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

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

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

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

Нека абсолютната индекс на пречупванепървата среда е, а 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 коефициент на пречупване на две среди и техните абсолютни коефициенти на пречупване може също да бъде изведена теоретично, без нови експерименти, точно както може да се направи за закона за обратимостта (§ 82),

Среда с по-висок индекс 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, тоест 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. Спомнете си, че се съгласихме винаги да измерваме ъглите 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 между законите на отражението и пречупването 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. Подобно тълкуване на индекса на пречупване е съвсем естествено, но в случай на висок интензитет на излъчване, което може да се постигне с помощта на съвременни лазери, то не е оправдано. Свойствата на средата, през която преминава силно светлинно лъчение, в този случай зависят 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, a 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.

Помислете за среда с положителен нелинеен индекс на пречупване. В този случай зоните с повишен интензитет на светлината са едновременно зони с повишен индекс на пречупване. Обикновено реално лазерно лъчениеразпределението на интензитета върху напречното сечение на лъчевия лъч е неравномерно: интензитетът е максимален по оста и постепенно намалява към краищата на лъча, както е показано на фиг. 185 плътни криви. Подобно разпределение описва и изменението на показателя на пречупване по 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 клетката, постепенно намалява към стените й (пунктирани криви на фиг. 185).

Сноп от лъчи, излизащи от лазера успоредно на оста, попадащи в среда с променлив коефициент на пречупване, се отклоняват в посоката, където той е по-голям. Следователно, повишеният интензитет в близост до OSP клетката води до концентрация на светлинни лъчи в тази област, която е показана схематично в напречни сечения и на фиг. 185, а това води до допълнително увеличение на . В крайна сметка ефективното напречно сечение на светлинен лъч, преминаващ през нелинейна среда, намалява значително. Светлината преминава сякаш през тесен канал с повишен коефициент на пречупване. По този начин лазерният лъч се стеснява и нелинейната среда действа като събирателна леща под действието на интензивно лъчение. 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 лазерния лъч на входа на кюветата (а), близо до входния край (), в средата (), близо до изходния край на кюветата ()

Пречупването се нарича определено абстрактно число, което характеризира силата на пречупване на всяка прозрачна среда. Обичайно е да се обозначава с n. Има абсолютен коефициент на пречупване и относителен коефициент.

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 празнотата)

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. По този начин се определя коефициентът на пречупване (абсолютен). За да разберете роднината, използвайте формулата:

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

Най-общо казано, абсолютните коефициенти на всякакви тела, независимо дали са газообразни, течни или твърди, винаги са по-големи от 1. По принцип техните стойности варират от 1 до 2. Тази стойност може да бъде над 2 само в изключителни случаи. Стойността на този параметър за някои среди:

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

Тъй като дължината на вълната е индикатор, разбира се, не е постоянен, на буквата n се присвоява индекс. Стойността му помага да се разбере към коя вълна от спектъра се отнася този коефициент. Когато разглеждаме същото вещество, но с увеличаване на дължината на вълната на светлината, индексът на пречупване ще намалее. Това обстоятелство предизвика 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 е полезно, например, при пивоварството или когато трябва да знаете концентрацията на захар, плодове или плодове в сока. Този показател е важен и при определяне на качеството на петролните продукти, а в бижутерията, когато е необходимо да се докаже автентичността на камък и др.

Без използването на каквото и да е вещество, скалата, видима в окуляра на инструмента, ще бъде напълно синя. Ако капнете върху призма обикновена дестилирана вода, с правилното калибриране на инструмента, границата на синьото и бели цветяще отиде направо на нула. Когато изследвате друго вещество, то ще се измести по скалата според това какъв индекс на пречупване има.

КЪМ 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 количествоаналит и се извършва за много кратко време.

Рефрактометрия- метод, базиран на явлението рефракция или пречупване, т.е. промяна в 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 при каква концентрация и какви молекули среща светлинният лъч по пътя си, защото Под действието 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 изследванияи в контрола на процеса.

