Wenden wir uns einer detaillierteren Betrachtung des Brechungsindex zu, den wir in §81 bei der Formulierung des Brechungsgesetzes eingeführt haben.

Der Brechungsindex hängt von den optischen Eigenschaften sowohl des Mediums, aus dem der Strahl fällt, als auch des Mediums, in das er eindringt, ab. Der Brechungsindex, den man erhält, wenn Licht aus einem Vakuum auf ein beliebiges Medium fällt, wird als absoluter Brechungsindex dieses Mediums bezeichnet.

Reis. 184. Relativer Brechungsindex zweier Medien:

Der absolute Brechungsindex des ersten Mediums sei und der des zweiten Mediums – . Unter Berücksichtigung der Brechung an der Grenze des ersten und zweiten Mediums stellen wir sicher, dass der Brechungsindex beim Übergang vom ersten zum zweiten Medium, der sogenannte relative Brechungsindex, gleich dem Verhältnis der absoluten Brechungsindizes des Mediums ist zweites und erstes Medium:

(Abb. 184). Im Gegenteil, beim Übergang vom zweiten zum ersten Medium haben wir einen relativen Brechungsindex

Der festgestellte Zusammenhang zwischen dem relativen Brechungsindex zweier Medien und ihren absoluten Brechungsindizes könnte ohne neue Experimente theoretisch abgeleitet werden, ebenso wie dies für das Gesetz der Reversibilität (§82) möglich ist.

Ein Medium mit einem höheren Brechungsindex wird als optisch dichter bezeichnet. Üblicherweise wird der Brechungsindex verschiedener Medien relativ zu Luft gemessen. Der absolute Brechungsindex von Luft beträgt . Somit hängt der absolute Brechungsindex eines Mediums durch die Formel mit seinem Brechungsindex relativ zu Luft zusammen

Tabelle 6. Brechungsindex verschiedener Substanzen relativ zu Luft

Der Brechungsindex hängt von der Wellenlänge des Lichts, also von seiner Farbe, ab. Unterschiedliche Farben entsprechen unterschiedlichen Brechungsindizes. Dieses Phänomen, Dispersion genannt, spielt in der Optik eine wichtige Rolle. Wir werden uns in den folgenden Kapiteln immer wieder mit diesem Phänomen befassen. Die in der Tabelle angegebenen Daten. 6, siehe gelbes Licht.

Es ist interessant festzustellen, dass das Reflexionsgesetz formal in derselben Form geschrieben werden kann wie das Brechungsgesetz. Erinnern wir uns daran, dass wir uns darauf geeinigt haben, immer Winkel von der Senkrechten zum entsprechenden Strahl zu messen. Daher müssen wir davon ausgehen, dass der Einfallswinkel und der Reflexionswinkel entgegengesetzte Vorzeichen haben, d. h. Das Reflexionsgesetz kann geschrieben werden als

Wenn wir (83.4) mit dem Brechungsgesetz vergleichen, sehen wir, dass das Reflexionsgesetz als Sonderfall des Brechungsgesetzes betrachtet werden kann. Diese formale Ähnlichkeit der Reflexions- und Brechungsgesetze ist für die Lösung praktischer Probleme von großem Nutzen.

In der vorherigen Darstellung hatte der Brechungsindex die Bedeutung einer Konstante des Mediums, unabhängig von der Intensität des durchtretenden Lichts. Diese Interpretation des Brechungsindex ist durchaus natürlich, bei hohen Strahlungsintensitäten, die mit modernen Lasern erreichbar sind, ist sie jedoch nicht gerechtfertigt. Die Eigenschaften des von starker Lichtstrahlung durchstrahlten Mediums hängen dabei von seiner Intensität ab. Wie sie sagen, wird die Umgebung nichtlinear. Die Nichtlinearität des Mediums äußert sich insbesondere darin, dass eine Lichtwelle hoher Intensität den Brechungsindex verändert. Die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Strahlungsintensität hat die Form

Hier ist der übliche Brechungsindex, der nichtlineare Brechungsindex und der Proportionalitätsfaktor. Der zusätzliche Term in dieser Formel kann entweder positiv oder negativ sein.

Die relativen Änderungen des Brechungsindex sind relativ gering. Bei nichtlinearer Brechungsindex. Doch selbst so kleine Veränderungen des Brechungsindex machen sich bemerkbar: Sie äußern sich in einem eigentümlichen Phänomen der Selbstfokussierung des Lichts.

Betrachten wir ein Medium mit einem positiven nichtlinearen Brechungsindex. In diesem Fall sind Bereiche erhöhter Lichtintensität gleichzeitig Bereiche erhöhter Brechzahl. Typischerweise ist bei echter Laserstrahlung die Intensitätsverteilung über den Querschnitt eines Strahlenbündels ungleichmäßig: Die Intensität ist entlang der Achse maximal und nimmt zu den Rändern des Strahls hin sanft ab, wie in Abb. 185 durchgezogene Kurven. Eine ähnliche Verteilung beschreibt auch die Änderung des Brechungsindex über den Querschnitt einer Zelle mit einem nichtlinearen Medium, entlang dessen Achse sich der Laserstrahl ausbreitet. Der Brechungsindex, der entlang der Küvettenachse am größten ist, nimmt zu den Wänden hin gleichmäßig ab (gestrichelte Kurven in Abb. 185).

Ein Strahlenbündel, das den Laser parallel zur Achse verlässt und in ein Medium mit variablem Brechungsindex eintritt, wird in die Richtung abgelenkt, in der es größer ist. Daher führt die erhöhte Intensität in der Nähe der Küvette zu einer Konzentration der Lichtstrahlen in diesem Bereich, schematisch dargestellt in Querschnitten und in Abb. 185, was zu einem weiteren Anstieg führt. Letztendlich wird der effektive Querschnitt eines Lichtstrahls, der ein nichtlineares Medium durchquert, erheblich verringert. Licht passiert einen schmalen Kanal mit hohem Brechungsindex. Dadurch wird der Laserstrahl verengt und das nichtlineare Medium wirkt unter dem Einfluss intensiver Strahlung als Sammellinse. Dieses Phänomen wird Selbstfokussierung genannt. Es kann beispielsweise in flüssigem Nitrobenzol beobachtet werden.

Reis. 185. Verteilung der Strahlungsintensität und des Brechungsindex über den Querschnitt eines Laserstrahls am Eingang der Küvette (a), nahe dem Eingangsende (), in der Mitte (), nahe dem Ausgangsende der Küvette ( )

Bestimmung des Brechungsindex transparenter Festkörper

Und Flüssigkeiten

Geräte und Zubehör: Mikroskop mit Lichtfilter, planparallele Platte mit Markierung AB in Form eines Kreuzes; Refraktometermarke „RL“; Satz Flüssigkeiten.

Ziel der Arbeit: Bestimmen Sie die Brechungsindizes von Glas und Flüssigkeiten.

Bestimmung des Brechungsindex von Glas mit einem Mikroskop

Um den Brechungsindex eines transparenten Festkörpers zu bestimmen, wird eine planparallele Platte aus diesem Material mit einer Markierung verwendet.

Die Markierung besteht aus zwei zueinander senkrechten Kratzern, von denen einer (A) auf der Unterseite und der zweite (B) auf der Oberseite der Platte angebracht ist. Die Platte wird mit monochromatischem Licht beleuchtet und durch ein Mikroskop betrachtet. An
Reis. Abbildung 4.7 zeigt einen Querschnitt der untersuchten Platte mit einer vertikalen Ebene.

Die Strahlen AD und AE breiten sich nach der Brechung an der Glas-Luft-Grenzfläche in die Richtungen DD1 und EE1 aus und treten in die Mikroskoplinse ein.

Ein Beobachter, der von oben auf die Platte blickt, sieht Punkt A im Schnittpunkt der Fortsetzung der Strahlen DD1 und EE1, d.h. am Punkt C.

Somit scheint Punkt A für den Beobachter am Punkt C zu liegen. Finden wir die Beziehung zwischen dem Brechungsindex n des Plattenmaterials, der Dicke d und der scheinbaren Dicke d1 der Platte.

4.7 ist klar, dass VD = VСtgi, BD = АВtgr, daher

tgi/tgr = AB/BC,

wobei AB = d – Plattendicke; BC = d1 scheinbare Dicke der Platte.

Wenn die Winkel i und r klein sind, dann

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4.5)

diese. Sini/Sinr = d/d1.

