Показник заломлення частоти. Як розраховується показник заломлення. Що таке показник заломлення скла? І коли його потрібно знати

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

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

Мал. 184. Відносний показник заломлення двох середовищ:

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

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

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

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

Таблиця 6. Показник заломлення різних речовинщодо повітря

Рідини		Тверді речовини
Речовина		Речовина

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Перший розраховується за однією з двох формул:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ДО ЛЕКЦІЇ №24

«ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ»

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

Література:

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

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

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

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

Рефрактометрія- метод, заснований на явище заломлення чи рефракції, тобто. зміні напряму поширення світла при переході з одного середовища до іншого.

Заломлення, як і поглинання світла, є наслідком взаємодії його з середовищем. Слово рефрактометрія означає вимір заломлення світла, яке оцінюється за величиною показника заломлення.

Розмір показника заломлення nзалежить

1) від складу речовин та систем,

2) від того, у якій концентрації і які молекули зустрічає світловий промінь своєму шляху, т.к. під впливом світла молекули різних речовин поляризуються по-різному. Саме на цій залежності й ґрунтується рефрактометричний метод.

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

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

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

Метод рефрактометрії застосовують контролю автентичності і чистоти, ідентифікації індивідуальних речовин, визначення будови органічних і неорганічних сполук щодо розчинів. Рефрактометрія знаходить застосування визначення складу двокомпонентних розчинів і потрійних систем.

Фізичні основи методу

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ.

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

даних середовищах.

Розглянемо заломлення світлового променя на межі будь-яких двох прозорих середовищ I та II (див. рис.). Умовимося, що середовище II має більшу заломлюючу здатність і, отже, n 1і n 2- Показує заломлення відповідних середовищ. Якщо середовище I - це вакуум і повітря, то відношення sin кута падіння світлового променя до sin кута заломлення дасть величину відносного показника заломлення n отн. Розмір n отн. може бути так само визначено як відношення показників заломлення середовищ, що розглядаються.

n отн. = ----- = ---

Розмір показника заломлення залежить від

1) природи речовин

Природу речовини у разі визначає ступінь деформируемости його молекул під впливом світла - ступінь поляризуемости. Чим інтенсивніша поляризуемість, тим сильніше заломлення світла.

2)довжини хвилі падаючого світла

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

Залежність показника заломлення від довжини світлової хвилі називається дисперсією. Чим менша довжина хвилі, тим значніше заломлення. Тому промені різних довжин хвиль переломлюються по-різному.

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

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

Поправку на вплив температури розраховують за такою формулою:

n t =n 20 + (20-t) · 0,0002, де

n t –Бувай задавачем заломлення при даній температурі,

n 20 -показник заломлення при 20 0 С

Вплив температури на значення показників заломлення газів та рідких тіл пов'язаний з величинами їх коефіцієнтів об'ємного розширення. Об'єм всіх газів і рідких тіл при нагріванні збільшується, щільність зменшується і, отже, зменшується показник

Показник заломлення, виміряний при 20 0 С та довжині хвилі світла 589,3 нм, позначається індексом n D 20

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

4) концентрації речовини у розчині.

Для багатьох водних розчинівпоказники заломлення при різних концентраціях і температурах надійно виміряні, і в цих випадках можна користуватися довідковими рефрактометричними таблицями. Практика показує, що при вмісті розчиненої речовини, що не перевищує 10-20%, поряд з графічним методом у багатьох випадках можна користуватися лінійним рівняннямтипу:

n=n про +FC,

n-показник заломлення розчину,

nо- показник заломлення чистого розчинника,

C- Концентрація розчиненої речовини, %

F-емпіричний коефіцієнт, величина якого знайдена

шляхом визначення коефіцієнтів заломлення розчинів відомої концентрації.

РЕФРАКТОМЕТРИ.

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

Показник заломлення дистильованої води n 0 =1,33299, практично цей показник приймає як відлікового як n 0 =1,333.

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

Ручний рефрактометр

Рефрактометр Аббе

Мал. 184. Відносний показник заломлення двох середовищ:

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

Таблиця 6. Показник заломлення різних речовин щодо повітря

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

Визначення показника заломлення прозорих твердих тіл

І рідин

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

Мета роботи:визначити показники заломлення скла та рідин.

Визначення показника заломлення скла за допомогою мікроскопа

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

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

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

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

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

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

tgi/tgr = AB/BC,

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

Якщо кути i та r малі, то

Sini / Sinr = tgi / tgr, (4.5)

тобто. Sini/Sinr = d/d1.

Враховуючи закон заломлення світла, отримаємо

Вимірювання d/d1 здійснюється за допомогою мікроскопа.

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

На осі правої рукоятки укріплено диск зі шкалою лімб.

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

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

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

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

Порядок виконання роботи

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

Показник заломлення

4.7) перебувала у полі зору.

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

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

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

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

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

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

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

Помітити показ a2.

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

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

6. Обчислити показник заломлення матеріалу платівки за формулою

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

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

Визначення показника заломлення рідин за допомогою рефрактометра

Прилади, які служать визначення показників заломлення, називаються рефрактометрами.

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

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

Світловий пучок (мал.

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

Поверхня АА верхньої освітлювальної призми 3 (рис.

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

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

менше ніж 1,540.

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

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

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

nст/nж = siniпр/sinrпр (4.11)

або nж = nстsinrпр, (4.12)

тому що siniпр = 1.