1) Измерването на показателите на пречупване е много прост процес, който се извършва точно и с минимална инвестиция на време и количество вещество.

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

Методът на рефрактометрията се използва за контрол на автентичността и чистотата, за идентифициране на отделни вещества, 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

ИНДИКАТОР НА ПРЕРЕФРАКЦИЯ.

Отклонението на светлинния лъч от първоначалната му посока при преминаване от една среда в друга е толкова по-голямо, колкото по-голяма е разликата в скоростите на разпространение на светлината в две

тези среди.

Помислете за 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 нито вакуум, нито въздух, тогава съотношението sin на ъгъла на падане на светлинния лъч към sin на ъгъла на пречупване ще даде стойността на относителния индекс на пречупване n rel. Стойността на 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) естеството на веществата

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

2)дължина на вълната на падаща 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 което 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 индексът на пречупване намалява, а с понижаване на температурата се увеличава..

Температурната корекция се изчислява по следната формула:

n t \u003d 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

Коефициентът на пречупване, измерен при 20 0 C и дължина на вълната на светлината 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) концентрацията на вещество в разтвор.

За много водни разтворивещества, индексите на пречупване при различни концентрации и температури са надеждно измерени и в тези случаи можете да използвате референтния рефрактометрични таблици. Практиката показва, че когато съдържанието на разтвореното 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,

нее индексът на пречупване на чистия разтворител,

° С- концентрация на разтвореното вещество,%

Е-емпиричен коефициент, чиято стойност се намира

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

РЕФРАКТОМЕТРИ.

Рефрактометрите са устройства, използвани за измерване на индекса на пречупване. Има 2 вида от тези инструменти: рефрактометър тип Abbe и тип Pulfrich. Както в тези, така и в други, измерванията се основават на определяне на големината на граничния ъгъл на пречупване. На практика се използват рефрактометри от различни системи: лабораторни RL, универсални RLU и др.

Индексът на пречупване на дестилирана вода n 0 \u003d 1,33299, на практика този показател се приема като референтен като n 0 =1,333.

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

Ръчен рефрактометър

Рефрактометър Abbe

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

Нека абсолютният индекс 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

Таблица 6. Индекс на пречупване на различни вещества спрямо въздуха

Помислете за среда с положителен нелинеен индекс на пречупване. В този случай зоните с повишен интензитет на светлината са едновременно зони с повишен индекс на пречупване. Обикновено при реално лазерно лъчение разпределението на интензитета по напречното сечение на лъча 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 изменението на показателя на пречупване по 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 клетката, постепенно намалява към стените й (пунктирани криви на фиг. 185).

Определяне на коефициента на пречупване на прозрачни твърди тела

И течности

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

Обективен:определят показателите на пречупване на стъкло и течности.

Определяне на индекса на пречупване на стъкло с помощта на микроскоп

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

Марката се състои от две взаимно перпендикулярни драскотини, едната от които (А) е нанесена на дъното, а втората (В) - на горната повърхност на табелата. Плаката се осветява с монохроматична светлина и се изследва под микроскоп. На
ориз. 4.7 показва разрез на изследваната плоча във вертикална равнина.

Лъчите AD и AE след пречупване на границата стъкло-въздух отиват в посоките DD1 и EE1 и попадат в обектива 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 А изглежда на наблюдателя разположена в точка С. Нека намерим връзката между индекса на пречупване n на материала на плочата, дебелината d и видимата дебелина d1 на плочата.

4.7 се вижда, че VD \u003d BCtgi, BD \u003d ABtgr, от където

tgi/tgr = AB/BC,

където AB = d е дебелината 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 на d/d1 се извършва с помощта на микроскоп.

Оптичната схема на микроскопа се състои от две системи: система за наблюдение, която включва обектив и окуляр, монтирани в тръба, и система за осветяване, състояща се от огледало и подвижен светлинен филтър. Фокусирането на изображението се извършва чрез завъртане на дръжките, разположени от двете страни на тръбата.