Unter Berücksichtigung des Lichtbrechungsgesetzes erhalten wir

Die d/d1-Messung erfolgt mit einem Mikroskop.

Der optische Aufbau des Mikroskops besteht aus zwei Systemen: einem Beobachtungssystem, das eine Linse und ein in einem Tubus montiertes Okular umfasst, und einem Beleuchtungssystem, bestehend aus einem Spiegel und einem abnehmbaren Filter. Das Bild wird durch Drehen der Griffe auf beiden Seiten des Tubus fokussiert.

Auf der Achse des rechten Griffs ist eine Scheibe mit Skalenskala montiert.

Die Ablesung b entlang der Skala relativ zum festen Zeiger bestimmt den Abstand h vom Objektiv zum Mikroskoptisch:

Der k-Koeffizient gibt an, um welche Höhe sich der Mikroskoptubus bewegt, wenn der Griff um 1° gedreht wird.

Der Durchmesser der Linse ist in diesem Aufbau klein im Vergleich zum Abstand h, sodass der extreme Strahl, der in die Linse eintritt, einen kleinen Winkel i mit der optischen Achse des Mikroskops bildet.

Der Brechungswinkel r des Lichts in der Platte ist kleiner als der Winkel i, d.h. ist ebenfalls klein, was der Bedingung (4.5) entspricht.

Arbeitsauftrag

1. Platzieren Sie die Platte so auf dem Mikroskoptisch, dass der Schnittpunkt der Linien A und B (siehe Abb.

Brechungsindex

4,7) war in Sicht.

2. Drehen Sie den Griff des Hebemechanismus, um das Rohr in die obere Position anzuheben.

3. Schauen Sie durch das Okular und drehen Sie den Griff, um den Mikroskoptubus sanft abzusenken, bis im Sichtfeld ein klares Bild des Kratzers B auf der Oberseite der Platte sichtbar ist. Notieren Sie den Messwert b1 des Gliedes, der proportional zum Abstand h1 von der Mikroskoplinse zum oberen Rand der Platte ist: h1 = kb1 (Abb.

4. Senken Sie das Rohr langsam weiter ab, bis Sie ein klares Bild des Kratzers A erhalten, der für den Betrachter an Punkt C zu liegen scheint. Notieren Sie einen neuen Messwert b2 des Zifferblatts. Der Abstand h1 von der Linse zur oberen Oberfläche der Platte ist proportional zu b2:
h2 = kb2 (Abb. 4.8, b).

Die Abstände der Punkte B und C zur Linse sind gleich, da der Betrachter sie gleich deutlich sieht.

Die Verschiebung des Rohres h1-h2 ist gleich der scheinbaren Dicke der Platte (Abb.

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

5. Messen Sie die Dicke der Platte d am Schnittpunkt der Striche. Platzieren Sie dazu eine Hilfsglasplatte 2 unter der zu untersuchenden Platte 1 (Abb. 4.9) und senken Sie den Mikroskoptubus ab, bis die Linse (leicht) die zu untersuchende Platte berührt. Beachten Sie die Anzeige von Zifferblatt a1. Entfernen Sie die zu untersuchende Platte und senken Sie den Mikroskoptubus ab, bis die Linse Platte 2 berührt.

Beachten Sie die Lesung a2.

Das Mikroskopobjektiv senkt sich dann auf eine Höhe ab, die der Dicke der zu untersuchenden Platte entspricht, d. h.

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

6. Berechnen Sie den Brechungsindex des Plattenmaterials anhand der Formel

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

7. Wiederholen Sie alle oben genannten Messungen 3 bis 5 Mal und berechnen Sie den Durchschnittswert n sowie die absoluten und relativen Fehler rn und rn/n.

Bestimmung des Brechungsindex von Flüssigkeiten mit einem Refraktometer

Instrumente zur Bestimmung des Brechungsindex werden Refraktometer genannt.

Die Gesamtansicht und der optische Aufbau des RL-Refraktometers sind in Abb. dargestellt. 4.10 und 4.11.

Die Messung des Brechungsindex von Flüssigkeiten mit einem RL-Refraktometer basiert auf dem Phänomen der Lichtbrechung, die durch die Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes gelangt.

Lichtstrahl (Abb.

4.11) von Quelle 1 (Glühlampe oder Tageslicht-Diffuslicht) wird mit Hilfe von Spiegel 2 durch ein Fenster im Gerätekörper auf ein Doppelprisma bestehend aus Prismen 3 und 4 gerichtet, die aus Glas mit einem Brechungsindex von 1,540 bestehen .

Fläche AA des oberen Beleuchtungsprismas 3 (Abb.

4.12, a) matt und dient der Beleuchtung der Flüssigkeit mit Streulicht, das in einer dünnen Schicht im Spalt zwischen den Prismen 3 und 4 abgelagert wird. Von der matten Oberfläche 3 gestreutes Licht durchdringt die planparallele Schicht der untersuchten Flüssigkeit und fällt auf der Diagonalfläche BB des unteren Prismas 4 unter verschiedenen
Winkel reichen von null bis 90°.

Um das Phänomen der totalen inneren Lichtreflexion an der Oberfläche des Sprengstoffs zu vermeiden, muss der Brechungsindex der untersuchten Flüssigkeit kleiner sein als der Brechungsindex des Glases von Prisma 4, d.h.

weniger als 1.540.

Ein Lichtstrahl, dessen Einfallswinkel 90° beträgt, wird als streifend bezeichnet.

Ein gleitender Strahl, der an der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Glas gebrochen wird, bewegt sich im Prisma 4 im maximalen Brechungswinkel R usw< 90о.

Die Brechung eines Gleitstrahls am Punkt D (siehe Abb. 4.12, a) gehorcht dem Gesetz

nst/nl = sinipr/sinrpr (4.11)

oder nf = nst sinrpr, (4.12)

da sinip = 1.

Auf der Oberfläche BC des Prismas 4 kommt es dann zu einer erneuten Brechung der Lichtstrahlen

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

wobei a der Brechungsstrahl von Prisma 4 ist.

Durch gemeinsames Lösen des Gleichungssystems (4.12), (4.13), (4.14) können wir eine Formel erhalten, die den Brechungsindex nj der untersuchten Flüssigkeit mit dem Grenzbrechungswinkel r'pr des aus dem Prisma austretenden Strahls in Beziehung setzt 4:

Wenn ein Teleskop in den Strahlengang der aus dem Prisma 4 austretenden Strahlen gebracht wird, ist der untere Teil seines Sichtfelds beleuchtet und der obere Teil dunkel. Die Grenzfläche zwischen Hell- und Dunkelfeld bilden Strahlen mit einem maximalen Brechungswinkel r¢pr. In diesem System gibt es keine Strahlen mit einem Brechungswinkel kleiner als r¢pr (Abb.

Der Wert von r¢pr und die Position der Hell-Dunkel-Grenze hängen daher nur vom Brechungsindex nf der untersuchten Flüssigkeit ab, da nst und a in diesem Gerät konstante Werte sind.

Wenn Sie nst, a und r¢pr kennen, können Sie nl mit der Formel (4.15) berechnen. In der Praxis wird Formel (4.15) zur Kalibrierung der Refraktometerskala verwendet.

Zum Maßstab 9 (vgl.

Reis. 4.11) links sind die Brechungsindexwerte für ld = 5893 Å aufgeführt. Vor dem Okular 10 - 11 befindet sich eine Platte 8 mit einer Markierung (—-).

Durch Verschieben des Okulars zusammen mit der Platte 8 entlang der Skala ist es möglich, die Markierung an der Schnittstelle zwischen dunklem und hellem Gesichtsfeld auszurichten.

Die mit der Markierung übereinstimmende Teilung der Skala 9 gibt den Wert des Brechungsindex nl der untersuchten Flüssigkeit an. Objektiv 6 und Okular 10 – 11 bilden ein Teleskop.

Das rotierende Prisma 7 verändert den Strahlverlauf und lenkt ihn in das Okular.

Aufgrund der Dispersion von Glas und der untersuchten Flüssigkeit erhält man bei Betrachtung im weißen Licht anstelle einer klaren Grenze zwischen Dunkel- und Hellfeld einen Regenbogenstreifen. Um diesen Effekt zu beseitigen, wird der Dispersionskompensator 5 verwendet, der vor der Teleskoplinse installiert ist. Der Hauptteil des Kompensators ist ein Prisma, das aus drei Prismen zusammengeklebt ist und sich relativ zur Achse des Teleskops drehen kann.