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

Sini¢пр/sinr¢пр = 1/ nст, (4.13)

r¢пр+i¢пр = i¢пр =a , (4.14)

де a-заломлюючий промінь призми 4.

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

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

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

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

На шкалу 9 (див.

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

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

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

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

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

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

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

Шкала лімба має бути проградуйована. Графік додається до встановлення.

Порядок виконання роботи

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

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

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

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

6. Дослідити запропонований набір рідин та оцінити похибку вимірювань.

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

Контрольні питання

Варіант 1

Дайте визначення абсолютного та відносного показників заломлення середовища.

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

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

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

Знайти показник заломлення цієї речовини.

Відповідь: n =2.

Варіант 2

1. У чому явище повного внутрішнього відбиття?

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

3. Поясніть роль компенсатора у рефрактометрі.

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

Відповідь: R = 11,3 м.

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

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

Показник заломлення вважається мірою оптичної густини середовища

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

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

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

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

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

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ

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

Показники заломлення деяких прозорих тіл

Повітря - 1,000292

Вода - 1,334

Ефір - 1,358

Спирт етиловий - 1,363

Гліцерин - 1, 473

Органічне скло (плексиглас) - 1, 49

Бензол - 1,503

(Скло крон - 1,5163

Ялицевий (канадський), бальзам 1,54

Скло важкий крон - 1 , 61 26

Скло флінт - 1,6164

Сірковуглець - 1,629

Скло важкий флінт - 1 , 64 75

Монобромнафталін - 1,66

Скло найважчий флінт - 1,92

Алмаз - 2,42

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

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

Лабораторна робота №41

Визначення показника заломлення рідин за допомогою рефрактометра

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

Опис установки

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

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

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

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

Цей показник заломлення позначається nD.

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

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

е.
де - Коефіцієнт дисперсії, або число Аббе.

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

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

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

Принципова схема пристрою показана на рис. 1.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Порядок виконання роботи

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

2. Відкрити вимірювальну призму.

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

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

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

Завдання 1

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

Виміряти показник заломлення одержаного розчину.

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

Таблиця 1

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

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

Обробка експериментальних даних

а) Графічний метод

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

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

б) Аналітичний метод

Методом найменших квадратів обчислити А, Уі SB.

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

Контрольні питання

Дисперсія світла. Чим відрізняється нормальна дисперсія від аномальної?

2. Що таке явище повного внутрішнього відбиття?

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

4. Навіщо грань призми А1 У1 роблять матовою?

Деградації, Індекс

Психологічна енциклопедія

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

Індекс

Психологічна енциклопедія

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

Від чого залежить показник заломлення речовини?

Індекс

Психологічна енциклопедія

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

Товариство, Індекс

Психологічна енциклопедія

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

Відбору, Індекс

Психологічна енциклопедія

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

Надійності, Індекс

Психологічна енциклопедія

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

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

Прогнозування ефективності, індекс

Психологічна енциклопедія

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

Слова, Індекс

Психологічна енциклопедія

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

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

Будинки Тіла, Індекс

Психологічна енциклопедія

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

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

ДО ЛЕКЦІЇ №24

«ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ»

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

Література:

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

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

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

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

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

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

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

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

Розмір показника заломлення nзалежить

1) від складу речовин та систем,

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

під впливом світла молекули різних речовин поляризуються по-різному. Саме на цій залежності й ґрунтується рефрактометричний метод.

Рефрактометрія знаходить застосування визначення складу двокомпонентних розчинів і потрійних систем.

Фізичні основи методу

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ.

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

даних середовищах.

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

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

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

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

нотн. = - - = -

Розмір показника заломлення залежить від

1) природи речовин

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

Чим інтенсивніша поляризуемість, тим сильніше заломлення світла.

2)довжини хвилі падаючого світла

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

Залежність показника заломлення від довжини світлової хвилі називається дисперсією.

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

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

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

Поправку на вплив температури розраховують за такою формулою:

nt=n20+ (20-t) ·0,0002, де

nt –Бувай задавачем заломлення при даній температурі,

n20-показник заломлення при 200С

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

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

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

4) концентрації речовини у розчині.

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

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

n=nо+FC,

n-показник заломлення розчину,

nо- Показник заломлення чистого розчинника,

C- Концентрація розчиненої речовини, %

F-емпіричний коефіцієнт, величина якого знайдена

шляхом визначення коефіцієнтів заломлення розчинів відомої концентрації.

РЕФРАКТОМЕТРИ.

Рефрактометрами називають прилади, що служать вимірювання величини показника заломлення.

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

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

Ручний рефрактометр

Рефрактометр Аббе

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

Ефект спотворення

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

Основи фізичного явища

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

Ефект спотворення у воді

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

Проходження променя

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

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

Для визначення цього фізичного явищаі було створено закон заломлення.

Фізичний закон

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

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

Опис закону

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

Важливий параметр для різних об'єктів

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

Показники для різних об'єктів

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

Зверніть увагу! Найвища швидкість світлового потоку – у вакуумі.

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

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

Оптична густина речовин

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

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

Ще один важливий показник

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

Ефект поляризації

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

Повноцінне внутрішнє відображення

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

Явище повноцінного відображення

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

Висновок

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

Як зробити паперовий світильник своїми руками
Як перевірити працездатність світлодіодної стрічки