Ας στραφούμε σε μια πιο λεπτομερή εξέταση του δείκτη διάθλασης, τον οποίο εισαγάγαμε στην §81 κατά τη διατύπωση του νόμου της διάθλασης.

Ο δείκτης διάθλασης εξαρτάται από τις οπτικές ιδιότητες τόσο του μέσου από το οποίο πέφτει η δέσμη όσο και του μέσου στο οποίο διεισδύει. Ο δείκτης διάθλασης που προκύπτει όταν το φως από ένα κενό πέφτει σε οποιοδήποτε μέσο ονομάζεται απόλυτος δείκτης διάθλασης αυτού του μέσου.

Ρύζι. 184. Σχετικός δείκτης διάθλασης δύο μέσων:

Έστω ο απόλυτος δείκτης διάθλασης του πρώτου μέσου και αυτός του δεύτερου μέσου - . Λαμβάνοντας υπόψη τη διάθλαση στο όριο του πρώτου και του δεύτερου μέσου, βεβαιωνόμαστε ότι ο δείκτης διάθλασης κατά τη μετάβαση από το πρώτο μέσο στο δεύτερο, ο λεγόμενος σχετικός δείκτης διάθλασης, είναι ίσος με την αναλογία των απόλυτων δεικτών διάθλασης του δεύτερο και πρώτο μέσο:

(Εικ. 184). Αντίθετα, όταν περνάμε από το δεύτερο μέσο στο πρώτο, έχουμε σχετικό δείκτη διάθλασης

Η καθιερωμένη σύνδεση μεταξύ του σχετικού δείκτη διάθλασης δύο μέσων και των απόλυτων δεικτών διάθλασής τους θα μπορούσε να προκύψει θεωρητικά, χωρίς νέα πειράματα, όπως ακριβώς αυτό μπορεί να γίνει για τον νόμο της αναστρεψιμότητας (§82).

Ένα μέσο με υψηλότερο δείκτη διάθλασης ονομάζεται οπτικά πυκνότερο. Συνήθως μετράται ο δείκτης διάθλασης διαφόρων μέσων σε σχέση με τον αέρα. Ο απόλυτος δείκτης διάθλασης του αέρα είναι . Έτσι, ο απόλυτος δείκτης διάθλασης οποιουδήποτε μέσου σχετίζεται με τον δείκτη διάθλασής του σε σχέση με τον αέρα από τον τύπο

Πίνακας 6. Δείκτης διάθλασης διαφόρων ουσιών σε σχέση με τον αέρα

Ο δείκτης διάθλασης εξαρτάται από το μήκος κύματος του φωτός, δηλαδή από το χρώμα του. Διαφορετικά χρώματα αντιστοιχούν σε διαφορετικούς δείκτες διάθλασης. Αυτό το φαινόμενο, που ονομάζεται διασπορά, παίζει σημαντικό ρόλο στην οπτική. Με αυτό το φαινόμενο θα ασχοληθούμε επανειλημμένα σε επόμενα κεφάλαια. Τα στοιχεία που δίνονται στον πίνακα. 6, ανατρέξτε στο κίτρινο φως.

Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι ο νόμος της ανάκλασης μπορεί να γραφτεί επίσημα με την ίδια μορφή με τον νόμο της διάθλασης. Ας θυμηθούμε ότι συμφωνήσαμε να μετράμε πάντα τις γωνίες από την κάθετη προς την αντίστοιχη ακτίνα. Επομένως, πρέπει να θεωρήσουμε ότι η γωνία πρόσπτωσης και η γωνία ανάκλασης έχουν αντίθετα πρόσημα, δηλ. ο νόμος της ανάκλασης μπορεί να γραφτεί ως

Συγκρίνοντας το (83.4) με το νόμο της διάθλασης, βλέπουμε ότι ο νόμος της ανάκλασης μπορεί να θεωρηθεί ως ειδική περίπτωση του νόμου της διάθλασης στο . Αυτή η τυπική ομοιότητα των νόμων της ανάκλασης και της διάθλασης έχει μεγάλο όφελος στην επίλυση πρακτικών προβλημάτων.

Στην προηγούμενη παρουσίαση, ο δείκτης διάθλασης είχε την έννοια της σταθεράς του μέσου, ανεξάρτητα από την ένταση του φωτός που διέρχεται από αυτό. Αυτή η ερμηνεία του δείκτη διάθλασης είναι αρκετά φυσική, αλλά στην περίπτωση υψηλών εντάσεων ακτινοβολίας, που μπορεί να επιτευχθεί με σύγχρονα λέιζερ, δεν δικαιολογείται. Οι ιδιότητες του μέσου από το οποίο διέρχεται ισχυρή φωτεινή ακτινοβολία εξαρτώνται σε αυτή την περίπτωση από την έντασή του. Όπως λένε, το περιβάλλον γίνεται μη γραμμικό. Η μη γραμμικότητα του μέσου εκδηλώνεται, ειδικότερα, στο γεγονός ότι ένα φωτεινό κύμα υψηλής έντασης αλλάζει τον δείκτη διάθλασης. Η εξάρτηση του δείκτη διάθλασης από την ένταση της ακτινοβολίας έχει τη μορφή

Εδώ είναι ο συνήθης δείκτης διάθλασης, και είναι ο μη γραμμικός δείκτης διάθλασης, και είναι ο παράγοντας αναλογικότητας. Ο πρόσθετος όρος σε αυτόν τον τύπο μπορεί να είναι είτε θετικός είτε αρνητικός.

Οι σχετικές αλλαγές στον δείκτη διάθλασης είναι σχετικά μικρές. Στο μη γραμμικός δείκτης διάθλασης. Ωστόσο, ακόμη και τέτοιες μικρές αλλαγές στον δείκτη διάθλασης είναι αισθητές: εκδηλώνονται σε ένα ιδιόμορφο φαινόμενο αυτοεστίασης του φωτός.

Ας εξετάσουμε ένα μέσο με θετικό μη γραμμικό δείκτη διάθλασης. Σε αυτή την περίπτωση, περιοχές αυξημένης έντασης φωτός είναι ταυτόχρονα περιοχές αυξημένου δείκτη διάθλασης. Τυπικά, στην πραγματική ακτινοβολία λέιζερ, η κατανομή της έντασης στη διατομή μιας δέσμης ακτίνων είναι ανομοιόμορφη: η ένταση είναι μέγιστη κατά μήκος του άξονα και μειώνεται ομαλά προς τα άκρα της δέσμης, όπως φαίνεται στο Σχήμα. 185 συμπαγείς καμπύλες. Μια παρόμοια κατανομή περιγράφει επίσης τη μεταβολή του δείκτη διάθλασης σε όλη τη διατομή ενός στοιχείου με ένα μη γραμμικό μέσο κατά μήκος του άξονα του οποίου διαδίδεται η δέσμη λέιζερ. Ο δείκτης διάθλασης, ο οποίος είναι μεγαλύτερος κατά μήκος του άξονα της κυψελίδας, μειώνεται ομαλά προς τα τοιχώματά της (διακεκομμένες καμπύλες στην Εικ. 185).

Μια δέσμη ακτίνων που αφήνει το λέιζερ παράλληλη προς τον άξονα, εισερχόμενη σε ένα μέσο με μεταβλητό δείκτη διάθλασης, εκτρέπεται προς την κατεύθυνση όπου είναι μεγαλύτερο. Επομένως, η αυξημένη ένταση κοντά στην κυψελίδα οδηγεί σε συγκέντρωση ακτίνων φωτός σε αυτή την περιοχή, που φαίνεται σχηματικά σε διατομές και στο Σχ. 185, και αυτό οδηγεί σε περαιτέρω αύξηση. Τελικά, η αποτελεσματική διατομή μιας δέσμης φωτός που διέρχεται από ένα μη γραμμικό μέσο μειώνεται σημαντικά. Το φως διέρχεται από ένα στενό κανάλι με υψηλό δείκτη διάθλασης. Έτσι, η δέσμη λέιζερ των ακτίνων στενεύει και το μη γραμμικό μέσο, ​​υπό την επίδραση της έντονης ακτινοβολίας, λειτουργεί ως συλλεκτικός φακός. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αυτοσυγκέντρωση. Μπορεί να παρατηρηθεί, για παράδειγμα, σε υγρό νιτροβενζόλιο.

Ρύζι. 185. Κατανομή της έντασης της ακτινοβολίας και του δείκτη διάθλασης στη διατομή μιας δέσμης ακτίνων λέιζερ στην είσοδο της κυψελίδας (a), κοντά στο άκρο εισόδου (), στη μέση (), κοντά στο άκρο εξόδου της κυβέτας ( )

Προσδιορισμός του δείκτη διάθλασης διαφανών στερεών

Και υγρά

Συσκευές και αξεσουάρ: μικροσκόπιο με φίλτρο φωτός, επίπεδη-παράλληλη πλάκα με σημάδι AB σε μορφή σταυρού. διαθλασίμετρο μάρκας "RL"? σύνολο υγρών.

Στόχος της εργασίας:προσδιορίστε τους δείκτες διάθλασης γυαλιού και υγρών.

Προσδιορισμός του δείκτη διάθλασης γυαλιού χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο

Για τον προσδιορισμό του δείκτη διάθλασης ενός διαφανούς στερεού, χρησιμοποιείται μια επίπεδη-παράλληλη πλάκα από αυτό το υλικό με ένα σημάδι.

Το σημάδι αποτελείται από δύο αμοιβαία κάθετες γρατσουνιές, η μία από τις οποίες (Α) εφαρμόζεται στο κάτω μέρος και η δεύτερη (Β) εφαρμόζεται στην επάνω επιφάνεια της πλάκας. Η πλάκα φωτίζεται με μονόχρωμο φως και παρατηρείται μέσω μικροσκοπίου. Επί
ρύζι. Το σχήμα 4.7 δείχνει μια διατομή της πλάκας υπό μελέτη με κατακόρυφο επίπεδο.

Οι ακτίνες AD και AE, μετά τη διάθλαση στη διεπαφή γυαλιού-αέρα, ταξιδεύουν προς τις κατευθύνσεις DD1 και EE1 και εισέρχονται στον φακό του μικροσκοπίου.

Ένας παρατηρητής που κοιτάζει την πλάκα από ψηλά βλέπει το σημείο Α στη τομή της συνέχειας των ακτίνων DD1 και EE1, δηλ. στο σημείο Γ.

Έτσι, το σημείο Α φαίνεται στον παρατηρητή να βρίσκεται στο σημείο C. Ας βρούμε τη σχέση μεταξύ του δείκτη διάθλασης n του υλικού της πλάκας, του πάχους d και του φαινομενικού πάχους d1 της πλάκας.

4.7 είναι σαφές ότι VD = VСtgi, BD = АВtgr, από όπου

tgi/tgr = AB/BC,

όπου AB = d – πάχος πλάκας. BC = d1 φαινομενικό πάχος της πλάκας.

Αν οι γωνίες i και r είναι μικρές, τότε

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4.5)

εκείνοι. Sini/Sinr = d/d1.