Die Brechungswinkel des Prismas und seines Materials sind so gewählt, dass gelbes Licht mit einer Wellenlänge lä =5893 Å sie ohne Brechung durchdringt. Wenn im Weg der farbigen Strahlen ein Kompensationsprisma so installiert wird, dass seine Dispersion gleich groß, aber entgegengesetzt im Vorzeichen der Dispersion des Messprismas und der Flüssigkeit ist, dann ist die Gesamtdispersion Null. In diesem Fall wird der Lichtstrahl zu einem weißen Strahl gebündelt, dessen Richtung mit der Richtung des begrenzenden gelben Strahls übereinstimmt.

Wenn also das Kompensationsprisma gedreht wird, wird der Farbstich beseitigt. Zusammen mit dem Prisma 5 dreht sich die Dispersionsskala 12 relativ zum stationären Zeiger (siehe Abb. 4.10). Der Rotationswinkel Z des Gliedes ermöglicht es, den Wert der durchschnittlichen Dispersion der untersuchten Flüssigkeit zu beurteilen.

Die Skala des Zifferblatts muss mit einer Skala versehen sein. Der Installation liegt ein Zeitplan bei.

Arbeitsauftrag

1. Heben Sie Prisma 3 an, geben Sie 2-3 Tropfen der Testflüssigkeit auf die Oberfläche von Prisma 4 und senken Sie Prisma 3 ab (siehe Abb. 4.10).

3. Erzielen Sie mithilfe der Okularausrichtung ein scharfes Bild der Skala und der Schnittstelle zwischen den Sichtfeldern.

4. Durch Drehen des Griffs 12 des Kompensators 5 die Farbe der Grenzfläche zwischen den Gesichtsfeldern zerstören.

Bewegen Sie das Okular entlang der Skala, richten Sie die Markierung (—-) an der Grenze des dunklen und hellen Felds aus und notieren Sie den Wert des Flüssigkeitsindikators.

6. Untersuchen Sie den vorgeschlagenen Flüssigkeitssatz und bewerten Sie den Messfehler.

7. Wischen Sie nach jeder Messung die Oberfläche der Prismen mit in destilliertem Wasser getränktem Filterpapier ab.

Kontrollfragen

Variante 1

Definieren Sie den absoluten und relativen Brechungsindex eines Mediums.

2. Zeichnen Sie den Strahlengang über die Grenzfläche zwischen zwei Medien (n2> n1 und n2).< n1).

3. Ermitteln Sie eine Beziehung, die den Brechungsindex n mit der Dicke d und der scheinbaren Dicke d¢ der Platte in Beziehung setzt.

4. Aufgabe. Der Grenzwinkel der Totalreflexion für einen bestimmten Stoff beträgt 30°.

Finden Sie den Brechungsindex dieser Substanz.

Antwort: n =2.

Option 2

1. Was ist das Phänomen der Totalreflexion?

2. Beschreiben Sie den Aufbau und das Funktionsprinzip des RL-2-Refraktometers.

3. Erklären Sie die Rolle des Kompensators in einem Refraktometer.

4. Aufgabe. Eine Glühbirne wird von der Mitte eines runden Floßes in eine Tiefe von 10 m abgesenkt. Finden Sie den minimalen Radius des Floßes, während kein einziger Strahl der Glühbirne die Oberfläche erreichen sollte.

Antwort: R = 11,3 m.

BRECHUNGSINDEX, oder BRECHUNGSINDEX ist eine abstrakte Zahl, die die Brechkraft eines transparenten Mediums charakterisiert. Der Brechungsindex wird mit dem lateinischen Buchstaben π bezeichnet und ist definiert als das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zum Sinus des Brechungswinkels eines Strahls, der aus einem Hohlraum in ein bestimmtes transparentes Medium eintritt:

n = sin α/sin β = const oder als Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit in der Leere zur Lichtgeschwindigkeit in einem gegebenen transparenten Medium: n = c/νλ aus der Leere in ein gegebenes transparentes Medium.

Der Brechungsindex gilt als Maß für die optische Dichte eines Mediums

Der so ermittelte Brechungsindex wird im Gegensatz zum relativen sogenannten absoluten Brechungsindex genannt.

e. zeigt, wie oft sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts verlangsamt, wenn sich sein Brechungsindex ändert, was durch das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zum Sinus des Brechungswinkels beim Durchgang des Strahls durch ein Medium bestimmt wird einer Dichte zu einem Medium einer anderen Dichte. Der relative Brechungsindex ist gleich dem Verhältnis der absoluten Brechungsindizes: n = n2/n1, wobei n1 und n2 die absoluten Brechungsindizes des ersten und zweiten Mediums sind.

Der absolute Brechungsindex aller Körper – fest, flüssig und gasförmig – ist größer als eins und liegt zwischen 1 und 2, wobei er nur in seltenen Fällen 2 überschreitet.

Der Brechungsindex hängt sowohl von den Eigenschaften des Mediums als auch von der Wellenlänge des Lichts ab und nimmt mit abnehmender Wellenlänge zu.

Daher wird dem Buchstaben p ein Index zugeordnet, der angibt, zu welcher Wellenlänge der Indikator gehört.

BRECHUNGSINDEX

Beispielsweise beträgt für TF-1-Glas der Brechungsindex im roten Teil des Spektrums nC = 1,64210 und im violetten Teil nG’ = 1,67298.

Brechungsindizes einiger transparenter Körper

Luft - 1.000292

Wasser - 1.334

Äther – 1.358

Ethylalkohol - 1,363

Glycerin - 1.473

Organisches Glas (Plexiglas) - 1, 49

Benzol - 1,503

(Kronglas - 1.5163

Tanne (kanadisch), Balsam 1,54

Schwere Glaskrone - 1, 61 26

Flintglas - 1.6164

Schwefelkohlenstoff - 1,629

Glasschwerer Feuerstein - 1, 64 75

Monobromnaphthalin - 1,66

Glas ist der schwerste Feuerstein – 1,92

Diamant - 2,42

Der Unterschied im Brechungsindex für verschiedene Teile des Spektrums ist die Ursache für Chromatismus, d. h.

Zersetzung von weißem Licht beim Durchgang durch brechende Elemente – Linsen, Prismen usw.

Laborarbeit Nr. 41

Bestimmung des Brechungsindex von Flüssigkeiten mit einem Refraktometer

Zweck der Arbeit: Bestimmung des Brechungsindex von Flüssigkeiten nach der Methode der Totalreflexion mit einem Refraktometer IRF-454B; Untersuchung der Abhängigkeit des Brechungsindex einer Lösung von ihrer Konzentration.

Beschreibung der Installation

Bei der Brechung von nicht-monochromatischem Licht wird es in seine Farbbestandteile zu einem Spektrum zerlegt.

Dieses Phänomen beruht auf der Abhängigkeit des Brechungsindex einer Substanz von der Frequenz (Wellenlänge) des Lichts und wird als Lichtdispersion bezeichnet.

Es ist üblich, die Brechkraft eines Mediums durch den Brechungsindex bei der Wellenlänge zu charakterisieren λ = 589,3 nm (durchschnittliche Wellenlänge zweier nahe beieinander liegender gelber Linien im Spektrum von Natriumdampf).

60. Welche Methoden zur Bestimmung der Konzentration von Stoffen in einer Lösung werden bei der Atomabsorptionsanalyse verwendet?

Dieser Brechungsindex wird bezeichnet ND.

Das Maß für die Streuung ist die durchschnittliche Streuung, definiert als die Differenz ( NF-NC), Wo NF- Brechungsindex einer Substanz bei einer Wellenlänge λ = 486,1 nm (blaue Linie im Wasserstoffspektrum), NC– Brechungsindex des Stoffes λ - 656,3 nm (rote Linie im Wasserstoffspektrum).

Die Brechung eines Stoffes wird durch den Wert der relativen Dispersion charakterisiert:
Nachschlagewerke geben in der Regel den Kehrwert der relativen Streuung an, d. h.

e.
,Wo — Dispersionskoeffizient oder Abbe-Zahl.

Die Anlage zur Bestimmung des Brechungsindex von Flüssigkeiten besteht aus einem Refraktometer IRF-454B mit den Messgrenzen des Indikators; Brechung ND im Bereich von 1,2 bis 1,7; Testflüssigkeit, Servietten zum Abwischen der Prismenoberflächen.