По оста на дясната дръжка има диск с люспа на крайника.

Отчитането b на крайника спрямо фиксирания показалец определя разстоянието h от обектива до предмета на микроскопа:

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

Диаметърът на обектива при тази настройка е малък в сравнение с разстоянието h, така че най-външният лъч, който влиза в обектива, 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 точката на пресичане на щрихите A и B (вижте фиг.

Индекс на пречупване

4.7) беше в зрителното поле.

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

3. Гледайки в окуляра, бавно спуснете тръбата на микроскопа чрез завъртане на дръжката, докато в зрителното поле се получи ясно изображение на драскотина B, нанесена върху горната повърхност на пластината. Запишете показанието b1 на крайника, което е пропорционално на разстоянието h1 от обектива на микроскопа до горния ръб на плаката: h1 = kb1 (фиг.

4. Продължете да спускате тръбата плавно, докато се получи ясно изображение на драскотина А, която изглежда на наблюдателя разположена в точка С. Запишете нова индикация b2 на лимба. 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 тестовата плоча 1 (фиг. 4.9) и спуснете тръбата на микроскопа, докато лещата докосне (леко) тестовата плоча. Обърнете внимание на индикацията на крайника a1. Отстранете изследваната плака и спуснете тръбата на микроскопа, докато обективът докосне плаката 2.

Индикация за бележка а2.

В същото време обективът на микроскопа ще падне на 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.

Общ изглед и оптична схема на RL рефрактометъра са показани на фиг. 4.10 и 4.11.

Измерването на коефициента на пречупване на течности с помощта на RL рефрактометър се основава на явлението пречупване на светлината, преминала през границата между две среди с различни коефициенти на пречупване.

Светлинен лъч (фиг.

4.11) от източник 1 (лампа с нажежаема жичка или дифузна дневна светлина) с помощта на огледало 2 се насочва през прозорец в корпуса на инструмента към двойна призма, състояща се от призми 3 и 4, които са направени от стъкло с индекс на пречупване от 1.540.

Повърхност AA на горната осветителна призма 3 (фиг.

4.12, а) е матова и служи за осветяване на течността с дифузна светлина, нанесена в тънък слой в междината между призмите 3 и 4. Светлината, разпръсната от матовата повърхност 3, преминава през плоскопаралелен слой на изследваната течност и пада върху диагоналната повърхност на взривното вещество на долната призма 4 под различни
ъгли i вариращи от нула до 90°.

За да се избегне явлението пълно вътрешно отражение на светлината върху експлозивната повърхност, 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 1540.

Светлинен лъч с ъгъл на падане 90° се нарича плъзгащ се лъч.

Плъзгащият се лъч, пречупен на границата течност-стъкло, ще премине в призма 4 при ограничаващия ъгъл на пречупване rи т.н< 90о.

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

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

или nzh = nstsinrpr, (4.12)

тъй като sinipr = 1.

На повърхността BC на призма 4 светлинните лъчи се пречупват 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 призмата 4.

Решавайки заедно системата от уравнения (4.12), (4.13), (4.14), можем да получим формула, която свързва индекса на пречупване nzh на изследваната течност с граничния ъгъл на пречупване r'pr на лъча, който излиза от призма 4:

Ако на пътя на лъчите, излизащи от призма 4, се постави зрителна тръба, 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 граничен 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 nzh на изследваната течност, тъй като nst и a са постоянни стойности в това устройство.

Познавайки nst, a и r¢pr, е възможно да се изчисли nzh по формула (4.15). На практика формулата (4.15) се използва за калибриране на скалата на рефрактометъра.

По скала 9 (вж

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

Чрез преместване на окуляра заедно с пластина 8 по скалата е възможно да се постигне изравняване на маркировката с разделителната линия между тъмното и светлото зрително поле.

