среда с променлив индекс на пречупване, се отклонява в посоката, където е по-голям. Следователно повишеният интензитет в близост до кюветата води до концентрация на светлинни лъчи в тази област, показана схематично в напречни сечения и на фиг. 185, а това води до допълнително увеличение. В крайна сметка ефективното напречно сечение на светлинен лъч, преминаващ през нелинейна среда, е значително намалено. Светлината преминава през тесен канал с висок индекс на пречупване. По този начин лазерният лъч от лъчи се стеснява и нелинейната среда под въздействието на интензивно лъчение действа като събирателна леща. Това явление се нарича самофокусиране. Може да се наблюдава например в течен нитробензен.

Ориз. 185. Разпределение на интензитета на излъчване и индекса на пречупване върху напречното сечение на лазерен лъч от лъчи на входа на кюветата (а), близо до входния край (), в средата (), близо до изходния край на кюветата ( )

Пречупването е определено абстрактно число, което характеризира способността на пречупване на всяка прозрачна среда. Прието е да се обозначава с n. Има абсолютен индекс на пречупване и относителен индекс.

Първият се изчислява по една от двете формули:

n = sin α / sin β = const (където sin α е синусът на ъгъла на падане, а sin β е синусът на светлинния лъч, влизащ в разглежданата среда от празнота)

n = c / υ λ (където c е скоростта на светлината във вакуум, υ λ е скоростта на светлината в изследваната среда).

Тук изчислението показва колко пъти светлината променя скоростта си на разпространение в момента на преминаване от вакуум към прозрачна среда. Това определя коефициента на пречупване (абсолютен). За да разберете относително, използвайте формулата:

Тоест, разглеждат се абсолютните индекси на пречупване на вещества с различна плътност, като въздух и стъкло.

Най-общо казано, абсолютните коефициенти на всяко тяло, било то газообразно, течно или твърдо, винаги са по-големи от 1. По принцип техните стойности варират от 1 до 2. Тази стойност може да бъде по-висока от 2 само в изключителни случаи. Значението на този параметър за някои среди е:

Тази стойност, приложена към най-твърдото естествено вещество на планетата, диаманта, е 2,42. Много често, когато се провеждат научни изследвания и т.н., е необходимо да се знае коефициентът на пречупване на водата. Този параметър е 1,334.

Тъй като дължината на вълната, разбира се, е променлив индикатор, на буквата n се присвоява индекс. Стойността му помага да се разбере към коя вълна от спектъра принадлежи този коефициент. Когато разглеждаме същото вещество, но с увеличаване на дължината на вълната на светлината, индексът на пречупване ще намалее. Това обстоятелство причинява разлагане на светлината в спектър при преминаване през леща, призма и др.

Чрез стойността на индекса на пречупване можете да определите например колко от едно вещество е разтворено в друго. Това може да бъде полезно, например, при варене на бира или когато трябва да знаете концентрацията на захар, плодове или плодове в сока. Този показател е важен както при определяне на качеството на петролните продукти, така и в бижутерията, когато е необходимо да се докаже автентичността на камък и др.

Без използването на каквото и да е вещество, скалата, която се вижда в окуляра на устройството, ще бъде напълно синя. Ако капнете обикновена дестилирана вода върху призмата, ако инструментът е правилно калибриран, границата между синьо и бели цветяще премине стриктно на нулевата отметка. Когато изучавате друго вещество, то ще се измести по скалата в зависимост от това какъв индекс на пречупване е характерен за него.

ЗА ЛЕКЦИЯ №24

"ИНСТРУМЕНТАЛНИ МЕТОДИ ЗА АНАЛИЗ"

РЕФРАКТОМЕТРИЯ.

Литература:

1. В.Д. Пономарев “Аналитична химия” 1983 246-251

2. А.А. Ishchenko “Аналитична химия” 2004 стр. 181-184

РЕФРАКТОМЕТРИЯ.

Рефрактометрията е една от най-простите физични методианализ на разходите минимално количествона аналита и се извършва за много кратко време.

Рефрактометрия- метод, базиран на явлението рефракция или пречупване, т.е. промяна на посоката на разпространение на светлината при преминаване от една среда в друга.

Пречупването, както и поглъщането на светлината, е следствие от нейното взаимодействие със средата. Думата рефрактометрия означава измерване пречупване на светлината, което се оценява по стойността на индекса на пречупване.

Стойност на индекса на пречупване нЗависи

1) върху състава на веществата и системите,

2) от факта в каква концентрация и какви молекули среща светлинният лъч по пътя си, защото Под въздействието на светлината молекулите на различните вещества се поляризират по различен начин. Именно на тази зависимост се основава рефрактометричният метод.

Този метод има редица предимства, в резултат на което е намерил широко приложение и в двете химически изследвания, и при наблюдение на технологични процеси.

1) Измерването на индексите на пречупване е много прост процес, който се извършва точно и с минимално време и количество материал.

2) Обикновено рефрактометрите осигуряват точност до 10% при определяне на индекса на пречупване на светлината и съдържанието на аналита

Рефрактометричният метод се използва за контрол на автентичността и чистотата, за идентифициране на отделни вещества и за определяне на структурата на органични и неорганични съединения при изследване на разтвори. Рефрактометрията се използва за определяне на състава на двукомпонентни разтвори и за тройни системи.

Физическа основа на метода

ИНДЕКС НА ПРЕКРЪПЛЕНИЕ.

отклонение светлинен лъчот първоначалната посока, когато преминава от една среда в друга, толкова по-голяма е разликата в скоростите на разпространение на светлината в две

тези среди.