Refraktometer IRF-454B ist ein Instrument zur direkten Messung des Brechungsindex von Flüssigkeiten sowie zur Bestimmung der durchschnittlichen Dispersion von Flüssigkeiten unter Laborbedingungen.

Funktionsprinzip des Gerätes IRF-454B basiert auf dem Phänomen der Totalreflexion von Licht.

Das schematische Diagramm des Geräts ist in Abb. dargestellt. 1.

Die zu prüfende Flüssigkeit wird zwischen die beiden Flächen von Prisma 1 und 2 gegeben. Prisma 2 mit gut polierter Kante AB misst, und Prisma 1 mit mattem Rand A1 IN1 - Beleuchtung. Strahlen einer Lichtquelle fallen auf den Rand A1 MIT1 , brechen, auf eine matte Oberfläche fallen A1 IN1 und werden von dieser Oberfläche verstreut.

Dann passieren sie die Schicht der untersuchten Flüssigkeit und erreichen die Oberfläche. AB Prismen 2.

Nach dem Brechungsgesetz
, Wo
Und sind die Brechungswinkel der Strahlen in der Flüssigkeit bzw. im Prisma.

Mit zunehmendem Einfallswinkel
Brechungswinkel steigt ebenfalls an und erreicht seinen Maximalwert
, Wann
, T.

wenn ein Strahl in einer Flüssigkeit über eine Oberfläche gleitet AB. Somit,
. Dadurch werden die aus dem Prisma 2 austretenden Strahlen auf einen bestimmten Winkel begrenzt
.

Strahlen, die unter großen Winkeln von der Flüssigkeit in das Prisma 2 einfallen, erfahren an der Grenzfläche eine Totalreflexion AB und gehen nicht durch das Prisma.

Das betreffende Gerät untersucht Flüssigkeiten, Brechungsindex Das ist kleiner als der Brechungsindex Prisma 2, daher gelangen Strahlen aller Richtungen, die an der Grenze zwischen Flüssigkeit und Glas gebrochen werden, in das Prisma.

Offensichtlich wird der Teil des Prismas, der den nicht durchgelassenen Strahlen entspricht, abgedunkelt. Durch das Teleskop 4, das sich im Strahlengang des Prismas befindet, kann man die Aufteilung des Sichtfeldes in helle und dunkle Teile beobachten.

Durch Drehen des Prismensystems 1-2 wird die Grenzfläche zwischen Hell- und Dunkelfeld auf das Gewindekreuz des Teleskopokulars ausgerichtet. Das Prismensystem 1-2 ist mit einer Skala verbunden, die in Brechungsindexwerten kalibriert ist.

Die Skala befindet sich im unteren Teil des Sichtfeldes des Rohres und gibt bei Kombination eines Ausschnitts des Sichtfeldes mit einem Fadenkreuz den entsprechenden Wert des Brechungsindex der Flüssigkeit an .

Aufgrund der Streuung wird die Grenzfläche des Sichtfeldes bei weißem Licht gefärbt. Zur Eliminierung von Verfärbungen sowie zur Bestimmung der durchschnittlichen Dispersion der Testsubstanz wird der Kompensator 3 verwendet, der aus zwei Systemen verklebter Direktsichtprismen (Amichi-Prismen) besteht.

Die Prismen können mit einer präzisen rotierenden mechanischen Vorrichtung gleichzeitig in verschiedene Richtungen gedreht werden, wodurch die eigene Dispersion des Kompensators verändert und die Verfärbung des Randes des durch das optische System 4 beobachteten Sichtfelds beseitigt wird. Eine Trommel mit einer Skala ist zugeordnet mit dem Kompensator, mit dem der Dispersionsparameter bestimmt wird, wodurch die durchschnittliche Dispersion von Stoffen berechnet werden kann.

Arbeitsauftrag

Stellen Sie das Gerät so ein, dass das Licht der Quelle (Glühlampe) in das Beleuchtungsprisma eintritt und das Sichtfeld gleichmäßig beleuchtet.

2. Öffnen Sie das Messprisma.

Tragen Sie mit einem Glasstab einige Tropfen Wasser auf die Oberfläche auf und schließen Sie das Prisma vorsichtig. Der Spalt zwischen den Prismen muss gleichmäßig mit einer dünnen Wasserschicht gefüllt sein (besonders darauf achten).

Beseitigen Sie mithilfe der Schraube des Geräts mit einer Skala die Verfärbung des Sichtfelds und erhalten Sie eine scharfe Grenze zwischen Licht und Schatten. Richten Sie es mit einer weiteren Schraube am Referenzkreuz des Instrumentenokulars aus. Bestimmen Sie den Brechungsindex von Wasser mithilfe der Okularskala auf Tausendstel genau.

Vergleichen Sie die erhaltenen Ergebnisse mit Referenzdaten für Wasser. Wenn die Differenz zwischen dem gemessenen Brechungsindex und der Tabelle nicht mehr als ± 0,001 beträgt, wurde die Messung korrekt durchgeführt.

Übung 1

1. Bereiten Sie eine Lösung aus Speisesalz vor ( NaCl) mit einer Konzentration nahe der Löslichkeitsgrenze (z. B. C = 200 g/Liter).

Messen Sie den Brechungsindex der resultierenden Lösung.

3. Ermitteln Sie die Abhängigkeit des Indikators, indem Sie die Lösung ganzzahlig verdünnen. Brechen Sie die Konzentration der Lösung ab und füllen Sie die Tabelle aus. 1.

Tabelle 1

Übung. Wie erhält man eine Lösungskonzentration von 3/4 des Maximums (Anfangs) nur durch Verdünnung?

Erstellen Sie ein Abhängigkeitsdiagramm n=n(C). Die weitere Verarbeitung der experimentellen Daten erfolgt nach Anweisung des Lehrers.

Verarbeitung experimenteller Daten

a) Grafische Methode

Bestimmen Sie die Steigung anhand der Grafik IN, die unter experimentellen Bedingungen den gelösten Stoff und das Lösungsmittel charakterisieren wird.

2. Bestimmen Sie die Konzentration der Lösung anhand der Grafik NaCl vom Laborassistenten gegeben.

b) Analytische Methode

Berechnen Sie mit der Methode der kleinsten Quadrate A, IN Und SB.

Basierend auf den gefundenen Werten A Und IN Bestimmen Sie den Durchschnitt
Lösungskonzentration NaCl vom Laborassistenten gegeben

Kontrollfragen

Lichtstreuung. Was ist der Unterschied zwischen normaler und anomaler Streuung?

2. Was ist das Phänomen der Totalreflexion?

3. Warum kann dieser Aufbau nicht den Brechungsindex einer Flüssigkeit messen, der größer als der Brechungsindex des Prismas ist?

4. Warum eine Prismenfläche A1 IN1 Machen sie es matt?

Abbau, Index

Psychologische Enzyklopädie

Eine Möglichkeit, den Grad der geistigen Degradierung einzuschätzen! Funktionen gemessen mit dem Wechsler-Bellevue-Test. Der Index basiert auf der Beobachtung, dass einige durch den Test gemessene Fähigkeiten mit zunehmendem Alter abnehmen, andere jedoch nicht.

Index

Psychologische Enzyklopädie

- Index, Verzeichnis von Namen, Titeln usw. In der Psychologie - ein digitaler Indikator zur quantitativen Bewertung, Charakterisierung von Phänomenen.

Wovon hängt der Brechungsindex eines Stoffes ab?

Index

Psychologische Enzyklopädie

1. Allgemeinste Bedeutung: alles, was zum Markieren, Identifizieren oder Leiten dient; Hinweise, Inschriften, Zeichen oder Symbole. 2. Eine Formel oder Zahl, oft ausgedrückt als Koeffizient, die eine Beziehung zwischen Werten oder Messungen oder zwischen ... zeigt.

Geselligkeit, Index

Psychologische Enzyklopädie

Ein Merkmal, das die Geselligkeit einer Person ausdrückt. Ein Soziogramm beispielsweise liefert unter anderem eine Einschätzung der Geselligkeit verschiedener Gruppenmitglieder.

Auswahl, Index

Psychologische Enzyklopädie

Eine Formel zur Schätzung der Fähigkeit eines bestimmten Tests oder Testgegenstands, Personen voneinander zu unterscheiden.

Zuverlässigkeit, Index

Psychologische Enzyklopädie

Eine Statistik, die eine Schätzung der Korrelation zwischen den tatsächlichen Werten eines Tests und den theoretisch korrekten Werten liefert.

