Podczas rozwiązywania problemów z optyki często konieczna jest znajomość współczynnika załamania światła szkła, wody lub innej substancji. I w różne sytuacje mogą dotyczyć zarówno bezwzględnych, jak i względnych wartości tej wielkości.

Dwa rodzaje współczynnika załamania światła

Najpierw o tym, co pokazuje ta liczba: jak ten lub inny przezroczysty ośrodek zmienia kierunek propagacji światła. Co więcej, fala elektromagnetyczna może pochodzić z próżni, a wtedy współczynnik załamania światła szkła lub innej substancji będzie nazywany absolutnym. W większości przypadków jego wartość mieści się w przedziale od 1 do 2. Tylko w bardzo rzadkich przypadkach współczynnik załamania jest większy niż dwa.

Jeśli przed obiektem znajduje się ośrodek gęstszy niż próżnia, wówczas mówi się o wartości względnej. I jest obliczany jako stosunek dwóch Wartości bezwzględne. Na przykład względny współczynnik załamania światła dla szkła wodnego będzie równy ilorazowi wartości bezwzględnych dla szkła i wody.

W każdym razie jest to oznaczone łacińską literą „en” - n. Wartość tę uzyskuje się dzieląc wartości o tej samej nazwie przez siebie, dlatego jest to po prostu współczynnik, który nie ma nazwy.

Jaki jest wzór na obliczenie współczynnika załamania światła?

Jeśli przyjmiemy kąt padania jako „alfa”, a kąt załamania oznaczymy jako „beta”, wówczas wzór na wartość bezwzględną współczynnika załamania światła wygląda następująco: n = sin α / sin β. W literaturze anglojęzycznej często można spotkać inne oznaczenie. Gdy kąt padania wynosi i, a kąt załamania r.

Istnieje inny wzór na obliczanie współczynnika załamania światła w szkle i innych przezroczystych mediach. Jest to związane z prędkością światła w próżni iz nią, ale już w rozważanej substancji.

Wtedy wygląda to tak: n = c/νλ. Tutaj c to prędkość światła w próżni, ν to jego prędkość w przezroczystym ośrodku, a λ to długość fali.

Od czego zależy współczynnik załamania światła?

Jest ona określona przez prędkość, z jaką światło rozchodzi się w rozważanym ośrodku. Powietrze pod tym względem jest bardzo bliskie próżni, więc rozchodzące się w nim fale świetlne praktycznie nie odbiegają od swojego pierwotnego kierunku. Dlatego jeśli zostanie określony współczynnik załamania światła szkło-powietrze lub inna substancja znajdująca się w pobliżu powietrza, to ta ostatnia jest warunkowo traktowana jako próżnia.

Każde inne medium ma swoje własne cechy. Mają różne gęstości, mają własną temperaturę, a także naprężenia sprężyste. Wszystko to wpływa na wynik załamania światła przez substancję.

Nie najmniejszą rolę w zmianie kierunku rozchodzenia się fali odgrywają właściwości światła. Białe światło składa się z wielu kolorów, od czerwonego do fioletowego. Każda część widma jest załamywana na swój własny sposób. Co więcej, wartość wskaźnika dla fali czerwonej części widma będzie zawsze mniejsza niż dla reszty. Na przykład współczynnik załamania światła szkła TF-1 waha się odpowiednio od 1,6421 do 1,67298, od czerwonej do fioletowej części widma.

Przykładowe wartości dla różnych substancji

Oto wartości bezwzględne, czyli współczynnik załamania światła, gdy wiązka przechodzi z próżni (która jest równoważna powietrzu) ​​przez inną substancję.

Liczby te będą wymagane, jeśli konieczne będzie określenie współczynnika załamania światła szkła w stosunku do innych mediów.

Jakie inne wielkości są używane w rozwiązywaniu problemów?

Pełne odbicie. Występuje, gdy światło przechodzi z gęstszego ośrodka do mniej gęstego. Tutaj, przy określonej wartości kąta padania, załamanie zachodzi pod kątem prostym. Oznacza to, że wiązka ślizga się wzdłuż granicy dwóch ośrodków.

Kąt graniczny całkowite odbicie- to jest jego minimalna wartość, przy którym światło nie ucieka do mniej gęstego ośrodka. Mniej niż to - zachodzi załamanie, a więcej - odbicie w tym samym ośrodku, z którego poruszało się światło.

Zadanie 1

Stan : schorzenie. Współczynnik załamania szkła wynosi 1,52. Konieczne jest określenie kąta granicznego, pod jakim światło jest całkowicie odbijane od powierzchni styku: szkło z powietrzem, woda z powietrzem, szkło z wodą.

Będziesz musiał użyć danych dotyczących współczynnika załamania światła dla wody podanych w tabeli. Przyjmuje się, że powietrze jest równe jedności.

Rozwiązanie we wszystkich trzech przypadkach sprowadza się do obliczeń za pomocą wzoru:

sin α 0 / sin β = n 1 / n 2, gdzie n 2 odnosi się do ośrodka, z którego rozchodzi się światło, a n 1 do miejsca, w którym przenika.

Litera α 0 oznacza kąt graniczny. Wartość kąta β wynosi 90 stopni. Oznacza to, że jego sinusem będzie jedność.

Dla pierwszego przypadku: sin α 0 = 1 /n szkła, wtedy kąt graniczny jest równy arcus sinusowi 1 /n szkła. 1/1,52 = 0,6579. Kąt wynosi 41,14º.

W drugim przypadku, określając arcus sinus, musisz zastąpić wartość współczynnika załamania światła wody. Ułamek 1 / n wody przyjmie wartość 1 / 1,33 \u003d 0,7519. To jest arcus sinus kąta 48,75º.

Trzeci przypadek jest opisany stosunkiem n wody do n szkła. Arcus sinus należy obliczyć dla ułamka: 1,33 / 1,52, czyli liczby 0,875. Wartość kąta granicznego znajdujemy na podstawie jego arcus sinusoidy: 61,05º.

Odpowiedź: 41,14º, 48,75º, 61,05º.

Zadanie nr 2

Stan : schorzenie. Szklany pryzmat zanurzono w naczyniu wypełnionym wodą. Jego współczynnik załamania wynosi 1,5. Pryzmat oparty jest na trójkącie prostokątnym. Większa noga jest ustawiona prostopadle do dna, a druga równoległa do niej. Promień światła pada normalnie na górną ścianę graniastosłupa. Jaki powinien być najmniejszy kąt między odnogą poziomą a przeciwprostokątną, aby światło dotarło do odnogi prostopadłej do dna naczynia i wyszło z pryzmatu?

Aby wiązka opuściła graniastosłup w opisany sposób, musi padać pod kątem granicznym na wewnętrzną ścianę (tę, która jest przeciwprostokątną trójkąta w przekroju graniastosłupa). Ten kąt graniczny jest z założenia równy żądanemu kątowi trójkąt prostokątny. Z prawa załamania światła wynika, że ​​sinus kąta granicznego podzielony przez sinus 90 stopni jest równy stosunkowi dwóch współczynników załamania światła: wody do szkła.

Obliczenia prowadzą do takiej wartości dla kąta granicznego: 62º30´.

Dziedziny zastosowań refraktometrii.

Urządzenie i zasada działania refraktometru IRF-22.

Pojęcie współczynnika załamania światła.

Plan

Refraktometria. Charakterystyka i istota metody.

Aby zidentyfikować substancje i sprawdzić ich czystość, użyj

refraktor.

Współczynnik załamania substancji- wartość równa stosunkowi prędkości fazowych światła (fal elektromagnetycznych) w próżni i ośrodku widzialnym.

Współczynnik załamania zależy od właściwości substancji i długości fali

promieniowanie elektromagnetyczne. Stosunek sinusa kąta padania względem

normalna poprowadzona do płaszczyzny załamania (α) wiązki do sinusa kąta załamania

załamanie (β) podczas przejścia wiązki z ośrodka A do ośrodka B nazywa się względnym współczynnikiem załamania światła dla tej pary ośrodków.

