Fénytörés- olyan jelenség, amelyben egy fénysugár az egyik közegből a másikba áthaladva irányt változtat e közegek határán.

A fénytörés a következő törvény szerint történik:
A beeső és megtört sugár, valamint a két közeg határfelületére húzott merőleges a sugár beesési pontjában ugyanabban a síkban van. A beesési szög szinuszának és a törésszög szinuszának aránya két közeg esetén állandó érték:
,
Ahol α - beesési szög,
β - törési szög,
n - a beesési szögtől független állandó érték.

A beesési szög megváltozásakor a törésszög is megváltozik. Minél nagyobb a beesési szög, annál nagyobb a törésszög.
Ha a fény optikailag kevésbé sűrű közegből érkezik egy sűrűbb közegbe, akkor a törésszög mindig kisebb, mint a beesési szög: β < α.
A két közeg határfelületére merőlegesen irányított fénysugár átmegy egyik közegből a másikba fénytörés nélkül.

egy anyag abszolút törésmutatója- egy érték, amely megegyezik a fény (elektromágneses hullámok) fázissebességének arányával vákuumban és adott környezetben n=c/v
A töréstörvényben szereplő n mennyiséget egy közegpár relatív törésmutatójának nevezzük.

Az n érték a B közeg relatív törésmutatója az A közeghez viszonyítva, és n" = 1/n az A közeg relatív törésmutatója a B közeghez képest.
Ez az érték, ha más dolgok egyenlők, nagyobb, mint egység, amikor a nyaláb sűrűbb közegből kevésbé sűrű közegbe megy át, és kisebb, mint egység, amikor a sugár kevésbé sűrű közegből sűrűbb közegbe (például gázból) megy át. vagy vákuumból folyékony vagy szilárd halmazállapotúvá). Vannak kivételek ez alól a szabály alól, ezért szokás egy közeget optikailag többé-kevésbé sűrűnek nevezni, mint egy másikat.
A levegőtlen térből valamilyen B közeg felületére eső sugár erősebben törik meg, mint amikor egy másik A közegből esik rá; A levegőtlen térből egy közegre beeső sugár törésmutatóját abszolút törésmutatónak nevezzük.

(Abszolút – a vákuumhoz viszonyítva.
Relatív - bármely más anyaghoz képest (például ugyanaz a levegő).
Két anyag relatív mutatója az abszolút mutatóik aránya.)

Teljes belső visszaverődés- belső visszaverődés, feltéve, hogy a beesési szög meghalad egy bizonyos kritikus szöget. Ebben az esetben a beeső hullám teljesen visszaverődik, és a reflexiós együttható értéke meghaladja a polírozott felületek legmagasabb értékeit. A teljes belső visszaverődés reflexiója független a hullámhossztól.

Az optikában ez a jelenség az elektromágneses sugárzás széles tartományában megfigyelhető, beleértve a röntgensugárzás tartományát is.

A geometriai optikában a jelenséget a Snell-törvény keretein belül magyarázzák. Figyelembe véve, hogy a törésszög nem haladhatja meg a 90°-ot, azt találjuk, hogy olyan beesési szögnél, amelynek szinusza nagyobb, mint az alacsonyabb törésmutató és a nagyobb mutató aránya, az elektromágneses hullámnak teljesen vissza kell verődnie az első közegbe.

A jelenség hullámelméletének megfelelően az elektromágneses hullám továbbra is behatol a második közegbe - ott terjed az úgynevezett „nem egyenletes hullám”, amely exponenciálisan lecseng, és nem visz magával energiát. Egy inhomogén hullámnak a második közegbe való behatolásának jellemző mélysége a hullámhossz nagyságrendje.

A fénytörés törvényei.

Az elmondottakból arra következtetünk:
1 . Két különböző optikai sűrűségű közeg határfelületén a fénysugár megváltoztatja irányát, amikor egyik közegből a másikba megy át.
2. Amikor egy fénysugár nagyobb optikai sűrűségű közegbe kerül, a törésszög kisebb, mint a beesési szög; Amikor egy fénysugár optikailag sűrűbb közegből kevésbé sűrű közegbe megy át, a törésszög nagyobb, mint a beesési szög.
A fény törését visszaverődés kíséri, és a beesési szög növekedésével a visszavert sugár fényereje nő, a megtört sugár gyengül. Ez látható az ábrán látható kísérlet elvégzésével. Következésképpen a visszavert sugár több fényenergiát visz magával, annál nagyobb a beesési szög.

Hadd MN- interfész két átlátszó közeg, például levegő és víz között, JSC- beeső sugár, OB- megtört sugár, - beesési szög, - törésszög, - fény terjedési sebessége az első közegben, - fény terjedési sebessége a második közegben.

Térjünk rá a törésmutató részletesebb megfontolására, amelyet a 81. §-ban vezettünk be a törés törvényének megfogalmazásakor.

A törésmutató mind annak a közegnek az optikai tulajdonságaitól függ, amelyből a nyaláb esik, mind a közegtől, amelybe behatol. Azt a törésmutatót, amelyet akkor kapunk, amikor a vákuumból származó fény bármely közegre esik, az adott közeg abszolút törésmutatójának nevezzük.

Rizs. 184. Két közeg relatív törésmutatója:

Legyen az első közeg abszolút törésmutatója, a másodiké pedig - . Figyelembe véve az első és a második közeg határán bekövetkező törést, ügyeljünk arra, hogy az első közegből a másodikba való átmenet során a törésmutató, az úgynevezett relatív törésmutató megegyezzen a közeg abszolút törésmutatóinak arányával. második és első média:

(184. ábra). Éppen ellenkezőleg, amikor a második közegből az elsőbe lépünk, relatív törésmutatóval rendelkezünk

A két közeg relatív törésmutatója és abszolút törésmutatói között létrejött összefüggés elméletileg, új kísérletek nélkül levezethető, ahogy ez a reverzibilitás törvényénél is megtehető (82.§).

A nagyobb törésmutatójú közeget optikailag sűrűbbnek nevezzük. Általában a különböző közegek levegőhöz viszonyított törésmutatóját mérik. A levegő abszolút törésmutatója . Így bármely közeg abszolút törésmutatója a levegőhöz viszonyított törésmutatójához kapcsolódik a képlet szerint

6. táblázat Különféle anyagok törésmutatója a levegőhöz viszonyítva

A törésmutató a fény hullámhosszától, azaz színétől függ. A különböző színek különböző törésmutatóknak felelnek meg. Ez a jelenség, az úgynevezett diszperzió, fontos szerepet játszik az optikában. A következő fejezetekben ismételten foglalkozunk ezzel a jelenséggel. táblázatban megadott adatok. 6, lásd a sárga fényt.

Érdekes megjegyezni, hogy a visszaverődés törvénye formálisan ugyanabban a formában írható fel, mint a fénytörés törvénye. Emlékezzünk arra, hogy megegyeztünk abban, hogy a szögeket mindig a megfelelő sugárra merőlegestől mérjük. Ezért a beesési szöget és a visszaverődési szöget ellentétes előjelűnek kell tekintenünk, pl. a tükrözés törvénye úgy írható fel

A (83.4)-et a fénytörés törvényével összevetve azt látjuk, hogy a visszaverődés törvénye a törési törvény speciális esetének tekinthető. A tükrözés és a fénytörés törvényeinek ez a formai hasonlósága nagy hasznot hoz a gyakorlati problémák megoldásában.

Az előző előadásban a törésmutató a közeg állandóját jelentette, amely független a rajta áthaladó fény intenzitásától. A törésmutatónak ez az értelmezése teljesen természetes, de a modern lézerekkel elérhető nagy sugárzási intenzitás esetén nem indokolt. Az erős fénysugárzás áthaladó közeg tulajdonságai ebben az esetben az intenzitásától függenek. Ahogy mondani szokták, a környezet nemlineárissá válik. A közeg nemlinearitása különösen abban nyilvánul meg, hogy egy nagy intenzitású fényhullám megváltoztatja a törésmutatót. A törésmutatónak a sugárzás intenzitásától való függése van

Itt van a szokásos törésmutató, és a nemlineáris törésmutató, és az arányossági tényező. A képlet további tagja lehet pozitív vagy negatív.

A törésmutató relatív változása viszonylag kicsi. Nemlineáris törésmutatónál. Azonban a törésmutató ilyen kis változásai is észrevehetők: a fény önfókuszálásának sajátos jelenségében nyilvánulnak meg.

Tekintsünk egy pozitív nemlineáris törésmutatójú közeget. Ebben az esetben a megnövekedett fényintenzitású területek egyben megnövekedett törésmutatójú területek is. Valós lézersugárzás esetén az intenzitás eloszlása ​​a sugárnyaláb keresztmetszetében jellemzően nem egyenletes: az intenzitás a tengely mentén maximális, és simán csökken a sugár szélei felé, amint az az ábrán látható. 185 tömör görbék. Hasonló eloszlás a törésmutató változását is leírja egy cella keresztmetszetében olyan nemlineáris közeggel, amelynek tengelye mentén a lézersugár terjed. A törésmutató, amely a küvetta tengelye mentén a legnagyobb, simán csökken a falai felé (szaggatott görbék a 185. ábrán).