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

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

Поради дисперсията на стъклото и изследваната течност, вместо ясна разделителна линия между тъмни и светли полета, при наблюдение в бяла светлина се получава преливаща се ивица. За да се елиминира този ефект, компенсаторът на дисперсията 5 е монтиран пред лещата 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 техния материал са избрани така, че жълтата светлина с дължина на вълната ld = 5893 Å преминава през тях без пречупване. Ако на пътя на цветните лъчи се монтира компенсаторна призма, така че нейната дисперсия да е равна по величина, но противоположна по знак на дисперсията на измервателната призма и течността, тогава общата дисперсия ще бъде равна на нула. В този случай лъчът от светлинни лъчи ще се събере в бял лъч, чиято посока съвпада с посоката на ограничаващия жълт лъч.

По този начин, когато компенсаторната призма се върти, цветът на цветния нюанс се елиминира. Заедно с призмата 5 дисперсионният крайник 12 се върти спрямо неподвижния показалец (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. Графикът е приложен към инсталацията.

Работен ред

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

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

4. Завъртайки дръжката 12 на компенсатора 5, унищожете цветното оцветяване на интерфейса между зрителните полета.

Придвижвайки окуляра по скалата, подравнете знака (—-) с границата на тъмните и светлите полета и запишете стойността на индекса на течността.

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

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

тестови въпроси

Опция 1

Определете абсолютния и относителен индекс на пречупване на среда.

2. Начертайте пътя на лъчите през интерфейса на две среди (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 дадено 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 КОЕФИЦИЕНТ 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 от празно пространство в дадена прозрачна среда:

n = sin α/sin β = const или като съотношението на скоростта на светлината в празно пространство към скоростта на светлината в дадена прозрачна среда: n = c/νλ от празното пространство към дадената 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 показател на пречупване.

д. показва колко пъти се забавя скоростта на разпространение на светлината, когато нейният индекс на пречупване преминава, което се определя от съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване, когато лъчът преминава от среда от един 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 стойността 2.

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

Следователно на буквата p се присвоява индекс, който показва към коя дължина на вълната се отнася 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

Тежко коронно стъкло - 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 части – лещи, призми и др.

Лаборатория #41

Определяне на коефициента на пречупване на течности с помощта на рефрактометър

Целта на работата: определяне на коефициента 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 инсталацията

Когато немонохроматичната светлина се пречупва, тя се разлага на съставни 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 среда чрез индекса на пречупване при дължина на вълната λ \u003d 589,3 nm (средна стойност на дължините на вълните на две близки жълти линии в спектъра на натриевите пари).

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

Този индекс на пречупване се обозначава нд.

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

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

д.
,където е коефициентът на дисперсия или числото на Абе.

Апаратът за определяне на индекса на пречупване на течности се състои от рефрактометър IRF-454Bс границите на измерване на индикатора; пречупване ндв диапазона от 1,2 до 1,7; тестова течност, кърпички за избърсване на повърхностите на призми.

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

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

Принципната схема на устройството е показана на фиг. един.

Изследваната течност се поставя между двете стени на призма 1 и 2. Призма 2 с добре полирано лице ABсе измерва, а призма 1 има матово лице НО1 AT1 - осветление. Лъчите от светлинен източник падат върху ръба НО1 ОТ1 , пречупват се, падат върху матова повърхност НО1 AT1 и разпръснати от тази повърхност.

След това преминават през слоя на изследваната течност и падат на 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 повърхност AB. Следователно,
. По този начин лъчите, излизащи от призмата 2, са ограничени до определен ъгъл
.

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

Разглежданото устройство се използва за изследване на 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 непреминаващите лъчи, ще бъде затъмнена. В телескоп 4, разположен по 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 съчетава 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, когато участъкът на зрителното поле се комбинира с кръста на нишките, 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 Amici).

Призмите могат да се въртят едновременно в различни посоки с помощта на прецизно ротационно механично устройство, като по този начин се променя присъщата дисперсия на компенсатора и се елиминира оцветяването на зрителното поле, наблюдавано през оптичната система 4. Към компенсатора е свързан барабан със скала , който определя параметъра на дисперсията, който позволява изчисляване на средната дисперсия на веществата.