Wartość n jest względnym współczynnikiem załamania światła ośrodka B zgodnie z

w odniesieniu do środowiska A, oraz

Względny współczynnik załamania światła ośrodka A względem

Współczynnik załamania wiązki padającej na ośrodek z bezpowietrznej

ta przestrzeń nazywana jest jej bezwzględnym współczynnikiem załamania światła lub

po prostu współczynnik załamania światła danego ośrodka (Tabela 1).

Tabela 1 — Współczynniki załamania światła różnych ośrodków

Ciecze mają współczynnik załamania światła w zakresie 1,2-1,9. Solidny

substancje 1,3-4,0. Niektóre minerały nie mają dokładnej wartości wskaźnika

dla refrakcji. Jego wartość mieści się w pewnym „widelcu” i określa

ze względu na obecność zanieczyszczeń w strukturze krystalicznej, która decyduje o kolorze

kryształ.

Identyfikacja minerału według „koloru” jest trudna. Tak więc mineralny korund występuje w postaci rubinu, szafiru, leukozafiru, różniących się

współczynnik załamania światła i kolor. Czerwone korundy nazywane są rubinami

(domieszka chromu), bezbarwny niebieski, jasnoniebieski, różowy, żółty, zielony,

fioletowy - szafiry (zanieczyszczenia kobaltu, tytanu itp.). Jasne kolory

nye szafiry lub bezbarwny korund nazywa się leucosapphire (powszechnie

stosowany w optyce jako filtr światła). Współczynnik załamania światła tych kryształów

stoisko mieści się w przedziale 1,757-1,778 i jest podstawą do identyfikacji

Rysunek 3.1 — Rubin Rysunek 3.2 — Szafirowy błękit

Ciecze organiczne i nieorganiczne mają również charakterystyczne wartości współczynnika załamania światła, które charakteryzują je jako chemiczne

nowe związki i jakość ich syntezy (tab. 2):

Tabela 2 — Współczynniki załamania światła niektórych cieczy w temperaturze 20°C

4.2. Refraktometria: pojęcie, zasada.

Metoda badania substancji oparta na oznaczeniu wskaźnika

(współczynnik) refrakcji (refrakcji) nazywa się refraktometrią (od

łac. refractus - załamany i grecki. metreo – mierzę). Refraktometria

(metoda refraktometryczna) służy do identyfikacji substancji chemicznych

związki chemiczne, analiza ilościowa i strukturalna, oznaczanie fizyko-

parametry chemiczne substancji. Zaimplementowano zasadę refraktometrii

w refraktometrach Abbego, zilustrowanych na rysunku 1.

Rysunek 1 - Zasada refraktometrii

Blok pryzmatu Abbego składa się z dwóch graniastosłupów prostokątnych: świecącego

ciało i wymiary, złożone przez przeciwprostokątne twarze. Iluminator-

pryzmat ma szorstką (matową) przeciwprostokątną powierzchnię i jest przeznaczony

chena do oświetlania próbki cieczy umieszczonej między pryzmatami.

Światło rozproszone przechodzi przez płasko-równoległą warstwę badanej cieczy i załamując się w cieczy pada na pryzmat pomiarowy. Pryzmat pomiarowy wykonany jest z optycznie gęstego szkła (ciężki krzemień) i ma współczynnik załamania większy niż 1,7. Z tego powodu refraktometr Abbego mierzy n wartości mniejszych niż 1,7. Zwiększenie zakresu pomiarowego współczynnika załamania światła można osiągnąć tylko poprzez zmianę pryzmatu pomiarowego.

Badaną próbkę wylewa się na przeciwprostokątną powierzchnię pryzmatu pomiarowego i dociska do pryzmatu oświetlającego. W tym przypadku między pryzmami, w których znajduje się próbka, pozostaje szczelina 0,1-0,2 mm, a przez

który przechodzi przez załamanie światła. Aby zmierzyć współczynnik załamania światła

wykorzystaj zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia. Polega na

Następny.

Jeśli promienie 1, 2, 3 padają na interfejs między dwoma mediami, to w zależności od

kąt padania podczas obserwacji ich w ośrodku refrakcyjnym będzie

obserwuje się obecność przejścia obszarów o różnym oświetleniu. To jest połączone

z padaniem pewnej części światła na granicę załamania pod kątem ok.

kim do 90° względem normalnej (belka 3). (Rysunek 2).

Ryc. 2 — Obraz załamanych promieni

Ta część promieni nie jest odbijana i dlatego tworzy lżejszy obiekt.

refrakcja. Promienie o mniejszych kątach doświadczają i odbijają się

i załamania. Dlatego powstaje obszar o mniejszym oświetleniu. w objętości

linia graniczna całkowitego wewnętrznego odbicia jest widoczna na soczewce, pozycja

która zależy od właściwości refrakcyjnych próbki.

Eliminację zjawiska dyspersji (zabarwienie granicy między dwoma obszarami oświetlenia na kolory tęczy w wyniku zastosowania w refraktometrach Abbego zespolonego światła białego) uzyskuje się poprzez zastosowanie w kompensatorze dwóch pryzmatów Amiciego, które są zamontowane w teleskop. W tym samym czasie na soczewkę wyświetlana jest skala (ryc. 3). Do analizy wystarczy 0,05 ml płynu.

Rysunek 3 - Widok przez okular refraktometru. (Prawa skala odzwierciedla

stężenie mierzonego składnika w ppm)

Oprócz analizy próbek jednoskładnikowych są szeroko analizowane

układy dwuskładnikowe (roztwory wodne, roztwory substancji, w których

lub rozpuszczalnik). W idealnych układach dwuskładnikowych (formujących

bez zmiany objętości i polaryzowalności składników), pokazana jest zależność

współczynnik załamania światła na kompozycji jest zbliżony do liniowego, jeśli kompozycja jest wyrażona w kategoriach

ułamki objętościowe (procent)

gdzie: n, n1, n2 - współczynniki załamania światła mieszaniny i składników,

V1 i V2 - ułamki objętościowe składowe (V1 + V2 = 1).

Wpływ temperatury na współczynnik załamania światła jest określony przez dwa

czynniki: zmiana liczby cząstek cieczy na jednostkę objętości i

zależność polaryzowalności cząsteczek od temperatury. Drugi czynnik stał się

staje się znacząca dopiero przy bardzo dużych zmianach temperatury.

Współczynnik temperatury współczynnik załamania światła jest proporcjonalny do współczynnika gęstości temperaturowej. Ponieważ wszystkie ciecze rozszerzają się po podgrzaniu, ich współczynniki załamania światła zmniejszają się wraz ze wzrostem temperatury. Współczynnik temperaturowy zależy od temperatury cieczy, ale w małych przedziałach temperatur można go uznać za stały. Z tego powodu większość refraktometry nie mają kontroli temperatury, jednak niektóre konstrukcje ją zapewniają

kontrola temperatury wody.

Liniowa ekstrapolacja współczynnika załamania światła wraz ze zmianami temperatury jest dopuszczalna dla małych różnic temperatur (10 - 20°C).

Dokładne wyznaczenie współczynnika załamania światła w szerokim zakresie temperatur przeprowadza się według wzorów empirycznych postaci:

nt=n0+w+bt2+…

Do refraktometrii roztworów w szerokim zakresie stężeń

użyj tabel lub wzorów empirycznych. Wyświetl zależność-

współczynnik załamania roztworów wodnych niektórych substancji na stężenie

jest zbliżony do liniowego i umożliwia wyznaczenie stężeń tych substancji w

wody w szerokim zakresie stężeń (Rysunek 4) za pomocą refrakcji

tometry.

Rysunek 4 - Współczynnik załamania światła niektórych roztworów wodnych

Zwykle n ciał stałych i ciekłych jest określanych z dużą dokładnością za pomocą refraktometrów

do 0,0001. Najczęściej spotykane są refraktometry Abbego (ryc. 5) z blokami pryzmatycznymi i kompensatorami dyspersji, które umożliwiają wyznaczenie nD w świetle „białym” na podziałce lub wskaźniku cyfrowym.