A lézert a tengellyel párhuzamosan elhagyó, változó törésmutatójú közegbe belépő sugárnyaláb abba az irányba térül el, ahol az nagyobb. Ezért a küvetta közelében megnövekedett intenzitás a fénysugarak koncentrációjához vezet ezen a területen, amelyet sematikusan a keresztmetszetek és az 1. ábra mutat be. 185, és ez további növekedéshez vezet. Végső soron a nemlineáris közegen áthaladó fénysugár effektív keresztmetszete jelentősen csökken. A fény egy keskeny csatornán halad át, magas törésmutatóval. Így a sugarak lézersugara szűkül, és a nemlineáris közeg intenzív sugárzás hatására gyűjtőlencseként működik. Ezt a jelenséget önfókuszálásnak nevezik. Megfigyelhető például a folyékony nitrobenzolban.

Rizs. 185. A sugárzás intenzitásának és törésmutatójának megoszlása ​​a lézersugár keresztmetszetében a küvetta bejáratánál (a), a bemeneti vég közelében (), középen (), a küvetta kimeneti végénél ( )

Átlátszó szilárd anyagok törésmutatójának meghatározása

És folyadékok

Eszközök és tartozékok: fényszűrős mikroszkóp, síkpárhuzamos lemez, kereszt formájú AB jelzéssel; refraktométer márka "RL"; folyadékok halmaza.

A munka célja: határozza meg az üveg és a folyadékok törésmutatóit.

Üveg törésmutatójának meghatározása mikroszkóppal

Az átlátszó szilárd anyag törésmutatójának meghatározásához ebből az anyagból készült sík-párhuzamos lemezt használnak jelzéssel.

A jelölés két egymásra merőleges karcolásból áll, amelyek közül az egyik (A) a lemez aljára, a második (B) a lemez felső felületére van felhordva. A lemezt monokromatikus fénnyel világítják meg, és mikroszkóppal nézik. On
rizs. A 4.7. ábra a vizsgált lemez keresztmetszete függőleges síkkal.

Az AD és AE sugarak, miután az üveg-levegő határfelületen megtörtek, a DD1 és EE1 irányba haladnak, és belépnek a mikroszkóp lencséjébe.

Az a megfigyelő, aki felülről nézi a lemezt, az A pontot látja a DD1 és EE1 sugarak folytatásának metszéspontjában, azaz. a C pontban.

Így a megfigyelő számára úgy tűnik, hogy az A pont a C pontban található. Keressük meg a kapcsolatot a lemez anyagának n törésmutatója, d vastagsága és a lemez látszólagos vastagsága d1 között.

4.7 egyértelmű, hogy VD = VСtgi, BD = АВtgr, honnan

tgi/tgr = AB/BC,

ahol AB = d – lemezvastagság; BC = d1 a lemez látszólagos vastagsága.

Ha az i és r szög kicsi, akkor

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4,5)

azok. Sini/Sinr = d/d1.

A fénytörés törvényét figyelembe véve azt kapjuk

A d/d1 mérés mikroszkóppal történik.

A mikroszkóp optikai kialakítása két rendszerből áll: egy megfigyelő rendszerből, amely egy csőbe szerelt lencsét és okulárt tartalmaz, valamint egy világítási rendszerből, amely tükörből és kivehető szűrőből áll. A kép fókuszálása a cső mindkét oldalán található fogantyúk elforgatásával történik.

A jobb oldali fogantyú tengelyére egy tárcsaskálával ellátott lemez van felszerelve.

A tárcsa mentén a fix mutatóhoz viszonyított b leolvasás határozza meg a lencse és a mikroszkóp tárgyasztal közötti h távolságot:

A k együttható azt jelzi, hogy a mikroszkópcső milyen magasságba mozdul el, ha a fogantyút 1°-kal elfordítják.

A lencse átmérője ennél az összeállításnál kicsi a h távolsághoz képest, így a lencsébe jutó szélső sugár kis i szöget zár be a mikroszkóp optikai tengelyével.

A lemezben a fény r törési szöge kisebb, mint az i szög, azaz. szintén kicsi, ami megfelel a (4.5) feltételnek.

Munkarend

1. Helyezze a lemezt a mikroszkóp tárgyasztalára úgy, hogy az A és B vonalak metszéspontja legyen (lásd az ábrát).

Törésmutató

4.7) volt látható.

2. Forgassa el az emelőszerkezet fogantyúját, hogy a csövet a felső helyzetbe emelje.

3. A szemlencsén keresztül nézve forgassa el a fogantyút, hogy a mikroszkóp csövet simán leengedje, amíg a lemez felső felületén lévő B karc tiszta képe nem látható a látómezőben. Jegyezze fel a végtag b1 értékét, amely arányos a mikroszkóp lencséje és a lemez felső széle közötti h1 távolsággal: h1 = kb1 (ábra).

4. Folytassa simán leengedni a csövet, amíg tiszta képet nem kap az A karcról, amely a megfigyelő számára úgy tűnik, hogy a C pontban található. Jegyezze fel a tárcsa új b2 értékét. A lencse és a lemez felső felülete közötti h1 távolság arányos b2-vel:
h2 = kb2 (4.8. ábra, b).

A B és C pontok távolsága a lencsétől egyenlő, mivel a megfigyelő egyformán tisztán látja őket.

A h1-h2 cső elmozdulása megegyezik a lemez látszólagos vastagságával (ábra).

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

5. Mérje meg a d lemez vastagságát a löketek metszéspontjában. Ehhez helyezzen egy kiegészítő üveglapot 2 a vizsgált 1 lemez alá (4.9. ábra), és engedje le a mikroszkóp csövet, amíg a lencse (enyhén) hozzá nem ér a vizsgált lemezhez. Vegye figyelembe az a1 tárcsa jelzését. Távolítsa el a vizsgált lemezt, és engedje le a mikroszkóp csövet, amíg a lencse hozzá nem ér a 2. lemezhez.

Megjegyzés olvasása a2.

A mikroszkóp lencséje ezután a vizsgált lemez vastagságával megegyező magasságra süllyed, azaz.

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

6. Számítsa ki a lemez anyagának törésmutatóját a képlet segítségével!

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

7. Ismételje meg a fenti méréseket 3-5 alkalommal, számítsa ki az n átlagértéket, az rn és rn/n abszolút és relatív hibákat.

Folyadékok törésmutatójának meghatározása refraktométerrel

A törésmutatók meghatározására szolgáló eszközöket refraktométereknek nevezzük.

Az RL refraktométer általános nézete és optikai felépítése az ábrán látható. 4.10 és 4.11.

A folyadékok törésmutatójának RL refraktométerrel történő mérése a két eltérő törésmutatójú közeg határfelületén áthaladó fény megtörésének jelenségén alapul.

Fénysugár (ábra.

4.11) az 1. forrásból (izzólámpa vagy szórt fény) a 2. tükör segítségével a készüléktestben lévő ablakon keresztül a 3. és 4. prizmából álló kettős prizmára irányul, amelyek 1,540 törésmutatójú üvegből készülnek. .

A felső világítóprizma 3 AA felülete (ábra).

4.12, a) matt, és a folyadék szórt fénnyel való megvilágítására szolgál, amely vékony rétegben rakódik le a 3. és 4. prizma közötti résben. A 3 matt felület által szórt fény áthalad a vizsgált folyadék síkpárhuzamos rétegén és leesik. az alsó prizma BB átlós felületén 4 különböző
i szögek nulla és 90° között.

A robbanóanyag felületén a fény teljes belső visszaverődésének jelenségének elkerülése érdekében a vizsgált folyadék törésmutatójának kisebbnek kell lennie, mint a 4. prizma üvegének törésmutatója, azaz.

kevesebb, mint 1,540.

A 90°-os beesési szögű fénysugarat legeltetésnek nevezzük.

A folyékony üveg határfelületén megtörő csúszónyaláb a 4-es prizmában a maximális törésszöggel halad. r pr< 90о.

A sikló sugár törése a D pontban (lásd 4.12. ábra, a) megfelel a törvénynek

nst/nl = sinipr/sinrpr (4.11)

vagy nf = nst sinrpr, (4.12)

mivel sinip = 1.

A 4. prizma BC felületén a fénysugarak visszatörése következik be, majd

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

ahol a a 4 prizma megtörő sugara.

A (4.12), (4.13), (4.14) egyenletrendszer együttes megoldásával olyan képletet kaphatunk, amely a vizsgált folyadék nj törésmutatóját a prizmából kilépő nyaláb r'pr törési határszögével hozza összefüggésbe. 4:

Ha egy távcsövet a 4-es prizmából kilépő sugarak útjába helyezünk, akkor a látómező alsó része megvilágított, a felső része pedig sötét lesz. A világos és sötét mező közötti határfelületet r¢pr maximális törésszögű sugarak alkotják. Ebben a rendszerben nincsenek r¢pr-nél kisebb törésszögű sugarak (ábra.

Ezért az r¢pr értéke és a chiaroscuro határ helyzete csak a vizsgált folyadék nf törésmutatójától függ, mivel az nst és a konstans értékek ebben az eszközben.

Az nst, a és r¢pr ismeretében a (4.15) képlet segítségével kiszámíthatja az nl-t. A gyakorlatban a (4.15) képletet használják a refraktométer skála kalibrálására.