Работен ред

Регулирайте 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.

Нанесете няколко капки вода върху повърхността й със стъклена пръчка 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 с помощта на друг винт с референтния кръст на окуляра на устройството. Определете индекса на пречупване на водата по скалата на окуляра с точност до хилядна.

Сравнете получените резултати с референтни данни за вода. Ако разликата между измерения и табличния индекс на пречупване не надвишава ± 0,001, тогава 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 с цяло число пъти се получава зависимостта на индикатора; пречупване от концентрацията на разтвора и попълнете таблицата. един.

маса 1

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

Начертайте графика на зависимостта n=n(C). По-нататъшната обработка на експерименталните данни трябва да се извърши според указанията на учителя.

Обработка на експериментални данни

а) Графичен метод

Определете от графиката наклон AT, които при условията на експеримента ще характеризират разтвореното вещество и разтворителя.

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

б) Аналитичен метод

Изчислете чрез най-малки квадрати НО, ATи Сб.

Според намерените стойности НОи ATопределяне на средната стойност
концентрация на разтвора NaClдадено от лаборанта

тестови въпроси

дисперсия на светлината. Каква е разликата между нормална и необичайна дисперсия?

2. Какво представлява явлението пълно вътрешно отражение?

3. Защо е невъзможно да се измери индексът на пречупване на течност, по-голям от индекса на пречупване на призма, като се използва тази настройка?

4. Защо лицето на призмата НО1 AT1 направи мат?

Деградация, индекс

Психологическа енциклопедия

Начин за оценка на степента на умствена деградация! функции, измерени чрез теста на Wexler-Bellevue. Индексът се основава на наблюдението, че нивото на развитие на някои способности, измерени от теста, намалява с възрастта, докато други не.

Индекс

Психологическа енциклопедия

- указател, регистър на имената, титлите и др. В психологията - цифров показател за количествено определяне, характеризиране 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 фактор, показващо някаква връзка между стойности или измервания, или между...

Общителност, индекс

Психологическа енциклопедия

Характеристика, която изразява общителността на човек. Социограмата, например, дава, наред с други измервания, оценка на общителността на различни членове на група.

Избор, индекс

Психологическа енциклопедия

Формула за оценка на силата на определен тест или тестов елемент при разграничаването на индивидите един от друг.

Надеждност, индекс

Психологическа енциклопедия

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

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

Ефективност на прогнозирането, индекс

Психологическа енциклопедия

Мярка за степента, до която знанието за една променлива може да се използва за правене на прогнози за друга променлива, като се има предвид, че корелацията на тези променливи 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 специфични лингвистични области, например учебници за първи клас, взаимодействие родител-дете. Въпреки това, оценките са известни ...

Структури на тялото, индекс

Психологическа енциклопедия

Измерване на тялото, предложено от Eysenck въз основа на съотношението на височината към гръдната обиколка.

Тези в „нормалния“ диапазон бяха наречени мезоморфи, тези в рамките на стандартното отклонение или над средната стойност бяха наречени лептоморфи, а тези в рамките на стандартното отклонение или...

КЪМ 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, изискващ минимално количество аналит и се извършва за много кратко време.

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

промяна в 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 при каква концентрация и какви молекули среща светлинният лъч по пътя си, защото

Под действието 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

ИНДИКАТОР НА ПРЕРЕФРАКЦИЯ.

тези среди.

Помислете за пречупването на светлинен лъч на границата на всеки две прозрачни среди I и II (вижте фиг.

Ориз.). Нека се съгласим, че среда II има по-голяма пречупваща сила и следователно, n1и n2- показва пречупването на съответните среди. Ако средата I не е нито вакуум, нито въздух, тогава съотношението sin на ъгъла на падане на светлинния лъч към sin на ъгъла на пречупване ще даде стойността на относителния индекс на пречупване n rel. Стойността на n rel.