Нека разгледаме пречупването на светлинен лъч на границата на всеки две прозрачни среди I и II (вижте фиг.). Нека се съгласим, че среда II има по-голяма пречупваща сила и следователно, n 1И n 2- показва пречупването на съответните среди. Ако средата I не е вакуум или въздух, тогава съотношението на sin ъгъла на падане на светлинния лъч към sin ъгъла на пречупване ще даде стойността на относителния индекс на пречупване n rel. Стойност n rel. може също да се определи като съотношението на индексите на пречупване на разглежданата среда.

n отн. = ----- = ---

Стойността на коефициента на пречупване зависи от

1) природата на веществата

Естеството на веществото в този случай се определя от степента на деформируемост на неговите молекули под въздействието на светлината - степента на поляризуемост. Колкото по-интензивна е поляризуемостта, толкова по-силно е пречупването на светлината.

2)дължина на вълната на падащата светлина

Измерването на индекса на пречупване се извършва при дължина на светлинната вълна 589,3 nm (линия D на натриевия спектър).

Зависимостта на показателя на пречупване от дължината на вълната на светлината се нарича дисперсия. Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-голямо е пречупването. Следователно лъчите с различна дължина на вълната се пречупват по различен начин.

3)температура , при които се извършва измерването. Предпоставка за определяне на индекса на пречупване е спазването на температурния режим. Обикновено определянето се извършва при 20±0,3 0 С.

С повишаване на температурата коефициентът на пречупване намалява; с понижаване на температурата той се увеличава..

Корекцията за температурните ефекти се изчислява по следната формула:

n t = n 20 + (20-t) 0,0002, където

n t –Чао индекс на пречупване при дадена температура,

n 20 - индекс на пречупване при 20 0 С

Влиянието на температурата върху стойностите на индексите на пречупване на газове и течности е свързано със стойностите на техните коефициенти на обемно разширение. Обемът на всички газове и течности се увеличава при нагряване, плътността намалява и следователно индикаторът намалява

Индексът на пречупване, измерен при 20 0 C и дължина на светлинната вълна от 589,3 nm, се обозначава с индекса n D 20

Зависимостта на коефициента на пречупване на хомогенна двукомпонентна система от нейното състояние се установява експериментално чрез определяне на коефициента на пречупване за редица стандартни системи (например разтвори), съдържанието на компонентите в които е известно.

4) концентрация на веществото в разтвор.

За много водни разтворивещества, показателите на пречупване при различни концентрации и температури са надеждно измерени и в тези случаи могат да се използват референтни данни рефрактометрични таблици. Практиката показва, че когато съдържанието на разтворено вещество не надвишава 10-20%, наред с графичния метод в много случаи е възможно да се използва линейно уравнениеТип:

n=n o +FC,

н-индекс на пречупване на разтвора,

не- индекс на пречупване на чист разтворител,

° С- концентрация на разтворено вещество,%

Е-емпиричен коефициент, чиято стойност се намира

чрез определяне на индекса на пречупване на разтвори с известна концентрация.

РЕФРАКТОМЕТРИ.

Рефрактометрите са инструменти, използвани за измерване на индекса на пречупване. Има 2 вида от тези устройства: рефрактометър тип Abbe и тип Pulfrich. И в двата случая измерванията се основават на определяне на максималния ъгъл на пречупване. На практика се използват рефрактометри от различни системи: лабораторни RL, универсални RL и др.

Коефициентът на пречупване на дестилираната вода е n 0 = 1,33299, но на практика този показател се приема като референтен като n 0 =1,333.

Принципът на работа на рефрактометрите се основава на определяне на индекса на пречупване по метода на граничния ъгъл (ъгълът на пълно отражение на светлината).

Ръчен рефрактометър

Рефрактометър на Abbe

Ориз. 184. Относителен индекс на пречупване на две среди:

(фиг. 184). Напротив, при преминаване от втората среда към първата имаме относителен показател на пречупване

Таблица 6. Индекс на пречупване на различни вещества спрямо въздуха

Нека разгледаме среда с положителен нелинеен индекс на пречупване. В този случай областите с повишен интензитет на светлината са едновременно области с повишен индекс на пречупване. Обикновено при реално лазерно лъчение разпределението на интензитета върху напречното сечение на лъча от лъчи е неравномерно: интензитетът е максимален по оста и плавно намалява към краищата на лъча, както е показано на фиг. 185 плътни криви. Подобно разпределение описва и промяната в индекса на пречупване в напречното сечение на клетка с нелинейна среда, по оста на която се разпространява лазерният лъч. Коефициентът на пречупване, който е най-голям по оста на кюветата, плавно намалява към стените й (пунктирани криви на фиг. 185).

Определяне коефициента на пречупване на прозрачни твърди тела

И течности

Уреди и аксесоари: микроскоп със светлинен филтър, плоскопаралелна плака със знак АВ във формата на кръст; рефрактометър марка "РЛ"; набор от течности.

Цел на работата:определят показателите на пречупване на стъкло и течности.

Определяне на индекса на пречупване на стъклото с помощта на микроскоп

За определяне на коефициента на пречупване на прозрачен твърдоИзползва се плоскопаралелна плоча от този материал с маркировка.

Марката се състои от две взаимно перпендикулярни драскотини, едната от които (А) е нанесена върху дъното, а втората (В) е нанесена върху горната повърхност на табелата. Плаката се осветява с монохроматична светлина и се гледа през микроскоп. На
ориз. Фигура 4.7 показва напречно сечение на изследваната плоча с вертикална равнина.

Лъчите AD и AE след пречупване на границата стъкло-въздух се движат в посоки DD1 и EE1 и влизат в лещата на микроскопа.