9-es skálához (lásd.

rizs. 4.11) a bal oldalon az ld = 5893 Å törésmutató értékei. A 10 - 11 szemlencse előtt egy 8-as tábla található (--) jelzéssel.

Az okulár és a 8. tábla skála mentén történő mozgatásával a jelölést a sötét és a világos látómező közötti interfészhez lehet igazítani.

A 9-es beosztású skála jellel egybeeső osztása adja meg a vizsgált folyadék nl törésmutatójának értékét. A 6-os lencse és a 10-11-es okulár egy távcsövet alkot.

A 7 forgó prizma megváltoztatja a sugár irányát, és a szemlencsébe irányítja.

Az üveg és a vizsgált folyadék diszperziója miatt a sötét és világos mezők közötti egyértelmű határ helyett fehér fényben figyelve szivárványcsíkot kapunk. Ennek a hatásnak a kiküszöbölésére az 5 diszperziókompenzátort a teleszkóp lencséje elé szerelik. A kompenzátor fő része egy prizma, amely három prizmából van összeragasztva, és a távcső tengelyéhez képest el tud forgatni.

A prizma és anyaguk törésszögét úgy választjuk meg, hogy lд =5893 Å hullámhosszú sárga fény törés nélkül haladjon át rajtuk. Ha a színes sugarak útjára egy kiegyenlítő prizmát szerelünk fel úgy, hogy annak szórása egyenlő nagyságú, de ellentétes előjelű a mérőprizma és a folyadék szórásával, akkor a teljes diszperzió nulla lesz. Ebben az esetben a fénysugarak egy fehér sugárba gyűlnek össze, amelynek iránya egybeesik a korlátozó sárga sugár irányával.

Így a kiegyenlítő prizma elforgatásakor a színleadás megszűnik. Az 5 prizmával együtt a 12 diszperziós tárcsa az álló mutatóhoz képest forog (lásd 4.10. ábra). A végtag Z elfordulási szöge lehetővé teszi a vizsgált folyadék átlagos diszperziójának értékét.

A tárcsaskálát beosztással kell ellátni. A telepítéshez ütemterv is tartozik.

Munkarend

1. Emelje fel a 3. prizmát, helyezzen 2-3 csepp tesztfolyadékot a 4. és alsó prizma 3 felületére (lásd 4.10. ábra).

3. Az okuláris célzással éles képet kell készíteni a léptékről és a látómezők közötti interfészről.

4. Az 5 kompenzátor 12 fogantyújának elforgatásával roncsolja a látómezők közötti interfész színét.

Mozgassa a szemlencsét a skála mentén, igazítsa a jelet (--) a sötét és világos mezők határához, és írja le a folyadékjelző értékét.

6. Vizsgálja meg a javasolt folyadékkészletet, és értékelje a mérési hibát!

7. Minden mérés után törölje le a prizmák felületét desztillált vízbe áztatott szűrőpapírral.

Biztonsági kérdések

1. lehetőség

Határozza meg egy közeg abszolút és relatív törésmutatóját.

2. Rajzolja meg a sugarak útját a két közeg közötti interfészen keresztül (n2> n1 és n2< n1).

3. Szerezzen összefüggést az n törésmutatóval a lemez d vastagságával és látszólagos vastagságával d¢.

4. Feladat. A teljes belső visszaverődés határszöge egy bizonyos anyag esetében 30°.

Keresse meg ennek az anyagnak a törésmutatóját.

Válasz: n =2.

2. lehetőség

1. Mi a teljes belső reflexió jelensége?

2. Ismertesse az RL-2 refraktométer felépítését és működési elvét!

3. Ismertesse a kompenzátor szerepét a refraktométerben!

4. Feladat. Egy villanykörtét leeresztenek egy kerek tutaj közepéről 10 m mélyre. Keresse meg a tutaj minimális sugarát, miközben a villanykörte egyetlen sugara sem érheti el a felszínt.

Válasz: R = 11,3 m.

TÖRÉSINDEX, vagy TÖRÉSINDEX, egy absztrakt szám, amely egy átlátszó közeg törőképességét jellemzi. A törésmutatót latin π betűvel jelöljük, és az üregből egy adott átlátszó közegbe belépő sugár beesési szöge szinuszának és törésszögének szinuszának arányaként definiálható:

n = sin α/sin β = const vagy az ürességben lévő fénysebesség és a fénysebesség aránya egy adott átlátszó közegben: n = c/νλ az ürességből egy adott átlátszó közegbe.

A törésmutatót a közeg optikai sűrűségének mértékének tekintik

Az így meghatározott törésmutatót abszolút törésmutatónak nevezzük, ellentétben a relatív ún.

e megmutatja, hogy a fény terjedési sebessége hányszor lassul le, ha a törésmutatója megváltozik, amit a beesési szög szinuszának és a törési szög szinuszának aránya határoz meg, amikor a sugár áthalad egyik sűrűségből egy másik sűrűségű közegbe. A relatív törésmutató megegyezik az abszolút törésmutatók arányával: n = n2/n1, ahol n1 és n2 az első és a második közeg abszolút törésmutatója.

Az összes test abszolút törésmutatója - szilárd, folyékony és gáznemű - nagyobb egységnél, és 1 és 2 között mozog, és csak ritka esetekben haladja meg a 2-t.

A törésmutató mind a közeg tulajdonságaitól, mind a fény hullámhosszától függ, és a hullámhossz csökkenésével növekszik.

Ezért a p betűhöz indexet rendelünk, amely jelzi, hogy az indikátor melyik hullámhosszhoz tartozik.

TÖRÉSINDEX

Például a TF-1 üvegnél a törésmutató a spektrum vörös részén nC = 1,64210, és az ibolya részében nG' = 1,67298.

Néhány átlátszó test törésmutatója

Levegő - 1,000292

Víz - 1,334

Éter - 1,358

Etil-alkohol - 1,363

Glicerin - 1,473

Szerves üveg (plexi) - 1, 49

benzol - 1,503

(Korona üveg - 1,5163

Fenyő (kanadai), balzsam 1,54

Nehéz üveg korona - 1, 61 26

Tőkeüveg - 1,6164

Szén-diszulfid - 1,629

Üveg nehéz kovakő - 1, 64 75

Monobróm-naftalin - 1,66

Az üveg a legnehezebb kovakő – 1,92

Gyémánt - 2,42

A spektrum különböző részeinél a törésmutató különbsége a kromatizmus oka, i.e.

a fehér fény bomlása, amint áthalad a törőelemeken - lencséken, prizmákon stb.

Laboratóriumi munka 41. sz

Folyadékok törésmutatójának meghatározása refraktométerrel

A munka célja: folyadékok törésmutatójának meghatározása teljes belső visszaverődés módszerével refraktométerrel IRF-454B; az oldat törésmutatójának koncentrációjától való függésének vizsgálata.

A telepítés leírása

Amikor a nem monokromatikus fény megtörik, az összetevő színekre bomlik spektrummá.

Ez a jelenség egy anyag törésmutatójának a fény frekvenciától (hullámhosszától) való függéséből adódik, és fénydiszperziónak nevezik.

A közeg törőképességét a hullámhosszon mért törésmutatóval szokás jellemezni λ = 589,3 nm (két közeli sárga vonal hullámhosszának átlaga a nátriumgőz spektrumában).

60. Milyen módszereket alkalmaznak az atomabszorpciós elemzésben az oldatban lévő anyagok koncentrációjának meghatározására?

Ezt a törésmutatót jelöljük ki nD.

A diszperzió mértéke az átlagos diszperzió, amelyet a különbségként határozunk meg. nF-nC), Hol nF- egy anyag törésmutatója egy hullámhosszon λ = 486,1 nm (kék vonal a hidrogénspektrumban), nC– az anyag törésmutatója λ - 656,3 nm (piros vonal a hidrogén-spektrumon).

Egy anyag fénytörését a relatív diszperzió értékével jellemezzük: A referenciakönyvek általában a relatív diszperziónak fordított értéket adnak meg, azaz.

azaz hol van a diszperziós együttható, vagy Abbe-szám.

A folyadékok törésmutatójának meghatározására szolgáló berendezés egy refraktométerből áll IRF-454B a mutató mérési határaival; fénytörés nD 1,2 és 1,7 közötti tartományban; tesztfolyadék, szalvéták prizmák felületének letörléséhez.

Refraktométer IRF-454B folyadékok törésmutatójának közvetlen mérésére, valamint a folyadékok átlagos diszperziójának laboratóriumi körülmények között történő meghatározására tervezett műszer.

A készülék működési elve IRF-454B a teljes belső fényvisszaverődés jelenségén alapul.

A készülék sematikus diagramja az ábrán látható. 1.

A vizsgálandó folyadékot az 1. és 2. prizma két oldala közé helyezzük. A 2. prizma jól polírozott éllel AB mérő, és matt élű prizma 1 A1 IN1 - világítás. A fényforrásból érkező sugarak a szélére esnek A1 VEL1 , megtörik, matt felületre esnek A1 IN1 és szétszóródik ez a felület.

Ezután áthaladnak a vizsgált folyadék rétegén, és elérik a felszínt. AB prizmák 2.

A fénytörés törvénye szerint hol és a sugarak törési szöge a folyadékban, illetve a prizmában.