Λαμβάνοντας υπόψη τον νόμο της διάθλασης του φωτός, παίρνουμε

Η μέτρηση d/d1 γίνεται με τη χρήση μικροσκοπίου.

Ο οπτικός σχεδιασμός του μικροσκοπίου αποτελείται από δύο συστήματα: ένα σύστημα παρατήρησης, το οποίο περιλαμβάνει έναν φακό και έναν προσοφθάλμιο προσοφθάλμιο τοποθετημένο σε ένα σωλήνα και ένα σύστημα φωτισμού, που αποτελείται από έναν καθρέφτη και ένα αφαιρούμενο φίλτρο. Η εικόνα εστιάζει περιστρέφοντας τις λαβές που βρίσκονται και στις δύο πλευρές του σωλήνα.

Ένας δίσκος με κλίμακα καντράν είναι τοποθετημένος στον άξονα της δεξιάς λαβής.

Η ένδειξη b κατά μήκος του καντράν σε σχέση με τον σταθερό δείκτη καθορίζει την απόσταση h από τον φακό στο στάδιο του μικροσκοπίου:

Ο συντελεστής k υποδεικνύει σε ποιο ύψος κινείται ο σωλήνας του μικροσκοπίου όταν η λαβή περιστρέφεται κατά 1°.

Η διάμετρος του φακού σε αυτή τη διάταξη είναι μικρή σε σύγκριση με την απόσταση h, επομένως η ακραία ακτίνα που εισέρχεται στο φακό σχηματίζει μια μικρή γωνία i με τον οπτικό άξονα του μικροσκοπίου.

Η γωνία διάθλασης r του φωτός στην πλάκα είναι μικρότερη από τη γωνία i, δηλ. είναι επίσης μικρό, που αντιστοιχεί στην κατάσταση (4.5).

Εντολή εργασίας

1. Τοποθετήστε την πλάκα στη βάση του μικροσκοπίου έτσι ώστε το σημείο τομής των γραμμών Α και Β (βλ.

Δείκτης διάθλασης

4.7) ήταν ορατό.

2. Περιστρέψτε τη λαβή του μηχανισμού ανύψωσης για να ανυψώσετε τον σωλήνα στην επάνω θέση.

3. Κοιτάζοντας μέσα από τον προσοφθάλμιο φακό, περιστρέψτε τη λαβή για να χαμηλώσετε ομαλά το σωληνάριο του μικροσκοπίου μέχρι να είναι ορατή στο οπτικό πεδίο μια καθαρή εικόνα της γρατσουνιάς Β που εφαρμόζεται στην επάνω επιφάνεια της πλάκας. Καταγράψτε την ένδειξη b1 του άκρου, η οποία είναι ανάλογη με την απόσταση h1 από τον φακό του μικροσκοπίου μέχρι το πάνω άκρο της πλάκας: h1 = kb1 (Εικ.

4. Συνεχίστε να χαμηλώνετε ομαλά το σωλήνα μέχρι να λάβετε μια καθαρή εικόνα της γρατσουνιάς Α, η οποία φαίνεται στον παρατηρητή ότι βρίσκεται στο σημείο C. Καταγράψτε μια νέα ένδειξη b2 του καντράν. Η απόσταση h1 από τον φακό μέχρι την επάνω επιφάνεια της πλάκας είναι ανάλογη του b2:
h2 = kb2 (Εικ. 4.8, β).

Οι αποστάσεις από τα σημεία Β και Γ έως τον φακό είναι ίσες, αφού ο παρατηρητής τα βλέπει εξίσου καθαρά.

Η μετατόπιση του σωλήνα h1-h2 είναι ίση με το φαινομενικό πάχος της πλάκας (Εικ.

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

5. Μετρήστε το πάχος της πλάκας d στη διασταύρωση των πινελιών. Για να το κάνετε αυτό, τοποθετήστε μια βοηθητική γυάλινη πλάκα 2 κάτω από την πλάκα 1 υπό μελέτη (Εικ. 4.9) και χαμηλώστε το σωλήνα μικροσκοπίου έως ότου ο φακός (ελαφρά) αγγίξει την πλάκα υπό μελέτη. Σημειώστε την ένδειξη του dial a1. Αφαιρέστε την πλάκα υπό μελέτη και χαμηλώστε το σωλήνα μικροσκοπίου έως ότου ο φακός αγγίξει την πλάκα 2.

Σημείωση ανάγνωση α2.

Στη συνέχεια, ο φακός του μικροσκοπίου θα χαμηλώσει σε ύψος ίσο με το πάχος της πλάκας υπό μελέτη, δηλ.

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

6. Υπολογίστε τον δείκτη διάθλασης του υλικού της πλάκας χρησιμοποιώντας τον τύπο

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

7. Επαναλάβετε όλες τις παραπάνω μετρήσεις 3 - 5 φορές, υπολογίστε τη μέση τιμή n, τα απόλυτα και σχετικά σφάλματα rn και rn/n.

Προσδιορισμός του δείκτη διάθλασης υγρών με τη χρήση διαθλασίμετρου

Τα όργανα που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των δεικτών διάθλασης ονομάζονται διαθλασίμετρα.

Η γενική όψη και ο οπτικός σχεδιασμός του διαθλασίμετρου RL φαίνονται στο Σχ. 4.10 και 4.11.

Η μέτρηση του δείκτη διάθλασης υγρών χρησιμοποιώντας ένα διαθλασίμετρο RL βασίζεται στο φαινόμενο της διάθλασης του φωτός που διέρχεται από τη διεπιφάνεια μεταξύ δύο μέσων με διαφορετικούς δείκτες διάθλασης.

Δέσμη φωτός (Εικ.

4.11) από την πηγή 1 (λάμπα πυρακτώσεως ή διάχυτο φως ημέρας) με τη βοήθεια του καθρέφτη 2 κατευθύνεται μέσω ενός παραθύρου στο σώμα της συσκευής σε ένα διπλό πρίσμα που αποτελείται από πρίσματα 3 και 4, τα οποία είναι κατασκευασμένα από γυαλί με δείκτη διάθλασης 1,540 .

Επιφάνεια ΑΑ του άνω πρίσματος φωτισμού 3 (Εικ.

4.12, α) ματ και χρησιμεύει για να φωτίζει το υγρό με διάσπαρτο φως, που εναποτίθεται σε ένα λεπτό στρώμα στο διάκενο μεταξύ των πρισμάτων 3 και 4. Το φως που διαχέεται από τη ματ επιφάνεια 3 διέρχεται από το επίπεδο-παράλληλο στρώμα του υπό μελέτη υγρού και πέφτει στη διαγώνια όψη ΒΒ του κάτω πρίσματος 4 κάτω από διαφορετικά
γωνίες i που κυμαίνονται από μηδέν έως 90°.

Για να αποφευχθεί το φαινόμενο της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης του φωτός στην επιφάνεια του εκρηκτικού, ο δείκτης διάθλασης του υπό μελέτη υγρού πρέπει να είναι μικρότερος από τον δείκτη διάθλασης του γυαλιού του πρίσματος 4, δηλ.

λιγότερο από 1.540.

Μια ακτίνα φωτός της οποίας η γωνία πρόσπτωσης είναι 90° ονομάζεται βόσκηση.

Μια ολισθαίνουσα δέσμη, που διαθλάται στη διεπιφάνεια υγρού γυαλιού, θα ταξιδεύει στο πρίσμα 4 στη μέγιστη γωνία διάθλασης rκαι τα λοιπά< 90о.

Η διάθλαση μιας ακτίνας ολίσθησης στο σημείο D (βλ. Εικ. 4.12, α) υπακούει στο νόμο

nst/nl = sinipr/sinrpr (4.11)

ή nf = nst sinrpr, (4.12)

αφού sinip = 1.

Στην επιφάνεια BC του πρίσματος 4, εμφανίζεται επαναδιάθλαση των ακτίνων φωτός και στη συνέχεια

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

όπου a είναι η διαθλαστική ακτίνα του πρίσματος 4.

Επιλύοντας από κοινού το σύστημα των εξισώσεων (4.12), (4.13), (4.14), μπορούμε να λάβουμε έναν τύπο που συσχετίζει τον δείκτη διάθλασης nj του υπό μελέτη υγρού με την οριακή γωνία διάθλασης r'pr της δέσμης που αναδύεται από το πρίσμα 4:

Εάν τοποθετηθεί ένα τηλεσκόπιο στη διαδρομή των ακτίνων που αναδύονται από το πρίσμα 4, τότε το κάτω μέρος του οπτικού του πεδίου θα φωτιστεί και το πάνω μέρος θα είναι σκοτεινό. Η διεπαφή μεταξύ του φωτεινού και του σκοτεινού πεδίου σχηματίζεται από ακτίνες με μέγιστη γωνία διάθλασης r¢pr. Δεν υπάρχουν ακτίνες με γωνία διάθλασης μικρότερη από r¢pr σε αυτό το σύστημα (Εικ.

Η τιμή του r¢pr, επομένως, και η θέση του ορίου chiaroscuro εξαρτώνται μόνο από τον δείκτη διάθλασης nf του υπό μελέτη υγρού, καθώς το nst και το a είναι σταθερές τιμές σε αυτήν τη συσκευή.

Γνωρίζοντας τα nst, a και r¢pr, μπορείτε να υπολογίσετε το nl χρησιμοποιώντας τον τύπο (4.15). Στην πράξη, ο τύπος (4.15) χρησιμοποιείται για τη βαθμονόμηση της κλίμακας διαθλασίμετρου.

Σε κλίμακα 9 (βλ.

ρύζι. 4.11) στα αριστερά είναι οι τιμές του δείκτη διάθλασης για ld = 5893 Å. Μπροστά από τον προσοφθάλμιο φακό 10 - 11 υπάρχει μια πλάκα 8 με το σημάδι (—-).

Μετακινώντας τον προσοφθάλμιο φακό μαζί με την πλάκα 8 κατά μήκος της κλίμακας, είναι δυνατό να ευθυγραμμιστεί το σημάδι με τη διεπαφή μεταξύ του σκοτεινού και του φωτεινού οπτικού πεδίου.

Η διαίρεση της βαθμονομημένης κλίμακας 9, που συμπίπτει με το σημάδι, δίνει την τιμή του δείκτη διάθλασης nl του υπό μελέτη υγρού. Ο φακός 6 και ο προσοφθάλμιος φακός 10 - 11 σχηματίζουν ένα τηλεσκόπιο.

Το περιστρεφόμενο πρίσμα 7 αλλάζει την πορεία της δέσμης, κατευθύνοντάς την στον προσοφθάλμιο φακό.