Наблюдател, който гледа плочата отгоре, вижда точка А в пресечната точка на продължението на лъчите DD1 и EE1, т.е. в точка С.

По този начин точка A изглежда за наблюдателя като разположена в точка C. Нека намерим връзката между коефициента на пречупване n на материала на плочата, дебелината d и видимата дебелина d1 на плочата.

4.7 се вижда, че VD = VСtgi, BD = АВtgr, откъдето

tgi/tgr = AB/BC,

където AB = d – дебелина на плочата; BC = d1 видима дебелина на плочата.

Ако ъглите i и r са малки, тогава

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4.5)

тези. Sini/Sinr = d/d1.

Като вземем предвид закона за пречупване на светлината, получаваме

Измерването d/d1 се извършва с помощта на микроскоп.

Оптичната конструкция на микроскопа се състои от две системи: система за наблюдение, която включва леща и окуляр, монтирани в тръба, и система за осветление, състояща се от огледало и подвижен филтър. Изображението се фокусира чрез завъртане на дръжките, разположени от двете страни на тръбата.

По оста на дясната ръкохватка е монтиран диск с циферблатна скала.

Отчитането b по циферблата спрямо фиксирания показалец определя разстоянието h от лещата до предмета на микроскопа:

Коефициентът k показва на каква височина се движи тръбата на микроскопа, когато дръжката се завърти на 1°.

Диаметърът на лещата в тази настройка е малък в сравнение с разстоянието h, така че екстремният лъч, който влиза в лещата, образува малък ъгъл i с оптичната ос на микроскопа.

Ъгълът на пречупване r на светлината в плочата е по-малък от ъгъла i, т.е. също е малък, което отговаря на условие (4.5).

Работен ред

1. Поставете плаката върху предметния стол на микроскопа, така че пресечната точка на линии A и B (вижте фиг.

Индекс на пречупване

4.7) се виждаше.

2. Завъртете дръжката на повдигащия механизъм, за да повдигнете тръбата в горна позиция.

3. Гледайки през окуляра, завъртете дръжката, за да спуснете плавно тръбата на микроскопа, докато в зрителното поле се види ясно изображение на драскотина B, нанесена върху горната повърхност на плаката. Запишете показанието b1 на крайника, което е пропорционално на разстоянието h1 от лещата на микроскопа до горния ръб на плаката: h1 = kb1 (фиг.

4. Продължете да спускате тръбата плавно, докато получите ясно изображение на драскотина A, която изглежда на наблюдателя като разположена в точка C. Запишете ново показание b2 на циферблата. Разстояние h1 от лещата до горна повърхностплочи, пропорционални на b2:
h2 = kb2 (фиг. 4.8, b).

Разстоянията от точки B и C до лещата са равни, тъй като наблюдателят ги вижда еднакво ясно.

Преместването на тръбата h1-h2 е равно на видимата дебелина на плочата (фиг.

d1 = h1-h2 = (b1-b2)k. (4,8)

5. Измерете дебелината на плочата d в пресечната точка на щрихите. За да направите това, поставете спомагателна стъклена плоча 2 под изследваната плоча 1 (фиг. 4.9) и спуснете тръбата на микроскопа, докато лещата (леко) докосне изследваната плоча. Обърнете внимание на индикацията на циферблата a1. Отстранете изследваната плака и спуснете тръбата на микроскопа, докато лещата докосне плака 2.

Забележка четене a2.

След това лещата на микроскопа ще се спусне до височина, равна на дебелината на изследваната плоча, т.е.

d = (a1-a2)k. (4,9)

6. Изчислете индекса на пречупване на материала на плочата, като използвате формулата

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

7. Повторете всички горепосочени измервания 3 - 5 пъти, изчислете средната стойност n, абсолютните и относителните грешки rn и rn/n.

Определяне на коефициента на пречупване на течности с помощта на рефрактометър

Уредите, които се използват за определяне на показателите на пречупване, се наричат рефрактометри.

Общият изглед и оптичният дизайн на RL рефрактометъра са показани на фиг. 4.10 и 4.11.

Измерването на индекса на пречупване на течности с помощта на RL рефрактометър се основава на феномена на пречупване на светлината, преминаваща през интерфейса между две среди с различни показатели на пречупване.

Светлинен лъч (фиг.

4.11) от източник 1 (лампа с нажежаема жичка или дневна дифузна светлина) с помощта на огледало 2 се насочва през прозорец в тялото на устройството към двойна призма, състояща се от призми 3 и 4, които са направени от стъкло с индекс на пречупване 1,540 .

Повърхност AA на горната осветителна призма 3 (фиг.

4.12, а) матова и служи за осветяване на течността с разсеяна светлина, отложена в тънък слой в междината между призмите 3 и 4. Светлината, разсеяна от матовата повърхност 3, преминава през равнинно-паралелния слой на изследваната течност и пада върху диагоналното лице BB на долната призма 4 под различни
ъгли i вариращи от нула до 90°.

За да се избегне явлението пълно вътрешно отражение на светлината върху повърхността на взривното вещество, индексът на пречупване на изследваната течност трябва да бъде по-малък от индекса на пречупване на стъклото на призма 4, т.е.

по-малко от 1.540.

Светлинен лъч, чийто ъгъл на падане е 90°, се нарича паша.

Плъзгащ се лъч, пречупен на границата течност-стъкло, ще се движи в призма 4 при максималния ъгъл на пречупване rи т.н< 90о.

Пречупването на плъзгащ се лъч в точка D (виж фиг. 4.12, а) се подчинява на закона

nst/nl = sinipr/sinrpr (4.11)

или nf = nst sinrpr, (4.12)

тъй като sinip = 1.