A beesési szög növekedésével a törésszög is növekszik, és akkor éri el maximális értékét, ha pl.

e. amikor egy folyadékban lévő sugár átcsúszik egy felületen AB. Ezért,. Így a 2 prizmából kilépő sugarak egy bizonyos szögre korlátozódnak.

A folyadékból a 2. prizmába nagy szögben érkező sugarak teljes belső visszaverődésen mennek keresztül a határfelületen ABés ne menjen át a prizmán.

A szóban forgó készülék olyan folyadékokat vizsgál, amelyek törésmutatója kisebb, mint a 2. prizma törésmutatója, ezért a folyadék és az üveg határán megtört minden irányú sugarak bejutnak a prizmába.

Nyilvánvalóan elsötétül a prizma azon része, amely megfelel az át nem haladó sugaraknak. A prizmából kilépő sugarak útjában elhelyezkedő 4. távcsövön keresztül megfigyelhető a látómező világos és sötét részekre osztása.

Az 1-2 prizmarendszer elforgatásával a világos és a sötét mező közötti interfész egy vonalba kerül a teleszkóp szemlencse meneteinek keresztjével. Az 1-2 prizmarendszer egy skálához kapcsolódik, amely törésmutató értékekben van kalibrálva.

A skála a cső látómezőjének alsó részén található, és a látómező egy szakaszának menetkereszttel történő kombinálásakor megadja a folyadék törésmutatójának megfelelő értékét.

A diszperzió miatt fehér fényben a látómező felülete színes lesz. Az elszíneződés kiküszöbölésére, valamint a vizsgált anyag átlagos diszperziójának meghatározására a 3. kompenzátort használjuk, amely két ragasztott közvetlen látó prizmarendszerből (Amichi prizmák) áll.

A prizmák egy precíz forgómechanikai eszközzel egyidejűleg különböző irányokba forgathatók, ezáltal változtatható a kompenzátor saját diszperziója és kiküszöbölhető az optikai rendszeren keresztül megfigyelhető látómező határának elszíneződése 4. A skálával ellátott dob ​​kapcsolódik a kompenzátor, amellyel a diszperziós paramétert határozzák meg, lehetővé téve az anyagok átlagos diszperziójának kiszámítását.

Munkarend

Állítsa be a készüléket úgy, hogy a forrásból (izzólámpa) érkező fény a világítási prizmába kerüljön, és egyenletesen világítsa meg a látómezőt.

2. Nyissa ki a mérőprizmát.

Egy üvegrúd segítségével cseppentsen néhány csepp vizet a felületére, és óvatosan zárja le a prizmát. A prizmák közötti rést egyenletesen ki kell tölteni vékony vízréteggel (erre külön figyelmet kell fordítani).

A készülék skálával ellátott csavarja segítségével szüntesse meg a látómező elszíneződését, és kapjon éles határt a fény és az árnyék között. Igazítsa egy másik csavar segítségével a műszer szemlencséjének referenciakeresztjéhez. Határozza meg a víz törésmutatóját a szemlencse skála segítségével ezredrészes pontossággal.

Hasonlítsa össze a kapott eredményeket a vízre vonatkozó referenciaadatokkal. Ha a mért törésmutató és a táblázat szerinti különbség nem haladja meg a ± 0,001-et, akkor a mérést helyesen végeztük.

1. feladat

1. Készítsen konyhasó oldatot ( NaCl) az oldhatósági határhoz közeli koncentrációval (például C = 200 g/liter).

Mérjük meg a kapott oldat törésmutatóját!

3. Az oldat egész számú hígításával kapja meg az indikátor függőségét; refrakciót az oldat koncentrációjára, és töltse ki a táblázatot. 1.

1. táblázat

Gyakorlat. Hogyan lehet a maximum (kezdeti) 3/4-ével megegyező oldatkoncentrációt elérni pusztán hígítással?

Készítsen függőségi gráfot n=n(C). A kísérleti adatok további feldolgozása a tanár utasítása szerint történik.

Kísérleti adatok feldolgozása

a) Grafikus módszer

Határozza meg a meredekséget a grafikonból! IN, amely kísérleti körülmények között az oldott anyagot és az oldószert fogja jellemezni.

2. Határozza meg az oldat koncentrációját a grafikon segítségével! NaCl a laboráns adja meg.

b) Analitikai módszer

Számítsa ki a legkisebb négyzetek módszerével A, INÉs SB.

A talált értékek alapján AÉs IN határozza meg az oldat átlagos koncentrációját NaCl a laboráns adja meg

Biztonsági kérdések

Fény szórása. Mi a különbség a normál és az anomális diszperzió között?

2. Mi a teljes belső reflexió jelensége?

3. Miért nem tudja ez a beállítás a prizma törésmutatójánál nagyobb folyadék törésmutatóját mérni?

4. Miért prizma arc A1 IN1 matttá teszik?

Degradáció, Index

Pszichológiai Enciklopédia

Egy módszer a szellemi leépülés mértékének felmérésére! a Wechsler-Bellevue teszttel mért függvények. Az index azon a megfigyelésen alapul, hogy egyes, a teszttel mért képességek az életkorral csökkennek, mások viszont nem.

Index

Pszichológiai Enciklopédia

- index, névjegyzék, cím, stb. A pszichológiában - digitális mutató a jelenségek mennyiségi értékelésére, jellemzésére.

Mitől függ egy anyag törésmutatója?

Index

Pszichológiai Enciklopédia

1. Legáltalánosabb jelentés: bármi, ami jelölésre, azonosításra vagy irányításra szolgál; jelzések, feliratok, jelek vagy szimbólumok. 2. Egy képlet vagy szám, gyakran együtthatóként kifejezve, amely valamilyen összefüggést mutat az értékek vagy a mérések, vagy a...

Társasság, Index

Pszichológiai Enciklopédia

Olyan tulajdonság, amely kifejezi az ember szociabilitását. Egy szociogram például többek között a csoport különböző tagjainak szociabilitásáról ad értékelést.

Kiválasztás, Index

Pszichológiai Enciklopédia

Egy képlet egy adott teszt vagy tesztelem erejének becslésére az egyének egymástól való megkülönböztetésében.

Megbízhatóság, Index

Pszichológiai Enciklopédia

Egy statisztika, amely becslést ad a tesztből kapott tényleges értékek és az elméletileg helyes értékek közötti korrelációról.

Ezt az indexet r értékeként adjuk meg, ahol r a számított megbízhatósági együttható.

Teljesítmény-előrejelzés, index

Pszichológiai Enciklopédia

Annak mérése, hogy az egyik változóra vonatkozó ismeretek milyen mértékben használhatók fel egy másik változóra vonatkozó előrejelzések készítésére, mivel a változók közötti korreláció ismert. Általában szimbolikus formában ezt E-vel fejezzük ki, az indexet 1 -((...

Szavak, Index

Pszichológiai Enciklopédia

Általános kifejezés a szavak írott és/vagy beszélt nyelvben való szisztematikus előfordulási gyakoriságára.

Az ilyen mutatók gyakran meghatározott nyelvi területekre korlátozódnak, például az első osztályos tankönyvekre, a szülő-gyermek interakciókra. A becslések azonban ismertek...

Testszerkezetek, Index

Pszichológiai Enciklopédia

Eysenck által javasolt testmérés a magasság és a mellkaskörfogat aránya alapján.

Azokat, akiknek a pontszáma a „normális” tartományba esett, mezomorfoknak, a szóráson belülieket vagy az átlag felettieket leptomorfoknak, a szóráshatáron belülieket pedig...

24. ELŐADÁSHOZ

"MŰSZERES ANALÍZIS MÓDSZEREK"

REFRAKTOMETRIA.

Irodalom:

1. V.D. Ponomarev „Analitikai kémia” 1983 246-251

2. A.A. Iscsenko „Analitikai kémia”, 2004, 181-184.

REFRAKTOMETRIA.

A refraktometria az egyik legegyszerűbb fizikai elemzési módszer, amely minimális mennyiségű analitot használ, és nagyon rövid idő alatt elvégezhető.

Refraktometria- a fénytörés vagy fénytörés jelenségén alapuló módszer i.e.

a fény terjedési irányának megváltoztatása az egyik közegből a másikba való átmenet során.

A fénytörés, valamint a fényelnyelés a közeggel való kölcsönhatás következménye.

A refraktometria szó jelentése mérés fénytörés, amelyet a törésmutató értékével becsülnek meg.

Törésmutató értéke n attól függ

1) az anyagok és rendszerek összetételéről,

2) attól a ténytől milyen koncentrációban és milyen molekulákkal találkozik a fénysugár útjában, mert

Fény hatására a különböző anyagok molekulái eltérően polarizálódnak. Ezen a függőségen alapul a refraktometriás módszer.

Ennek a módszernek számos előnye van, melynek eredményeként széles körben alkalmazható mind a kémiai kutatásban, mind a technológiai folyamatok irányításában.

1) A törésmutatók mérése egy nagyon egyszerű folyamat, amelyet pontosan, minimális idő és anyagmennyiség felhasználásával hajtanak végre.

2) A refraktométerek jellemzően akár 10%-os pontosságot biztosítanak a fény törésmutatójának és az analit tartalmának meghatározásában.

A refraktometriás módszer az eredetiség és tisztaság ellenőrzésére, az egyes anyagok azonosítására, valamint a szerves és szervetlen vegyületek szerkezetének meghatározására szolgál az oldatok vizsgálatakor.