Λόγω της διασποράς του γυαλιού και του υπό μελέτη υγρού, αντί για ένα σαφές όριο μεταξύ του σκοτεινού και του φωτεινού πεδίου, όταν παρατηρείται σε λευκό φως, προκύπτει μια λωρίδα ουράνιου τόξου. Για την εξάλειψη αυτού του φαινομένου, χρησιμοποιείται ο αντισταθμιστής διασποράς 5, εγκατεστημένος μπροστά από τον φακό του τηλεσκοπίου. Το κύριο μέρος του αντισταθμιστή είναι ένα πρίσμα, το οποίο είναι κολλημένο μεταξύ τους από τρία πρίσματα και μπορεί να περιστρέφεται σε σχέση με τον άξονα του τηλεσκοπίου.

Οι διαθλαστικές γωνίες του πρίσματος και το υλικό τους επιλέγονται έτσι ώστε κίτρινο φως με μήκος κύματος lд =5893 Å να τις διέρχεται χωρίς διάθλαση. Εάν στη διαδρομή των έγχρωμων ακτίνων εγκατασταθεί ένα αντισταθμιστικό πρίσμα έτσι ώστε η διασπορά του να είναι ίση σε μέγεθος, αλλά αντίθετη σε πρόσημο από τη διασπορά του πρίσματος μέτρησης και του υγρού, τότε η συνολική διασπορά θα είναι μηδέν. Σε αυτή την περίπτωση, η δέσμη των ακτίνων φωτός θα συλλέγεται σε μια λευκή δέσμη, η κατεύθυνση της οποίας συμπίπτει με την κατεύθυνση της περιοριστικής κίτρινης δέσμης.

Έτσι, όταν το αντισταθμιστικό πρίσμα περιστρέφεται, η χρωματική χύτευση εξαλείφεται. Μαζί με το πρίσμα 5, ο επιλογέας διασποράς 12 περιστρέφεται σε σχέση με τον σταθερό δείκτη (βλ. Εικ. 4.10). Η γωνία περιστροφής Ζ του άκρου επιτρέπει σε κάποιον να κρίνει την τιμή της μέσης διασποράς του υπό μελέτη υγρού.

Η κλίμακα καντράν πρέπει να είναι βαθμολογημένη. Ένα χρονοδιάγραμμα περιλαμβάνεται με την εγκατάσταση.

Εντολή εργασίας

1. Ανυψώστε το πρίσμα 3, τοποθετήστε 2-3 σταγόνες του υγρού δοκιμής στην επιφάνεια του πρίσματος 4 και χαμηλώστε το πρίσμα 3 (βλ. Εικ. 4.10).

3. Χρησιμοποιώντας οφθαλμική σκόπευση, επιτύχετε μια ευκρινή εικόνα της κλίμακας και της διεπαφής μεταξύ των οπτικών πεδίων.

4. Περιστρέφοντας τη λαβή 12 του αντισταθμιστή 5, καταστρέψτε το χρώμα της διεπαφής μεταξύ των οπτικών πεδίων.

Μετακινώντας το προσοφθάλμιο κατά μήκος της κλίμακας, ευθυγραμμίστε το σημάδι (—-) με το περίγραμμα των σκοτεινών και φωτεινών πεδίων και σημειώστε την τιμή της ένδειξης υγρού.

6. Εξετάστε το προτεινόμενο σύνολο υγρών και αξιολογήστε το σφάλμα μέτρησης.

7. Μετά από κάθε μέτρηση, σκουπίστε την επιφάνεια των πρισμάτων με διηθητικό χαρτί εμποτισμένο σε απεσταγμένο νερό.

Ερωτήσεις ελέγχου

Επιλογή 1

Να ορίσετε τον απόλυτο και τον σχετικό δείκτη διάθλασης ενός μέσου.

2. Σχεδιάστε τη διαδρομή των ακτίνων κατά μήκος της διεπαφής μεταξύ δύο μέσων (n2> n1 και n2< n1).

3. Λάβετε μια σχέση που να συσχετίζει τον δείκτη διάθλασης n με το πάχος d και το φαινομενικό πάχος d¢ της πλάκας.

4. Εργο.Η οριακή γωνία ολικής εσωτερικής ανάκλασης για μια συγκεκριμένη ουσία είναι 30°.

Βρείτε τον δείκτη διάθλασης αυτής της ουσίας.

Απάντηση: n =2.

Επιλογή 2

1. Τι είναι το φαινόμενο της ολικής εσωτερικής αντανάκλασης;

2. Περιγράψτε τη σχεδίαση και την αρχή λειτουργίας του διαθλασίμετρου RL-2.

3. Εξηγήστε το ρόλο του αντισταθμιστή σε ένα διαθλασίμετρο.

4. Εργο. Ένας λαμπτήρας χαμηλώνει από το κέντρο μιας στρογγυλής σχεδίας σε βάθος 10 μέτρων. Βρείτε την ελάχιστη ακτίνα της σχεδίας, ενώ ούτε μια ακτίνα από τη λάμπα δεν πρέπει να φτάσει στην επιφάνεια.

Απάντηση: R = 11,3 m.

ΔΕΙΚΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ, ή ΔΕΙΚΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ, είναι ένας αφηρημένος αριθμός που χαρακτηρίζει τη διαθλαστική ισχύ ενός διαφανούς μέσου. Ο δείκτης διάθλασης συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα π και ορίζεται ως ο λόγος του ημιτόνου της γωνίας πρόσπτωσης προς το ημίτονο της γωνίας διάθλασης μιας ακτίνας που εισέρχεται σε ένα δεδομένο διαφανές μέσο από ένα κενό:

n = sin α/sin β = const ή ως ο λόγος της ταχύτητας του φωτός στο κενό προς την ταχύτητα του φωτός σε ένα δεδομένο διαφανές μέσο: n = c/νλ από το κενό σε ένα δεδομένο διαφανές μέσο.

Ο δείκτης διάθλασης θεωρείται μέτρο της οπτικής πυκνότητας ενός μέσου

Ο δείκτης διάθλασης που προσδιορίζεται με αυτόν τον τρόπο ονομάζεται απόλυτος δείκτης διάθλασης, σε αντίθεση με τον σχετικό λεγόμενο.

ε. δείχνει πόσες φορές επιβραδύνεται η ταχύτητα διάδοσης του φωτός όταν αλλάζει ο δείκτης διάθλάσής του, ο οποίος καθορίζεται από την αναλογία του ημιτόνου της γωνίας πρόσπτωσης προς το ημίτονο της γωνίας διάθλασης όταν η δέσμη διέρχεται από ένα μέσο μια πυκνότητα σε ένα μέσο μιας άλλης πυκνότητας. Ο σχετικός δείκτης διάθλασης είναι ίσος με τον λόγο των απόλυτων δεικτών διάθλασης: n = n2/n1, όπου n1 και n2 είναι οι απόλυτοι δείκτες διάθλασης του πρώτου και του δεύτερου μέσου.

Ο απόλυτος δείκτης διάθλασης όλων των σωμάτων - στερεών, υγρών και αέριων - είναι μεγαλύτερος από τη μονάδα και κυμαίνεται από 1 έως 2, ξεπερνώντας το 2 μόνο σε σπάνιες περιπτώσεις.

Ο δείκτης διάθλασης εξαρτάται τόσο από τις ιδιότητες του μέσου όσο και από το μήκος κύματος του φωτός και αυξάνεται με τη μείωση του μήκους κύματος.

Επομένως, εκχωρείται ένας δείκτης στο γράμμα p, υποδεικνύοντας σε ποιο μήκος κύματος ανήκει ο δείκτης.

ΔΕΙΚΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ

Για παράδειγμα, για το γυαλί TF-1 ο δείκτης διάθλασης στο κόκκινο τμήμα του φάσματος είναι nC = 1,64210 και στο βιολετί μέρος nG' = 1,67298.

Δείκτες διάθλασης ορισμένων διαφανών σωμάτων

Αέρας - 1.000292

Νερό - 1.334

Αιθέρας - 1.358

Αιθυλική αλκοόλη - 1.363

Γλυκερίνη - 1.473

Οργανικό γυαλί (πλεξιγκλάς) - 1, 49

Βενζόλιο - 1.503

(Γυαλί κορώνας - 1,5163

Έλατο (καναδικό), βάλσαμο 1,54

Γυάλινο βαρύ στέμμα - 1, 61 26

Γυαλί πυρόλιθο - 1,6164

Δισουλφίδιο του άνθρακα - 1.629

Γυάλινος βαρύς πυριτόλιθος - 1, 64 75

Μονοβρωμοναφθαλίνιο - 1,66

Το γυαλί είναι ο βαρύτερος πυριτόλιθος - 1,92

Διαμάντι - 2,42

Η διαφορά στον δείκτη διάθλασης για διαφορετικά μέρη του φάσματος είναι η αιτία του χρωματισμού, δηλ.

αποσύνθεση του λευκού φωτός καθώς περνά μέσα από διαθλαστικά στοιχεία - φακούς, πρίσματα κ.λπ.

Εργαστηριακή εργασία Νο 41

Προσδιορισμός του δείκτη διάθλασης υγρών με τη χρήση διαθλασίμετρου

Σκοπός της εργασίας: προσδιορισμός του δείκτη διάθλασης υγρών με τη μέθοδο της ολικής εσωτερικής ανάκλασης με τη χρήση διαθλασίμετρου IRF-454B; μελέτη της εξάρτησης του δείκτη διάθλασης ενός διαλύματος από τη συγκέντρωσή του.

Περιγραφή εγκατάστασης

Όταν το μη μονόχρωμο φως διαθλάται, αποσυντίθεται στα συστατικά του χρώματα σε ένα φάσμα.

Το φαινόμενο αυτό οφείλεται στην εξάρτηση του δείκτη διάθλασης μιας ουσίας από τη συχνότητα (μήκος κύματος) του φωτός και ονομάζεται διασπορά φωτός.

Είναι σύνηθες να χαρακτηρίζεται η διαθλαστική ισχύς ενός μέσου από τον δείκτη διάθλασης στο μήκος κύματος λ = 589,3 nm (μέσο μήκος κύματος δύο στενών κίτρινων γραμμών στο φάσμα των ατμών νατρίου).

60. Ποιες μέθοδοι για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης ουσιών σε ένα διάλυμα χρησιμοποιούνται στην ανάλυση ατομικής απορρόφησης;

Αυτός ο δείκτης διάθλασης ορίζεται nρε.

Το μέτρο της διασποράς είναι η μέση διασπορά, που ορίζεται ως η διαφορά ( nφά-nντο), Οπου nφά- δείκτης διάθλασης μιας ουσίας σε μήκος κύματος λ = 486,1 nm (μπλε γραμμή στο φάσμα του υδρογόνου), nντο– δείκτης διάθλασης της ουσίας λ - 656,3 nm (κόκκινη γραμμή στο φάσμα του υδρογόνου).

Η διάθλαση μιας ουσίας χαρακτηρίζεται από την τιμή της σχετικής διασποράς:
Τα βιβλία αναφοράς δίνουν συνήθως το αντίστροφο της σχετικής διασποράς, δηλ.

μι.
,Οπου — συντελεστής διασποράς ή αριθμός Abbe.

Η εγκατάσταση για τον προσδιορισμό του δείκτη διάθλασης υγρών αποτελείται από ένα διαθλασίμετρο IRF-454Bμε τα όρια μέτρησης του δείκτη· διάθλαση nρεστην περιοχή από 1,2 έως 1,7. υγρό δοκιμής, χαρτοπετσέτες για το σκούπισμα των επιφανειών των πρισμάτων.

Διαθλασίμετρο IRF-454Bείναι ένα όργανο σχεδιασμένο για την άμεση μέτρηση του δείκτη διάθλασης των υγρών, καθώς και για τον προσδιορισμό της μέσης διασποράς υγρών σε εργαστηριακές συνθήκες.

Αρχή λειτουργίας της συσκευής IRF-454Bμε βάση το φαινόμενο της ολικής εσωτερικής ανάκλασης του φωτός.

Το σχηματικό διάγραμμα της συσκευής φαίνεται στο Σχ. 1.

Το προς δοκιμή υγρό τοποθετείται ανάμεσα στις δύο όψεις του πρίσματος 1 και 2. Πρίσμα 2 με μια καλά γυαλισμένη άκρη ΑΒείναι μετρώντας και το πρίσμα 1 με ματ άκρο ΕΝΑ1 ΣΕ1 - φωτισμός. Οι ακτίνες από μια πηγή φωτός πέφτουν στην άκρη ΕΝΑ1 ΜΕ1 , διαθλάται, πέφτει σε ματ επιφάνεια ΕΝΑ1 ΣΕ1 και διασκορπίζονται από αυτή την επιφάνεια.

Στη συνέχεια περνούν από το στρώμα του υπό μελέτη υγρού και φτάνουν στην επιφάνεια. ΑΒπρίσματα 2.

Σύμφωνα με το νόμο της διάθλασης
, Οπου
Και είναι οι γωνίες διάθλασης των ακτίνων στο υγρό και στο πρίσμα, αντίστοιχα.

Καθώς η γωνία πρόσπτωσης αυξάνεται
γωνία διάθλασης αυξάνεται επίσης και φτάνει στη μέγιστη τιμή του
, Οταν
, Τ.

ε. όταν μια δέσμη σε ένα υγρό γλιστρά πάνω από μια επιφάνεια ΑΒ. Ως εκ τούτου,
. Έτσι, οι ακτίνες που αναδύονται από το πρίσμα 2 περιορίζονται σε μια ορισμένη γωνία
.

Οι ακτίνες που προέρχονται από το υγρό στο πρίσμα 2 σε μεγάλες γωνίες υφίστανται ολική εσωτερική ανάκλαση στη διεπιφάνεια ΑΒκαι να μην περάσουν από το πρίσμα.

Η εν λόγω συσκευή εξετάζει υγρά, δείκτη διάθλασης που είναι μικρότερος από τον δείκτη διάθλασης Το πρίσμα 2, επομένως, ακτίνες όλων των κατευθύνσεων που διαθλώνται στο όριο υγρού και γυαλιού θα εισέλθουν στο πρίσμα.

Προφανώς, το τμήμα του πρίσματος που αντιστοιχεί στις ακτίνες που δεν πέρασαν θα σκουρύνει. Μέσω του τηλεσκοπίου 4, που βρίσκεται στη διαδρομή των ακτίνων που αναδύονται από το πρίσμα, μπορεί κανείς να παρατηρήσει τη διαίρεση του οπτικού πεδίου σε φωτεινά και σκοτεινά μέρη.

Περιστρέφοντας το σύστημα των πρισμάτων 1-2, η διεπαφή μεταξύ του φωτεινού και του σκοτεινού πεδίου ευθυγραμμίζεται με το σταυρό των νημάτων του προσοφθάλμιου τηλεσκοπίου. Το σύστημα των πρισμάτων 1-2 συνδέεται με μια κλίμακα, η οποία είναι βαθμονομημένη σε τιμές δείκτη διάθλασης.

Η ζυγαριά βρίσκεται στο κάτω μέρος του οπτικού πεδίου του σωλήνα και, όταν συνδυάζει ένα τμήμα του οπτικού πεδίου με ένα σταυρό νημάτων, δίνει την αντίστοιχη τιμή του δείκτη διάθλασης του υγρού .

Λόγω της διασποράς, η διεπαφή του οπτικού πεδίου σε λευκό φως θα χρωματιστεί. Για την εξάλειψη του χρωματισμού, καθώς και για τον προσδιορισμό της μέσης διασποράς της υπό δοκιμή ουσίας, χρησιμοποιείται ο αντισταθμιστής 3, που αποτελείται από δύο συστήματα κολλημένων πρισμάτων άμεσης όρασης (πρίσματα Amichi).

Τα πρίσματα μπορούν να περιστραφούν ταυτόχρονα σε διαφορετικές κατευθύνσεις χρησιμοποιώντας μια ακριβή περιστροφική μηχανική διάταξη, αλλάζοντας έτσι τη δική της διασπορά του αντισταθμιστή και εξαλείφοντας τον χρωματισμό του ορίου του οπτικού πεδίου που παρατηρείται μέσω του οπτικού συστήματος 4. Συνδυάζεται ένα τύμπανο με μια κλίμακα με τον αντισταθμιστή, με τον οποίο προσδιορίζεται η παράμετρος διασποράς, επιτρέποντας τον υπολογισμό της μέσης διασποράς ουσιών.

Εντολή εργασίας

Ρυθμίστε τη συσκευή έτσι ώστε το φως από την πηγή (λάμπα πυρακτώσεως) να εισέρχεται στο πρίσμα φωτισμού και να φωτίζει ομοιόμορφα το οπτικό πεδίο.

2. Ανοίξτε το πρίσμα μέτρησης.

Χρησιμοποιώντας μια γυάλινη ράβδο, απλώστε μερικές σταγόνες νερό στην επιφάνειά του και κλείστε προσεκτικά το πρίσμα. Το κενό μεταξύ των πρισμάτων πρέπει να γεμίσει ομοιόμορφα με ένα λεπτό στρώμα νερού (δώστε ιδιαίτερη προσοχή σε αυτό).

Χρησιμοποιώντας τη βίδα της συσκευής με ζυγαριά, εξαλείψτε τον χρωματισμό του οπτικού πεδίου και αποκτήστε ένα έντονο όριο μεταξύ φωτός και σκιάς. Ευθυγραμμίστε το, χρησιμοποιώντας μια άλλη βίδα, με το σταυρό αναφοράς του προσοφθάλμιου οργάνου. Προσδιορίστε τον δείκτη διάθλασης του νερού χρησιμοποιώντας την κλίμακα του προσοφθάλμιου φακού με ακρίβεια χιλιοστών.

Συγκρίνετε τα αποτελέσματα που λαμβάνονται με δεδομένα αναφοράς για το νερό. Εάν η διαφορά μεταξύ του μετρούμενου δείκτη διάθλασης και του πίνακα δεν υπερβαίνει το ± 0,001, τότε η μέτρηση έγινε σωστά.

Ασκηση 1

1. Ετοιμάστε ένα διάλυμα επιτραπέζιου αλατιού ( NaCl) με συγκέντρωση κοντά στο όριο διαλυτότητας (για παράδειγμα, C = 200 g/λίτρο).

Μετρήστε τον δείκτη διάθλασης του διαλύματος που προκύπτει.

3. Αραιώνοντας το διάλυμα ακέραιο αριθμό φορές, λάβετε την εξάρτηση του δείκτη. διάθλαση στη συγκέντρωση του διαλύματος και συμπληρώστε τον πίνακα. 1.

Τραπέζι 1

Ασκηση.Πώς να αποκτήσετε συγκέντρωση διαλύματος ίση με τα 3/4 της μέγιστης (αρχικής) μόνο με αραίωση;

Δημιουργήστε ένα γράφημα εξάρτησης n=n(C). Η περαιτέρω επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων πραγματοποιείται σύμφωνα με τις οδηγίες του εκπαιδευτικού.

Επεξεργασία πειραματικών δεδομένων

α) Γραφική μέθοδος

Προσδιορίστε την κλίση από το γράφημα ΣΕ, το οποίο, υπό πειραματικές συνθήκες, θα χαρακτηρίζει τη διαλυμένη ουσία και τον διαλύτη.

2. Προσδιορίστε τη συγκέντρωση του διαλύματος χρησιμοποιώντας τη γραφική παράσταση NaClδίνεται από τον βοηθό εργαστηρίου.

β) Αναλυτική μέθοδος

Υπολογίστε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων ΕΝΑ, ΣΕΚαι μικρόσι.

Με βάση τις τιμές που βρέθηκαν ΕΝΑΚαι ΣΕκαθορίσει το μέσο όρο
συγκέντρωση διαλύματος NaClδίνεται από τον βοηθό εργαστηρίου

Ερωτήσεις ελέγχου

Διασπορά φωτός. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της κανονικής διασποράς και της ανώμαλης διασποράς;

2. Τι είναι το φαινόμενο της συνολικής εσωτερικής αντανάκλασης;

3. Γιατί αυτή η ρύθμιση δεν μπορεί να μετρήσει τον δείκτη διάθλασης ενός υγρού μεγαλύτερου από τον δείκτη διάθλασης του πρίσματος;

4. Γιατί πρισματική όψη ΕΝΑ1 ΣΕ1 το κανουν ματ?

Υποβάθμιση, Ευρετήριο

Ψυχολογική Εγκυκλοπαίδεια

Ένας τρόπος αξιολόγησης του βαθμού ψυχικής υποβάθμισης! συναρτήσεις που μετρήθηκαν με τη δοκιμή Wechsler-Bellevue. Ο δείκτης βασίζεται στην παρατήρηση ότι ορισμένες ικανότητες που μετρώνται από το τεστ μειώνονται με την ηλικία, αλλά άλλες όχι.

Δείκτης

Ψυχολογική Εγκυκλοπαίδεια

- ευρετήριο, μητρώο ονομάτων, τίτλων κ.λπ. Στην ψυχολογία - ψηφιακός δείκτης ποσοτικής αξιολόγησης, χαρακτηρισμός φαινομένων.

Από τι εξαρτάται ο δείκτης διάθλασης μιας ουσίας;

Δείκτης

Ψυχολογική Εγκυκλοπαίδεια

1. Η πιο γενική έννοια: οτιδήποτε χρησιμοποιείται για τη σήμανση, την αναγνώριση ή την κατεύθυνση. ενδείξεις, επιγραφές, σημεία ή σύμβολα. 2. Ένας τύπος ή ένας αριθμός, που συχνά εκφράζεται ως συντελεστής, που δείχνει κάποια σχέση μεταξύ τιμών ή μετρήσεων ή μεταξύ...

Κοινωνικότητα, Ευρετήριο

Ψυχολογική Εγκυκλοπαίδεια

Χαρακτηριστικό που εκφράζει την κοινωνικότητα ενός ανθρώπου. Ένα κοινωνιόγραμμα, για παράδειγμα, παρέχει, μεταξύ άλλων μέτρων, μια αξιολόγηση της κοινωνικότητας των διαφορετικών μελών της ομάδας.

Επιλογή, Ευρετήριο

Ψυχολογική Εγκυκλοπαίδεια

Ένας τύπος για την εκτίμηση της ισχύος ενός συγκεκριμένου δοκιμαστικού ή δοκιμαστικού στοιχείου στη διάκριση των ατόμων μεταξύ τους.

Αξιοπιστία, Ευρετήριο

Ψυχολογική Εγκυκλοπαίδεια

Μια στατιστική που παρέχει μια εκτίμηση της συσχέτισης μεταξύ των πραγματικών τιμών που λαμβάνονται από μια δοκιμή και των θεωρητικά σωστών τιμών.

Αυτός ο δείκτης δίνεται ως η τιμή του r, όπου r είναι ο υπολογισμένος συντελεστής αξιοπιστίας.

Performance Forecasting, Index

Ψυχολογική Εγκυκλοπαίδεια

Μια μέτρηση του βαθμού στον οποίο η γνώση για μια μεταβλητή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να γίνουν προβλέψεις για μια άλλη μεταβλητή, δεδομένου ότι η συσχέτιση μεταξύ των μεταβλητών είναι γνωστή. Συνήθως σε συμβολική μορφή αυτό εκφράζεται ως E, ο δείκτης αντιπροσωπεύεται ως 1 -((...

Λέξεις, Ευρετήριο

Ψυχολογική Εγκυκλοπαίδεια

Ένας γενικός όρος για κάθε συστηματική συχνότητα εμφάνισης λέξεων στη γραπτή ή/και προφορική γλώσσα.

Συχνά τέτοιοι δείκτες περιορίζονται σε συγκεκριμένους γλωσσικούς τομείς, για παράδειγμα, σχολικά βιβλία της πρώτης τάξης, αλληλεπιδράσεις γονέα-παιδιού. Ωστόσο, οι εκτιμήσεις είναι γνωστές...

Δομές Σώματος, Ευρετήριο

Ψυχολογική Εγκυκλοπαίδεια

Η προτεινόμενη μέτρηση σώματος από τον Eysenck βασίζεται στην αναλογία ύψους προς περιφέρεια στήθους.

Εκείνοι των οποίων οι βαθμολογίες ήταν στο «κανονικό» εύρος ονομάζονταν μεσόμορφοι, εκείνοι που βρίσκονταν εντός τυπικής απόκλισης ή άνω του μέσου όρου ονομάζονταν λεπτόμορφοι και εκείνοι εντός τυπικής απόκλισης ή...

ΓΙΑ ΔΙΑΛΕΞΗ Νο 24

"ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ"

ΔΙΑΘΛΑΣΤΟΜΕΤΡΙΑ.

Βιβλιογραφία:

1. V.D. Ponomarev “Analytic Chemistry” 1983 246-251

2. Α.Α. Ishchenko “Analytic Chemistry” 2004 σελ. 181-184

ΔΙΑΘΛΑΣΤΟΜΕΤΡΙΑ.

Η διαθλασιμετρία είναι μια από τις απλούστερες φυσικές μεθόδους ανάλυσης με χρήση ελάχιστης ποσότητας αναλυόμενης ουσίας και πραγματοποιείται σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα.

Διαθλασιμετρία- μια μέθοδος που βασίζεται στο φαινόμενο της διάθλασης ή διάθλασης δηλ.

αλλαγή της κατεύθυνσης διάδοσης του φωτός όταν περνά από το ένα μέσο στο άλλο.

Η διάθλαση, καθώς και η απορρόφηση του φωτός, είναι συνέπεια της αλληλεπίδρασής του με το μέσο.

Η λέξη διαθλασιμετρία σημαίνει μέτρηση διάθλαση του φωτός, η οποία υπολογίζεται από την τιμή του δείκτη διάθλασης.

Τιμή δείκτη διάθλασης nΕξαρτάται

1) σχετικά με τη σύνθεση ουσιών και συστημάτων,

2) από το γεγονός σε ποια συγκέντρωση και ποια μόρια συναντά η δέσμη φωτός στο πέρασμά της, γιατί

Υπό την επίδραση του φωτός, τα μόρια διαφορετικών ουσιών πολώνονται διαφορετικά. Σε αυτή την εξάρτηση βασίζεται η διαθλασιμετρική μέθοδος.

Η μέθοδος αυτή έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα, με αποτέλεσμα να έχει ευρεία εφαρμογή τόσο στη χημική έρευνα όσο και στον έλεγχο τεχνολογικών διεργασιών.

1) Η μέτρηση των δεικτών διάθλασης είναι μια πολύ απλή διαδικασία που πραγματοποιείται με ακρίβεια και με ελάχιστο χρόνο και ποσότητα ουσίας.

2) Συνήθως, τα διαθλασίμετρα παρέχουν ακρίβεια έως και 10% στον προσδιορισμό του δείκτη διάθλασης του φωτός και της περιεκτικότητας της αναλυόμενης ουσίας

Η μέθοδος διαθλασιμετρίας χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της γνησιότητας και της καθαρότητας, για τον προσδιορισμό μεμονωμένων ουσιών και για τον προσδιορισμό της δομής οργανικών και ανόργανων ενώσεων κατά τη μελέτη διαλυμάτων.

Η διαθλασιμετρία χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της σύνθεσης διαλυμάτων δύο συστατικών και για τριμερή συστήματα.

Φυσική βάση της μεθόδου

ΔΕΙΚΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ.

Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στην ταχύτητα διάδοσης του φωτός στα δύο, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόκλιση μιας ακτίνας φωτός από την αρχική της διεύθυνση όταν περνά από το ένα μέσο στο άλλο.

αυτά τα περιβάλλοντα.

Ας εξετάσουμε τη διάθλαση μιας δέσμης φωτός στο όριο οποιωνδήποτε δύο διαφανών μέσων I και II (Βλ.

Ρύζι.). Ας συμφωνήσουμε ότι το μέσο II έχει μεγαλύτερη διαθλαστική ισχύ και, επομένως, n1Και n2— δείχνει τη διάθλαση του αντίστοιχου μέσου. Εάν το μέσο Ι δεν είναι το κενό ή ο αέρας, τότε ο λόγος της γωνίας πρόσπτωσης της δέσμης φωτός προς τη γωνία διάθλασης αμαρτίας θα δώσει την τιμή του σχετικού δείκτη διάθλασης n rel. Αξία n σχέση.

Ποιος είναι ο δείκτης διάθλασης του γυαλιού; Και πότε πρέπει να το μάθετε;

μπορεί επίσης να οριστεί ως ο λόγος των δεικτών διάθλασης των υπό εξέταση μέσων.

notrel. = —— = —

Η τιμή του δείκτη διάθλασης εξαρτάται από

1) φύση των ουσιών

Η φύση της ουσίας σε αυτή την περίπτωση καθορίζεται από τον βαθμό παραμόρφωσης των μορίων της υπό την επίδραση του φωτός - ο βαθμός πόλωσης.

Όσο πιο έντονη είναι η πολικότητα, τόσο ισχυρότερη είναι η διάθλαση του φωτός.

2)μήκος κύματος προσπίπτοντος φωτός

Η μέτρηση του δείκτη διάθλασης πραγματοποιείται σε μήκος κύματος φωτός 589,3 nm (γραμμή D του φάσματος νατρίου).

Η εξάρτηση του δείκτη διάθλασης από το μήκος κύματος του φωτός ονομάζεται διασπορά.

Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάθλαση. Επομένως, ακτίνες διαφορετικού μήκους κύματος διαθλώνται διαφορετικά.

3)θερμοκρασία , στο οποίο πραγματοποιείται η μέτρηση. Απαραίτητη προϋπόθεση για τον προσδιορισμό του δείκτη διάθλασης είναι η συμμόρφωση με το καθεστώς θερμοκρασίας. Συνήθως ο προσδιορισμός γίνεται στους 20±0,30C.

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, ο δείκτης διάθλασης μειώνεται· όσο μειώνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται..

Η διόρθωση για τις επιδράσεις θερμοκρασίας υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

nt=n20+ (20-t) 0,0002, όπου

nt -Αντίο δείκτη διάθλασης σε δεδομένη θερμοκρασία,

n20-Δείκτης διάθλασης στους 200C

Η επίδραση της θερμοκρασίας στις τιμές των δεικτών διάθλασης αερίων και υγρών σχετίζεται με τις τιμές των ογκομετρικών συντελεστών διαστολής τους.

Ο όγκος όλων των αερίων και υγρών αυξάνεται όταν θερμαίνεται, η πυκνότητα μειώνεται και, κατά συνέπεια, ο δείκτης μειώνεται

Ο δείκτης διάθλασης που μετρήθηκε στους 200 C και ένα μήκος κύματος φωτός 589,3 nm ορίζεται από τον δείκτη nD20

Η εξάρτηση του δείκτη διάθλασης ενός ομοιογενούς συστήματος δύο συστατικών από την κατάστασή του καθορίζεται πειραματικά με τον προσδιορισμό του δείκτη διάθλασης για έναν αριθμό τυπικών συστημάτων (για παράδειγμα, διαλύματα), το περιεχόμενο των συστατικών στα οποία είναι γνωστό.

4) συγκέντρωση της ουσίας σε διάλυμα.

Για πολλά υδατικά διαλύματα ουσιών, οι δείκτες διάθλασης σε διαφορετικές συγκεντρώσεις και θερμοκρασίες μετρώνται αξιόπιστα και σε αυτές τις περιπτώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν βιβλία αναφοράς διαθλασιμετρικοί πίνακες.

Η πρακτική δείχνει ότι όταν η περιεκτικότητα σε διαλυμένη ουσία δεν υπερβαίνει το 10-20%, μαζί με τη γραφική μέθοδο, σε πολλές περιπτώσεις είναι δυνατή η χρήση γραμμική εξίσωση όπως:

n=no+FC,

n-δείκτη διάθλασης του διαλύματος,

όχιείναι ο δείκτης διάθλασης ενός καθαρού διαλύτη,

ντο— συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας, %

φά-εμπειρικός συντελεστής, η τιμή του οποίου βρίσκεται

με τον προσδιορισμό του δείκτη διάθλασης διαλυμάτων γνωστής συγκέντρωσης.

ΔΙΑΘΛΑΣΤΟΜΕΤΡΑ.

Τα διαθλασίμετρα είναι όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του δείκτη διάθλασης.

Υπάρχουν 2 τύποι αυτών των συσκευών: διαθλασίμετρο τύπου Abbe και τύπου Pulfrich. Και στις δύο περιπτώσεις, οι μετρήσεις βασίζονται στον προσδιορισμό της μέγιστης γωνίας διάθλασης. Στην πράξη, χρησιμοποιούνται διαθλασίμετρα διαφόρων συστημάτων: laboratory-RL, universal RL κ.λπ.

Ο δείκτης διάθλασης του απεσταγμένου νερού είναι n0 = 1,33299, αλλά πρακτικά αυτός ο δείκτης λαμβάνεται ως αναφορά ως n0 =1,333.

Η αρχή λειτουργίας των διαθλασίμετρων βασίζεται στον προσδιορισμό του δείκτη διάθλασης με τη μέθοδο της οριακής γωνίας (η γωνία ολικής ανάκλασης του φωτός).

Διαθλασίμετρο χειρός

Διαθλασίμετρο Abbe

Ο νόμος της διάθλασης του φωτός. Απόλυτοι και σχετικοί δείκτες διάθλασης (συντελεστές). Ολική εσωτερική αντανάκλαση

Ο νόμος της διάθλασης του φωτόςκαθιερώθηκε πειραματικά τον 17ο αιώνα. Καθώς το φως περνά από το ένα διαφανές μέσο στο άλλο, η κατεύθυνση του φωτός μπορεί να αλλάξει. Η αλλαγή στην κατεύθυνση του φωτός στα όρια διαφορετικών μέσων ονομάζεται διάθλαση του φωτός. Ως αποτέλεσμα της διάθλασης, εμφανίζεται μια φαινομενική αλλαγή στο σχήμα του αντικειμένου. (παράδειγμα: κουτάλι σε ένα ποτήρι νερό). Νόμος της διάθλασης του φωτός: Στο όριο δύο μέσων, η διαθλασμένη ακτίνα βρίσκεται στο επίπεδο πρόσπτωσης και σχηματίζει, με την κανονική στη διεπιφάνεια να έχει αποκατασταθεί στο σημείο πρόσπτωσης, μια γωνία διάθλασης τέτοια ώστε: =n 1-πρόσπτωση, 2-αντανάκλαση, n-δείκτης διάθλασης (f. Snelius) - σχετικός δείκτηςΟ δείκτης διάθλασης μιας ακτίνας που προσπίπτει σε ένα μέσο από το χώρο χωρίς αέρα ονομάζεται δικός του απόλυτος δείκτης διάθλασης.Η γωνία πρόσπτωσης στην οποία η διαθλασμένη δέσμη αρχίζει να ολισθαίνει κατά μήκος της διεπαφής μεταξύ δύο μέσων χωρίς να μετακινείται σε οπτικά πυκνότερο μέσο – περιοριστική γωνία ολικής εσωτερικής ανάκλασης. Ολική εσωτερική αντανάκλαση- εσωτερική ανάκλαση, υπό την προϋπόθεση ότι η γωνία πρόσπτωσης υπερβαίνει μια ορισμένη κρίσιμη γωνία. Σε αυτή την περίπτωση, το προσπίπτον κύμα ανακλάται πλήρως και η τιμή του συντελεστή ανάκλασης υπερβαίνει τις υψηλότερες τιμές του για γυαλισμένες επιφάνειες. Η ανάκλαση της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης είναι ανεξάρτητη από το μήκος κύματος. Στην οπτική, αυτό το φαινόμενο παρατηρείται για ένα ευρύ φάσμα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, συμπεριλαμβανομένου του εύρους των ακτίνων Χ. Στη γεωμετρική οπτική, το φαινόμενο εξηγείται στο πλαίσιο του νόμου του Snell. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η γωνία διάθλασης δεν μπορεί να υπερβαίνει τις 90°, βρίσκουμε ότι σε μια γωνία πρόσπτωσης της οποίας το ημίτονο είναι μεγαλύτερο από την αναλογία του μικρότερου δείκτη διάθλασης προς τον μεγαλύτερο δείκτη, το ηλεκτρομαγνητικό κύμα πρέπει να ανακλάται πλήρως στο πρώτο μέσο. Παράδειγμα: Η λαμπερή λάμψη πολλών φυσικών κρυστάλλων, και ιδιαίτερα των κομμένων πολύτιμων και ημιπολύτιμων λίθων, εξηγείται από την ολική εσωτερική αντανάκλαση, ως αποτέλεσμα της οποίας κάθε ακτίνα που εισέρχεται στον κρύσταλλο σχηματίζει έναν μεγάλο αριθμό αρκετά φωτεινών ακτίνων που αναδύονται, χρωματισμένες ως αποτέλεσμα διασποράς.

Τομείς εφαρμογής της διαθλασιμετρίας.

Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας του διαθλασίμετρου IRF-22.

Η έννοια του δείκτη διάθλασης.

Σχέδιο

Διαθλασιμετρία. Χαρακτηριστικά και ουσία της μεθόδου.

Για τον εντοπισμό ουσιών και τον έλεγχο της καθαρότητάς τους, χρησιμοποιούν

δημιουργός διάθλασης.

Δείκτης διάθλασης μιας ουσίας- τιμή ίση με την αναλογία των ταχυτήτων φάσης του φωτός (ηλεκτρομαγνητικά κύματα) στο κενό και σε ένα ορατό μέσο.

Ο δείκτης διάθλασης εξαρτάται από τις ιδιότητες της ουσίας και το μήκος κύματος

ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Λόγος του ημιτόνου της γωνίας πρόσπτωσης σε σχέση με

η κανονική που σύρεται στο επίπεδο διάθλασης (α) της ακτίνας προς το ημίτονο της γωνίας διάθλασης

Η διάθλαση (β) όταν μια ακτίνα περνά από το μέσο Α στο μέσο Β ονομάζεται σχετικός δείκτης διάθλασης για αυτό το ζεύγος μέσων.

Η τιμή n είναι ο σχετικός δείκτης διάθλασης του μέσου Β σύμφωνα με

σχέση με το περιβάλλον Α, και

Σχετικός δείκτης διάθλασης του μέσου Α σε σχέση με

Ο δείκτης διάθλασης μιας ακτίνας που προσπίπτει σε ένα μέσο από ένα airless

ο χώρος ονομάζεται απόλυτος δείκτης διάθλασής του ή

απλά ο δείκτης διάθλασης ενός δεδομένου μέσου (Πίνακας 1).

Πίνακας 1 - Δείκτες διάθλασης διαφόρων μέσων

Τα υγρά έχουν δείκτη διάθλασης στην περιοχή 1,2-1,9. Στερεός

ουσίες 1,3-4,0. Ορισμένα ορυκτά δεν έχουν ακριβή αξία

για διάθλαση. Η αξία του είναι σε κάποιο «δίκρανο» και καθορίζει

λόγω της παρουσίας ακαθαρσιών στην κρυσταλλική δομή, η οποία καθορίζει το χρώμα

κρύσταλλο.

Η αναγνώριση ενός ορυκτού από το "χρώμα" είναι δύσκολη. Έτσι, το ορυκτό κορούνδιο υπάρχει με τη μορφή ρουμπίνι, ζαφείρι, λευκοσαπφείρι, που διαφέρει σε

δείκτη διάθλασης και χρώμα. Τα κόκκινα κορούνδια ονομάζονται ρουμπίνια

(ακαθαρσία χρωμίου), άχρωμο μπλε, γαλάζιο, ροζ, κίτρινο, πράσινο,

βιολέτα - ζαφείρια (προσμίξεις κοβαλτίου, τιτανίου κ.λπ.). Ελαφρά χρωματισμένο

τα λευκά ζαφείρια ή το άχρωμο κορούνδιο ονομάζονται λευκοσαφείρια (ευρέως

χρησιμοποιείται στην οπτική ως φίλτρο). Ο δείκτης διάθλασης αυτών των κρυστάλλων

χάλυβας βρίσκεται στο εύρος 1.757-1.778 και αποτελεί τη βάση για την αναγνώριση

Εικόνα 3.1 – Ρουμπίνι Εικόνα 3.2 – Μπλε ζαφείρι

Τα οργανικά και ανόργανα υγρά έχουν επίσης χαρακτηριστικές τιμές δείκτη διάθλασης που τα χαρακτηρίζουν ως χημικά

Ρωσικές ενώσεις και η ποιότητα της σύνθεσής τους (Πίνακας 2):

Πίνακας 2 - Δείκτες διάθλασης ορισμένων υγρών στους 20 °C

4.2. Διαθλασιμετρία: έννοια, αρχή.

Μια μέθοδος για τη μελέτη ουσιών που βασίζεται στον προσδιορισμό ενός δείκτη

Ο (δείκτης) της διάθλασης (διάθλασης) ονομάζεται διαθλασιμετρία (από

λατ. refractus - διαθλώμενος και ελλην. μετρέω - μετράω). Διαθλασιμετρία

(διαθλασιμετρική μέθοδος) χρησιμοποιείται για την ταυτοποίηση χημικών

ενώσεις, ποσοτική και δομική ανάλυση, προσδιορισμός της φυσικής

χημικές παραμέτρους ουσιών. Εφαρμόστηκε η αρχή της διαθλασιμετρίας

στα διαθλασίμετρα Abbe, απεικονίζεται στο Σχήμα 1.

Εικόνα 1 - Αρχή διαθλασιμετρίας

Το μπλοκ πρίσματος Abbe αποτελείται από δύο ορθογώνια πρίσματα: τον φωτισμό

τελική και μετρητική, διπλωμένη από όψεις υποτείνουσας. Φωτιστής-

Αυτό το πρίσμα έχει μια τραχιά (ματ) όψη υποτείνουσας και προορίζεται

chen για φωτισμό δείγματος υγρού τοποθετημένου ανάμεσα στα πρίσματα.

Το σκεδαζόμενο φως διέρχεται από ένα επίπεδο-παράλληλο στρώμα του υπό μελέτη υγρού και, αφού διαθλάται στο υγρό, πέφτει στο πρίσμα μέτρησης. Το πρίσμα μέτρησης είναι κατασκευασμένο από οπτικά πυκνό γυαλί (βαρύς πυριτόλιθος) και έχει δείκτη διάθλασης μεγαλύτερο από 1,7. Για το λόγο αυτό, το διαθλασίμετρο Abbe μετρά n τιμές μικρότερες από 1,7. Η αύξηση του εύρους μέτρησης του δείκτη διάθλασης μπορεί να επιτευχθεί μόνο με την αντικατάσταση του πρίσματος μέτρησης.

Το δείγμα δοκιμής χύνεται στην επιφάνεια της υποτείνουσας του πρίσματος μέτρησης και πιέζεται με ένα φωτιστικό πρίσμα. Σε αυτή την περίπτωση, παραμένει ένα κενό 0,1-0,2 mm μεταξύ των πρισμάτων στα οποία βρίσκεται το δείγμα και μέσω

που διέρχεται από το διαθλασμένο φως. Για τη μέτρηση του δείκτη διάθλασης

χρησιμοποιήστε το φαινόμενο της συνολικής εσωτερικής αντανάκλασης. Βρίσκεται μέσα

Επόμενο.

Εάν οι ακτίνες 1, 2, 3 πέφτουν στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων, τότε ανάλογα

ανάλογα με τη γωνία πρόσπτωσης κατά την παρατήρησή τους στο διαθλαστικό μέσο θα είναι

Υπάρχει μια μετάβαση μεταξύ περιοχών διαφορετικού φωτισμού. Είναι συνδεδεμένο

με κάποιο μέρος του φωτός να πέφτει στο όριο της διάθλασης σε γωνία κοντά στο

kim έως 90° σε σχέση με την κανονική (δοκός 3). (Σχήμα 2).

Εικόνα 2 – Εικόνα διαθλώμενων ακτίνων

Αυτό το τμήμα των ακτίνων δεν αντανακλάται και επομένως σχηματίζει ένα ελαφρύτερο περιβάλλον.

ισχύς κατά τη διάθλαση. Οι ακτίνες με μικρότερες γωνίες βιώνουν επίσης ανάκλαση

και διάθλαση. Ως εκ τούτου, σχηματίζεται μια περιοχή με λιγότερο φωτισμό. Σε όγκο

Η οριακή γραμμή της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης είναι ορατή στο φακό, η θέση

που εξαρτάται από τις διαθλαστικές ιδιότητες του δείγματος.

Η εξάλειψη του φαινομένου της διασποράς (χρωματισμός της διεπαφής μεταξύ δύο περιοχών φωτισμού στα χρώματα του ουράνιου τόξου λόγω της χρήσης σύνθετου λευκού φωτός στα διαθλασίμετρα Abbe) επιτυγχάνεται με τη χρήση δύο πρισμάτων Amici στον αντισταθμιστή, τα οποία είναι τοποθετημένα στο τηλεσκόπιο . Ταυτόχρονα, μια ζυγαριά προβάλλεται στον φακό (Εικόνα 3). Για ανάλυση αρκεί 0,05 ml υγρού.

Εικόνα 3 - Προβολή μέσω του προσοφθάλμιου διαθλασίμετρου. (Η σωστή κλίμακα αντανακλά

συγκέντρωση του μετρούμενου συστατικού σε ppm)

Εκτός από την ανάλυση δειγμάτων ενός συστατικού,

συστήματα δύο συστατικών (υδατικά διαλύματα, διαλύματα ουσιών στα οποία

ή διαλύτης). Σε ιδανικά συστήματα δύο συστατικών (διαμόρφωση

χωρίς να αλλάζει ο όγκος και η πολικότητα των εξαρτημάτων), δείχνει η εξάρτηση

Η εξάρτηση της διάθλασης από τη σύνθεση είναι σχεδόν γραμμική εάν η σύνθεση εκφράζεται σε

κλάσματα όγκου (ποσοστό)

όπου: n, n1, n2 - δείκτες διάθλασης του μείγματος και των συστατικών,

Τα V1 και V2 είναι τα κλάσματα όγκου των συστατικών (V1 + V2 = 1).

Η επίδραση της θερμοκρασίας στον δείκτη διάθλασης προσδιορίζεται από δύο

παράγοντες: μεταβολή του αριθμού των υγρών σωματιδίων ανά μονάδα όγκου και

την εξάρτηση της πολωσιμότητας των μορίων από τη θερμοκρασία. Ο δεύτερος παράγοντας έγινε

γίνεται σημαντική μόνο με πολύ μεγάλες αλλαγές θερμοκρασίας.

Ο συντελεστής θερμοκρασίας του δείκτη διάθλασης είναι ανάλογος του συντελεστή θερμοκρασίας της πυκνότητας. Δεδομένου ότι όλα τα υγρά διαστέλλονται όταν θερμαίνονται, οι δείκτες διάθλασής τους μειώνονται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Ο συντελεστής θερμοκρασίας εξαρτάται από τη θερμοκρασία του υγρού, αλλά σε μικρά διαστήματα θερμοκρασίας μπορεί να θεωρηθεί σταθερός. Για το λόγο αυτό, τα περισσότερα διαθλασίμετρα δεν διαθέτουν έλεγχο θερμοκρασίας, αλλά ορισμένα σχέδια παρέχουν

θερμοστάτης νερού.

Η γραμμική παρέκταση του δείκτη διάθλασης με αλλαγές θερμοκρασίας είναι αποδεκτή για μικρές διαφορές θερμοκρασίας (10 – 20°C).

Ο ακριβής προσδιορισμός του δείκτη διάθλασης σε μεγάλα εύρη θερμοκρασιών πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας εμπειρικούς τύπους της μορφής:

nt=n0+at+bt2+…

Για διαθλασιμετρία διαλυμάτων σε μεγάλα εύρη συγκεντρώσεων

χρησιμοποιήστε πίνακες ή εμπειρικούς τύπους. Εμφάνιση εξάρτησης -

δείκτης διάθλασης υδατικών διαλυμάτων ορισμένων ουσιών ανάλογα με τη συγκέντρωση

είναι κοντά στο γραμμικό και καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό των συγκεντρώσεων αυτών των ουσιών σε

νερό σε μεγάλα εύρη συγκεντρώσεων (Εικόνα 4) χρησιμοποιώντας διάθλαση

τόμετρα.

Εικόνα 4 - Δείκτης διάθλασης ορισμένων υδατικών διαλυμάτων

Συνήθως n υγρά και στερεά σώματα προσδιορίζονται με διαθλασίμετρα με ακρίβεια

έως 0,0001. Τα πιο συνηθισμένα είναι τα διαθλασίμετρα Abbe (Εικόνα 5) με μπλοκ πρίσματος και αντισταθμιστές διασποράς, τα οποία επιτρέπουν τον προσδιορισμό της nD σε «λευκό» φως χρησιμοποιώντας μια κλίμακα ή ψηφιακό δείκτη.

Εικόνα 5 - Διαθλασίμετρο Abbe (IRF-454; IRF-22)

Ας στραφούμε σε μια πιο λεπτομερή εξέταση του δείκτη διάθλασης, τον οποίο εισαγάγαμε στην §81 κατά τη διατύπωση του νόμου της διάθλασης.

Ο δείκτης διάθλασης εξαρτάται από τις οπτικές ιδιότητες τόσο του μέσου από το οποίο πέφτει η δέσμη όσο και του μέσου στο οποίο διεισδύει. Ο δείκτης διάθλασης που προκύπτει όταν το φως από ένα κενό πέφτει σε οποιοδήποτε μέσο ονομάζεται απόλυτος δείκτης διάθλασης αυτού του μέσου.

Ρύζι. 184. Σχετικός δείκτης διάθλασης δύο μέσων:

Έστω ο απόλυτος δείκτης διάθλασης του πρώτου μέσου και αυτός του δεύτερου μέσου - . Λαμβάνοντας υπόψη τη διάθλαση στο όριο του πρώτου και του δεύτερου μέσου, βεβαιωνόμαστε ότι ο δείκτης διάθλασης κατά τη μετάβαση από το πρώτο μέσο στο δεύτερο, ο λεγόμενος σχετικός δείκτης διάθλασης, είναι ίσος με την αναλογία των απόλυτων δεικτών διάθλασης του δεύτερο και πρώτο μέσο:

(Εικ. 184). Αντίθετα, όταν περνάμε από το δεύτερο μέσο στο πρώτο, έχουμε σχετικό δείκτη διάθλασης

Η καθιερωμένη σύνδεση μεταξύ του σχετικού δείκτη διάθλασης δύο μέσων και των απόλυτων δεικτών διάθλασής τους θα μπορούσε να προκύψει θεωρητικά, χωρίς νέα πειράματα, όπως ακριβώς αυτό μπορεί να γίνει για τον νόμο της αναστρεψιμότητας (§82).

Ένα μέσο με υψηλότερο δείκτη διάθλασης ονομάζεται οπτικά πυκνότερο. Συνήθως μετράται ο δείκτης διάθλασης διαφόρων μέσων σε σχέση με τον αέρα. Ο απόλυτος δείκτης διάθλασης του αέρα είναι . Έτσι, ο απόλυτος δείκτης διάθλασης οποιουδήποτε μέσου σχετίζεται με τον δείκτη διάθλασής του σε σχέση με τον αέρα από τον τύπο

Πίνακας 6. Δείκτης διάθλασης διαφόρων ουσιών σε σχέση με τον αέρα

Ο δείκτης διάθλασης εξαρτάται από το μήκος κύματος του φωτός, δηλαδή από το χρώμα του. Διαφορετικά χρώματα αντιστοιχούν σε διαφορετικούς δείκτες διάθλασης. Αυτό το φαινόμενο, που ονομάζεται διασπορά, παίζει σημαντικό ρόλο στην οπτική. Με αυτό το φαινόμενο θα ασχοληθούμε επανειλημμένα σε επόμενα κεφάλαια. Τα στοιχεία που δίνονται στον πίνακα. 6, ανατρέξτε στο κίτρινο φως.

Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι ο νόμος της ανάκλασης μπορεί να γραφτεί επίσημα με την ίδια μορφή με τον νόμο της διάθλασης. Ας θυμηθούμε ότι συμφωνήσαμε να μετράμε πάντα τις γωνίες από την κάθετη προς την αντίστοιχη ακτίνα. Επομένως, πρέπει να θεωρήσουμε ότι η γωνία πρόσπτωσης και η γωνία ανάκλασης έχουν αντίθετα πρόσημα, δηλ. ο νόμος της ανάκλασης μπορεί να γραφτεί ως

Συγκρίνοντας το (83.4) με το νόμο της διάθλασης, βλέπουμε ότι ο νόμος της ανάκλασης μπορεί να θεωρηθεί ως ειδική περίπτωση του νόμου της διάθλασης στο . Αυτή η τυπική ομοιότητα των νόμων της ανάκλασης και της διάθλασης έχει μεγάλο όφελος στην επίλυση πρακτικών προβλημάτων.

Στην προηγούμενη παρουσίαση, ο δείκτης διάθλασης είχε την έννοια της σταθεράς του μέσου, ανεξάρτητα από την ένταση του φωτός που διέρχεται από αυτό. Αυτή η ερμηνεία του δείκτη διάθλασης είναι αρκετά φυσική, αλλά στην περίπτωση υψηλών εντάσεων ακτινοβολίας, που μπορεί να επιτευχθεί με σύγχρονα λέιζερ, δεν δικαιολογείται. Οι ιδιότητες του μέσου από το οποίο διέρχεται ισχυρή φωτεινή ακτινοβολία εξαρτώνται σε αυτή την περίπτωση από την έντασή του. Όπως λένε, το περιβάλλον γίνεται μη γραμμικό. Η μη γραμμικότητα του μέσου εκδηλώνεται, ειδικότερα, στο γεγονός ότι ένα φωτεινό κύμα υψηλής έντασης αλλάζει τον δείκτη διάθλασης. Η εξάρτηση του δείκτη διάθλασης από την ένταση της ακτινοβολίας έχει τη μορφή

Εδώ είναι ο συνήθης δείκτης διάθλασης, και είναι ο μη γραμμικός δείκτης διάθλασης, και είναι ο παράγοντας αναλογικότητας. Ο πρόσθετος όρος σε αυτόν τον τύπο μπορεί να είναι είτε θετικός είτε αρνητικός.

Οι σχετικές αλλαγές στον δείκτη διάθλασης είναι σχετικά μικρές. Στο μη γραμμικός δείκτης διάθλασης. Ωστόσο, ακόμη και τέτοιες μικρές αλλαγές στον δείκτη διάθλασης είναι αισθητές: εκδηλώνονται σε ένα ιδιόμορφο φαινόμενο αυτοεστίασης του φωτός.

Ας εξετάσουμε ένα μέσο με θετικό μη γραμμικό δείκτη διάθλασης. Σε αυτή την περίπτωση, περιοχές αυξημένης έντασης φωτός είναι ταυτόχρονα περιοχές αυξημένου δείκτη διάθλασης. Τυπικά, στην πραγματική ακτινοβολία λέιζερ, η κατανομή της έντασης στη διατομή μιας δέσμης ακτίνων είναι ανομοιόμορφη: η ένταση είναι μέγιστη κατά μήκος του άξονα και μειώνεται ομαλά προς τα άκρα της δέσμης, όπως φαίνεται στο Σχήμα. 185 συμπαγείς καμπύλες. Μια παρόμοια κατανομή περιγράφει επίσης τη μεταβολή του δείκτη διάθλασης σε όλη τη διατομή ενός στοιχείου με ένα μη γραμμικό μέσο κατά μήκος του άξονα του οποίου διαδίδεται η δέσμη λέιζερ. Ο δείκτης διάθλασης, ο οποίος είναι μεγαλύτερος κατά μήκος του άξονα της κυψελίδας, μειώνεται ομαλά προς τα τοιχώματά της (διακεκομμένες καμπύλες στην Εικ. 185).

Μια δέσμη ακτίνων που αφήνει το λέιζερ παράλληλη προς τον άξονα, εισερχόμενη σε ένα μέσο με μεταβλητό δείκτη διάθλασης, εκτρέπεται προς την κατεύθυνση όπου είναι μεγαλύτερο. Επομένως, η αυξημένη ένταση κοντά στην κυψελίδα οδηγεί σε συγκέντρωση ακτίνων φωτός σε αυτή την περιοχή, που φαίνεται σχηματικά σε διατομές και στο Σχ. 185, και αυτό οδηγεί σε περαιτέρω αύξηση. Τελικά, η αποτελεσματική διατομή μιας δέσμης φωτός που διέρχεται από ένα μη γραμμικό μέσο μειώνεται σημαντικά. Το φως διέρχεται από ένα στενό κανάλι με υψηλό δείκτη διάθλασης. Έτσι, η δέσμη λέιζερ των ακτίνων στενεύει και το μη γραμμικό μέσο, ​​υπό την επίδραση της έντονης ακτινοβολίας, λειτουργεί ως συλλεκτικός φακός. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αυτοσυγκέντρωση. Μπορεί να παρατηρηθεί, για παράδειγμα, σε υγρό νιτροβενζόλιο.

Ρύζι. 185. Κατανομή της έντασης της ακτινοβολίας και του δείκτη διάθλασης στη διατομή μιας δέσμης ακτίνων λέιζερ στην είσοδο της κυψελίδας (a), κοντά στο άκρο εισόδου (), στη μέση (), κοντά στο άκρο εξόδου της κυβέτας ( )

Μάθημα 25/III-1 Διάδοση του φωτός σε διάφορα μέσα. Διάθλαση φωτός στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων.

Εκμάθηση νέου υλικού.

Μέχρι τώρα, εξετάζαμε τη διάδοση του φωτός σε ένα μέσο, ​​ως συνήθως - στον αέρα. Το φως μπορεί να διαδοθεί σε διάφορα μέσα: μετακινηθείτε από το ένα μέσο στο άλλο. Στα σημεία πρόσπτωσης, οι ακτίνες όχι μόνο αντανακλώνται από την επιφάνεια, αλλά και εν μέρει διέρχονται από αυτήν. Τέτοιες μεταβάσεις προκαλούν πολλά όμορφα και ενδιαφέροντα φαινόμενα.

Η αλλαγή της κατεύθυνσης διάδοσης του φωτός που διέρχεται από τα όρια δύο μέσων ονομάζεται διάθλαση του φωτός.

Μέρος της δέσμης φωτός που προσπίπτει στη διεπαφή μεταξύ δύο διαφανών μέσων ανακλάται και μέρος περνά στο άλλο μέσο. Σε αυτή την περίπτωση, η κατεύθυνση της δέσμης φωτός που έχει περάσει σε άλλο μέσο αλλάζει. Επομένως, το φαινόμενο ονομάζεται διάθλαση και η ακτίνα λέγεται διάθλαση.

1 – προσπίπτουσα δέσμη

2 – ανακλώμενη δέσμη

3 – διαθλασμένη ακτίνα α β

OO 1 – διεπαφή μεταξύ δύο μέσων

MN - κάθετη O O 1

Η γωνία που σχηματίζεται από την ακτίνα και είναι κάθετη στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο μέσων, χαμηλωμένη στο σημείο πρόσπτωσης της ακτίνας, ονομάζεται γωνία διάθλασης γ (γάμα).

Το φως στο κενό ταξιδεύει με ταχύτητα 300.000 km/s. Σε οποιοδήποτε μέσο, ​​η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα μικρότερη από ό,τι στο κενό. Επομένως, όταν το φως περνά από το ένα μέσο στο άλλο, η ταχύτητά του μειώνεται και αυτό προκαλεί τη διάθλαση του φωτός. Όσο μικρότερη είναι η ταχύτητα διάδοσης του φωτός σε ένα δεδομένο μέσο, ​​τόσο μεγαλύτερη είναι η οπτική πυκνότητα αυτού του μέσου. Για παράδειγμα, ο αέρας έχει μεγαλύτερη οπτική πυκνότητα από το κενό, επειδή η ταχύτητα του φωτός στον αέρα είναι ελαφρώς χαμηλότερη από ό,τι στο κενό. Η οπτική πυκνότητα του νερού είναι μεγαλύτερη από την οπτική πυκνότητα του αέρα γιατί η ταχύτητα του φωτός στον αέρα είναι μεγαλύτερη από ό,τι στο νερό.

Όσο περισσότερο διαφέρουν οι οπτικές πυκνότητες δύο μέσων, τόσο περισσότερο φως διαθλάται στη διεπαφή τους. Όσο περισσότερο αλλάζει η ταχύτητα του φωτός στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων, τόσο περισσότερο διαθλάται.

Για κάθε διαφανή ουσία υπάρχει ένα τόσο σημαντικό φυσικό χαρακτηριστικό όπως ο δείκτης διάθλασης του φωτός n.Δείχνει πόσες φορές η ταχύτητα του φωτός σε μια δεδομένη ουσία είναι μικρότερη από ό,τι στο κενό.

Δείκτης διάθλασης φωτός

Η αναλογία μεταξύ της γωνίας πρόσπτωσης και της γωνίας διάθλασης εξαρτάται από την οπτική πυκνότητα κάθε μέσου. Εάν μια ακτίνα φωτός περάσει από ένα μέσο με μικρότερη οπτική πυκνότητα σε ένα μέσο με μεγαλύτερη οπτική πυκνότητα, τότε η γωνία διάθλασης θα είναι μικρότερη από τη γωνία πρόσπτωσης. Εάν μια ακτίνα φωτός προέρχεται από ένα μέσο με μεγαλύτερη οπτική πυκνότητα, τότε η γωνία διάθλασης θα είναι μικρότερη από τη γωνία πρόσπτωσης. Εάν μια ακτίνα φωτός περάσει από ένα μέσο με μεγαλύτερη οπτική πυκνότητα σε ένα μέσο με μικρότερη οπτική πυκνότητα, τότε η γωνία διάθλασης είναι μεγαλύτερη από τη γωνία πρόσπτωσης.

Δηλαδή, αν n 1 γ; αν n 1 >n 2 τότε α<γ.

Ο νόμος της διάθλασης του φωτός :

Η προσπίπτουσα δέσμη, η διαθλασμένη δέσμη και η κάθετη στη διεπαφή μεταξύ των δύο μέσων στο σημείο πρόσπτωσης της δέσμης βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.

Η σχέση μεταξύ της γωνίας πρόσπτωσης και της γωνίας διάθλασης καθορίζεται από τον τύπο.

όπου είναι το ημίτονο της γωνίας πρόσπτωσης και είναι το ημίτονο της γωνίας διάθλασης.

Η τιμή των ημιτόνων και των εφαπτομένων για γωνίες 0 – 900

Ο νόμος της διάθλασης του φωτός διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τον Ολλανδό αστρονόμο και μαθηματικό W. Snelius γύρω στο 1626, καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Leiden (1613).

Για τον 16ο αιώνα, η οπτική ήταν μια υπερσύγχρονη επιστήμη.Από μια γυάλινη μπάλα γεμάτη με νερό, η οποία χρησιμοποιήθηκε ως φακός, προέκυψε ένας μεγεθυντικός φακός. Και από αυτό επινόησαν ένα τηλεσκόπιο και ένα μικροσκόπιο. Εκείνη την εποχή, η Ολλανδία χρειαζόταν τηλεσκόπια για να δει την ακτή και να ξεφύγει από τους εχθρούς έγκαιρα. Ήταν η οπτική που εξασφάλιζε την επιτυχία και την αξιοπιστία της πλοήγησης. Ως εκ τούτου, στην Ολλανδία, πολλοί επιστήμονες ενδιαφέρθηκαν για την οπτική. Ο Ολλανδός Skel Van Rooyen (Snelius) παρατήρησε πώς μια λεπτή δέσμη φωτός αντανακλάται στον καθρέφτη. Μέτρησε τη γωνία πρόσπτωσης και τη γωνία ανάκλασης και καθόρισε: η γωνία ανάκλασης είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης. Κατέχει επίσης τους νόμους της ανάκλασης του φωτός. Συνήγαγε το νόμο της διάθλασης του φωτός.

Ας εξετάσουμε τον νόμο της διάθλασης του φωτός.

Περιέχει το σχετικό δείκτη διάθλασης του δεύτερου μέσου σε σχέση με το πρώτο, στην περίπτωση που το δεύτερο έχει μεγαλύτερη οπτική πυκνότητα. Εάν το φως διαθλάται και διέρχεται από ένα μέσο με μικρότερη οπτική πυκνότητα, τότε α< γ, тогда

Εάν το πρώτο μέσο είναι το κενό, τότε n 1 =1 τότε .

Αυτός ο δείκτης ονομάζεται απόλυτος δείκτης διάθλασης του δεύτερου μέσου:

όπου είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό, η ταχύτητα του φωτός σε ένα δεδομένο μέσο.

Συνέπεια της διάθλασης του φωτός στην ατμόσφαιρα της Γης είναι το γεγονός ότι βλέπουμε τον Ήλιο και τα αστέρια λίγο ψηλότερα από την πραγματική τους θέση. Η διάθλαση του φωτός μπορεί να εξηγήσει την εμφάνιση αντικατοπτρισμών, ουράνιων τόξων... το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός είναι η βάση της αρχής λειτουργίας των αριθμητικών οπτικών συσκευών: μικροσκόπιο, τηλεσκόπιο, κάμερα.