На повърхността BC на призма 4 се получава пречупване на светлинните лъчи и след това

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a, (4.14)

където a е пречупващият лъч на призма 4.

Чрез съвместно решаване на системата от уравнения (4.12), (4.13), (4.14), можем да получим формула, която свързва индекса на пречупване nj на изследваната течност с граничния ъгъл на пречупване r'pr на лъча, излизащ от призмата 4:

Ако на пътя на лъчите, излизащи от призма 4, се постави телескоп, тогава долната част на зрителното му поле ще бъде осветена, а горната част ще бъде тъмна. Границата между светлите и тъмните полета се образува от лъчи с максимален ъгъл на пречупване r¢pr. В тази система няма лъчи с ъгъл на пречупване, по-малък от r¢pr (фиг.

Стойността на r¢pr, следователно, и позицията на границата на chiaroscuro зависят само от индекса на пречупване nf на изследваната течност, тъй като nst и a са постоянни стойности в това устройство.

Като знаете nst, a и r¢pr, можете да изчислите nl с помощта на формула (4.15). На практика формулата (4.15) се използва за калибриране на скалата на рефрактометъра.

В мащаб 9 (вж.

ориз. 4.11) отляво са стойностите на индекса на пречупване за ld = 5893 Å. Пред окуляра 10 - 11 има табела 8 с маркировка (—-).

Чрез преместване на окуляра заедно с пластина 8 по скалата е възможно да се изравни маркировката с границата между тъмното и светлото зрително поле.

Разделянето на градуираната скала 9, съвпадащо с маркировката, дава стойността на индекса на пречупване nl на изследваната течност. Леща 6 и окуляр 10 - 11 образуват телескоп.

Въртящата се призма 7 променя хода на лъча, насочвайки го в окуляра.

Поради дисперсията на стъклото и изследваната течност, вместо ясна граница между тъмните и светлите полета, при наблюдение в бяла светлина се получава ивица дъга. За да се елиминира този ефект, се използва компенсатор на дисперсия 5, монтиран пред обектива на телескопа. Основната част на компенсатора е призма, която е слепена от три призми и може да се върти спрямо оста на телескопа.

Ъглите на пречупване на призмата и техният материал са подбрани така, че през тях без пречупване да преминава жълта светлина с дължина на вълната lд =5893 Å. Ако на пътя на цветните лъчи се монтира компенсираща призма, така че нейната дисперсия да е равна по големина, но противоположна по знак на дисперсията на измервателната призма и течността, тогава общата дисперсия ще бъде нула. В този случай лъчът от светлинни лъчи ще бъде събран в бял лъч, чиято посока съвпада с посоката на ограничаващия жълт лъч.

По този начин, когато компенсаторната призма се завърти, цветовият отлив се елиминира. Заедно с призмата 5 дисперсионният циферблат 12 се върти спрямо неподвижния указател (виж фиг. 4.10). Ъгълът на въртене Z на крайника позволява да се прецени стойността на средната дисперсия на изследваната течност.

Скалата на циферблата трябва да е градуирана. Към инсталацията е включен график.

Работен ред

1. Повдигнете призма 3, поставете 2-3 капки от тестовата течност върху повърхността на призма 4 и спуснете призма 3 (виж Фиг. 4.10).

3. Използвайки окулярно насочване, постигнете рязко изображение на скалата и интерфейса между зрителните полета.

4. Чрез завъртане на дръжката 12 на компенсатора 5 унищожете цвета на интерфейса между зрителните полета.

Движейки окуляра по скалата, подравнете знака (—-) с границата на тъмните и светлите полета и запишете стойността на индикатора за течност.

6. Разгледайте предложения набор от течности и оценете грешката на измерване.

7. След всяко измерване избършете повърхността на призмите с филтърна хартия, напоена с дестилирана вода.

Контролни въпроси

Опция 1

Определете абсолютния и относителен индекс на пречупване на среда.

2. Начертайте пътя на лъчите през интерфейса между две медии (n2> n1 и n2< n1).

3. Получете връзка, която свързва индекса на пречупване n с дебелината d и видимата дебелина d¢ на плочата.

4. Задача.Граничният ъгъл на пълно вътрешно отражение за определено вещество е 30°.

Намерете индекса на пречупване на това вещество.

Отговор: n =2.

Вариант 2

1. Какво представлява явлението пълно вътрешно отражение?

2. Опишете устройството и принципа на работа на рефрактометъра RL-2.

3. Обяснете ролята на компенсатора в рефрактометъра.

4. Задача. Електрическа крушка се спуска от центъра на кръгъл сал на дълбочина 10 m. Намерете минималния радиус на сала, докато нито един лъч от електрическата крушка не трябва да достига повърхността.

Отговор: R = 11,3 m.

ИНДЕКС НА ПРЕКРЪПЛЕНИЕ, или ИНДЕКС НА ПРЕКРЪПЛЕНИЕ, е абстрактно число, характеризиращо силата на пречупване на прозрачна среда. Коефициентът на пречупване се обозначава с латинската буква π и се определя като съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване на лъч, влизащ в дадена прозрачна среда от празнина:

n = sin α/sin β = const или като отношение на скоростта на светлината в празнота към скоростта на светлината в дадена прозрачна среда: n = c/νλ от празнота в дадена прозрачна среда.

Коефициентът на пречупване се счита за мярка за оптичната плътност на средата

Определеният по този начин показател на пречупване се нарича абсолютен показател на пречупване, за разлика от относителния т.нар.