Rysunek 5 — Refraktometr Abbego (IRF-454; IRF-22)

Przejdźmy do bardziej szczegółowego rozważenia współczynnika załamania światła wprowadzonego przez nas w § 81 przy formułowaniu prawa załamania światła.

Współczynnik załamania zależy od właściwości optycznych i ośrodka, z którego pada wiązka, oraz ośrodka, w który wnika. Współczynnik załamania uzyskany, gdy światło z próżni pada na ośrodek, nazywany jest bezwzględnym współczynnikiem załamania światła tego ośrodka.

Ryż. 184. Względny współczynnik załamania światła dwóch ośrodków:

Pozwalać absolutny wskaźnik istnieją załamania pierwszego ośrodka i drugiego ośrodka - . Biorąc pod uwagę załamanie na granicy pierwszego i drugiego ośrodka, upewniamy się, że współczynnik załamania światła podczas przejścia z pierwszego ośrodka do drugiego, tzw. względny współczynnik załamania światła, jest równy stosunkowi bezwzględnych współczynników załamania światła drugi i pierwszy nośnik:

(ryc. 184). Wręcz przeciwnie, przechodząc z drugiego ośrodka do pierwszego, mamy względny współczynnik załamania światła

Ustalony związek między względnym współczynnikiem załamania światła dwóch ośrodków a ich bezwzględnymi współczynnikami załamania światła można również wyprowadzić teoretycznie, bez nowych eksperymentów, tak jak można to zrobić dla prawa odwracalności (§82),

Mówi się, że ośrodek o wyższym współczynniku załamania światła jest optycznie gęstszy. Zwykle mierzy się współczynnik załamania różnych mediów w stosunku do powietrza. Bezwzględny współczynnik załamania światła powietrza wynosi . Zatem bezwzględny współczynnik załamania światła dowolnego ośrodka jest powiązany z jego współczynnikiem załamania światła względem powietrza za pomocą wzoru

Tabela 6. Współczynnik załamania światła różne substancje względem powietrza

Współczynnik załamania światła zależy od długości fali światła, to znaczy od jego koloru. Różne kolory odpowiadają różnym współczynnikom załamania światła. Zjawisko to, zwane dyspersją, odgrywa ważną rolę w optyce. Zjawiskiem tym będziemy się wielokrotnie zajmować w dalszych rozdziałach. Dane podane w tabeli. 6, odnoszą się do żółtego światła.

Warto zauważyć, że prawo odbicia można formalnie zapisać w tej samej formie, co prawo załamania. Przypomnijmy, że zgodziliśmy się zawsze mierzyć kąty od prostopadłej do odpowiedniego promienia. Dlatego musimy wziąć pod uwagę, że kąt padania i kąt odbicia mają przeciwne znaki, tj. prawo odbicia można zapisać jako

Porównując (83.4) z prawem załamania, widzimy, że prawo odbicia można postrzegać jako szczególny przypadek prawo załamania przy . To formalne podobieństwo między prawami odbicia i załamania jest bardzo przydatne w rozwiązywaniu problemów praktycznych.

W poprzedniej prezentacji współczynnik załamania światła oznaczał stałą ośrodka, niezależną od natężenia przechodzącego przez niego światła. Taka interpretacja współczynnika załamania światła jest całkiem naturalna, jednak w przypadku wysokich natężeń promieniowania, które można uzyskać stosując nowoczesne lasery, nie jest to uzasadnione. Właściwości ośrodka, przez który przechodzi silne promieniowanie świetlne, w tym przypadku zależą od jego natężenia. Jak mówią, medium staje się nieliniowe. Nieliniowość ośrodka objawia się w szczególności tym, że fala świetlna o dużym natężeniu zmienia współczynnik załamania światła. Zależność współczynnika załamania światła od natężenia promieniowania ma postać

Tutaj jest zwykłym współczynnikiem załamania światła, a jest nieliniowym współczynnikiem załamania światła i jest współczynnikiem proporcjonalności. Dodatkowy wyraz w tym wzorze może być dodatni lub ujemny.

Względne zmiany współczynnika załamania światła są stosunkowo niewielkie. Na nieliniowy współczynnik załamania światła. Jednak nawet tak niewielkie zmiany współczynnika załamania są zauważalne: przejawiają się w swoistym zjawisku samoogniskowania światła.

Rozważ ośrodek o dodatnim nieliniowym współczynniku załamania światła. W tym przypadku obszary o zwiększonym natężeniu światła są jednocześnie obszarami o zwiększonym współczynniku załamania światła. Zwykle w rzeczywistym promieniowaniu laserowym rozkład natężenia w przekroju poprzecznym wiązki jest nierównomierny: natężenie jest maksymalne wzdłuż osi i płynnie maleje w kierunku krawędzi wiązki, jak pokazano na rys. 185 pełnych krzywych. Podobny rozkład opisuje również zmianę współczynnika załamania światła w przekroju poprzecznym komórki z nieliniowym ośrodkiem, wzdłuż której osi rozchodzi się wiązka lasera. Współczynnik załamania światła, który jest największy wzdłuż osi komórki, stopniowo maleje w kierunku jej ścian (krzywe przerywane na ryc. 185).

Wiązka promieni wychodzących z lasera równolegle do osi, wpadając do ośrodka o zmiennym współczynniku załamania, jest odchylana w kierunku, w którym jest większy. Dlatego zwiększone natężenie w pobliżu komórki OSP prowadzi do koncentracji promieni świetlnych w tym obszarze, co pokazano schematycznie w przekrojach i na ryc. 185, a to prowadzi do dalszego wzrostu . Ostatecznie efektywny przekrój poprzeczny wiązki światła przechodzącej przez ośrodek nieliniowy znacznie się zmniejsza. Światło przechodzi jakby przez wąski kanał o zwiększonym współczynniku załamania. W ten sposób promień lasera zawęża się, a ośrodek nieliniowy działa jak soczewka skupiająca pod działaniem intensywnego promieniowania. Zjawisko to nazywane jest samoogniskowaniem. Można to zaobserwować np. w ciekłym nitrobenzenie.

Ryż. 185. Rozkład natężenia promieniowania i współczynnika załamania światła w przekroju wiązki laserowej promieni na wejściu do kuwety (a), w pobliżu końca wejściowego (), w środku (), w pobliżu wyjściowego końca kuwety ( )

Wyznaczanie współczynnika załamania światła ciał przezroczystych

I płyny

Instrumenty i akcesoria: mikroskop z filtrem świetlnym, płytka płasko-równoległa z oznaczeniem AB w kształcie krzyża; marka refraktometru „RL”; zestaw płynów.

Cel pracy: określać współczynniki załamania szkła i cieczy.

Wyznaczanie współczynnika załamania światła szkła za pomocą mikroskopu

Aby określić współczynnik załamania przezroczystego ciała stałego, stosuje się płasko-równoległą płytkę wykonaną z tego materiału ze znakiem.

Znak składa się z dwóch wzajemnie prostopadłych rys, z których jedna (A) jest nałożona na spód, a druga (B) na górną powierzchnię płytki. Płytkę oświetla się światłem monochromatycznym i bada pod mikroskopem. NA
Ryż. 4.7 przedstawia przekrój badanej płyty przez płaszczyznę pionową.

Promienie AD i AE po załamaniu na granicy faz szkło-powietrze biegną w kierunkach DD1 i EE1 i wpadają w obiektyw mikroskopu.

Obserwator patrzący na tablicę z góry widzi punkt A na przecięciu kontynuacji promieni DD1 i EE1, tj. w punkcie C.

Zatem punkt A wydaje się obserwatorowi znajdującemu się w punkcie C. Znajdźmy zależność między współczynnikiem załamania światła n materiału płytki, grubością d a pozorną grubością d1 płytki.

4.7 widać, że VD \u003d BCtgi, BD \u003d ABtgr, skąd

tgi/tgr = AB/BC,

gdzie AB = d jest grubością płyty; BC = d1 pozorna grubość blachy.

Jeśli kąty i i r są małe, to

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4.5)

te. Sini/Sinr = d/d1.

Biorąc pod uwagę prawo załamania światła, otrzymujemy

Pomiaru d/d1 dokonuje się za pomocą mikroskopu.

Schemat optyczny mikroskopu składa się z dwóch układów: układu obserwacyjnego, na który składa się obiektyw i okular zamocowany w tubusie oraz układu oświetlenia, na który składa się lustro i wyjmowany filtr światła. Ustawianie ostrości obrazu odbywa się poprzez obracanie uchwytów umieszczonych po obu stronach tubusu.

Na osi prawej rękojeści tarcza z podziałką kończyny.

Odczyt b na kończynie względem nieruchomej wskazówki określa odległość h od obiektywu do stolika mikroskopu:

Współczynnik k wskazuje, na jaką wysokość przesunie się tubus mikroskopu, gdy uchwyt zostanie obrócony o 1°.

Średnica obiektywu w tym ustawieniu jest niewielka w porównaniu z odległością h, więc najbardziej zewnętrzna wiązka wpadająca do obiektywu tworzy mały kąt i z osią optyczną mikroskopu.

Kąt załamania r światła w płytce jest mniejszy od kąta i, tj. jest również mała, co odpowiada warunkowi (4.5).

Porządek pracy

1. Umieść płytkę na stoliku mikroskopu tak, aby punkt przecięcia kresek A i B (patrz ryc.

Współczynnik załamania światła

4.7) znajdował się w polu widzenia.

2. Obróć uchwyt mechanizmu podnoszącego, aby podnieść rurę do górnej pozycji.

3. Zaglądając do okularu, powoli opuszczać tubus mikroskopu, obracając uchwyt, aż do uzyskania w polu widzenia wyraźnego obrazu rysy B naniesionej na górną powierzchnię płytki. Odnotować wskazanie b1 kończyny, które jest proporcjonalne do odległości h1 od obiektywu mikroskopu do górnej krawędzi płytki: h1 = kb1 (ryc.

4. Kontynuuj płynne opuszczanie rurki aż do uzyskania wyraźnego obrazu rysy A, która wydaje się obserwatorowi znajdującemu się w punkcie C. Zanotuj nowy odczyt b2 rąbka. Odległość h1 od obiektywu do górnej powierzchni płytki jest proporcjonalna do b2:
h2 = kb2 (ryc. 4.8, b).

Odległości od punktów B i C do soczewki są równe, ponieważ obserwator widzi je równie wyraźnie.

Przemieszczenie rury h1-h2 jest równe pozornej grubości płyty (rys.

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

5. Zmierz grubość blachy d na przecięciu pociągnięć. W tym celu należy umieścić pomocniczą płytkę szklaną 2 pod płytką testową 1 (Rys. 4.9) i opuścić tubus mikroskopu, aż soczewka dotknie (lekko) płytki testowej. Zwróć uwagę na oznaczenie kończyny a1. Wyjmij badaną płytkę i opuść tubus mikroskopu, aż obiektyw dotknie płytki 2.

Uwaga wskazanie a2.

W tym samym czasie obiektyw mikroskopu opadnie na wysokość równą grubości badanej płytki, tj.

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

6. Korzystając ze wzoru, obliczcie współczynnik załamania materiału płytki

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

7. Powtórzyć wszystkie powyższe pomiary 3-5 razy, obliczyć wartość średnią n, błędy bezwzględne i względne rn i rn/n.

Wyznaczanie współczynnika załamania światła cieczy za pomocą refraktometru

Przyrządy używane do określania współczynników załamania światła nazywane są refraktometrami.

Widok ogólny i schemat optyczny refraktometru RL przedstawiono na rys. 4.10 i 4.11.

Pomiar współczynnika załamania cieczy za pomocą refraktometru RL opiera się na zjawisku załamania światła, które przeszło przez granicę między dwoma ośrodkami o różne wskaźniki refrakcja.

Wiązka światła (ryc.

4.11) ze źródła 1 (żarówka lub rozproszone światło dzienne) za pomocą zwierciadła 2 jest kierowane przez okienko w obudowie przyrządu na podwójny pryzmat składający się z pryzmatów 3 i 4, które są wykonane ze szkła o współczynniku załamania światła z 1.540.

Powierzchnia AA górnego pryzmatu doświetlającego 3 (ryc.

4.12, a) matowy i służy do rozświetlenia rozproszonego światła nałożonego płynu cienka warstwa w szczelinie między pryzmatami 3 i 4. Światło rozproszone przez matową powierzchnię 3 przechodzi przez płaskorównoległą warstwę badanej cieczy i pada na ukośną krawędź materiału wybuchowego dolnego pryzmatu 4 pod różnymi
kąty i w zakresie od zera do 90°.

Aby uniknąć zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia światła na powierzchni wybuchu, współczynnik załamania badanej cieczy powinien być mniejszy niż współczynnik załamania szkła pryzmatu 4, tj.

mniej niż 1540.

Wiązkę światła o kącie padania 90° nazywamy wiązką ślizgową.

Wiązka ślizgowa, załamana na granicy faz ciecz-szkło, przejdzie w pryzmat 4 pod granicznym kątem załamania R itp< 90о.

Załamanie ślizgającej się wiązki w punkcie D (patrz rysunek 4.12, a) jest zgodne z prawem

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

lub nzh = nstsinrpr, (4.12)

ponieważ sinip = 1.

Na powierzchni BC pryzmatu 4 promienie światła ulegają ponownemu załamaniu, a następnie

sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

gdzie a jest załamującą się wiązką pryzmatu 4.

Rozwiązując razem układ równań (4.12), (4.13), (4.14), możemy otrzymać wzór wiążący współczynnik załamania nzh badanej cieczy z granicznym kątem załamania r'pr wiązki wychodzącej z pryzmat 4:

Jeśli luneta zostanie umieszczona na drodze promieni wychodzących z pryzmatu 4, to dolna część jej pola widzenia będzie oświetlona, ​​a górna część przyciemniona. Granicę między jasnymi i ciemnymi polami tworzą promienie o granicznym kącie załamania r¢pr. W tym układzie nie ma promieni o kącie załamania mniejszym niż r¢pr (ryc.

Dlatego wartość r¢pr i położenie granicy światłocienia zależą tylko od współczynnika załamania nzh badanej cieczy, ponieważ nst i a są wielkościami w ten instrument stały.

Znając nst, a i r¢pr, można obliczyć nzh ze wzoru (4.15). W praktyce wzór (4.15) służy do kalibracji skali refraktometru.

W skali 9 (zob

Ryż. 4.11), wartości współczynnika załamania światła dla ld = 5893 Å są wykreślone po lewej stronie. Przed okularem 10 - 11 znajduje się blaszka 8 z oznaczeniem (--).

Przesuwając okular wraz z płytką 8 wzdłuż podziałki, można uzyskać wyrównanie znacznika z linią podziału pomiędzy ciemnym i jasnym polem widzenia.

Podział stopniowanej skali 9, pokrywający się ze znakiem, podaje wartość współczynnika załamania światła nzh badanej cieczy. Obiektyw 6 i okular 10-11 tworzą teleskop.

Pryzmat obrotowy 7 zmienia przebieg wiązki, kierując ją w okular.

Ze względu na rozproszenie szkła i badanej cieczy, zamiast wyraźnej linii podziału między ciemnymi i jasnymi polami, przy obserwacji w świetle białym uzyskuje się opalizujący pasek. Aby wyeliminować ten efekt, kompensator dyspersji 5 jest zainstalowany przed soczewką teleskopu. Główną częścią kompensatora jest pryzmat, który jest sklejony z trzech pryzmatów i może obracać się względem osi lunety.

Kąty załamania pryzmatu i ich materiał są tak dobrane żółte światło o długości fali ld = 5893 Å przechodzi przez nie bez załamania. Jeśli na drodze kolorowych promieni zostanie zainstalowany pryzmat kompensacyjny w taki sposób, że jego rozproszenie będzie równe co do wielkości, ale przeciwnie do znaku rozproszenia pryzmatu pomiarowego i cieczy, wówczas całkowite rozproszenie będzie równe zeru. W tym przypadku wiązka promieni świetlnych zbierze się w białą wiązkę, której kierunek pokrywa się z kierunkiem ograniczającej żółtej wiązki.

Tak więc, gdy pryzmat kompensacyjny obraca się, kolor odcienia jest eliminowany. Wraz z pryzmatem 5 ramię dyspersyjne 12 obraca się względem nieruchomej wskazówki (patrz ryc. 4.10). Kąt obrotu Z ramienia pozwala ocenić wartość średniego rozrzutu badanej cieczy.

Skala zegara musi być wyskalowana. Harmonogram jest dołączony do instalacji.

Porządek pracy

1. Podnieś pryzmat 3, umieść 2-3 krople cieczy testowej na powierzchni pryzmatu 4 i opuść pryzmat 3 (patrz rys. 4.10).

3. Wykorzystując celowanie oczne, uzyskaj ostry obraz skali i granicy między polami widzenia.

4. Kręcąc rączką 12 kompensatora 5, zniszcz kolorowe zabarwienie interfejsu między polami widzenia.

Przesuwając okular po skali, wyrównaj znak (—-) z granicą pola ciemnego i jasnego i zanotuj wartość wskaźnika cieczy.

6. Zbadaj proponowany zestaw płynów i oceń błąd pomiaru.

7. Po każdym pomiarze przetrzyj powierzchnię pryzmatów bibułą nasączoną wodą destylowaną.

Pytania kontrolne

opcja 1

Zdefiniuj bezwzględne i względne współczynniki załamania światła ośrodka.

2. Narysuj tor promieni przez granicę dwóch ośrodków (n2>n1, oraz n2< n1).

3. Uzyskaj zależność łączącą współczynnik załamania światła n z grubością d i pozorną grubością d¢ płytki.

4. Zadanie. Graniczny kąt całkowitego wewnętrznego odbicia dla niektórych substancji wynosi 30°.

Znajdź współczynnik załamania światła tej substancji.

Odpowiedź: n=2.

Opcja 2

1. Na czym polega zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia?

2. Opisać budowę i zasadę działania refraktometru RL-2.

3. Wyjaśnij rolę kompensatora w refraktometrze.

4. Zadanie. Żarówkę opuszcza się ze środka okrągłej tratwy na głębokość 10 m. Znajdź minimalny promień tratwy, przy którym ani jeden promień żarówki nie powinien dotrzeć do powierzchni.

Odpowiedź: R = 11,3 m.

WSPÓŁCZYNNIK ZAŁAMANIA ŚWIATŁA, Lub WSPÓŁCZYNNIK REFRAKCJI, to abstrakcyjna liczba charakteryzująca moc refrakcyjną przezroczystego ośrodka. Współczynnik załamania jest oznaczony literą łacińską π i jest zdefiniowany jako stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania wiązki wchodzącej z pustki do danego przezroczystego ośrodka:

n = sin α/sin β = const lub jako stosunek prędkości światła w pustce do prędkości światła w danym przezroczystym ośrodku: n = c/νλ od pustki do danego przezroczystego ośrodka.

Współczynnik załamania światła jest uważany za miarę gęstości optycznej ośrodka

Wyznaczony w ten sposób współczynnik załamania światła nazywany jest bezwzględnym współczynnikiem załamania światła, w przeciwieństwie do względnego współczynnika załamania światła.

e. pokazuje, ile razy zmniejsza się prędkość propagacji światła, gdy mija jego współczynnik załamania światła, co jest określone przez stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania, gdy wiązka przechodzi z ośrodka o jednym gęstość do ośrodka o innej gęstości. Względny współczynnik załamania światła jest równy stosunkowi bezwzględnych współczynników załamania światła: n = n2/n1, gdzie n1 i n2 są bezwzględnymi współczynnikami załamania światła pierwszego i drugiego ośrodka.

Bezwzględny współczynnik załamania światła wszystkich ciał - stałych, ciekłych i gazowych - jest większy niż jeden i wynosi od 1 do 2, przekraczając wartość 2 tylko w rzadkich przypadkach.

Współczynnik załamania zależy zarówno od właściwości ośrodka, jak i od długości fali światła i rośnie wraz ze spadkiem długości fali.

Dlatego do litery p przypisany jest indeks wskazujący, do jakiej długości fali odnosi się wskaźnik.

WSPÓŁCZYNNIK ZAŁAMANIA ŚWIATŁA

Np. dla szkła TF-1 współczynnik załamania w czerwonej części widma wynosi nC=1,64210, a w fioletowej nG’=1,67298.

Współczynniki załamania niektórych ciał przezroczystych

Powietrze - 1.000292

Woda - 1334

Eter - 1358

Alkohol etylowy - 1,363

Gliceryna - 1473

Szkło organiczne (pleksi) - 1, 49

Benzen - 1,503

(Szkło koronowe - 1.5163

Jodła (kanadyjska), balsam 1,54

Ciężkie szkło koronowe - 1, 61 26

Szkło krzemienne - 1.6164

Dwusiarczek węgla - 1,629

Szklany ciężki krzemień - 1, 64 75

Monobromonaftalen - 1,66

Szkło to najcięższy krzemień - 1,92

Diament - 2,42

Różnica we współczynniku załamania światła dla różnych części widma jest przyczyną chromatyzmu, tj.

rozkład światła białego, gdy przechodzi ono przez części załamujące - soczewki, pryzmaty itp.

Laboratorium nr 41

Wyznaczanie współczynnika załamania światła cieczy za pomocą refraktometru

Cel pracy: wyznaczanie współczynnika załamania światła cieczy metodą całkowitego wewnętrznego odbicia za pomocą refraktometru IRF-454B; badanie zależności współczynnika załamania światła roztworu od jego stężenia.

Opis instalacji

Kiedy światło niemonochromatyczne ulega załamaniu, rozkłada się na kolory składowe w widmie.

Zjawisko to wynika z zależności współczynnika załamania światła substancji od częstotliwości (długości fali) światła i nazywa się dyspersją światła.

Zwyczajowo charakteryzuje się moc refrakcyjną ośrodka za pomocą współczynnika załamania światła przy długości fali λ \u003d 589,3 nm (średnia długości fal dwóch bliskich żółtych linii w widmie par sodu).

60. Jakie metody oznaczania stężenia substancji w roztworze stosuje się w analizie absorpcji atomowej?

Ten współczynnik załamania światła jest oznaczony ND.

Miarą wariancji jest średnia wariancja, zdefiniowana jako różnica ( NF-NC), Gdzie NF jest współczynnikiem załamania światła substancji przy długości fali λ = 486,1 nm (niebieska linia w widmie wodoru), NC jest współczynnikiem załamania substancji λ - 656,3 nm (czerwona linia w widmie wodoru).

Załamanie substancji charakteryzuje się wartością względnej dyspersji:
Podręczniki zwykle podają odwrotność względnego rozproszenia, tj.

mi.
,Gdzie jest współczynnikiem dyspersji lub liczbą Abbego.

Urządzenie do określania współczynnika załamania światła cieczy składa się z refraktometru IRF-454B z granicami pomiarowymi wskaźnika; refrakcja ND w zakresie od 1,2 do 1,7; płyn testowy, chusteczki do wycierania powierzchni pryzmatów.

Refraktometr IRF-454B jest przyrządem badawczym przeznaczonym do bezpośredniego pomiaru współczynnika załamania światła cieczy, a także do wyznaczania średniej dyspersji cieczy w laboratorium.

Zasada działania urządzenia IRF-454B oparty na zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia światła.

Schemat ideowy urządzenia pokazano na ryc. 1.

Badana ciecz umieszczona jest pomiędzy dwiema ścianami pryzmatu 1 i 2. Pryzmat 2 z dobrze wypolerowaną ścianą AB mierzy, a pryzmat 1 ma matową twarz A1 W1 - oświetlenie. Promienie ze źródła światła padają na krawędź A1 Z1 , załamują się, spadają na matową powierzchnię A1 W1 i rozproszone po tej powierzchni.

Następnie przechodzą przez warstwę badanej cieczy i opadają na powierzchnię. AB pryzmaty 2.

Zgodnie z prawem załamania
, Gdzie
I to odpowiednio kąty załamania promieni w cieczy i pryzmacie.

Wraz ze wzrostem kąta padania
kąt załamania również wzrasta i osiąga swoją maksymalną wartość
, Gdy
, T.

e. gdy wiązka w cieczy ślizga się po powierzchni AB. Stąd,
. Zatem promienie wychodzące z pryzmatu 2 są ograniczone do pewnego kąta
.

Promienie wychodzące z cieczy do pryzmatu 2 pod dużymi kątami ulegają całkowitemu wewnętrznemu odbiciu na granicy faz AB i nie przechodzą przez pryzmat.

Rozważane urządzenie służy do badania cieczy, współczynnika załamania światła który jest mniejszy od współczynnika załamania światła pryzmat 2, zatem promienie ze wszystkich kierunków, załamane na granicy cieczy i szkła, wejdą do pryzmatu.

Oczywiście część pryzmatu odpowiadająca nieprzechodzącym promieniom będzie zaciemniona. W lunecie 4, znajdującej się na drodze promieni wychodzących z pryzmatu, można zaobserwować podział pola widzenia na część jasną i ciemną.

Obracając układ pryzmatów 1-2, granica między jasnym i ciemnym polem zostaje połączona z krzyżem nitek okularu lunety. Układ pryzmatów 1-2 jest powiązany ze skalą kalibrowaną w wartościach współczynnika załamania światła.

Skala znajduje się w dolnej części pola widzenia rury i po połączeniu przekroju pola widzenia z krzyżem nitek daje odpowiednią wartość współczynnika załamania światła cieczy .

Ze względu na dyspersję interfejs pola widzenia w świetle białym będzie zabarwiony. W celu wyeliminowania podbarwień, a także określenia średniego rozproszenia badanej substancji stosuje się kompensator 3, składający się z dwóch układów sklejonych pryzmatów bezpośredniego widzenia (pryzmatów Amiciego).

Pryzmaty można obracać jednocześnie różne strony z precyzyjnym obrotem urządzenie mechaniczne, zmieniając tym samym dyspersję własną kompensatora i eliminując podbarwienie pola widzenia obserwowanego przez układ optyczny 4. Do kompensatora podłączony jest bęben z podziałką, według której wyznaczany jest parametr dyspersji, co pozwala na obliczenie średniej dyspersja substancji.

Porządek pracy

Ustaw urządzenie tak, aby światło ze źródła (żarówki) wpadało w oświetlający pryzmat i równomiernie oświetlało pole widzenia.

2. Otwórz pryzmat pomiarowy.

Szklaną pałeczką nanieś kilka kropel wody na jego powierzchnię i ostrożnie zamknij pryzmat. Szczelinę między pryzmami należy równomiernie wypełnić cienką warstwą wody (zwróć na to szczególną uwagę).

Za pomocą śruby urządzenia ze skalą wyeliminuj podbarwienie pola widzenia i uzyskaj ostrą granicę między światłem a cieniem. Wyrównaj go za pomocą kolejnej śruby z krzyżem referencyjnym okularu urządzenia. Wyznacz współczynnik załamania światła wody na skali okularu z dokładnością do jednej tysięcznej.

Otrzymane wyniki porównaj z danymi odniesienia dla wody. Jeśli różnica między zmierzonym a tabelarycznym współczynnikiem załamania światła nie przekracza ± 0,001, to pomiar został wykonany prawidłowo.

Ćwiczenie 1

1. Przygotuj rozwiązanie sól kuchenna (NaCl) o stężeniu bliskim granicy rozpuszczalności (na przykład C = 200 g/litr).

Zmierz współczynnik załamania światła otrzymanego roztworu.

3. Rozcieńczając roztwór liczbą całkowitą, uzyskaj zależność wskaźnika; załamanie światła od stężenia roztworu i uzupełnij tabelę. 1.

Tabela 1

Ćwiczenia. Jak uzyskać tylko przez rozcieńczenie stężenie roztworu równe 3/4 maksimum (początkowego)?

Wykres zależności wykresu n=n(C). Dalsze przetwarzanie danych eksperymentalnych powinno odbywać się zgodnie z zaleceniami prowadzącego.

Przetwarzanie danych eksperymentalnych

a) Metoda graficzna

Na podstawie wykresu określ nachylenie W, który w warunkach eksperymentu będzie charakteryzował substancję rozpuszczoną i rozpuszczalnik.

2. Za pomocą wykresu określ stężenie roztworu NaCl podane przez asystenta laboratoryjnego.

b) Metoda analityczna

Oblicz metodą najmniejszych kwadratów A, W I SB.

Według znalezionych wartości A I W określić średnią
stężenie roztworu NaCl podane przez asystenta laboratoryjnego

Pytania kontrolne

rozproszenie światła. Jaka jest różnica między dyspersją normalną a nienormalną?

2. Na czym polega zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia?

3. Dlaczego za pomocą tego układu nie można zmierzyć współczynnika załamania światła cieczy większego niż współczynnik załamania pryzmatu?

4. Dlaczego ściana pryzmatu A1 W1 zrobić mat?

Degradacja, indeks

Encyklopedia psychologiczna

Sposób na ocenę stopnia degradacji psychicznej! funkcje mierzone testem Wexlera-Bellevue'a. Indeks opiera się na obserwacji, że poziom rozwoju niektórych zdolności mierzonych testem zmniejsza się wraz z wiekiem, a innych nie.

Indeks

Encyklopedia psychologiczna

- indeks, rejestr nazwisk, tytułów itp. W psychologii - cyfrowy wskaźnik do kwantyfikowania, charakteryzowania zjawisk.

Od czego zależy współczynnik załamania substancji?

Indeks

Encyklopedia psychologiczna

1. Najbardziej ogólne znaczenie: wszystko, co służy do oznaczania, identyfikowania lub kierowania; oznaczenia, napisy, znaki lub symbole. 2. Formuła lub liczba, często wyrażana jako współczynnik, pokazująca pewien związek między wartościami lub pomiarami lub między…

Towarzyskość, indeks

Encyklopedia psychologiczna

Cecha, która wyraża towarzyskość osoby. Na przykład socjogram daje, między innymi, ocenę towarzyskości różnych członków grupy.

Wybór, Indeks

Encyklopedia psychologiczna

Formuła służąca do oceny mocy określonego testu lub elementu testu w odróżnianiu osobników od siebie.

Niezawodność, Indeks

Encyklopedia psychologiczna

Statystyka, która zapewnia oszacowanie korelacji między rzeczywistymi wartościami uzyskanymi z testu a wartościami teoretycznie poprawnymi.

Wskaźnik ten jest podawany jako wartość r, gdzie r jest obliczonym współczynnikiem bezpieczeństwa.

Wydajność prognozowania, Indeks

Encyklopedia psychologiczna

Miara stopnia, w jakim wiedza o jednej zmiennej może być wykorzystana do przewidywania innej zmiennej, przy założeniu, że znana jest korelacja tych zmiennych. Zwykle w formie symbolicznej jest to wyrażone jako E, indeks jest reprezentowany jako 1 - ((...

Słowa, indeks

Encyklopedia psychologiczna

Ogólny termin określający systematyczną częstotliwość występowania słów w języku pisanym i/lub mówionym.

Często takie indeksy ograniczają się do określonych obszarów językowych, np. podręczników do pierwszej klasy, interakcji rodzic-dziecko. Znane są jednak szacunki...

Struktury ciała, indeks

Encyklopedia psychologiczna

Pomiar ciała zaproponowany przez Eysencka na podstawie stosunku wzrostu do obwodu klatki piersiowej.

Osoby w „normalnym” zakresie nazywano mezomorfami, te w zakresie odchylenia standardowego lub powyżej średniej nazywano leptomorfami, a te w zakresie odchylenia standardowego lub…

DO WYKŁADU №24

„INSTRUMENTALNE METODY ANALIZY”

REFRAKTOMETRIA.

Literatura:

1. V.D. Ponomariew” Chemia analityczna» 1983 246-251

2. AA Ishchenko „Chemia analityczna” 2004 s. 181-184

REFRAKTOMETRIA.

Refraktometria jest jedną z najprostszych metody fizyczne analizę z minimalną ilością analitu i przeprowadza się w bardzo krótkim czasie.

Refraktometria- metoda oparta na zjawisku refrakcji lub refrakcji tj.

zmiana kierunku rozchodzenia się światła przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego.

Refrakcja, podobnie jak absorpcja światła, jest konsekwencją jego interakcji z ośrodkiem.

Słowo refraktometria oznacza pomiar załamanie światła, które szacuje się na podstawie wartości współczynnika załamania światła.

Wartość współczynnika załamania światła N zależy

1) o składzie substancji i układów,

2) od w jakim stężeniu i jakie molekuły wiązka światła napotyka na swojej drodze, bo

Pod wpływem światła cząsteczki różnych substancji są spolaryzowane na różne sposoby. Na tej zależności opiera się metoda refraktometryczna.

Ta metoda ma wiele zalet, w wyniku których znalazł szerokie zastosowanie zarówno w badaniach chemicznych, jak i kontroli procesów.

1)Pomiar współczynników załamania światła jest wysoki prosty proces, który jest przeprowadzany dokładnie i przy minimalnym nakładzie czasu i ilości substancji.

2) Zazwyczaj refraktometry zapewniają dokładność do 10% w określaniu współczynnika załamania światła i zawartości analitu

Metodę refraktometrii stosuje się do kontroli autentyczności i czystości, identyfikacji poszczególnych substancji, określania struktury związków organicznych i nieorganicznych w badaniu roztworów.

Refraktometria służy do określania składu roztworów dwuskładnikowych oraz układów trójskładnikowych.

Fizyczne podstawy metody

WSKAŹNIK REFRAKCJI.

Odchylenie wiązki światła od jej pierwotnego kierunku przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego jest tym większe, im większa jest różnica prędkości rozchodzenia się światła w dwóch

te środowiska.

Rozważ załamanie wiązki światła na granicy dowolnych dwóch przezroczystych ośrodków I i II (patrz ryc.

Ryż.). Umówmy się, że ośrodek II ma większą moc refrakcyjną i dlatego n1 I n2- pokazuje załamanie odpowiednich mediów. Jeżeli ośrodkiem I nie jest ani próżnia, ani powietrze, to stosunek sin kąta padania wiązki światła do sin kąta załamania da wartość względnego współczynnika załamania światła n rel. Wartość n rel.

Jaki jest współczynnik załamania szkła? A kiedy warto wiedzieć?

można również zdefiniować jako stosunek współczynników załamania światła rozważanych mediów.

Nrel. = —— = —

Wartość współczynnika załamania zależy od

1) natura substancji

Charakter substancji w tym przypadku zależy od stopnia odkształcalności jej cząsteczek pod wpływem światła - stopnia polaryzowalności.

Im większa polaryzowalność, tym silniejsze załamanie światła.

2)długość fali światła padającego

Pomiar współczynnika załamania przeprowadza się przy długości fali światła 589,3 nm (linia D widma sodowego).

Zależność współczynnika załamania światła od długości fali światła nazywa się dyspersją.

Im krótsza długość fali, tym większe załamanie. Dlatego promienie o różnych długościach fal załamują się w różny sposób.

3)temperatura w którym wykonywany jest pomiar. Warunek wstępny oznaczanie współczynnika załamania światła jest zgodne reżim temperaturowy. Zazwyczaj oznaczanie przeprowadza się w temperaturze 20±0,30C.

Wraz ze wzrostem temperatury współczynnik załamania światła maleje, a wraz ze spadkiem temperatury rośnie..

Korektę temperatury oblicza się za pomocą następującego wzoru:

nt=n20+ (20-t) 0,0002, gdzie

n- Do widzenia współczynnik załamania światła w danej temperaturze,

n20 - współczynnik załamania światła w 200C

Wpływ temperatury na wartości współczynników załamania światła gazów i płynne ciała jest powiązany z wartościami ich współczynników rozszerzalności objętościowej.

Objętość wszystkich gazów i cieczy wzrasta po podgrzaniu, gęstość maleje, aw konsekwencji wskaźnik maleje

Współczynnik załamania światła mierzony w temperaturze 200C i długości fali światła 589,3 nm jest wskazywany przez indeks ND20

Zależność współczynnika załamania światła jednorodnego układu dwuskładnikowego od jego stanu ustala się eksperymentalnie, określając współczynnik załamania światła dla szeregu standardowych układów (na przykład roztworów), których zawartość składników jest znana.

4) stężenie substancji w roztworze.

W przypadku wielu wodnych roztworów substancji zmierzono wiarygodnie współczynniki załamania światła przy różnych stężeniach i temperaturach iw takich przypadkach można wykorzystać dane referencyjne. tablice refraktometryczne.

Praktyka pokazuje, że gdy zawartość rozpuszczonej substancji nie przekracza 10-20%, wraz z metodą graficzną, w bardzo wielu przypadkach możliwe jest zastosowanie równanie liniowe typ:

n=nie+FC,

N- współczynnik załamania światła roztworu,

NIE jest współczynnikiem załamania czystego rozpuszczalnika,

C— stężenie substancji rozpuszczonej,%

F-współczynnik empiryczny, którego wartość jest znaleziona

poprzez określenie współczynników załamania światła roztworów o znanym stężeniu.

REFRAKTOMETRY.

Refraktometry to urządzenia służące do pomiaru współczynnika załamania światła.

Istnieją 2 rodzaje tych instrumentów: refraktometr typu Abbego i typ Pulfricha. Zarówno w tych, jak iw innych pomiary opierają się na określeniu wielkości granicznego kąta załamania. W praktyce stosuje się refraktometry różne systemy: laboratoryjny-RL, uniwersalny RLU itp.

Współczynnik załamania światła wody destylowanej n0 = 1,33299, w praktyce wskaźnik ten przyjmuje się jako odniesienie jako n0 =1,333.

Zasada działania refraktometrów polega na wyznaczaniu współczynnika załamania metodą kąta granicznego (kąta całkowitego odbicia światła).

Ręczny refraktometr

Refraktometr Abbego

Współczynnik załamania światła

Współczynnik załamania światła substancje - wartość równa stosunkowi prędkości fazowych światła (fal elektromagnetycznych) w próżni iw danym ośrodku. Czasami mówi się też o współczynniku załamania światła dla jakichkolwiek innych fal, na przykład dźwięku, chociaż w takich przypadkach definicja musi oczywiście zostać w jakiś sposób zmodyfikowana.

Współczynnik załamania światła zależy od właściwości substancji i długości fali promieniowania, w przypadku niektórych substancji współczynnik załamania światła zmienia się dość silnie, gdy częstotliwość fal elektromagnetycznych zmienia się z niskich częstotliwości na optyczne i poza nimi, a także może zmieniać się jeszcze gwałtowniej w niektórych obszary skali częstotliwości. Wartością domyślną jest zwykle zasięg optyczny lub zasięg określony przez kontekst.

Spinki do mankietów

• Baza danych współczynnika załamania światła RefractiveIndex.INFO

Fundacja Wikimedia. 2010 .

Zobacz, co „Współczynnik załamania” znajduje się w innych słownikach:

Względem dwóch ośrodków n21, bezwymiarowy stosunek prędkości propagacji promieniowania optycznego (cveta a) w ośrodku pierwszym (c1) i drugim (c2): n21=c1/c2. Jednocześnie odnosi się. P. p. to stosunek sinusów g i spadku j oraz przy g l ... ... Encyklopedia fizyczna

Zobacz współczynnik załamania światła...