Dieser Index wird als Wert von r angegeben, wobei r der berechnete Zuverlässigkeitskoeffizient ist.

Leistungsprognose, Index

Psychologische Enzyklopädie

Eine Messung des Ausmaßes, in dem Wissen über eine Variable genutzt werden kann, um Vorhersagen über eine andere Variable zu treffen, vorausgesetzt, die Korrelation zwischen den Variablen ist bekannt. Normalerweise wird dies in symbolischer Form als E ausgedrückt, der Index wird als 1 -((...

Wörter, Index

Psychologische Enzyklopädie

Ein allgemeiner Begriff für jede systematische Häufigkeit des Vorkommens von Wörtern in geschriebener und/oder gesprochener Sprache.

Häufig sind solche Indizes auf bestimmte Sprachbereiche beschränkt, beispielsweise auf Lehrbücher für die erste Klasse oder auf Eltern-Kind-Interaktionen. Allerdings sind Schätzungen bekannt...

Körperstrukturen, Index

Psychologische Enzyklopädie

Eysencks vorgeschlagene Körpermessung basiert auf dem Verhältnis von Körpergröße zu Brustumfang.

Diejenigen, deren Werte im „normalen“ Bereich lagen, wurden Mesomorphe genannt, diejenigen, die innerhalb einer Standardabweichung oder über dem Durchschnitt lagen, wurden Leptomorphe genannt und diejenigen, die innerhalb einer Standardabweichung oder ... lagen.

FÜR VORTRAG Nr. 24

„Instrumentelle Methoden der Analyse“

REFRAKTOMETRIE.

Literatur:

1. V.D. Ponomarev „Analytical Chemistry“ 1983 246-251

2. A.A. Ishchenko „Analytical Chemistry“ 2004, S. 181-184

REFRAKTOMETRIE.

Die Refraktometrie ist eine der einfachsten physikalischen Analysemethoden mit einer minimalen Menge an Analyt und ist in sehr kurzer Zeit durchzuführen.

Refraktometrie- eine Methode, die auf dem Phänomen der Brechung oder Brechung basiert, d.h.

Änderung der Ausbreitungsrichtung des Lichts beim Übergang von einem Medium in ein anderes.

Sowohl die Brechung als auch die Absorption von Licht sind eine Folge seiner Wechselwirkung mit dem Medium.

Das Wort Refraktometrie bedeutet Messung Lichtbrechung, die durch den Wert des Brechungsindex geschätzt wird.

Brechungsindexwert N kommt darauf an

1) über die Zusammensetzung von Stoffen und Systemen,

2) aus der Tatsache in welcher Konzentration und auf welche Moleküle der Lichtstrahl auf seinem Weg trifft, denn

Unter dem Einfluss von Licht werden Moleküle verschiedener Stoffe unterschiedlich polarisiert. Auf dieser Abhängigkeit basiert die refraktometrische Methode.

Diese Methode hat eine Reihe von Vorteilen, weshalb sie sowohl in der chemischen Forschung als auch bei der Steuerung technologischer Prozesse breite Anwendung gefunden hat.

1) Die Messung von Brechungsindizes ist ein sehr einfacher Vorgang, der präzise und mit minimalem Zeit- und Materialaufwand durchgeführt werden kann.

2) Typischerweise liefern Refraktometer eine Genauigkeit von bis zu 10 % bei der Bestimmung des Brechungsindex von Licht und des Gehalts des Analyten

Die Methode der Refraktometrie wird zur Kontrolle von Authentizität und Reinheit, zur Identifizierung einzelner Substanzen und zur Bestimmung der Struktur organischer und anorganischer Verbindungen bei der Untersuchung von Lösungen eingesetzt.

Die Refraktometrie wird zur Bestimmung der Zusammensetzung von Zweikomponentenlösungen und für ternäre Systeme eingesetzt.

Physikalische Grundlage der Methode

BRECHUNGSINDEX.

Je größer der Unterschied in der Lichtausbreitungsgeschwindigkeit zwischen beiden ist, desto größer ist die Abweichung eines Lichtstrahls von seiner ursprünglichen Richtung, wenn er von einem Medium in ein anderes übergeht.

diese Umgebungen.

Betrachten wir die Brechung eines Lichtstrahls an der Grenze zweier beliebiger transparenter Medien I und II (siehe.

Reis.). Wir sind uns einig, dass Medium II eine größere Brechkraft hat und daher n1 Und n2— zeigt die Brechung der entsprechenden Medien. Wenn das Medium I kein Vakuum oder Luft ist, dann ergibt das Verhältnis des Einfallswinkels des Lichtstrahls sin zum Brechungswinkel sin den Wert des relativen Brechungsindex n rel. Wert n rel.

Wie hoch ist der Brechungsindex von Glas? Und wann muss man es wissen?

kann auch als Verhältnis der Brechungsindizes der betrachteten Medien definiert werden.

notrel. = —— = —

Der Wert des Brechungsindex hängt davon ab

1) Natur der Stoffe

Die Beschaffenheit des Stoffes wird in diesem Fall durch den Grad der Verformbarkeit seiner Moleküle unter Lichteinfluss – den Grad der Polarisierbarkeit – bestimmt.

Je intensiver die Polarisierbarkeit, desto stärker ist die Lichtbrechung.

2)Wellenlänge des einfallenden Lichts

Die Messung des Brechungsindex erfolgt bei einer Lichtwellenlänge von 589,3 nm (Linie D des Natriumspektrums).

Die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Wellenlänge des Lichts wird als Dispersion bezeichnet.

Je kürzer die Wellenlänge, desto größer die Brechung. Daher werden Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge unterschiedlich gebrochen.

3)Temperatur , bei dem die Messung durchgeführt wird. Voraussetzung für die Bestimmung des Brechungsindex ist die Einhaltung des Temperaturregimes. Normalerweise wird die Bestimmung bei 20 ± 0,30 °C durchgeführt.

Mit steigender Temperatur nimmt der Brechungsindex ab, mit sinkender Temperatur steigt er..

Die Korrektur für Temperatureinflüsse wird nach folgender Formel berechnet:

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

nt – Tschüss Brechungsindex bei einer bestimmten Temperatur,

n20-Brechungsindex bei 200 °C

Der Einfluss der Temperatur auf die Werte der Brechungsindizes von Gasen und Flüssigkeiten hängt mit den Werten ihrer volumetrischen Ausdehnungskoeffizienten zusammen.

Das Volumen aller Gase und Flüssigkeiten nimmt beim Erhitzen zu, die Dichte nimmt ab und damit auch der Indikator

Mit Index wird der bei 200°C und einer Lichtwellenlänge von 589,3 nm gemessene Brechungsindex bezeichnet nD20

Die Abhängigkeit des Brechungsindex eines homogenen Zweikomponentensystems von seinem Zustand wird experimentell ermittelt, indem der Brechungsindex für eine Reihe von Standardsystemen (z. B. Lösungen) bestimmt wird, deren Komponentengehalt bekannt ist.

4) Konzentration der Substanz in Lösung.

Für viele wässrige Stofflösungen werden Brechungsindizes bei unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturen zuverlässig gemessen und in diesen Fällen kann auf Nachschlagewerke zurückgegriffen werden Refraktometrische Tabellen.

Die Praxis zeigt, dass die grafische Methode in vielen Fällen sinnvoll ist, wenn der Gehalt an gelösten Stoffen 10–20 % nicht überschreitet lineare Gleichung wie:

n=nein+FC,

N- Brechungsindex der Lösung,

NEIN ist der Brechungsindex eines reinen Lösungsmittels,

C— Konzentration des gelösten Stoffes, %

F-empirischer Koeffizient, dessen Wert ermittelt wird

durch Bestimmung des Brechungsindex von Lösungen bekannter Konzentration.

REFRAKTOMETER.

Refraktometer sind Instrumente zur Messung des Brechungsindex.

Es gibt zwei Arten dieser Geräte: Refraktometer vom Abbe-Typ und vom Pulfrich-Typ. In beiden Fällen basieren die Messungen auf der Bestimmung des maximalen Brechungswinkels. In der Praxis werden Refraktometer verschiedener Systeme eingesetzt: Labor-RL, Universal-RL usw.

Der Brechungsindex von destilliertem Wasser beträgt n0 = 1,33299, praktisch wird dieser Indikator jedoch als Referenzwert n0 verwendet =1,333.