д. показва колко пъти се забавя скоростта на разпространение на светлината при промяна на нейния индекс на пречупване, което се определя от съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване, когато лъчът преминава от среда на една плътност към среда с друга плътност. Относителният показател на пречупване е равен на отношението на абсолютните показатели на пречупване: n = n2/n1, където n1 и n2 са абсолютните показатели на пречупване на първата и втората среда.

Абсолютният индекс на пречупване на всички тела - твърди, течни и газообразни - е по-голям от единица и варира от 1 до 2, като само в редки случаи надвишава 2.

Коефициентът на пречупване зависи както от свойствата на средата, така и от дължината на вълната на светлината и се увеличава с намаляване на дължината на вълната.

Следователно на буквата p се присвоява индекс, който показва към коя дължина на вълната принадлежи индикаторът.

ИНДЕКС НА ПРЕКРЪПЛЕНИЕ

Например за стъкло TF-1 коефициентът на пречупване в червената част на спектъра е nC = 1.64210, а във виолетовата част nG’ = 1.67298.

Показатели на пречупване на някои прозрачни тела

Въздух - 1.000292

Вода - 1,334

Етер - 1,358

Етилов алкохол - 1.363

Глицерин - 1,473

Органично стъкло (плексиглас) - 1, 49

Бензол - 1,503

(Крон стъкло - 1.5163

Ела (канадска), балсам 1.54

Стъклена тежка корона - 1, 61 26

Кремено стъкло - 1.6164

Въглероден дисулфид - 1,629

Стъклен тежък кремък - 1, 64 75

Монобромнафталин - 1,66

Стъклото е най-тежкият кремък - 1,92

Диамант - 2.42

Разликата в индекса на пречупване за различните части на спектъра е причина за хроматизма, т.е.

разлагане на бялата светлина при преминаването й през пречупващи елементи – лещи, призми и др.

Лабораторна работа № 41

Определяне на коефициента на пречупване на течности с помощта на рефрактометър

Цел на работата: определяне на индекса на пречупване на течности чрез метода на пълно вътрешно отражение с помощта на рефрактометър IRF-454B; изследване на зависимостта на коефициента на пречупване на разтвора от неговата концентрация.

Описание на монтажа

Когато немонохроматичната светлина се пречупи, тя се разлага на съставните си цветове в спектър.

Това явление се дължи на зависимостта на коефициента на пречупване на дадено вещество от честотата (дължината на вълната) на светлината и се нарича светлинна дисперсия.

Обичайно е да се характеризира силата на пречупване на средата чрез индекса на пречупване при дължина на вълната λ = 589,3 nm (средна дължина на вълната на две близки жълти линии в спектъра на натриевите пари).

60. Какви методи за определяне на концентрацията на вещества в разтвор се използват в атомно-абсорбционния анализ?

Този индекс на пречупване е обозначен нд.

Мярката за дисперсия е средната дисперсия, дефинирана като разликата ( нЕ-н° С), Където нЕ- показател на пречупване на вещество при дължина на вълната λ = 486,1 nm (синя линия в спектъра на водорода), н° С– показател на пречупване на веществото λ - 656,3 nm (червена линия във водородния спектър).

Пречупването на веществото се характеризира със стойността на относителната дисперсия:
Справочниците обикновено дават реципрочната стойност на относителната дисперсия, т.е.

д.
,Където — коефициент на дисперсия или число на Абе.

Инсталацията за определяне на коефициента на пречупване на течности се състои от рефрактометър IRF-454Bс границите на измерване на показателя; пречупване ндв диапазона от 1,2 до 1,7; тестова течност, салфетки за избърсване на повърхностите на призмите.

Рефрактометър IRF-454Bе уред, предназначен за директно измерване на индекса на пречупване на течности, както и за определяне на средната дисперсия на течности в лабораторни условия.

Принцип на работа на устройството IRF-454Bвъз основа на явлението пълно вътрешно отражение на светлината.

Принципната схема на устройството е показана на фиг. 1.

Течността за тестване се поставя между двете страни на призма 1 и 2. Призма 2 с добре полиран ръб ABе измервателна, а призма 1 с матов ръб А1 IN1 - осветление. Лъчите от светлинен източник падат върху ръба А1 СЪС1 , пречупват се, падат върху матова повърхност А1 IN1 и са разпръснати от тази повърхност.

След това преминават през слоя на изследваната течност и достигат повърхността. ABпризми 2.

Според закона за пречупването
, Където
И са ъглите на пречупване на лъчите съответно в течността и призмата.

Тъй като ъгълът на падане се увеличава
ъгъл на пречупване също се увеличава и достига максимална стойност
, Кога
, T.

д. когато лъч в течност се плъзга по повърхността AB. следователно
. По този начин лъчите, излизащи от призма 2, са ограничени до определен ъгъл
.

Лъчите, идващи от течността в призма 2 под големи ъгли, претърпяват пълно вътрешно отражение на границата ABи не минават през призмата.

Въпросният уред изследва течности, индекс на пречупване което е по-малко от индекса на пречупване призма 2, следователно лъчите от всички посоки, пречупени на границата на течността и стъклото, ще влязат в призмата.

Очевидно частта от призмата, съответстваща на лъчите, които не са преминали, ще бъде затъмнена. Чрез телескоп 4, разположен на пътя на лъчите, излизащи от призмата, може да се наблюдава разделянето на зрителното поле на светла и тъмна част.

Чрез завъртане на системата от призми 1-2 границата между светлите и тъмните полета се изравнява с кръста на резбите на окуляра на телескопа. Системата от призми 1-2 е свързана със скала, която е калибрирана по стойности на индекса на пречупване.

Скалата се намира в долната част на зрителното поле на тръбата и при комбиниране на част от зрителното поле с кръст от нишки дава съответната стойност на индекса на пречупване на течността .

Поради дисперсията интерфейсът на зрителното поле в бяла светлина ще бъде оцветен. За премахване на оцветяването, както и за определяне на средната дисперсия на тестваното вещество се използва компенсатор 3, състоящ се от две системи от залепени призми за директно виждане (призми на Амичи).

Призмите могат да се въртят едновременно в различни посоки с помощта на прецизно ротационно механично устройство, като по този начин променят собствената дисперсия на компенсатора и елиминират оцветяването на границата на зрителното поле, наблюдавано през оптичната система 4. С компенсатора е свързан барабан с мащаб, който се използва за определяне на параметъра на дисперсията, което прави възможно изчислението средна дисперсиявещества.

Работен ред

Настройте устройството така, че светлината от източника (лампа с нажежаема жичка) да навлиза в осветителната призма и да осветява равномерно зрителното поле.

2. Отворете измервателната призма.

С помощта на стъклена пръчица нанесете няколко капки вода върху повърхността й и внимателно затворете призмата. Празнината между призмите трябва да бъде равномерно запълнена с тънък слой вода (обърнете специално внимание на това).

С помощта на винта на устройството със скала елиминирайте оцветяването на зрителното поле и получете рязка граница между светлина и сянка. Подравнете го, като използвате друг винт, с референтния кръст на окуляра на инструмента. Определете коефициента на пречупване на водата с помощта на скалата на окуляра с точност до хилядни.

Сравнете получените резултати с референтни данни за водата. Ако разликата между измерения индекс на пречупване и табличния не надвишава ± 0,001, то измерването е извършено правилно.

Упражнение 1

1. Пригответе разтвор на готварска сол ( NaCl) с концентрация, близка до границата на разтворимост (например C = 200 g/l).

Измерете индекса на пречупване на получения разтвор.

3. Чрез разреждане на разтвора цяло число пъти се получава зависимостта на индикатора; пречупване върху концентрацията на разтвора и попълнете таблицата. 1.

маса 1

Упражнение.Как само чрез разреждане да се получи концентрация на разтвора, равна на 3/4 от максималната (първоначалната)?

Изградете графика на зависимостта n=n(C). По-нататъшната обработка на експерименталните данни се извършва според указанията на учителя.

Обработка на експериментални данни

а) Графичен метод

Определете от графиката наклон IN, което при експериментални условия ще характеризира разтвореното вещество и разтворителя.

2. Определете концентрацията на разтвора с помощта на графиката NaClдадено от лаборанта.

б) Аналитичен метод

Изчислете с помощта на метода на най-малките квадрати А, INИ Сб.

Въз основа на намерените стойности АИ INопределяне на средната стойност
концентрация на разтвора NaClдадено от лаборанта

Контролни въпроси

Разсейване на светлината. Каква е разликата между нормалната дисперсия и аномалната дисперсия?

2. Какво представлява явлението пълно вътрешно отражение?

3. Защо тази настройка не може да измери индекса на пречупване на течност, по-голям от индекса на пречупване на призмата?

4. Защо лице на призма А1 IN1 правят ли го матово?

Деградация, индекс

Психологическа енциклопедия

Начин за оценка на степента на умствена деградация! функции, измерени чрез теста на Wechsler-Bellevue. Индексът се основава на наблюдението, че някои способности, измерени от теста, намаляват с възрастта, но други не.

Индекс

Психологическа енциклопедия

- указател, регистър на имена, титли и др. В психологията - цифров показател за количествена оценка, характеристика на явления.

От какво зависи коефициентът на пречупване на дадено вещество?

Индекс

Психологическа енциклопедия

1. Най-общо значение: всичко, използвано за маркиране, идентифициране или насочване; указания, надписи, знаци или символи. 2. Формула или число, често изразено като коефициент, показващо някаква връзка между стойности или измервания или между...

Общителност, индекс

Психологическа енциклопедия

Характеристика, която изразява общителността на човека. Социограмата, например, осигурява, наред с други мерки, оценка на общителността на различните членове на групата.

Избор, индекс

Психологическа енциклопедия

Формула за оценка на силата на конкретен тест или тестов елемент при разграничаването на индивиди един от друг.

Надеждност, индекс

Психологическа енциклопедия

Статистика, която осигурява оценка на корелацията между действителните стойности, получени от тест, и теоретично правилните стойности.

Този индекс се дава като стойността на r, където r е изчисленият коефициент на надеждност.

Прогнозиране на ефективността, индекс

Психологическа енциклопедия

Измерване на степента, до която знанието за една променлива може да се използва за правене на прогнози за друга променлива, като се има предвид, че корелацията между променливите е известна. Обикновено в символна форма това се изразява като E, индексът е представен като 1 -((...

Думи, индекс

Психологическа енциклопедия

Общ термин за всяка систематична честота на срещане на думи в писмен и/или говорим език.

Често такива индекси са ограничени до конкретни лингвистични области, например учебници за първи клас, взаимодействие родител-дете. Известни са обаче оценки...

Структури на тялото, индекс

Психологическа енциклопедия

Предложеното от Айзенк измерване на тялото въз основа на съотношението на височината към гръдната обиколка.

Тези, чиито резултати са в „нормалния“ диапазон, се наричат мезоморфи, тези в рамките на стандартно отклонение или над средното се наричат лептоморфи, а тези в рамките на стандартно отклонение или...

ЗА ЛЕКЦИЯ №24

"ИНСТРУМЕНТАЛНИ МЕТОДИ ЗА АНАЛИЗ"

РЕФРАКТОМЕТРИЯ.