Zobacz współczynnik załamania światła. * * * WSPÓŁCZYNNIK ZŁAMANIA WSPÓŁCZYNNIK ZŁAMANIA, patrz Współczynnik załamania (patrz WSPÓŁCZYNNIK ZŁAMANIA) … słownik encyklopedyczny- WSPÓŁCZYNNIK REFRACTIVE, wartość charakteryzująca ośrodek i równa stosunkowi prędkości światła w próżni do prędkości światła w ośrodku (bezwzględny współczynnik załamania światła). Współczynnik załamania n zależy od dielektryka e i przenikalności magnetycznej m ... ... Ilustrowany słownik encyklopedyczny

- (patrz WSKAŹNIK REFRAKCYJNY). Fizyczny słownik encyklopedyczny. Moskwa: radziecka encyklopedia. Redaktor naczelny AM Prochorow. 1983... Encyklopedia fizyczna

Zobacz współczynnik załamania ... Wielka radziecka encyklopedia

Stosunek prędkości światła w próżni do prędkości światła w ośrodku (bezwzględny współczynnik załamania światła). Względny współczynnik załamania światła 2 ośrodków to stosunek prędkości światła w ośrodku, z którego światło pada na interfejs, do prędkości światła w drugim ... ... Wielki słownik encyklopedyczny

Załamanie lub załamanie to zjawisko, w którym następuje zmiana kierunku wiązki światła lub innych fal, gdy przekraczają one granicę oddzielającą dwa ośrodki, zarówno przezroczyste (przewodzące te fale), jak i wewnątrz ośrodka, którego właściwości ulegają ciągłym zmianom .

Ze zjawiskiem refrakcji spotykamy się dość często i postrzegamy je jako zjawisko zwyczajne: widzimy, że sztyft umieszczony w przezroczystym szkle z barwioną cieczą „łamie się” w miejscu, w którym rozdziela się powietrze i woda (ryc. 1). Kiedy światło załamuje się i odbija podczas deszczu, cieszymy się, gdy widzimy tęczę (ryc. 2).

Współczynnik załamania światła - ważna cecha substancje związane z fizyczne i chemiczne właściwości. Zależy to od wartości temperatury, a także od długości fal świetlnych, przy których przeprowadza się oznaczenie. Zgodnie z danymi kontroli jakości w roztworze, na współczynnik załamania światła wpływa stężenie rozpuszczonej w nim substancji, a także charakter rozpuszczalnika. W szczególności na współczynnik załamania światła surowicy krwi ma wpływ ilość zawartego w niej białka, co wynika z faktu, że kiedy inna prędkość rozchodzenie się promieni świetlnych w ośrodkach różna gęstość, ich kierunek zmienia się w punkcie rozdzielenia dwóch ośrodków. Jeśli podzielimy prędkość światła w próżni przez prędkość światła w badanej substancji, otrzymamy bezwzględny współczynnik załamania światła (współczynnik załamania światła). W praktyce określa się względny współczynnik załamania światła (n), czyli stosunek prędkości światła w powietrzu do prędkości światła w badanej substancji.

Współczynnik załamania światła określa się ilościowo za pomocą specjalne urządzenie- refraktometr.

Refraktometria jest jedną z najprostszych metod analizy fizycznej i może być stosowana w laboratoriach kontroli jakości przy produkcji środków chemicznych, spożywczych, biologicznie aktywnych suplementów diety, kosmetyków i innych produktów o minimalny koszt czas i liczbę próbek.

Konstrukcja refraktometru opiera się na fakcie, że promienie świetlne są całkowicie odbijane, gdy przechodzą przez granicę dwóch ośrodków (jeden z nich jest szklanym pryzmatem, drugi jest roztworem testowym) (rys. 3).

Ryż. 3. Schemat refraktometru

Ze źródła (1) pada wiązka światła powierzchnia lustra(2), następnie po odbiciu przechodzi do górnego pryzmatu oświetlającego (3), następnie do dolnego pryzmatu pomiarowego (4), który jest wykonany ze szkła o wysokim współczynniku załamania światła. Pomiędzy pryzmatami (3) i (4) nanosi się 1–2 krople próbki za pomocą kapilary. Aby nie spowodować mechanicznego uszkodzenia pryzmatu, należy nie dotykać jego powierzchni kapilarą.

Okular (9) widzi pole ze skrzyżowanymi liniami, aby ustawić interfejs. Poruszając okularem należy ustawić punkt przecięcia pól z interfejsem (rys. 4).Płaszczyzna pryzmatu (4) pełni rolę interfejsu, na powierzchni którego załamuje się wiązka światła. Ponieważ promienie są rozproszone, granica światła i cienia okazuje się rozmyta, opalizująca. Zjawisko to niweluje kompensator dyspersji (5). Następnie wiązka przechodzi przez soczewkę (6) i pryzmat (7). Na płytce (8) znajdują się kreski celownicze (dwie proste skrzyżowane na krzyż) oraz skala ze współczynnikami załamania światła, którą obserwujemy w okularze (9). Służy do obliczania współczynnika załamania światła.

Linia podziału granic pola będzie odpowiadać kątowi całkowitego wewnętrznego odbicia, który zależy od współczynnika załamania światła próbki.

Refraktometria służy do określenia czystości i autentyczności substancji. Metodę tę stosuje się również do oznaczania stężenia substancji w roztworach podczas kontroli jakości, które oblicza się z wykresu kalibracyjnego (wykres przedstawiający zależność współczynnika załamania światła próbki od jej stężenia).

W KorolevPharm współczynnik załamania światła jest określany zgodnie z zatwierdzoną dokumentacją regulacyjną podczas kontroli wejściowej surowców, ekstraktów własnej produkcji, a także podczas uwalniania produkt końcowy. Oznaczenia dokonują wykwalifikowani pracownicy akredytowanego laboratorium fizykochemicznego przy pomocy refraktometru IRF-454 B2M.

Jeżeli na podstawie wyników kontroli wejściowej surowców współczynnik załamania światła nie spełnia niezbędnych wymagań, dział kontroli jakości sporządza Akt niezgodności, na podstawie którego ta partia surowców jest zwracana do dostawca.

Metoda wyznaczania

1. Przed przystąpieniem do pomiarów sprawdza się czystość stykających się ze sobą powierzchni pryzmatów.

2. Kontrola punktu zerowego. Na powierzchnię pryzmatu pomiarowego nanosimy 2÷3 krople wody destylowanej, ostrożnie zamykamy pryzmatem oświetlającym. Otwórz okno oświetlenia i za pomocą lustra ustaw źródło światła w najbardziej intensywnym kierunku. Kręcąc śrubami okularu uzyskujemy wyraźne, ostre rozróżnienie pomiędzy ciemnymi i jasnymi polami w jego polu widzenia. Kręcimy śrubą i kierujemy linię cienia i światła tak, aby pokrywała się z punktem przecięcia linii w górnym okienku okularu. Na pionowej kresce w dolnym okienku okularu widzimy pożądany rezultat- współczynnik załamania wody destylowanej w temperaturze 20°C (1,333). Jeśli odczyty są różne, ustaw śrubę na współczynnik załamania światła na 1,333 i za pomocą klucza (usuń śrubę regulacyjną) doprowadzamy granicę cienia i światła do punktu przecięcia linii.

3. Wyznacz współczynnik załamania światła. Podnieś komorę oświetlenia pryzmatu i usuń wodę za pomocą bibuły filtracyjnej lub serwetki z gazy. Następnie nanieś 1-2 krople roztworu testowego na powierzchnię pryzmatu pomiarowego i zamknij komorę. Obracamy śruby, aż granice cienia i światła pokrywają się z punktem przecięcia linii. Na pionowej kresce w dolnym okienku okularu widzimy pożądany wynik - współczynnik załamania badanej próbki. Współczynnik załamania światła obliczamy na skali w dolnym okienku okularu.

4. Za pomocą wykresu kalibracyjnego ustalamy zależność między stężeniem roztworu a współczynnikiem załamania światła. Aby zbudować wykres, konieczne jest przygotowanie roztworów wzorcowych o kilku stężeniach za pomocą preparatów chemicznych czyste substancje, zmierzyć ich współczynniki załamania światła i wykreślić uzyskane wartości na osi rzędnych, wykreślić odpowiednie stężenia roztworów na osi odciętych. Konieczne jest wybranie przedziałów stężeń, w których obserwuje się liniową zależność między stężeniem a współczynnikiem załamania światła. Mierzymy współczynnik załamania światła badanej próbki i na podstawie wykresu określamy jej stężenie.