Какъв е индексът на пречупване на стъклото? И кога е необходимо да се знае?

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

nrel. = —— = —

Стойността на коефициента на пречупване зависи от

1) естеството на веществата

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

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

2)дължина на вълната на падаща 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.

Температурната корекция се изчислява по следната формула:

nt=n20+ (20-t) 0,0002, където

nt-чао индекс на пречупване при дадена температура,

n20 - показател на пречупване при 200С

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, е показан от индекса nD20

4) концентрацията на вещество в разтвор.

За много водни разтвори на вещества 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 разтвореното 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 чистия разтворител,

° С— концентрация на разтвореното вещество, %

Е-емпиричен коефициент, чиято стойност се намира

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

РЕФРАКТОМЕТРИ.

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

Има 2 вида от тези инструменти: рефрактометър тип Abbe и тип Pulfrich. Както в тези, така и в други, измерванията се основават на определяне на големината на граничния ъгъл на пречупване. На практика се използват рефрактометри от различни системи: лабораторни RL, универсални RLU и др.

Коефициентът на пречупване на дестилирана вода n0 = 1,33299, на практика този показател се приема като референтен като n0 =1,333.

Ръчен рефрактометър

Рефрактометър 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, ще се размножава във вода или стъкло). При преминаване от една среда в друга лъчът се характеризира с промяна в посоката си. Това е явлението пречупване на светлината.
Отражението и пречупването на светлината може да се види особено добре във водата.

ефект на изкривяване на водата

Гледайки нещата във водата, те изглеждат изкривени. Това е особено забележимо на границата между въздух и вода. Визуално изглежда, че подводните обекти са 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 на посоката на слънчевия лъч в момента на преминаване от една среда (структура) в друга.
За да подобрите разбирането на този процес, разгледайте примера за падане на лъч от въздух във вода (подобно за стъкло). Чрез начертаване на перпендикуляр по интерфейса може да се измери ъгълът на пречупване и връщането на светлинния лъч. Този индикатор (ъгълът на пречупване) ще се промени, когато потокът проникне във водата (вътре в стъклото).
Забележка! Този параметър се разбира като ъгъл, който образува перпендикуляр, изтеглен към разделянето на две вещества, когато лъчът прониква от първата структура към втората.

Преминаване 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 обратното, тогава по-малко.
В същото време промяната в наклона на падането 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 показва 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 от специални таблици;
α е ъгълът на падане;
γ е ъгълът на пречупване.

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

физически закон

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

Първа част. Лъчът (инцидент, променен) и перпендикулярът, който е възстановен в точката на падане на границата, например въздух и вода (стъкло и т.н.), ще бъдат разположени в една и съща равнина;
Втората част. Индикаторът за 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 закона, описан по-горе, този показател е постоянна стойност.
В същото време, когато стойността на наклона на падането се промени, същата ситуация ще бъде типична за подобен индикатор. Тази настройка 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 диамантът, който има най-висок индекс на пречупване, ще има скорост на разпространение на фотона 2,42 пъти по-бърза от въздуха. Във вода те ще се разпространяват 1,33 пъти по-бавно. За различни видовеочила, 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 преминава през различни вещества, които се характеризират с различни показателиоптична плътност. Както казахме по-рано, използвайки този закон, можете да определите характеристиката на плътността на средата (структурата). Колкото по-плътен е той, толкова по-бавна ще бъде скоростта на светлината в 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

При движение на светлинния поток 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 нашето кратко отклонение, все още е необходимо да се разглежда такъв ефект като пълноценно вътрешно отражение.

Феномен пълен дисплей

За да се появи този ефект, е необходимо да се увеличи ъгълът на падане на светлинния поток в момента на прехода му от по-плътен към по-малък плътна средана границата между веществата. В ситуация, в която този параметър ще превиши определена гранична 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 характеристиките на поведението на светлинния поток даде много, създавайки различни технически устройства за подобряване на живота ни. В същото време светлината не е отворила всичките си възможности за 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 лентата