Литература:

1. В.Д. Пономарев “Аналитична химия” 1983 246-251

2. А.А. Ishchenko “Аналитична химия” 2004 стр. 181-184

РЕФРАКТОМЕТРИЯ.

Рефрактометрията е един от най-простите физични методи за анализ, като се използва минимално количество аналити и се извършва за много кратко време.

Рефрактометрия- метод, базиран на явлението рефракция или пречупване, т.е.

промяна на посоката на разпространение на светлината при преминаване от една среда в друга.

Пречупването, както и поглъщането на светлината, е следствие от нейното взаимодействие със средата.

Думата рефрактометрия означава измерване пречупване на светлината, което се оценява по стойността на индекса на пречупване.

Стойност на индекса на пречупване нЗависи

1) върху състава на веществата и системите,

2) от факта в каква концентрация и какви молекули среща светлинният лъч по пътя си, защото

Под въздействието на светлината молекулите на различните вещества се поляризират по различен начин. Именно на тази зависимост се основава рефрактометричният метод.

Този метод има редица предимства, в резултат на което е намерил широко приложение както в химичните изследвания, така и в контрола на технологичните процеси.

Рефрактометрията се използва за определяне на състава на двукомпонентни разтвори и за тройни системи.

Физическа основа на метода

ИНДЕКС НА ПРЕКРЪПЛЕНИЕ.

Колкото по-голяма е разликата в скоростта на разпространение на светлината в двете, толкова по-голямо е отклонението на светлинния лъч от първоначалната му посока, когато преминава от една среда в друга.

тези среди.

Нека разгледаме пречупването на светлинен лъч на границата на всеки две прозрачни среди I и II (виж.

Ориз.). Нека се съгласим, че среда II има по-голяма пречупваща сила и следователно, n1И n2— показва пречупването на съответната среда. Ако средата I не е вакуум или въздух, тогава съотношението на sin ъгъла на падане на светлинния лъч към sin ъгъла на пречупване ще даде стойността на относителния индекс на пречупване n rel. Стойност n rel.

Какъв е индексът на пречупване на стъклото? И кога трябва да го знаете?

може също да се определи като съотношението на индексите на пречупване на разглежданата среда.

notrel. = —— = —

Стойността на коефициента на пречупване зависи от

1) природата на веществата

Естеството на веществото в този случай се определя от степента на деформируемост на неговите молекули под въздействието на светлината - степента на поляризуемост.

Колкото по-интензивна е поляризуемостта, толкова по-силно е пречупването на светлината.

2)дължина на вълната на падащата светлина

Зависимостта на показателя на пречупване от дължината на вълната на светлината се нарича дисперсия.

Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-голямо е пречупването. Следователно лъчите с различна дължина на вълната се пречупват по различен начин.

Корекцията за температурните ефекти се изчислява по следната формула:

nt=n20+ (20-t) 0,0002, където

nt –Чао индекс на пречупване при дадена температура,

n20-индекс на пречупване при 200C

Влиянието на температурата върху стойностите на индексите на пречупване на газове и течности е свързано със стойностите на техните коефициенти на обемно разширение.

Обемът на всички газове и течности се увеличава при нагряване, плътността намалява и следователно индикаторът намалява

Индексът на пречупване, измерен при 200C и дължина на светлинната вълна от 589,3 nm, се обозначава с индекса nD20

4) концентрация на веществото в разтвор.

За много водни разтвори на вещества индексите на пречупване при различни концентрации и температури са надеждно измерени и в тези случаи могат да се използват справочници рефрактометрични таблици.

Практиката показва, че когато съдържанието на разтворено вещество не надвишава 10-20%, наред с графичния метод в много случаи е възможно да се използва линейно уравнение като:

n=не+FC,

н-индекс на пречупване на разтвора,

нее индексът на пречупване на чист разтворител,

° С— концентрация на разтвореното вещество, %

Е-емпиричен коефициент, чиято стойност се намира

чрез определяне на индекса на пречупване на разтвори с известна концентрация.

РЕФРАКТОМЕТРИ.

Рефрактометрите са инструменти, използвани за измерване на индекса на пречупване.

Има 2 вида от тези устройства: рефрактометър тип Abbe и тип Pulfrich. И в двата случая измерванията се основават на определяне на максималния ъгъл на пречупване. На практика се използват рефрактометри от различни системи: лабораторни RL, универсални RL и др.

Коефициентът на пречупване на дестилираната вода е n0 = 1.33299, но на практика този показател се приема като референтен като n0 =1,333.

Ръчен рефрактометър

Рефрактометър на Abbe

Процесите, които са свързани със светлината, са важен компонент на физиката и ни заобикалят навсякъде в ежедневието ни. Най-важните в тази ситуация са законите за отражение и пречупване на светлината, на които се основава съвременната оптика. Пречупването на светлината е важна част от съвременната наука.

Ефект на изкривяване

Тази статия ще ви разкаже какво представлява явлението пречупване на светлината, както и как изглежда законът за пречупване и какво следва от него.

Основи на физическото явление

Когато лъч падне върху повърхност, която е разделена от две прозрачни вещества с различна оптична плътност (например различни стъкла или във вода), част от лъчите ще бъдат отразени, а други ще проникнат във втората структура (например, те ще се размножават във вода или стъкло). Когато преминава от една среда в друга, лъчът обикновено променя посоката си. Това е явлението пречупване на светлината.
Отражението и пречупването на светлината е особено видимо във водата.

Ефект на изкривяване във водата

Гледайки нещата във вода, те изглеждат изкривени. Това е особено забележимо на границата между въздух и вода. Визуално подводните обекти изглеждат леко отклонени. Описаният физичен феномен е именно причината всички обекти да изглеждат изкривени във водата. Когато лъчите ударят стъклото, този ефект е по-малко забележим.
Пречупването на светлината е физическо явление, което се характеризира с промяна в посоката на движение на слънчевия лъч в момента на преминаването му от една среда (структура) в друга.
За да подобрим нашето разбиране за този процес, разгледайте пример за лъч, който удря вода от въздух (подобно за стъкло). Чрез начертаване на перпендикулярна линия по дължината на интерфейса може да се измери ъгълът на пречупване и връщането на светлинния лъч. Този индекс (ъгъл на пречупване) ще се промени, когато потокът проникне във водата (вътре в стъклото).
Забележка! Този параметър се разбира като ъгъл, образуван от перпендикуляр, изтеглен към разделянето на две вещества, когато лъч прониква от първата структура към втората.

Проход на лъча

Същият показател е характерен и за други среди. Установено е, че този показател зависи от плътността на веществото. Ако лъчът пада от по-малко плътна към по-плътна структура, тогава създаденият ъгъл на изкривяване ще бъде по-голям. И ако е обратното, тогава е по-малко.
В същото време промяната в наклона на спада също ще повлияе на този показател. Но връзката между тях не остава постоянна. В същото време съотношението на техните синуси ще остане постоянна стойност, което се отразява със следната формула: sinα / sinγ = n, където:

n е постоянна стойност, която се описва за всяко конкретно вещество (въздух, стъкло, вода и др.). Следователно каква ще бъде тази стойност може да се определи с помощта на специални таблици;
α – ъгъл на падане;
γ – ъгъл на пречупване.

За да се определи това физическо явлениеи законът за пречупването е създаден.

Физически закон

Законът за пречупване на светлинните потоци ни позволява да определим характеристиките на прозрачните вещества. Самият закон се състои от две разпоредби:

Първа част. Лъчът (инцидент, модифициран) и перпендикулярът, който е възстановен в точката на падане на границата, например на въздух и вода (стъкло и др.), ще бъдат разположени в една и съща равнина;
Втората част. Съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на същия ъгъл, образуван при пресичане на границата, ще бъде постоянна стойност.

Описание на закона

В този случай, в момента, в който лъчът излезе от втората структура в първата (например, когато светлинният поток преминава от въздуха, през стъклото и обратно във въздуха), също ще се появи ефект на изкривяване.

Важен параметър за различни обекти

Основният индикатор в тази ситуация е съотношението на синуса на ъгъла на падане към подобен параметър, но за изкривяване. Както следва от описания по-горе закон, този показател е постоянна стойност.
Освен това, когато стойността на наклона на спада се промени, същата ситуация ще бъде типична за подобен индикатор. Този параметър има голямо значение, тъй като е неразделна характеристика на прозрачните вещества.

Индикатори за различни обекти

Благодарение на този параметър можете доста ефективно да разграничите видовете стъкло, както и различни скъпоценни камъни. Също така е важно за определяне на скоростта на светлината в различни среди.

Забележка! Най-високата скорост на светлинния поток е във вакуум.

При преминаване от едно вещество към друго скоростта му ще намалява. Например в диаманта, който има най-висок индекс на пречупване, скоростта на разпространение на фотона ще бъде 2,42 пъти по-висока от тази на въздуха. Във вода те ще се разпространяват 1,33 пъти по-бавно. За различни видовестъкло този параметър варира от 1,4 до 2,2.

Забележка! Някои стъкла имат индекс на пречупване 2,2, което е много близко до диаманта (2,4). Следователно не винаги е възможно да се различи парче стъкло от истински диамант.

Оптична плътност на веществата

Светлината може да проникне през различни вещества, които се характеризират с различни показателиоптична плътност. Както казахме по-рано, с помощта на този закон можете да определите характеристиката на плътността на средата (структурата). Колкото по-плътен е, толкова по-бавна е скоростта, с която светлината ще се разпространява през него. Например, стъклото или водата ще бъдат оптически по-плътни от въздуха.
В допълнение към факта, че този параметър е постоянна стойност, той също отразява съотношението на скоростта на светлината в две вещества. Физическото значение може да се покаже като следната формула:

Този индикатор показва как скоростта на разпространение на фотоните се променя при преминаване от едно вещество към друго.

Друг важен показател

Когато светлинният поток преминава през прозрачни обекти, е възможна неговата поляризация. Наблюдава се при преминаване на светлинен поток от диелектрични изотропни среди. Поляризацията възниква, когато фотоните преминават през стъкло.

Поляризационен ефект

Частична поляризация се наблюдава, когато ъгълът на падане на светлинния поток на границата на два диелектрика е различен от нула. Степента на поляризация зависи от това какви са били ъглите на падане (закон на Брустър).

Пълно вътрешно отражение

Завършвайки нашата кратка екскурзия, все още е необходимо да се вземе предвид такъв ефект като пълно вътрешно отражение.

Феноменът на пълното показване

За да се прояви този ефект, е необходимо да се увеличи ъгълът на падане на светлинния поток в момента на прехода му от по-плътен към по-малко плътен плътна средана границата между веществата. В ситуация, в която този параметър надвишава определена ограничаваща стойност, тогава фотоните, падащи на границата на този участък, ще бъдат напълно отразени. Всъщност това ще бъде нашият желан феномен. Без него беше невъзможно да се направи оптика.

Заключение

Практическото приложение на поведението на светлинния поток даде много, създавайки различни технически устройства за подобряване на живота ни. В същото време светлината все още не е разкрила всичките си възможности пред човечеството и нейният практически потенциал все още не е напълно реализиран.

Как да направите лампа от хартия със собствените си ръце
Как да проверите ефективността на LED лента