A refraktometriát kétkomponensű oldatok összetételének meghatározására és háromkomponensű rendszerekre alkalmazzák.

A módszer fizikai alapja

TÖRÉSINDEX.

Minél nagyobb a különbség a fény terjedési sebessége között a kettő között, annál nagyobb a fénysugár eltérése az eredeti irányától, amikor egyik közegből a másikba megy át.

ezeket a környezeteket.

Tekintsük egy fénynyaláb törését bármely két átlátszó közeg I és II határán (lásd.

Rizs.). Egyetértünk abban, hogy a II. közegnek nagyobb a törőereje, és ezért n1És n2— a megfelelő közeg fénytörését mutatja. Ha az I közeg nem vákuum vagy levegő, akkor a fénysugár sin beesési szögének és a sin törési szögnek az aránya adja az n rel relatív törésmutató értékét. Érték n rel.

Mi az üveg törésmutatója? És mikor kell tudni?

a vizsgált közeg törésmutatóinak arányaként is definiálható.

notrel. = —— = —

A törésmutató értéke attól függ

1) anyagok természete

Az anyag természetét ebben az esetben molekuláinak fény hatására deformálhatósága - a polarizálhatóság mértéke - határozza meg.

Minél intenzívebb a polarizálhatóság, annál erősebb a fénytörés.

2)a beeső fény hullámhossza

A törésmutató mérését 589,3 nm-es fényhullámhosszon (a nátrium-spektrum D vonala) végezzük.

A törésmutatónak a fény hullámhosszától való függését diszperziónak nevezzük.

Minél rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb a fénytörés. Ezért a különböző hullámhosszú sugarak eltérően törnek meg.

3)hőmérséklet , amelyen a mérést végzik. A törésmutató meghatározásának előfeltétele a hőmérsékleti rendszer betartása. A meghatározást általában 20±0,30 C-on végezzük.

A hőmérséklet növekedésével a törésmutató csökken, ahogy a hőmérséklet csökken, úgy nő..

A hőmérsékleti hatások korrekcióját a következő képlet segítségével számítjuk ki:

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

nt – Viszlát törésmutató egy adott hőmérsékleten,

n20-törésmutató 200 C-on

A hőmérsékletnek a gázok és folyadékok törésmutatóira gyakorolt ​​hatása a térfogati tágulási együttható értékéhez kapcsolódik.

Az összes gáz és folyadék térfogata melegítéskor növekszik, a sűrűség csökken, és ennek következtében az indikátor csökken

A 200 C-on mért törésmutatót és 589,3 nm-es fényhullámhosszt az index jelöli nD20

Egy homogén kétkomponensű rendszer törésmutatójának állapotától való függését kísérleti úton állapítják meg, számos szabványos rendszer (például oldatok) törésmutatójának meghatározásával, amelyekben az összetevők tartalma ismert.

4) az anyag koncentrációja az oldatban.

Sok vizes oldat esetében megbízhatóan mérik a törésmutatókat különböző koncentrációkban és hőmérsékleteken, és ezekben az esetekben referenciakönyvek használhatók. refraktometriás táblázatok.

A gyakorlat azt mutatja, hogy ha az oldott anyagtartalom nem haladja meg a 10-20%-ot, akkor a grafikus módszer mellett sok esetben lehetőség van a felhasználásra. lineáris egyenlet, például:

n=nem+FC,

n- az oldat törésmutatója,

nem a tiszta oldószer törésmutatója,

C— az oldott anyag koncentrációja, %

F-empirikus együttható, melynek értéke megtalálható

ismert koncentrációjú oldatok törésmutatójának meghatározásával.

REFRAKTOMÉTEREK.

A refraktométerek a törésmutató mérésére szolgáló eszközök.

Ezeknek a készülékeknek 2 típusa van: Abbe típusú és Pulfrich típusú refraktométer. A mérések mindkét esetben a maximális törési szög meghatározásán alapulnak. A gyakorlatban különféle rendszerek refraktométereit használják: laboratóriumi RL, univerzális RL stb.

A desztillált víz törésmutatója n0 = 1,33299, de gyakorlatilag ezt a mutatót n0-nak tekintjük. =1,333.

A refraktométerek működési elve a törésmutató meghatározásán alapul, határolószög módszerrel (a teljes fényvisszaverődés szöge).

Kézi refraktométer

Abbe refraktométer

24. ELŐADÁSHOZ

"MŰSZERES ANALÍZIS MÓDSZEREK"

REFRAKTOMETRIA.

Irodalom:

1. V.D. Ponomarev „Analitikai kémia” 1983 246-251

2. A.A. Iscsenko „Analitikai kémia”, 2004, 181-184.

REFRAKTOMETRIA.

A refraktometria az egyik legegyszerűbb fizikai elemzési módszer, amely minimális mennyiségű analitot használ, és nagyon rövid idő alatt elvégezhető.

Refraktometria- a fénytörés vagy fénytörés jelenségén alapuló módszer i.e. a fény terjedési irányának megváltoztatása az egyik közegből a másikba való átmenet során.

A fénytörés, valamint a fényelnyelés a közeggel való kölcsönhatás következménye. A refraktometria szó jelentése mérés fénytörés, amelyet a törésmutató értékével becsülnek meg.

Törésmutató értéke n attól függ

1) az anyagok és rendszerek összetételéről,

2) attól a ténytől milyen koncentrációban és milyen molekulákkal találkozik a fénysugár útjában, mert Fény hatására a különböző anyagok molekulái eltérően polarizálódnak. Ezen a függőségen alapul a refraktometriás módszer.

Ennek a módszernek számos előnye van, melynek eredményeként széles körben alkalmazható mind a kémiai kutatásban, mind a technológiai folyamatok irányításában.

1) A törésmutatók mérése egy nagyon egyszerű folyamat, amelyet pontosan, minimális idő és anyagmennyiség felhasználásával hajtanak végre.

2) A refraktométerek jellemzően akár 10%-os pontosságot biztosítanak a fény törésmutatójának és az analit tartalmának meghatározásában.

A refraktometriás módszer az eredetiség és tisztaság ellenőrzésére, az egyes anyagok azonosítására, valamint a szerves és szervetlen vegyületek szerkezetének meghatározására szolgál az oldatok vizsgálatakor. A refraktometriát kétkomponensű oldatok összetételének meghatározására és háromkomponensű rendszerekre alkalmazzák.

A módszer fizikai alapja

TÖRÉSINDEX.

Minél nagyobb a különbség a fény terjedési sebessége között a kettő között, annál nagyobb a fénysugár eltérése az eredeti irányától, amikor egyik közegből a másikba megy át.

ezeket a környezeteket.

Tekintsük egy fénynyaláb törését bármely két I és II átlátszó közeg határán (lásd az ábrát). Egyetértünk abban, hogy a II. közegnek nagyobb a törőereje, és ezért n 1És n 2- a megfelelő közeg fénytörését mutatja. Ha az I közeg nem vákuum vagy levegő, akkor a fénysugár sin beesési szögének és a sin törési szögnek az aránya adja az n rel relatív törésmutató értékét. Érték n rel. a vizsgált közeg törésmutatóinak arányaként is definiálható.

n rel. = ----- = ---

A törésmutató értéke attól függ

1) anyagok természete

Az anyag természetét ebben az esetben molekuláinak fény hatására deformálhatósága - a polarizálhatóság mértéke - határozza meg. Minél intenzívebb a polarizálhatóság, annál erősebb a fénytörés.

2)a beeső fény hullámhossza

A törésmutató mérését 589,3 nm-es fényhullámhosszon (a nátrium-spektrum D vonala) végezzük.

A törésmutatónak a fény hullámhosszától való függését diszperziónak nevezzük. Minél rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb a fénytörés. Ezért a különböző hullámhosszú sugarak eltérően törnek meg.

3)hőmérséklet , amelyen a mérést végzik. A törésmutató meghatározásának előfeltétele a hőmérsékleti rendszer betartása. A meghatározást általában 20±0,3 0 C-on végezzük.

A hőmérséklet növekedésével a törésmutató csökken, ahogy a hőmérséklet csökken, úgy nő..

A hőmérsékleti hatások korrekcióját a következő képlet segítségével számítjuk ki:

n t =n 20 + (20-t) 0,0002, ahol

n t – Viszlát törésmutató egy adott hőmérsékleten,

n 20 - törésmutató 20 0 C-on

A hőmérsékletnek a gázok és folyadékok törésmutatóira gyakorolt ​​hatása a térfogati tágulási együttható értékéhez kapcsolódik. Az összes gáz és folyadék térfogata melegítéskor növekszik, a sűrűség csökken, és ennek következtében az indikátor csökken

A 20 0 C-on és 589,3 nm-es fényhullámhosszon mért törésmutatót az index jelöli. n D 20

Egy homogén kétkomponensű rendszer törésmutatójának állapotától való függését kísérleti úton állapítják meg, számos szabványos rendszer (például oldatok) törésmutatójának meghatározásával, amelyekben az összetevők tartalma ismert.

4) az anyag koncentrációja az oldatban.