Das Funktionsprinzip von Refraktometern basiert auf der Bestimmung des Brechungsindex nach der Grenzwinkelmethode (dem Winkel der Totalreflexion des Lichts).

Handrefraktometer

Abbe-Refraktometer

Das Gesetz der Lichtbrechung. Absolute und relative Brechungsindizes (Koeffizienten). Totale innere Reflexion

Gesetz der Lichtbrechung wurde im 17. Jahrhundert experimentell etabliert. Wenn Licht von einem transparenten Medium zum anderen gelangt, kann sich die Richtung des Lichts ändern. Die Änderung der Lichtrichtung an der Grenze verschiedener Medien wird als Lichtbrechung bezeichnet. Durch die Brechung kommt es zu einer scheinbaren Formänderung des Objekts. (Beispiel: Löffel in ein Glas Wasser). Gesetz der Lichtbrechung: An der Grenze zweier Medien liegt der gebrochene Strahl in der Einfallsebene und bildet, wobei die Normale zur Grenzfläche am Einfallspunkt wiederhergestellt wird, einen Brechungswinkel, so dass: =n 1-Einfall, 2-Reflexion, n-Brechungsindex (f. Snelius) - relativer Indikator Der Brechungsindex eines Strahls, der aus einem luftleeren Raum auf ein Medium einfällt, wird als sein bezeichnet absoluter Brechungsindex. Der Einfallswinkel, bei dem der gebrochene Strahl beginnt, entlang der Grenzfläche zwischen zwei Medien zu gleiten, ohne in ein optisch dichteres Medium zu gelangen – Grenzwinkel der Totalreflexion. Totale innere Reflexion- interne Reflexion, sofern der Einfallswinkel einen bestimmten kritischen Winkel überschreitet. In diesem Fall wird die einfallende Welle vollständig reflektiert und der Wert des Reflexionskoeffizienten übersteigt seine höchsten Werte für polierte Oberflächen. Der Reflexionsgrad der Totalreflexion ist unabhängig von der Wellenlänge. In der Optik wird dieses Phänomen für einen weiten Bereich elektromagnetischer Strahlung beobachtet, darunter auch den Röntgenbereich. In der geometrischen Optik wird das Phänomen im Rahmen des Snelliusschen Gesetzes erklärt. Wenn man bedenkt, dass der Brechungswinkel 90° nicht überschreiten darf, stellen wir fest, dass bei einem Einfallswinkel, dessen Sinus größer ist als das Verhältnis des kleineren Brechungsindex zum größeren Brechungsindex, die elektromagnetische Welle vollständig in das erste Medium reflektiert werden muss. Beispiel: Der helle Glanz vieler natürlicher Kristalle und insbesondere geschliffener Edel- und Halbedelsteine ​​wird durch Totalreflexion erklärt, wodurch jeder in den Kristall eintretende Strahl eine große Anzahl ziemlich heller Strahlen bildet, die gefärbt austreten ein Ergebnis der Zerstreuung.

Anwendungsgebiete der Refraktometrie.

Aufbau und Funktionsprinzip des IRF-22-Refraktometers.

Das Konzept des Brechungsindex.

Planen

Refraktometrie. Eigenschaften und Wesen der Methode.

Um Substanzen zu identifizieren und ihre Reinheit zu überprüfen, verwenden sie

Brechungshersteller.

Brechungsindex einer Substanz- ein Wert, der dem Verhältnis der Phasengeschwindigkeiten des Lichts (elektromagnetische Wellen) im Vakuum und im sichtbaren Medium entspricht.

Der Brechungsindex hängt von den Eigenschaften des Stoffes und der Wellenlänge ab

elektromagnetische Strahlung. Verhältnis des Sinus zum Einfallswinkel relativ zu

die Normale zur Brechungsebene (α) des Strahls zum Sinus des Brechungswinkels

Die Brechung (β), wenn ein Strahl vom Medium A zum Medium B gelangt, wird als relativer Brechungsindex für dieses Medienpaar bezeichnet.

Der Wert n ist der relative Brechungsindex des Mediums B gemäß

Beziehung zur Umgebung A und

Relativer Brechungsindex des Mediums A in Bezug auf

Der Brechungsindex eines Strahls, der von einem Airless-Gerät auf ein Medium einfällt

Der Raum wird als absoluter Brechungsindex oder bezeichnet

einfach der Brechungsindex eines bestimmten Mediums (Tabelle 1).

Tabelle 1 – Brechungsindizes verschiedener Medien

Flüssigkeiten haben einen Brechungsindex im Bereich von 1,2–1,9. Solide

Stoffe 1,3-4,0. Für einige Mineralien gibt es keinen genauen Wert

zur Brechung. Sein Wert liegt in einer Art „Gabel“ und bestimmt

aufgrund des Vorhandenseins von Verunreinigungen in der Kristallstruktur, die die Farbe bestimmen

Kristall.

Die Identifizierung eines Minerals anhand der „Farbe“ ist schwierig. So liegt das Mineral Korund in den Formen Rubin, Saphir, Leukosaphir und unterschiedlich vor

Brechungsindex und Farbe. Rote Korunde werden Rubine genannt

(Chromverunreinigung), farbloses Blau, Hellblau, Rosa, Gelb, Grün,

violett - Saphire (Beimischungen von Kobalt, Titan usw.). Hell gefärbt

Weiße Saphire oder farbloser Korund werden allgemein als Leukosaphir bezeichnet

wird in der Optik als Filter verwendet). Der Brechungsindex dieser Kristalle

Stähle liegen im Bereich von 1.757-1.778 und sind die Grundlage für die Identifizierung

Abbildung 3.1 – Rubin Abbildung 3.2 – Blauer Saphir

Auch organische und anorganische Flüssigkeiten weisen charakteristische Brechungsindexwerte auf, die sie als chemisch charakterisieren

Russische Verbindungen und die Qualität ihrer Synthese (Tabelle 2):

Tabelle 2 – Brechungsindizes einiger Flüssigkeiten bei 20 °C

4.2. Refraktometrie: Konzept, Prinzip.

Eine Methode zur Untersuchung von Stoffen basierend auf der Bestimmung eines Indikators

(Index) der Brechung (Refraktion) heißt Refraktometrie (von

lat. refractus – gebrochen und griechisch. metreo - ich messe). Refraktometrie

(refraktometrische Methode) wird zur Identifizierung von Chemikalien verwendet

Verbindungen, quantitative und strukturelle Analyse, Bestimmung physikalischer

chemische Parameter von Stoffen. Das Prinzip der Refraktometrie umgesetzt

in Abbe-Refraktometern ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 – Prinzip der Refraktometrie

Der Abbe-Prismenblock besteht aus zwei rechteckigen Prismen: Beleuchtung

Telial und Messen, gefaltet durch Hypotenusenflächen. Illuminator-

Dieses Prisma hat eine raue (matte) Hypotenusenfläche und ist bestimmungsgemäß

chen zur Beleuchtung einer zwischen den Prismen angeordneten Flüssigkeitsprobe.

Streulicht durchdringt eine planparallele Schicht der untersuchten Flüssigkeit und fällt in der Flüssigkeit gebrochen auf das Messprisma. Das Messprisma besteht aus optisch dichtem Glas (schwerer Flint) und hat einen Brechungsindex größer 1,7. Aus diesem Grund misst das Abbe-Refraktometer n-Werte kleiner als 1,7. Eine Vergrößerung des Brechungsindex-Messbereichs kann nur durch Austausch des Messprismas erreicht werden.

Die Prüfprobe wird auf die Hypotenusenfläche des Messprismas gegossen und mit einem Beleuchtungsprisma angedrückt. In diesem Fall verbleibt zwischen den Prismen, in denen sich die Probe befindet, und durch hindurch ein Spalt von 0,1–0,2 mm

das gebrochenes Licht durchdringt. Zur Messung des Brechungsindex

Nutzen Sie das Phänomen der Totalreflexion. Es liegt in

nächste.

Wenn die Strahlen 1, 2, 3 auf die Grenzfläche zwischen zwei Medien fallen, dann abhängig

abhängig vom Einfallswinkel bei der Beobachtung im brechenden Medium

Es gibt einen Übergang zwischen Bereichen unterschiedlicher Beleuchtung. Es ist verbunden

wobei ein Teil des Lichts in einem Winkel nahe bei auf die Brechungsgrenze fällt

Kim auf 90° relativ zur Normalen (Strahl 3). (Figur 2).

Abbildung 2 – Bild gebrochener Strahlen

Dieser Teil der Strahlen wird nicht reflektiert und bildet daher eine hellere Umgebung.

Leistung bei der Brechung. Auch Strahlen mit kleineren Winkeln erfahren Reflexion

und Brechung. Daher entsteht ein Bereich mit geringerer Beleuchtung. Im Volumen

Auf der Linse ist die Grenzlinie der Totalreflexion sichtbar, die Position

was von den Brechungseigenschaften der Probe abhängt.

Die Eliminierung des Dispersionsphänomens (Färbung der Grenzfläche zwischen zwei Beleuchtungsbereichen in den Farben des Regenbogens aufgrund der Verwendung von komplexem weißem Licht in Abbe-Refraktometern) wird durch die Verwendung von zwei Amici-Prismen im Kompensator erreicht, die im Teleskop montiert sind . Gleichzeitig wird eine Skala in die Linse projiziert (Abbildung 3). Zur Analyse genügen 0,05 ml Flüssigkeit.

Abbildung 3 – Blick durch das Refraktometer-Okular. (Die rechte Skala spiegelt wider

Konzentration der gemessenen Komponente in ppm)

Neben der Analyse von Einzelkomponentenproben

Zweikomponentensysteme (wässrige Lösungen, Lösungen von Stoffen, in denen

oder Lösungsmittel). In idealen Zweikomponentensystemen (umformend

ohne das Volumen und die Polarisierbarkeit der Komponenten zu verändern), zeigt die Abhängigkeit

Die Abhängigkeit der Brechung von der Zusammensetzung ist nahezu linear, wenn die Zusammensetzung ausgedrückt wird

Volumenanteile (Prozent)

wobei: n, n1, n2 – Brechungsindizes der Mischung und Komponenten,

V1 und V2 sind die Volumenanteile der Komponenten (V1 + V2 = 1).

Der Einfluss der Temperatur auf den Brechungsindex wird durch zwei bestimmt

Faktoren: Änderung der Anzahl flüssiger Partikel pro Volumeneinheit und

die Abhängigkeit der Polarisierbarkeit von Molekülen von der Temperatur. Der zweite Faktor wurde

wird erst bei sehr großen Temperaturänderungen von Bedeutung.

Der Temperaturkoeffizient des Brechungsindex ist proportional zum Temperaturkoeffizienten der Dichte. Da sich alle Flüssigkeiten bei Erwärmung ausdehnen, nimmt ihr Brechungsindex mit steigender Temperatur ab. Der Temperaturkoeffizient hängt von der Temperatur der Flüssigkeit ab, kann aber in kleinen Temperaturintervallen als konstant angesehen werden. Aus diesem Grund verfügen die meisten Refraktometer über keine Temperaturregelung, einige Ausführungen verfügen jedoch über eine solche

Wasserthermostatisierung.

Bei kleinen Temperaturunterschieden (10 – 20 °C) ist eine lineare Extrapolation des Brechungsindex mit Temperaturänderungen akzeptabel.

Die genaue Bestimmung des Brechungsindex in weiten Temperaturbereichen erfolgt mit empirischen Formeln der Form:

nt=n0+at+bt2+…

Zur Refraktometrie von Lösungen über weite Konzentrationsbereiche

Verwenden Sie Tabellen oder empirische Formeln. Abhängigkeit anzeigen -

Brechungsindex wässriger Lösungen einiger Stoffe in Abhängigkeit von der Konzentration

ist nahezu linear und ermöglicht die Bestimmung der Konzentrationen dieser Stoffe in

Wasser in weiten Konzentrationsbereichen (Abbildung 4) mithilfe der Brechung

tometer.

Abbildung 4 – Brechungsindex einiger wässriger Lösungen

Normalerweise werden n flüssige und feste Körper mit Refraktometern präzise bestimmt

bis 0,0001. Am gebräuchlichsten sind Abbe-Refraktometer (Abbildung 5) mit Prismenblöcken und Dispersionskompensatoren, die die Bestimmung von nD in „weißem“ Licht mithilfe einer Skala oder eines digitalen Anzeigegeräts ermöglichen.

Abbildung 5 – Abbe-Refraktometer (IRF-454; IRF-22)

Wenden wir uns einer detaillierteren Betrachtung des Brechungsindex zu, den wir in §81 bei der Formulierung des Brechungsgesetzes eingeführt haben.

Der Brechungsindex hängt von den optischen Eigenschaften sowohl des Mediums, aus dem der Strahl fällt, als auch des Mediums, in das er eindringt, ab. Der Brechungsindex, den man erhält, wenn Licht aus einem Vakuum auf ein beliebiges Medium fällt, wird als absoluter Brechungsindex dieses Mediums bezeichnet.

Reis. 184. Relativer Brechungsindex zweier Medien:

Der absolute Brechungsindex des ersten Mediums sei und der des zweiten Mediums – . Unter Berücksichtigung der Brechung an der Grenze des ersten und zweiten Mediums stellen wir sicher, dass der Brechungsindex beim Übergang vom ersten zum zweiten Medium, der sogenannte relative Brechungsindex, gleich dem Verhältnis der absoluten Brechungsindizes des Mediums ist zweites und erstes Medium:

(Abb. 184). Im Gegenteil, beim Übergang vom zweiten zum ersten Medium haben wir einen relativen Brechungsindex

Der festgestellte Zusammenhang zwischen dem relativen Brechungsindex zweier Medien und ihren absoluten Brechungsindizes könnte ohne neue Experimente theoretisch abgeleitet werden, ebenso wie dies für das Gesetz der Reversibilität (§82) möglich ist.

Ein Medium mit einem höheren Brechungsindex wird als optisch dichter bezeichnet. Üblicherweise wird der Brechungsindex verschiedener Medien relativ zu Luft gemessen. Der absolute Brechungsindex von Luft beträgt . Somit hängt der absolute Brechungsindex eines Mediums durch die Formel mit seinem Brechungsindex relativ zu Luft zusammen

Tabelle 6. Brechungsindex verschiedener Substanzen relativ zu Luft

Der Brechungsindex hängt von der Wellenlänge des Lichts, also von seiner Farbe, ab. Unterschiedliche Farben entsprechen unterschiedlichen Brechungsindizes. Dieses Phänomen, Dispersion genannt, spielt in der Optik eine wichtige Rolle. Wir werden uns in den folgenden Kapiteln immer wieder mit diesem Phänomen befassen. Die in der Tabelle angegebenen Daten. 6, siehe gelbes Licht.

Es ist interessant festzustellen, dass das Reflexionsgesetz formal in derselben Form geschrieben werden kann wie das Brechungsgesetz. Erinnern wir uns daran, dass wir uns darauf geeinigt haben, immer Winkel von der Senkrechten zum entsprechenden Strahl zu messen. Daher müssen wir davon ausgehen, dass der Einfallswinkel und der Reflexionswinkel entgegengesetzte Vorzeichen haben, d. h. Das Reflexionsgesetz kann geschrieben werden als

Wenn wir (83.4) mit dem Brechungsgesetz vergleichen, sehen wir, dass das Reflexionsgesetz als Sonderfall des Brechungsgesetzes betrachtet werden kann. Diese formale Ähnlichkeit der Reflexions- und Brechungsgesetze ist für die Lösung praktischer Probleme von großem Nutzen.

In der vorherigen Darstellung hatte der Brechungsindex die Bedeutung einer Konstante des Mediums, unabhängig von der Intensität des durchtretenden Lichts. Diese Interpretation des Brechungsindex ist durchaus natürlich, bei hohen Strahlungsintensitäten, die mit modernen Lasern erreichbar sind, ist sie jedoch nicht gerechtfertigt. Die Eigenschaften des von starker Lichtstrahlung durchstrahlten Mediums hängen dabei von seiner Intensität ab. Wie sie sagen, wird die Umgebung nichtlinear. Die Nichtlinearität des Mediums äußert sich insbesondere darin, dass eine Lichtwelle hoher Intensität den Brechungsindex verändert. Die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Strahlungsintensität hat die Form

Hier ist der übliche Brechungsindex, der nichtlineare Brechungsindex und der Proportionalitätsfaktor. Der zusätzliche Term in dieser Formel kann entweder positiv oder negativ sein.

Die relativen Änderungen des Brechungsindex sind relativ gering. Bei nichtlinearer Brechungsindex. Doch selbst so kleine Veränderungen des Brechungsindex machen sich bemerkbar: Sie äußern sich in einem eigentümlichen Phänomen der Selbstfokussierung des Lichts.

Betrachten wir ein Medium mit einem positiven nichtlinearen Brechungsindex. In diesem Fall sind Bereiche erhöhter Lichtintensität gleichzeitig Bereiche erhöhter Brechzahl. Typischerweise ist bei echter Laserstrahlung die Intensitätsverteilung über den Querschnitt eines Strahlenbündels ungleichmäßig: Die Intensität ist entlang der Achse maximal und nimmt zu den Rändern des Strahls hin sanft ab, wie in Abb. 185 durchgezogene Kurven. Eine ähnliche Verteilung beschreibt auch die Änderung des Brechungsindex über den Querschnitt einer Zelle mit einem nichtlinearen Medium, entlang dessen Achse sich der Laserstrahl ausbreitet. Der Brechungsindex, der entlang der Küvettenachse am größten ist, nimmt zu den Wänden hin gleichmäßig ab (gestrichelte Kurven in Abb. 185).

Ein Strahlenbündel, das den Laser parallel zur Achse verlässt und in ein Medium mit variablem Brechungsindex eintritt, wird in die Richtung abgelenkt, in der es größer ist. Daher führt die erhöhte Intensität in der Nähe der Küvette zu einer Konzentration der Lichtstrahlen in diesem Bereich, schematisch dargestellt in Querschnitten und in Abb. 185, was zu einem weiteren Anstieg führt. Letztendlich wird der effektive Querschnitt eines Lichtstrahls, der ein nichtlineares Medium durchquert, erheblich verringert. Licht passiert einen schmalen Kanal mit hohem Brechungsindex. Dadurch wird der Laserstrahl verengt und das nichtlineare Medium wirkt unter dem Einfluss intensiver Strahlung als Sammellinse. Dieses Phänomen wird Selbstfokussierung genannt. Es kann beispielsweise in flüssigem Nitrobenzol beobachtet werden.

Reis. 185. Verteilung der Strahlungsintensität und des Brechungsindex über den Querschnitt eines Laserstrahls am Eingang der Küvette (a), nahe dem Eingangsende (), in der Mitte (), nahe dem Ausgangsende der Küvette ( )

Lektion 25/III-1 Ausbreitung von Licht in verschiedenen Medien. Lichtbrechung an der Grenzfläche zwischen zwei Medien.

Neues Material lernen.

Bisher haben wir wie üblich die Ausbreitung von Licht in einem Medium betrachtet – in der Luft. Licht kann sich in verschiedenen Medien ausbreiten: von einem Medium zum anderen; An den Einfallspunkten werden die Strahlen nicht nur von der Oberfläche reflektiert, sondern passieren diese teilweise auch. Solche Übergänge verursachen viele schöne und interessante Phänomene.

Die Änderung der Ausbreitungsrichtung von Licht, das die Grenze zweier Medien passiert, wird als Lichtbrechung bezeichnet.

Ein Teil des auf die Grenzfläche zwischen zwei transparenten Medien einfallenden Lichtstrahls wird reflektiert, ein Teil gelangt in das andere Medium. In diesem Fall ändert sich die Richtung des Lichtstrahls, der in ein anderes Medium gelangt ist. Daher wird das Phänomen Brechung genannt und der Strahl wird gebrochen.

1 – einfallender Strahl

2 – reflektierter Strahl

3 – gebrochener Strahl α β

OO 1 – Schnittstelle zwischen zwei Medien

MN - senkrecht O O 1

Der Winkel, den der Strahl und eine Senkrechte zur Grenzfläche zwischen zwei Medien, abgesenkt auf den Einfallspunkt des Strahls, bilden, wird Brechungswinkel genannt γ (Gamma).

Licht im Vakuum bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km/s. In jedem Medium ist die Lichtgeschwindigkeit immer geringer als im Vakuum. Wenn Licht daher von einem Medium in ein anderes gelangt, nimmt seine Geschwindigkeit ab, was zur Lichtbrechung führt. Je geringer die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit in einem bestimmten Medium ist, desto größer ist die optische Dichte dieses Mediums. Luft hat beispielsweise eine höhere optische Dichte als Vakuum, da die Lichtgeschwindigkeit in Luft etwas geringer ist als im Vakuum. Die optische Dichte von Wasser ist größer als die optische Dichte von Luft, da die Lichtgeschwindigkeit in Luft größer ist als in Wasser.

Je stärker sich die optischen Dichten zweier Medien unterscheiden, desto stärker wird das Licht an ihrer Grenzfläche gebrochen. Je stärker sich die Lichtgeschwindigkeit an der Grenzfläche zwischen zwei Medien ändert, desto stärker wird es gebrochen.

Für jeden transparenten Stoff gibt es eine so wichtige physikalische Eigenschaft wie den Brechungsindex des Lichts N. Es zeigt an, um wie viel Mal die Lichtgeschwindigkeit in einer bestimmten Substanz geringer ist als im Vakuum.

Brechungsindex von Licht

Das Verhältnis zwischen Einfallswinkel und Brechungswinkel hängt von der optischen Dichte des jeweiligen Mediums ab. Wenn ein Lichtstrahl von einem Medium mit geringerer optischer Dichte in ein Medium mit höherer optischer Dichte gelangt, ist der Brechungswinkel kleiner als der Einfallswinkel. Kommt ein Lichtstrahl aus einem Medium mit höherer optischer Dichte, dann ist der Brechungswinkel kleiner als der Einfallswinkel. Wenn ein Lichtstrahl von einem Medium mit höherer optischer Dichte in ein Medium mit niedrigerer optischer Dichte gelangt, ist der Brechungswinkel größer als der Einfallswinkel.

Das heißt, wenn n 1 γ; wenn n 1 >n 2 dann α<γ.

Gesetz der Lichtbrechung :

Der einfallende Strahl, der gebrochene Strahl und die Senkrechte zur Grenzfläche zwischen den beiden Medien am Auftreffpunkt des Strahls liegen in derselben Ebene.

Der Zusammenhang zwischen Einfallswinkel und Brechungswinkel wird durch die Formel bestimmt.

Dabei ist der Sinus des Einfallswinkels und der Sinus des Brechungswinkels.

Der Wert von Sinus und Tangens für Winkel 0 – 900

Das Gesetz der Lichtbrechung wurde erstmals um 1626 vom niederländischen Astronomen und Mathematiker W. Snelius formuliert, einem Professor an der Universität Leiden (1613).

Für das 16. Jahrhundert war die Optik eine hochmoderne Wissenschaft. Aus einer mit Wasser gefüllten Glaskugel, die als Linse diente, entstand eine Lupe. Und daraus erfanden sie ein Teleskop und ein Mikroskop. Zu dieser Zeit brauchten die Niederlande Teleskope, um die Küste zu beobachten und rechtzeitig vor Feinden zu fliehen. Es war die Optik, die den Erfolg und die Zuverlässigkeit der Navigation sicherte. Daher interessierten sich in den Niederlanden viele Wissenschaftler für Optik. Der Niederländer Skel Van Rooyen (Snelius) beobachtete, wie ein dünner Lichtstrahl im Spiegel reflektiert wurde. Er maß den Einfallswinkel und den Reflexionswinkel und stellte fest: Der Reflexionswinkel ist gleich dem Einfallswinkel. Er besitzt auch die Gesetze der Lichtreflexion. Er leitete das Gesetz der Lichtbrechung ab.

Betrachten wir das Gesetz der Lichtbrechung.

Es enthält den relativen Brechungsindex des zweiten Mediums relativ zum ersten für den Fall, dass das zweite Medium eine höhere optische Dichte aufweist. Wenn Licht gebrochen wird und ein Medium mit geringerer optischer Dichte durchdringt, dann ist α< γ, тогда

Wenn das erste Medium Vakuum ist, dann ist n 1 =1 dann .

Dieser Indikator wird als absoluter Brechungsindex des zweiten Mediums bezeichnet:

Wo ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, die Lichtgeschwindigkeit in einem bestimmten Medium?

Eine Folge der Lichtbrechung in der Erdatmosphäre ist die Tatsache, dass wir die Sonne und die Sterne etwas höher sehen als sie tatsächlich stehen. Die Lichtbrechung kann das Auftreten von Luftspiegelungen und Regenbögen erklären. Das Phänomen der Lichtbrechung ist die Grundlage des Funktionsprinzips numerischer optischer Geräte: Mikroskop, Teleskop, Kamera.