Sok vizes oldat esetében megbízhatóan mérik a törésmutatókat különböző koncentrációkban és hőmérsékleteken, és ezekben az esetekben referenciakönyvek használhatók. refraktometriás táblázatok. A gyakorlat azt mutatja, hogy ha az oldott anyagtartalom nem haladja meg a 10-20%-ot, akkor a grafikus módszer mellett sok esetben lehetőség van a felhasználásra. lineáris egyenlet, például:

n=n o +FC,

n- az oldat törésmutatója,

nem- tiszta oldószer törésmutatója,

C- oldott anyag koncentrációja, %

F-empirikus együttható, melynek értéke megtalálható

ismert koncentrációjú oldatok törésmutatójának meghatározásával.

REFRAKTOMÉTEREK.

A refraktométerek a törésmutató mérésére szolgáló eszközök. Ezeknek a készülékeknek 2 típusa van: Abbe típusú és Pulfrich típusú refraktométer. A mérések mindkét esetben a maximális törési szög meghatározásán alapulnak. A gyakorlatban különféle rendszerek refraktométereit használják: laboratóriumi RL, univerzális RL stb.

A desztillált víz törésmutatója n 0 = 1,33299, de gyakorlatilag ezt a mutatót tekintjük n 0-nak. =1,333.

A refraktométerek működési elve a törésmutató meghatározásán alapul, határolószög módszerrel (a teljes fényvisszaverődés szöge).

Kézi refraktométer

Abbe refraktométer

Laboratóriumi munka

Fénytörés. Folyadék törésmutatójának mérése

refraktométer segítségével

A munka célja: a fénytörés jelenségének elmélyítése; folyékony közegek törésmutatójának mérési módszereinek tanulmányozása; refraktométerrel végzett munka elvének tanulmányozása.

Felszerelés: refraktométer, nátrium-klorid oldatok, pipetta, puha kendő műszerek optikai részeinek letörléséhez.

Elmélet

A fény visszaverődésének és törésének törvényei. Törésmutató.

A közegek közötti határfelületen a fény megváltoztatja terjedésének irányát. A fényenergia egy része visszakerül az első közegbe, azaz. fény tükröződik. Ha a második közeg átlátszó, akkor a fény egy része bizonyos körülmények között áthalad a közegek közötti határfelületen, általában megváltoztatva a terjedési irányt. Ezt a jelenséget fénytörésnek nevezzük (1. ábra).

Rizs. 1. Fény visszaverődése és törése két közeg közötti sík felületen.

A visszavert és megtört sugarak irányát, amikor a fény áthalad két átlátszó közeg lapos határfelületén, a fény visszaverődésének és törésének törvényei határozzák meg.

A fényvisszaverődés törvénye. A visszavert sugár ugyanabban a síkban van, mint a beeső sugár, és a normál visszaállt a közegek elválasztási síkjába a beesési ponton. A beesési szög egyenlő a visszaverődés szögével .

A fénytörés törvénye. A megtört sugár ugyanabban a síkban van, mint a beeső sugár, és a normál visszaállt a közegek elválasztási síkjába a beesési ponton. Beesési szög szinusz arány α a törésszög szinuszához β ennek a két közegnek van egy állandó értéke, amelyet a második közeg relatív törésmutatójának neveznek az elsőhöz viszonyítva:

Relatív törésmutató két közeg egyenlő az első közegben lévő fénysebesség v1 és a második közegben lévő fénysebesség v2 arányával:

Ha a fény vákuumból érkezik a közegbe, akkor a közeg vákuumhoz viszonyított törésmutatóját a közeg abszolút törésmutatójának nevezzük, és egyenlő a vákuumban lévő fénysebesség arányával. Vel a fénysebességre adott közegben:

Az abszolút törésmutatók mindig nagyobbak az egységnél; levegőért n egynek véve.

Két közeg relatív törésmutatója az abszolút indexükkel fejezhető ki n 1 És n 2 :

Folyadék törésmutatójának meghatározása

A folyadékok törésmutatójának gyors és kényelmes meghatározásához speciális optikai műszerek - refraktométerek - vannak, amelyek fő része két prizma (2. ábra): segédeszköz. Ave. 1és mérés Pr.2. A vizsgálandó folyadékot a prizmák közötti résbe öntik.

Az indikátorok mérésénél két módszer alkalmazható: a legelőnyalábos módszer (átlátszó folyadékoknál) és a teljes belső reflexiós módszer (sötét, zavaros és színes oldatoknál). Ebben a munkában ezek közül az elsőt használjuk.

A legelősugaras módszernél a külső forrásból származó fény áthalad az arcon AB prizmák 1. projekt, matt felületén szétoszlik AC majd a vizsgált folyadék rétegén keresztül behatol a prizmába Pr.2. A matt felület minden irányú sugárzás forrásává válik, így a szélén keresztül is megfigyelhető EF prizmák Pr.2. Azonban a széle AC keresztül lehet látni EF csak egy bizonyos minimális szögnél nagyobb szögben én. Ennek a szögnek a nagysága egyedülállóan összefügg a prizmák között elhelyezkedő folyadék törésmutatójával, amely a refraktométer tervezésének fő gondolata.

Vegye figyelembe a fény áthaladását az arcon EF alsó mérőprizma Pr.2.ábrából látható. 2, a fénytörés törvényét kétszer alkalmazva két összefüggést kaphatunk:

Ezt az egyenletrendszert megoldva könnyen arra a következtetésre juthatunk, hogy a folyadék törésmutatója

négy mennyiségtől függ: K, r, r 1 És én. Azonban nem mindegyik független. Tehát pl.

r+ s= R , (4)

Ahol R - prizma törésszöge 2. projekt. Ráadásul a szög beállításával K a maximális érték 90°, az (1) egyenletből kapjuk:

De a maximális szögérték r , ábrából látható. A 2. és a (3) és (4) összefüggések minimális szögértékei megfelelnek én És r 1 , azok. én min És r min .

Így a folyadék törésmutatója „legelő” sugarak esetén csak a szöggel függ össze. én. Ebben az esetben van egy minimális szögérték én, amikor a széle AC még mindig látható, vagyis a látómezőben tükörfehérnek tűnik. Kisebb betekintési szögek esetén a széle nem látható, és a látómezőben ez a hely feketének tűnik. Mivel a készülék teleszkópja viszonylag széles szögzónát rögzít, a látómezőben egyszerre figyelhetők meg a világos és fekete területek, amelyek határa a minimális megfigyelési szögnek felel meg, és egyedülállóan összefügg a folyadék törésmutatójával. A végső számítási képlet segítségével:

(következtetése kimarad) és számos ismert törésmutatójú folyadékkal kalibrálhatja a készüléket, azaz egyedi megfeleltetést hozhat létre a folyadékok törésmutatói és a szögek között én min . Minden megadott képlet egy adott hullámhosszú sugarakra származtatható.

A különböző hullámhosszúságú fény megtörik, figyelembe véve a prizma szórását. Így, ha a prizmát fehér fénnyel világítják meg, a felület elmosódott lesz, és a diszperzió miatt különböző színű lesz. Ezért minden refraktométerben van egy kompenzátor, amely kiküszöböli a diszperzió eredményét. Egy vagy két közvetlen látó prizmából állhat – Amici prizmából. Minden Amici prizma három különböző törésmutatójú és eltérő diszperziójú üvegprizmából áll, például a külső prizmák koronaüvegből, a középső pedig kőüvegből készül (a koronaüveg és a kőüveg üvegfajta). A kompenzátor prizma speciális eszközzel történő elforgatásával éles, színtelen képe érhető el az interfészről, amelynek helyzete megfelel a sárga nátriumvonal törésmutatójának λ =5893 Å (a prizmák úgy vannak megtervezve, hogy az 5893 Å hullámhosszú sugarak ne térjenek el).

A kompenzátoron áthaladó sugarak a távcső lencséjébe jutnak, majd a tolató prizmán keresztül a távcső okulárján keresztül a megfigyelő szemébe jutnak. A sugarak sematikus útja az ábrán látható. 3.

A refraktométer skála a törésmutató értékében és a szacharóz oldat vízben való koncentrációjában van kalibrálva, és a szemlencse fókuszsíkjában található.

Kísérleti rész

Feladat 1. A refraktométer ellenőrzése.

Irányítsa a fényt egy tükör segítségével a refraktométer segédprizmájára. Felemelt segédprizmával pipettázzon néhány csepp desztillált vizet a mérőprizmára. A segédprizma leengedésével érje el a látómező legjobb megvilágítását, és állítsa be a szemlencsét úgy, hogy a szálkereszt és a törésmutató skála jól látható legyen. A mérőprizma kamerájának elforgatásával megkapja a fény és az árnyék határát a látómezőben. Forgassa el a kompenzátorfejet, amíg a fény és az árnyék közötti határ el nem tűnik. Igazítsa a fény és az árnyék határvonalát a szálkereszt pontjához, és mérje meg a víz törésmutatóját n változás . Ha a refraktométer megfelelően működik, akkor desztillált víz esetében az értéknek a következőnek kell lennie n 0 = 1.333, ha a leolvasások eltérnek ettől az értéktől, módosítást kell meghatározni Δn= n változás - 1,333, amelyet azután figyelembe kell venni a refraktométerrel végzett további munka során. Kérjük, javítsa ki az 1. táblázatot.

1. táblázat.

	n 0	n változás	Δ n
N 2 KÖRÜLBELÜL

2. feladat Folyadék törésmutatójának meghatározása.

Határozza meg ismert koncentrációjú oldatok törésmutatóit, figyelembe véve a talált korrekciót!

2. táblázat.

C, vol. %	n változás	n ist

Rajzolja fel a kapott eredmények alapján a konyhasó-oldatok törésmutatójának a koncentrációtól való függését ábrázoló grafikont! Vonjunk le következtetést n C-től való függésére; következtetéseket levonni a mérések pontosságára refraktométer segítségével.

Vegyünk egy ismeretlen koncentrációjú sóoldatot VEL x , határozza meg a törésmutatóját, és a grafikon segítségével keresse meg az oldat koncentrációját.

Tisztítsa meg a munkaterületet, és óvatosan törölje le a refraktométer prizmáit egy nedves, tiszta ruhával.

Biztonsági kérdések

A fény visszaverődése és törése.

A közeg abszolút és relatív törésmutatói.

A refraktométer működési elve. Tolósugaras módszer.

A sugárzás sematikus útja prizmában. Miért van szükség kompenzátor prizmákra?

A fény terjedése, visszaverődése és törése

A fény természete elektromágneses. Ennek egyik bizonyítéka az elektromágneses hullámok és a fény sebességének egybeesése vákuumban.

Homogén közegben a fény egyenes vonalban halad. Ezt az állítást a fény egyenes vonalú terjedésének törvényének nevezzük. Ennek a törvénynek a kísérleti bizonyítéka a pontszerű fényforrások által keltett éles árnyékok.

A fény terjedési irányát jelző geometriai vonalat fénysugárnak nevezzük. Izotróp közegben a fénysugarak a hullámfrontra merőlegesen irányulnak.

Az azonos fázisban oszcilláló közeg pontjainak geometriai elhelyezkedését hullámfelületnek, azon pontok halmazát, ahová az oszcilláció egy adott időpontban elérte, hullámfrontnak nevezzük. A hullámfront típusától függően sík- és gömbhullámokat különböztetünk meg.

A fényterjedés folyamatának magyarázatára a H. Huygens holland fizikus által javasolt, a hullámfront térbeli mozgására vonatkozó hullámelmélet általános elvét alkalmazzák. Huygens elve szerint a közeg minden pontja, ahová a fénygerjesztés eljut, a gömb alakú másodlagos hullámok középpontja, amelyek szintén fénysebességgel terjednek. A másodlagos hullámok frontjait körülvevő felület adja meg a ténylegesen terjedő hullám frontjának helyzetét az adott pillanatban.

Különbséget kell tenni a fénysugarak és a fénysugarak között. A fénysugár a fényhullám egy része, amely fényenergiát szállít egy adott irányba. A fénynyalábot leíró fénysugárra cserélve az utóbbit úgy kell tekinteni, hogy egy kellően keskeny, de ugyanakkor véges szélességű (keresztmetszeti méretei jóval nagyobbak a hullámhossznál) fény tengelyével. gerenda.

Vannak divergens, konvergáló és kvázi párhuzamos fénysugarak. Gyakran használják a fénysugarak vagy egyszerűen csak fénysugarak kifejezéseket, amelyek egy valódi fénysugarat leíró fénysugarak halmazát jelentik.

A fény sebessége vákuumban c = 3 108 m/s univerzális állandó, és nem függ a frekvenciától. A fény sebességét először a dán tudós, O. Roemer határozta meg kísérletileg csillagászati ​​módszerrel. Pontosabban a fénysebességet A. Michelson mérte.

Az anyagban a fény sebessége kisebb, mint a vákuumban. A vákuumban lévő fénysebesség és az adott közegben mért sebesség arányát a közeg abszolút törésmutatójának nevezzük:

ahol c a fény sebessége vákuumban, v a fény sebessége adott közegben. Az összes anyag abszolút törésmutatója nagyobb, mint az egység.

Amikor a fény egy közegen keresztül terjed, elnyelődik és szétszóródik, a közegek határfelületén pedig visszaverődik és megtörik.

A fényvisszaverődés törvénye: a beeső sugár, a visszavert nyaláb és a két közeg határfelületére merőleges, a sugár beesési pontján helyreállított sugár ugyanabban a síkban fekszik; a g visszaverődési szög egyenlő az a beesési szöggel (1. ábra). Ez a törvény egybeesik a bármilyen természetű hullámok visszaverődésének törvényével, és a Huygens-elv következményeként érhető el.

A fénytörés törvénye: a beeső sugár, a megtört sugár és a két közeg határfelületére merőleges, a sugár beesési pontján helyreállított sugár ugyanabban a síkban fekszik; a beesési szög szinuszának és a törésszög szinuszának aránya egy adott fényfrekvenciánál egy állandó érték, amelyet a második közeg relatív törésmutatójának neveznek az elsőhöz viszonyítva:

A fénytörés kísérletileg megállapított törvényét a Huygens-elv alapján magyarázzuk. A hullámfogalmak szerint a fénytörés a hullámterjedési sebesség változásának következménye az egyik közegből a másikba való áthaladáskor, a relatív törésmutató fizikai jelentése pedig az első közegben lévő hullámok terjedési sebességének v1 aránya. terjedésük sebessége a második közegben

Az n1 és n2 abszolút törésmutatójú közegeknél a második közeg relatív törésmutatója az elsőhöz viszonyítva megegyezik a második közeg abszolút törésmutatójának az első közeg abszolút törésmutatójához viszonyított arányával:

A nagyobb törésmutatóval rendelkező közeget optikailag sűrűbbnek nevezzük, a fény terjedési sebessége kisebb. Ha a fény egy optikailag sűrűbb közegből egy optikailag kevésbé sűrűbe kerül, akkor bizonyos a0 beesési szögnél a törésszögnek egyenlőnek kell lennie p/2-vel. A megtört nyaláb intenzitása ebben az esetben nullával egyenlő. A két közeg közötti felületre eső fény teljesen visszaverődik róla.

Az a0 beesési szöget, amelynél a fény teljes belső visszaverődése következik be, a teljes belső visszaverődés határszögének nevezzük. Minden a0-val egyenlő és annál nagyobb beesési szögnél a fény teljes visszaverődése következik be.

Ha n2 = 1 (vákuum), akkor az összefüggésből találjuk meg a határoló szög értékét

2 Egy anyag törésmutatója a fény fázissebességének (elektromágneses hullámok) arányának megfelelő érték vákuumban és adott közegben. Ezenkívül beszélnek minden más hullám törésmutatójáról, például hangról

A törésmutató az anyag tulajdonságaitól és a sugárzás hullámhosszától függ, a törésmutató meglehetősen erősen változik, amikor az elektromágneses hullámok frekvenciája alacsony frekvenciáról optikaira és azon túlra változik, és még élesebben is változhat; a frekvencia skála bizonyos területei. Az alapértelmezett érték általában az optikai tartományra vagy a környezet által meghatározott tartományra vonatkozik.

Vannak optikailag anizotróp anyagok, amelyeknél a törésmutató a fény irányától és polarizációjától függ. Az ilyen anyagok meglehetősen gyakoriak, különösen mind olyan kristályok, amelyeknek a kristályrács szimmetriája meglehetősen alacsony, valamint olyan anyagok, amelyek mechanikai deformációnak vannak kitéve.

A törésmutató a közeg mágneses és dielektromos állandóinak szorzatának gyökeként fejezhető ki

(Figyelembe kell venni, hogy a mágneses permeabilitás és az abszolút dielektromos állandó értékei a kérdéses frekvenciatartományban - például optikai - nagyon eltérhetnek ezen értékek statikus értékétől).

A törésmutató mérésére kézi és automatikus refraktométereket használnak. Amikor refraktométerrel határozzák meg a cukor koncentrációját egy vizes oldatban, az eszközt szachariméternek nevezik.

A nyaláb beesési szöge () szinuszának és a törésszög () szinuszának arányát, amikor a nyaláb A közegből B közegbe megy át, ezt a közegpárt relatív törésmutatónak nevezzük.

Az n mennyiség a B közeg relatív törésmutatója az A közeghez viszonyítva, аn" = 1/n az A közeg relatív törésmutatója a B közeghez viszonyítva.

Ez az érték, ha más dolgok egyenlők, általában kisebb, mint egység, amikor a nyaláb sűrűbb közegből kevésbé sűrű közegbe megy át, és több mint egység, ha egy sugár egy kevésbé sűrű közegből egy sűrűbb közegbe (például gázból vagy vákuumból folyékony vagy szilárd anyaggá). Ez alól a szabály alól vannak kivételek, ezért szokás egy közeget optikailag többé-kevésbé sűrűnek nevezni, mint a másikat (nem tévesztendő össze az optikai sűrűséggel, mint a közeg átlátszatlanságának mértékével).

A levegőtlen térből valamilyen B közeg felületére eső sugár erősebben törik meg, mint amikor egy másik A közegből esik rá; A levegőtlen térből a közegre beeső sugár törésmutatóját annak abszolút törésmutatójának vagy egyszerűen egy adott közeg törésmutatójának nevezzük, aminek a definícióját a cikk elején adjuk meg. Bármely gáz törésmutatója, beleértve a levegőt is, normál körülmények között sokkal kisebb, mint a folyadékok vagy szilárd anyagok törésmutatója, ezért megközelítőleg (és viszonylag jó pontossággal) az abszolút törésmutató a levegőhöz viszonyított törésmutató alapján ítélhető meg.

Rizs. 3. Interferencia refraktométer működési elve. A fénysugár úgy van felosztva, hogy két része l hosszúságú küvettákon halad át, amelyek különböző törésmutatójú anyagokkal vannak megtöltve. A küvettákból való kilépésnél a sugarak bizonyos útkülönbséget szereznek, és összeadva a képernyőn k-rendű interferencia-maximumokat és minimumokat adnak (a jobb oldalon sematikusan látható). Törésmutató különbség Dn=n2 –n1 =kl/2, ahol l a fény hullámhossza.

A refraktométerek olyan eszközök, amelyek az anyagok törésmutatójának mérésére szolgálnak. A refraktométer működési elve a teljes visszaverődés jelenségén alapul. Ha szórt fénysugár esik két törésmutatójú közeg határfelületére és optikailag sűrűbb közegből, akkor bizonyos beesési szögből kiindulva a sugarak nem jutnak be a második közegbe, hanem teljesen visszaverődnek a határfelületről. az első közegben. Ezt a szöget a teljes visszaverődés határszögének nevezzük. Az 1. ábra a sugarak viselkedését mutatja, amikor ennek a felületnek egy bizonyos áramába esnek. A sugár szélsőséges szögben érkezik. A fénytörés törvényéből meghatározhatjuk: , (hiszen).

A határszög nagysága a két közeg relatív törésmutatójától függ. Ha a felületről visszaverődő sugarak egy gyűjtőlencsére irányulnak, akkor a lencse fókuszsíkjában látható a fény és a félárnyék határa, és ennek a határnak a helyzete a határszög értékétől függ, és ezért a törésmutatót. Az egyik közeg törésmutatójának változása az interfész helyzetének megváltozását vonja maga után. A fény és az árnyék közötti interfész indikátorként szolgálhat a törésmutató meghatározásakor, amelyet a refraktométerekben használnak.

A törésmutató meghatározásának ezt a módszerét teljes reflexiós módszernek nevezzük

A refraktométerek a teljes reflexiós módszer mellett a legelőnyalábos módszert alkalmazzák.

A sugarak útja háromszög prizmában

A 9. ábra egy üvegprizma keresztmetszete az oldaléleire merőleges síkkal. A prizmában lévő sugár az alap felé elhajlik, az OA és 0B éleknél megtörik. Az ezen lapok közötti j szöget a prizma törésszögének nevezzük. A nyaláb elhajlási szöge függ a prizma törésszögétől, a prizma anyagának n törésmutatójától és a beesési szögtől. A fénytörés törvénye (1.4) segítségével kiszámítható.

A refraktométer fehér fényforrást használ 3. A diszperzió miatt, amikor a fény áthalad az 1. és 2. prizmán, a fény és az árnyék határa színezettnek bizonyul. Ennek elkerülésére a teleszkóp lencséje elé egy 4 kompenzátort helyeznek el. Ez két egyforma prizmából áll, amelyek mindegyike három különböző törésmutatójú prizmából van összeragasztva. A prizmákat úgy választják ki, hogy egy hullámhosszú monokromatikus nyaláb legyen

= 589,3 µm.

(nátriumsárga vonal hullámhossza) nem tesztelték az elhajlás-kompenzátoron való áthaladást követően. A más hullámhosszú sugarakat prizmák különböző irányokba térítik el. A kompenzátorprizmák speciális fogantyúval történő mozgatásával biztosítjuk, hogy a fény és a sötétség határvonala a lehető legtisztább legyen.

A fénysugarak a kompenzátoron áthaladva belépnek a teleszkóp 6 lencséjébe. A fény-árnyék interfész képe a távcső 7 okulárján keresztül látható. Ugyanakkor a 8-as skálát az okuláron keresztül nézzük, mivel a törési határszög és a teljes visszaverődés határszöge a folyadék törésmutatójától függ, ennek a törésmutatónak az értékei azonnal megjelennek a refraktométer skálán. .

A refraktométer optikai rendszere egy 5-ös forgó prizmát is tartalmaz. Lehetővé teszi a teleszkóp tengelyének az 1. és 2. prizmára merőleges elhelyezését, ami kényelmesebbé teszi a megfigyelést.

25/III-1 lecke A fény terjedése különböző közegekben. Fénytörés a két közeg határfelületén.

Új anyagok tanulása.

A két átlátszó közeg határfelületére eső fénysugár egy része visszaverődik, egy része pedig átmegy a másik közegbe. Ilyenkor a másik közegbe átment fénysugár iránya megváltozik. Ezért a jelenséget fénytörésnek, a sugarat pedig megtörtnek nevezik.

1 – beeső sugár

2 – visszavert sugár

3 – megtört sugár α β

OO 1 – interfész két adathordozó között

MN - merőleges O O 1

A sugár és a két közeg közötti határfelületre merőleges szöget, amelyet a sugár beesési pontjáig csökkent, törésszögnek nevezünk. γ (gamma).

A vákuumban lévő fény 300 000 km/s sebességgel terjed. Bármilyen közegben a fénysebesség mindig kisebb, mint a vákuumban. Ezért amikor a fény egyik közegből a másikba kerül, sebessége csökken, és ez a fény törését okozza. Minél kisebb a fény terjedési sebessége egy adott közegben, annál nagyobb ennek a közegnek az optikai sűrűsége. Például a levegő optikai sűrűsége nagyobb, mint a vákuum, mivel a levegőben a fény sebessége valamivel kisebb, mint a vákuumban. A víz optikai sűrűsége nagyobb, mint a levegő optikai sűrűsége, mivel a fény sebessége a levegőben nagyobb, mint a vízben.

Minél jobban különbözik két közeg optikai sűrűsége, annál jobban megtörik a fény a felületükön. Minél jobban változik a fény sebessége a két közeg határfelületén, annál jobban megtörik.

Minden átlátszó anyagnak van egy olyan fontos fizikai jellemzője, mint a fény törésmutatója n. Megmutatja, hogy egy adott anyagban hányszor kisebb a fénysebesség, mint a vákuumban.

A fény törésmutatója

Anyag		Anyag		Anyag
		Kősó		Terpentin
		Cédrusolaj		Etilalkohol
Glicerin		Plexiüveg		Üveg (könnyű)
		Szén-diszulfid

A beesési szög és a törésszög aránya az egyes közegek optikai sűrűségétől függ. Ha egy fénysugár egy kisebb optikai sűrűségű közegből egy nagyobb optikai sűrűségű közegbe megy át, akkor a törésszög kisebb lesz, mint a beesési szög. Ha egy fénysugár nagyobb optikai sűrűségű közegből származik, akkor a törésszög kisebb lesz, mint a beesési szög. Ha egy fénysugár egy nagyobb optikai sűrűségű közegből egy kisebb optikai sűrűségű közegbe megy át, akkor a törésszög nagyobb, mint a beesési szög.

Vagyis ha n 1 γ; ha n 1 >n 2 akkor α<γ.

A fénytörés törvénye :

A beeső sugár, a megtört nyaláb és a két közeg közötti határfelületre merőleges a sugár beesési pontjában ugyanabban a síkban van.

A beesési szög és a törésszög közötti összefüggést a képlet határozza meg.

ahol a beesési szög szinusza és a törésszög szinusza.

A szinuszok és érintők értéke 0-900 szögeknél

fokok			fokok			fokok

A fénytörés törvényét először W. Snelius holland csillagász és matematikus fogalmazta meg 1626 körül, a Leideni Egyetem professzora (1613).

A 16. században az optika ultramodern tudomány volt. A vízzel töltött üveggolyóból, amelyet lencseként használtak, nagyító keletkezett. És abból feltaláltak egy távcsövet és egy mikroszkópot. Abban az időben Hollandiának teleszkópokra volt szüksége ahhoz, hogy megnézze a partot, és időben elmeneküljön az ellenség elől. Az optika biztosította a navigáció sikerét és megbízhatóságát. Ezért Hollandiában sok tudós érdeklődött az optika iránt. A holland Skel Van Rooyen (Snelius) megfigyelte, hogyan verődik vissza egy vékony fénysugár a tükörben. Megmérte a beesési szöget és a visszaverődési szöget, és megállapította: a visszaverődési szög egyenlő a beesési szöggel. Ő is birtokolja a fényvisszaverődés törvényeit. Levezette a fénytörés törvényét.

Nézzük a fénytörés törvényét.

Ez tartalmazza a második közeg relatív törésmutatóját az elsőhöz képest abban az esetben, ha a másodiknak nagyobb az optikai sűrűsége. Ha a fény megtörik és kisebb optikai sűrűségű közegen halad át, akkor α< γ, тогда

Ha az első közeg vákuum, akkor n 1 =1, akkor .

Ezt a mutatót a második közeg abszolút törésmutatójának nevezik:

ahol a fény sebessége vákuumban, a fény sebessége adott közegben.

A Föld légkörében bekövetkező fénytörés következménye, hogy a Napot és a csillagokat valamivel magasabban látjuk, mint a tényleges helyzetük. A fénytörés magyarázhatja a délibábok, szivárványok megjelenését... a fénytörés jelensége a numerikus optikai eszközök működési elvének alapja: mikroszkóp, távcső, kamera.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete