Obraťme se při formulaci zákona o lomu k podrobnější úvaze námi zavedeného indexu lomu v § 81.

Index lomu závisí na optických vlastnostech a prostředí, ze kterého paprsek dopadá, a prostředí, do kterého proniká. Index lomu získaný při dopadu světla z vakua na médium se nazývá absolutní index lomu tohoto média.

Rýže. 184. Relativní index lomu dvou prostředí:

Nechte absolutní index lomu první prostředí je a druhé prostředí - . Vzhledem k lomu na rozhraní prvního a druhého prostředí dbáme na to, aby index lomu při přechodu z prvního prostředí do druhého, tzv. relativní index lomu se rovná poměru absolutní indexy lomu druhého a prvního média:

(obr. 184). Naopak při přechodu z druhého prostředí do prvního máme relativní index lomu

Stanovená souvislost mezi relativním indexem lomu dvou prostředí a jejich absolutními indexy lomu by mohla být odvozena i teoreticky, bez nových experimentů, stejně jako to lze udělat pro zákon reverzibility (§82),

O médiu s vyšším indexem lomu se říká, že je opticky hustší. Obvykle se měří index lomu různých médií vzhledem ke vzduchu. Absolutní index lomu vzduchu je . Absolutní index lomu jakéhokoli média je tedy podle vzorce vztažen k jeho indexu lomu vzhledem ke vzduchu

Tabulka 6. Index lomu různých látek ve vztahu ke vzduchu

Tekutiny		Pevné látky
Látka		Látka
Ethanol
sirouhlík
Glycerol		Skleněná (světlá korunka)
kapalný vodík		Sklo (těžký pazourek)
kapalné helium

Index lomu závisí na vlnové délce světla, tedy na jeho barvě. Různé barvy odpovídají různým indexům lomu. Tento jev, nazývaný disperze, hraje důležitá role v optice. Tímto jevem se budeme opakovaně zabývat v dalších kapitolách. Údaje uvedené v tabulce. 6, viz žluté světlo.

Je zajímavé poznamenat, že zákon odrazu může být formálně zapsán ve stejné formě jako zákon lomu. Připomeňme, že jsme se dohodli, že budeme vždy měřit úhly od kolmice k odpovídajícímu paprsku. Úhel dopadu a úhel odrazu tedy musíme považovat za opačné znaménka, tzn. zákon odrazu lze napsat jako

Porovnáním (83.4) se zákonem lomu vidíme, že zákon odrazu lze považovat za speciální případ zákona lomu při . Tato formální podobnost mezi zákony odrazu a lomu je při řešení velmi užitečná praktické úkoly.

V předchozí prezentaci měl index lomu význam konstanty prostředí, nezávisle na intenzitě světla, které jím prochází. Taková interpretace indexu lomu je zcela přirozená, avšak v případě vysokých intenzit záření dosažitelných pomocí moderních laserů není opodstatněná. Vlastnosti prostředí, kterým silné světelné záření prochází, závisí v tomto případě na jeho intenzitě. Jak se říká, médium se stává nelineárním. Nelinearita prostředí se projevuje zejména tím, že světelná vlna vysoké intenzity mění index lomu. Závislost indexu lomu na intenzitě záření má tvar

Zde je obvyklý index lomu, a je nelineární index lomu a je faktor proporcionality. Dodatečný výraz v tomto vzorci může být kladný nebo záporný.

Relativní změny indexu lomu jsou relativně malé. Pro nelineární index lomu . I tak malé změny indexu lomu jsou však patrné: projevují se zvláštním fenoménem samozaostřování světla.

Uvažujme médium s kladným nelineárním indexem lomu. V tomto případě jsou oblasti se zvýšenou intenzitou světla současně oblastmi se zvýšeným indexem lomu. Obvykle je v reálném laserovém záření rozložení intenzity po průřezu paprsku nerovnoměrné: intenzita je maximální podél osy a plynule klesá směrem k okrajům paprsku, jak je znázorněno na obr. 185 plných křivek. Podobná distribuce také popisuje změnu indexu lomu na průřezu článku s nelineárním prostředím, podél jehož osy se laserový paprsek šíří. Index lomu, který je největší podél osy buňky, se směrem k jejím stěnám postupně snižuje (čárkované křivky na obr. 185).

Paprsek paprsků vycházející z laseru rovnoběžně s osou, dopadající do prostředí s proměnným indexem lomu, je vychylován ve směru, kde je větší. Proto zvýšená intenzita v blízkosti buňky OSP vede ke koncentraci světelných paprsků v této oblasti, což je schematicky znázorněno v řezech a na Obr. 185, což vede k dalšímu zvýšení . V konečném důsledku se účinný průřez světelného paprsku procházejícího nelineárním prostředím výrazně snižuje. Světlo prochází jakoby úzkým kanálem se zvýšeným indexem lomu. Laserový paprsek se tak zužuje a nelineární médium působí jako konvergující čočka působením intenzivního záření. Tento jev se nazývá sebezaostřování. Dá se pozorovat např. u kapalného nitrobenzenu.

Rýže. 185. Rozložení intenzity záření a indexu lomu na průřezu laserového svazku paprsků na vstupu do kyvety (a), poblíž vstupního konce (), uprostřed (), poblíž výstupního konce kyvety ( )

Obraťme se při formulaci zákona o lomu k podrobnější úvaze námi zavedeného indexu lomu v § 81.

Index lomu závisí na optických vlastnostech a prostředí, ze kterého paprsek dopadá, a prostředí, do kterého proniká. Index lomu získaný při dopadu světla z vakua na médium se nazývá absolutní index lomu tohoto média.

Rýže. 184. Relativní index lomu dvou prostředí:

Nechť absolutní index lomu prvního prostředí je a druhého prostředí - . Vzhledem k lomu na rozhraní prvního a druhého prostředí dbáme na to, aby index lomu při přechodu z prvního prostředí do druhého, tzv. relativní index lomu, byl roven poměru absolutních indexů lomu prostředí. druhé a první médium:

(obr. 184). Naopak při přechodu z druhého prostředí do prvního máme relativní index lomu

Stanovená souvislost mezi relativním indexem lomu dvou prostředí a jejich absolutními indexy lomu by mohla být odvozena i teoreticky, bez nových experimentů, stejně jako to lze udělat pro zákon reverzibility (§82),

O médiu s vyšším indexem lomu se říká, že je opticky hustší. Obvykle se měří index lomu různých médií vzhledem ke vzduchu. Absolutní index lomu vzduchu je . Absolutní index lomu jakéhokoli média je tedy podle vzorce vztažen k jeho indexu lomu vzhledem ke vzduchu

Tabulka 6. Index lomu různých látek ve vztahu ke vzduchu

Index lomu závisí na vlnové délce světla, tedy na jeho barvě. Různé barvy odpovídají různým indexům lomu. Tento jev, nazývaný disperze, hraje v optice důležitou roli. Tímto jevem se budeme opakovaně zabývat v dalších kapitolách. Údaje uvedené v tabulce. 6, viz žluté světlo.

Je zajímavé poznamenat, že zákon odrazu může být formálně zapsán ve stejné formě jako zákon lomu. Připomeňme, že jsme se dohodli, že budeme vždy měřit úhly od kolmice k odpovídajícímu paprsku. Úhel dopadu a úhel odrazu tedy musíme považovat za opačné znaménka, tzn. zákon odrazu lze napsat jako

Porovnáním (83.4) se zákonem lomu vidíme, že zákon odrazu lze považovat za speciální případ zákona lomu při . Tato formální podobnost mezi zákony odrazu a lomu je velmi užitečná při řešení praktických problémů.

V předchozí prezentaci měl index lomu význam konstanty prostředí, nezávisle na intenzitě světla, které jím prochází. Taková interpretace indexu lomu je zcela přirozená, avšak v případě vysokých intenzit záření dosažitelných pomocí moderních laserů není opodstatněná. Vlastnosti prostředí, kterým silné světelné záření prochází, závisí v tomto případě na jeho intenzitě. Jak se říká, médium se stává nelineárním. Nelinearita prostředí se projevuje zejména tím, že světelná vlna vysoké intenzity mění index lomu. Závislost indexu lomu na intenzitě záření má tvar

Zde je obvyklý index lomu, a je nelineární index lomu a je faktor proporcionality. Dodatečný výraz v tomto vzorci může být kladný nebo záporný.

Relativní změny indexu lomu jsou relativně malé. Pro nelineární index lomu . I tak malé změny indexu lomu jsou však patrné: projevují se zvláštním fenoménem samozaostřování světla.

Uvažujme médium s kladným nelineárním indexem lomu. V tomto případě jsou oblasti se zvýšenou intenzitou světla současně oblastmi se zvýšeným indexem lomu. Obvykle je v reálném laserovém záření rozložení intenzity po průřezu paprsku nerovnoměrné: intenzita je maximální podél osy a plynule klesá směrem k okrajům paprsku, jak je znázorněno na obr. 185 plných křivek. Podobná distribuce také popisuje změnu indexu lomu na průřezu článku s nelineárním prostředím, podél jehož osy se laserový paprsek šíří. Index lomu, který je největší podél osy buňky, se směrem k jejím stěnám postupně snižuje (čárkované křivky na obr. 185).

Paprsek paprsků vycházející z laseru rovnoběžně s osou, dopadající do prostředí s proměnným indexem lomu, je vychylován ve směru, kde je větší. Proto zvýšená intenzita v blízkosti buňky OSP vede ke koncentraci světelných paprsků v této oblasti, což je schematicky znázorněno v řezech a na Obr. 185, což vede k dalšímu zvýšení . V konečném důsledku se účinný průřez světelného paprsku procházejícího nelineárním prostředím výrazně snižuje. Světlo prochází jakoby úzkým kanálem se zvýšeným indexem lomu. Laserový paprsek se tak zužuje a nelineární médium působí jako konvergující čočka působením intenzivního záření. Tento jev se nazývá sebezaostřování. Dá se pozorovat např. u kapalného nitrobenzenu.

Rýže. 185. Rozložení intenzity záření a indexu lomu na průřezu laserového svazku paprsků na vstupu do kyvety (a), poblíž vstupního konce (), uprostřed (), poblíž výstupního konce kyvety ( )

Stanovení indexu lomu průhledných pevných látek

A tekutiny

Nástroje a příslušenství: mikroskop se světelným filtrem, planparalelní destička se značkou AB ve tvaru kříže; refraktometr značky "RL"; sada kapalin.

Cíl práce: určit indexy lomu skla a kapalin.

Stanovení indexu lomu skla pomocí mikroskopu

Pro stanovení indexu lomu průhledného tělesa se používá planparalelní deska z tohoto materiálu se značkou.

Značka se skládá ze dvou vzájemně kolmých škrábanců, z nichž jeden (A) je aplikován na spodní stranu a druhý (B) - na horní povrch desky. Destička je osvětlena monochromatickým světlem a zkoumána pod mikroskopem. Na
rýže. 4.7 znázorňuje řez zkoumanou deskou svislou rovinou.

Paprsky AD a AE jdou po lomu na rozhraní sklo-vzduch ve směrech DD1 a EE1 a dopadají do objektivu mikroskopu.

Pozorovatel, který se dívá na desku shora, vidí bod A v průsečíku pokračování paprsků DD1 a EE1, tzn. v bodě C.

Pozorovateli se tedy zdá bod A umístěný v bodě C. Nalezněme vztah mezi indexem lomu n materiálu desky, tloušťkou d a zdánlivou tloušťkou d1 desky.

4.7 je vidět, že VD \u003d BCtgi, BD \u003d ABtgr, odkud

tgi/tgr = AB/BC,

kde AB = d je tloušťka desky; BC = d1 zdánlivá tloušťka desky.

Pokud jsou úhly i a r malé, pak

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

těch. Sini/Sinr = d/dl.

Vezmeme-li v úvahu zákon lomu světla, získáme

Měření d/d1 se provádí pomocí mikroskopu.

Optické schéma mikroskopu se skládá ze dvou systémů: pozorovacího systému, který zahrnuje objektiv a okulár namontovaný v tubusu, a osvětlovacího systému, který se skládá ze zrcátka a odnímatelného světelného filtru. Zaostřování obrazu se provádí otáčením rukojetí umístěných na obou stranách tubusu.

Na ose pravé rukojeti je disk se stupnicí končetin.

Odečet b na končetině vzhledem k pevnému ukazovátku určuje vzdálenost h od objektivu k stolku mikroskopu:

Koeficient k udává, do jaké výšky se tubus mikroskopu posune při otočení rukojeti o 1°.

Průměr objektivu v tomto nastavení je malý ve srovnání se vzdáleností h, takže nejvzdálenější paprsek, který vstupuje do objektivu, svírá s optickou osou mikroskopu malý úhel i.

Úhel lomu r světla v desce je menší než úhel i, tzn. je také malý, což odpovídá stavu (4.5).

Zakázka

1. Umístěte destičku na stolek mikroskopu tak, aby byl průsečík tahů A a B (viz Obr.

Index lomu

4.7) byl v zorném poli.

2. Otáčením rukojeti zvedacího mechanismu zvedněte trubku do horní polohy.

3. Při pohledu do okuláru pomalu spouštějte tubus mikroskopu otáčením rukojeti, dokud v zorném poli nezískáte jasný obraz škrábance B na horním povrchu destičky. Zaznamenejte indikaci b1 končetiny, která je úměrná vzdálenosti h1 od objektivu mikroskopu k hornímu okraji destičky: h1 = kb1 (obr.

4. Plynule snižujte trubici, dokud nezískáte jasný obraz škrábance A, který se pozorovateli zdá být v bodě C. Zaznamenejte nový údaj b2 limbu. Vzdálenost h1 od objektivu k hornímu povrchu destičky je úměrná b2:
h2 = kb2 (obr. 4.8, b).

Vzdálenosti od bodů B a C k čočce jsou stejné, protože je pozorovatel vidí stejně jasně.

Posun trubky h1-h2 se rovná zdánlivé tloušťce desky (obr.

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

5. Změřte tloušťku desky d v průsečíku tahů. K tomu umístěte pomocnou skleněnou destičku 2 pod zkušební destičku 1 (obr. 4.9) a spusťte tubus mikroskopu, dokud se čočka nedotkne (mírně) zkušební destičky. Všimněte si označení končetiny a1. Vyjměte studovanou destičku a spusťte tubus mikroskopu, dokud se objektiv nedotkne destičky 2.

Označení poznámky a2.

Objektiv mikroskopu přitom klesne do výšky rovné tloušťce zkoumané desky, tzn.

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

6. Vypočtěte index lomu materiálu desky pomocí vzorce

n = d/dl = (al-a2)/(bl-b2). (4.10)

7. Všechna výše uvedená měření opakujte 3-5x, vypočítejte průměrnou hodnotu n, absolutní a relativní chyby rn a rn/n.

Stanovení indexu lomu kapalin pomocí refraktometru

Přístroje, které se používají ke stanovení indexů lomu, se nazývají refraktometry.

Celkový pohled a optický design RL refraktometr jsou znázorněny na Obr. 4.10 a 4.11.

Měření indexu lomu kapalin pomocí RL refraktometru je založeno na jevu lomu světla, které prošlo rozhraním mezi dvěma médii s různé ukazatele lom světla.

Světelný paprsek (obr.

4.11) ze zdroje 1 (žárovka nebo rozptýlené denní světlo) je pomocí zrcátka 2 nasměrováno okénkem v pouzdře přístroje na dvojitý hranol složený z hranolů 3 a 4, které jsou vyrobeny ze skla s indexem lomu z 1,540.

Povrch AA horního osvětlovacího hranolu 3 (obr.

4.12, a) je matný a slouží k osvětlení kapaliny rozptýleným světlem, uloženým v tenké vrstvě v mezeře mezi hranoly 3 a 4. Světlo rozptýlené matným povrchem 3 prochází planparalelní vrstvou zkoumané kapaliny. a dopadá na diagonální čelo výbušniny spodního hranolu 4 pod různými
úhly i od nuly do 90°.

Aby se zabránilo jevu totálního vnitřního odrazu světla na povrchu výbušniny, měl by být index lomu zkoumané kapaliny menší než index lomu skla hranolu 4, tzn.

méně než 1 540.

Paprsek světla s úhlem dopadu 90° se nazývá klouzavý paprsek.

Kluzný paprsek, lomený na rozhraní tekuté sklo, půjde v hranolu 4 pod mezním úhlem lomu r atd< 90о.

Lom klouzajícího paprsku v bodě D (viz obrázek 4.12, a) se řídí zákonem

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

nebo nzh = nstsinrpr, (4.12)

protože sinipr = 1.

Na povrchu BC hranolu 4 se světelné paprsky znovu lámou a poté

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4,13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

kde a je lomivý paprsek hranolu 4.

Společným řešením soustavy rovnic (4.12), (4.13), (4.14) můžeme získat vzorec, který dává do vztahu index lomu nzh studované kapaliny s mezním úhlem lomu r'pr paprsku, který se vynořil ze studované kapaliny. hranol 4:

Pokud je dalekohled umístěn v dráze paprsků vycházejících z hranolu 4, pak bude spodní část jeho zorného pole osvětlena a horní část tmavá. Rozhraní mezi světlými a tmavými poli je tvořeno paprsky s limitním úhlem lomu r¢pr. V tomto systému nejsou žádné paprsky s úhlem lomu menším než r¢pr (obr.

Hodnota r¢pr a poloha hranice šerosvitu tedy závisí pouze na indexu lomu nzh studované kapaliny, protože nst a a jsou v tomto zařízení konstantní hodnoty.

Se znalostí nst, a a r¢pr je možné vypočítat nzh pomocí vzorce (4.15). V praxi se pro kalibraci stupnice refraktometru používá vzorec (4.15).

Na stupnici 9 (viz

rýže. 4.11), hodnoty indexu lomu pro ld = 5893 Å jsou vyneseny vlevo. Před okulárem 10 - 11 je destička 8 se značkou (--).

Pohybem okuláru spolu s destičkou 8 po stupnici je možné dosáhnout vyrovnání značky s dělicí čárou mezi tmavým a světlým zorným polem.

Dělení stupnice 9, které se shoduje se značkou, udává hodnotu indexu lomu nzh zkoumané kapaliny. Objektiv 6 a okulár 10-11 tvoří dalekohled.

Rotační hranol 7 mění směr paprsku a směřuje jej do okuláru.

Díky disperzi skla a studované kapaliny se při pozorování v bílém světle místo jasné dělicí čáry mezi tmavými a jasnými poli získá duhový pruh. Pro eliminaci tohoto efektu je disperzní kompenzátor 5 instalován před čočkou dalekohledu. Hlavní částí kompenzátoru je hranol, který je slepený ze tří hranolů a může se otáčet vůči ose dalekohledu.

Úhly lomu hranolu a jejich materiál jsou voleny tak, aby jimi prošlo žluté světlo o vlnové délce ld = 5893 Å bez lomu. Je-li na dráze barevných paprsků instalován kompenzační hranol tak, že jeho rozptyl má stejnou velikost, ale opačného znaménka než rozptyl měřícího hranolu a kapaliny, bude celkový rozptyl roven nule. V tomto případě se paprsek světelných paprsků shromáždí do bílého paprsku, jehož směr se shoduje se směrem omezujícího žlutého paprsku.

Při rotaci kompenzačního hranolu tedy odpadá barva barevného odstínu. Spolu s hranolem 5 se rozptylovací rameno 12 otáčí vůči pevnému ukazovátku (viz obr. 4.10). Úhel natočení Z končetiny umožňuje posoudit hodnotu průměrné disperze zkoumané kapaliny.

Stupnice číselníku musí být odstupňovaná. Harmonogram je přiložen k instalaci.

Zakázka

1. Zvedněte hranol 3, dejte 2-3 kapky zkušební kapaliny na povrch hranolu 4 a spusťte hranol 3 (viz obr. 4.10).

3. Pomocí očního zaměřování dosáhněte ostrého obrazu stupnice a rozhraní mezi zornými poli.

4. Otočením rukojeti 12 kompenzátoru 5 zničte barevné zabarvení rozhraní mezi zornými poli.

Pohybem okuláru po stupnici vyrovnejte značku (—-) s okrajem tmavého a světlého pole a zaznamenejte hodnotu kapalného indexu.

6. Prozkoumejte navržený soubor kapalin a vyhodnoťte chybu měření.

7. Po každém měření otřete povrch hranolů filtračním papírem namočeným v destilované vodě.

Kontrolní otázky

Možnost 1

Definujte absolutní a relativní indexy lomu prostředí.

2. Nakreslete cestu paprsků rozhraním dvou prostředí (n2> n1, an2< n1).

3. Získejte vztah, který souvisí mezi indexem lomu n a tloušťkou da zdánlivou tloušťkou d¢ desky.

4. Úkol. Mezní úhel úplného vnitřního odrazu pro některé látky je 30°.

Najděte index lomu této látky.

Odpověď: n=2.

Možnost 2

1. Jaký je jev totální vnitřní reflexe?

2. Popište konstrukci a princip činnosti refraktometru RL-2.

3. Vysvětlete úlohu kompenzátoru v refraktometru.

4. Úkol. Žárovka se spustí ze středu kulatého voru do hloubky 10 m. Najděte minimální poloměr raftu, přičemž na hladinu by se neměl dostat jediný paprsek žárovky.

Odpověď: R = 11,3 m.

INDEX LOMU nebo REFRAKČNÍ KOEFICIENT, je abstraktní číslo charakterizující lomivost průhledného média. Index lomu se označuje latinským písmenem π a je definován jako poměr sinu úhlu dopadu k sinu úhlu lomu paprsku vstupujícího z dutiny do daného průhledného prostředí:

n = sin α/sin β = konst nebo jako poměr rychlosti světla v dutině k rychlosti světla v daném průhledném prostředí: n = c/νλ z dutiny do daného průhledného prostředí.

Index lomu je považován za míru optické hustoty média

Takto stanovený index lomu se nazývá absolutní index lomu, na rozdíl od relativního indexu lomu.

e. ukazuje, kolikrát se rychlost šíření světla zpomalí při průchodu jeho indexu lomu, který je určen poměrem sinu úhlu dopadu k sinu úhlu lomu při průchodu paprsku z prostředí 1 hustoty na médium jiné hustoty. Relativní index lomu je roven poměru absolutních indexů lomu: n = n2/n1, kde n1 a n2 jsou absolutní indexy lomu prvního a druhého prostředí.

Absolutní index lomu všech těles - pevných, kapalných i plynných - je větší než jedna a pohybuje se od 1 do 2, hodnotu 2 překračuje jen ojediněle.

Index lomu závisí jak na vlastnostech prostředí, tak na vlnové délce světla a roste s klesající vlnovou délkou.

Proto je písmenu p přiřazen index, který označuje, ke které vlnové délce se indikátor vztahuje.

INDEX LOMU

Například pro sklo TF-1 je index lomu v červené části spektra nC=1,64210 a ve fialové části nG’=1,67298.

Indexy lomu některých průhledných těles

Vzduch - 1,000292

Voda - 1 334

Éter - 1 358

Ethylalkohol - 1,363

Glycerin - 1,473

Organické sklo (plexisklo) - 1, 49

Benzen - 1,503

(Korunní sklo - 1,5163

Jedle (kanadská), balzám 1,54

Těžké korunkové sklo - 1, 61 26

Kamínkové sklo - 1,6164

Sirouhlík - 1,629

Skleněný těžký pazourek - 1, 64 75

Monobromonaftalen - 1,66

Sklo je nejtěžší pazourek - 1,92

Diamant - 2,42

Rozdíl v indexu lomu pro různé části spektra je příčinou chromatismu, tzn.

rozklad bílé světlo, kdy prochází refrakčními částmi - čočkami, hranoly atp.

Laboratoř #41

Stanovení indexu lomu kapalin pomocí refraktometru

Účel práce: stanovení indexu lomu kapalin metodou totálního vnitřního odrazu pomocí refraktometru IRF-454B; studium závislosti indexu lomu roztoku na jeho koncentraci.

Popis instalace

Při lomu nemonochromatického světla se rozloží na jednotlivé barvy do spektra.

Tento jev je způsoben závislostí indexu lomu látky na frekvenci (vlnové délce) světla a nazývá se rozptyl světla.

Je obvyklé charakterizovat lomivost média indexem lomu při vlnové délce λ \u003d 589,3 nm (průměr vlnových délek dvou blízkých žlutých čar ve spektru par sodíku).

60. Jaké metody stanovení koncentrace látek v roztoku se používají při atomové absorpční analýze?

Tento index lomu je označen nD.

Mírou rozptylu je střední rozptyl, definovaný jako rozdíl ( nF-nC), kde nF je index lomu látky při vlnové délce λ = 486,1 nm (modrá čára ve vodíkovém spektru), nC je index lomu látky λ - 656,3 nm (červená čára ve spektru vodíku).

Lom látky je charakterizován hodnotou relativní disperze: V příručkách se obvykle uvádí převrácená hodnota relativní disperze, tzn.

kde je disperzní koeficient nebo Abbeovo číslo.

Zařízení pro stanovení indexu lomu kapalin se skládá z refraktometru IRF-454B s mezemi měření indikátoru; lom světla nD v rozsahu od 1,2 do 1,7; testovací kapalina, utěrky na stírání povrchů hranolů.

Refraktometr IRF-454B je testovací přístroj určený k přímému měření indexu lomu kapalin a také ke stanovení průměrné disperze kapalin v laboratoři.

Princip činnosti zařízení IRF-454B založené na jevu totálního vnitřního odrazu světla.

Schéma zařízení je znázorněno na Obr. 1.

Zkoumaná kapalina je umístěna mezi dvě strany hranolu 1 a 2. Hranol 2 s dobře vyleštěným povrchem AB měří a hranol 1 má matný povrch A1 V1 - osvětlení. Paprsky ze zdroje světla dopadají na okraj A1 S1 , lámat se, dopadat na matný povrch A1 V1 a rozptýlené tímto povrchem.

Poté projdou vrstvou zkoumané kapaliny a dopadají na povrch. AB hranol 2.

Podle zákona lomu, kde a jsou úhly lomu paprsků v kapalině a hranolu, resp.

Se zvětšováním úhlu dopadu roste i úhel lomu a dosahuje maximální hodnoty, když , tzn.

e. když paprsek v kapalině klouže po povrchu AB. Proto, . Paprsky vycházející z hranolu 2 jsou tedy omezeny pod určitým úhlem.

Paprsky přicházející z kapaliny do hranolu 2 pod velkými úhly podléhají úplnému vnitřnímu odrazu na rozhraní AB a neprocházejí hranolem.

Na uvažovaném zařízení se vyšetřují kapaliny, jejichž index lomu je menší než index lomu hranolu 2, proto do hranolu budou vstupovat paprsky všech směrů lomené na rozhraní kapaliny a skla.

Je zřejmé, že část hranolu odpovídající nepropuštěným paprskům bude ztmavena. V dalekohledu 4, umístěném na dráze paprsků vycházejících z hranolu, lze pozorovat rozdělení zorného pole na světlou a tmavou část.

Otáčením soustavy hranolů 1-2 se spojuje hranice mezi světlým a tmavým polem s křížem závitů okuláru dalekohledu. Soustava hranolů 1-2 je spojena se stupnicí, která je kalibrována v hodnotách indexu lomu.

Stupnice je umístěna ve spodní části zorného pole potrubí a při spojení řezu zorného pole s křížem závitů udává odpovídající hodnotu indexu lomu kapaliny.

Vlivem disperze bude rozhraní zorného pole v bílém světle zbarveno. K eliminaci zbarvení a také ke stanovení průměrné disperze zkoušené látky se používá kompenzátor 3, sestávající ze dvou systémů lepených hranolů přímého vidění (Amiciho ​​hranoly).

Hranoly lze otáčet současně v různých směrech pomocí přesného rotačního mechanického zařízení, čímž se mění vnitřní disperze kompenzátoru a eliminuje se zabarvení hranice zorného pole pozorované přes optický systém 4. Ke kompenzátoru je připojen buben se stupnicí, podle které se určuje parametr disperze, který umožňuje vypočítat průměrnou disperzi látky.

Zakázka

Nastavte přístroj tak, aby světlo ze zdroje (žárovky) vcházelo do osvětlovacího hranolu a rovnoměrně osvětlovalo zorné pole.

2. Otevřete měřící hranol.

Skleněnou tyčinkou naneste na jeho povrch pár kapek vody a hranol opatrně uzavřete. Mezera mezi hranoly musí být rovnoměrně vyplněna tenkou vrstvou vody (na to dejte zvláštní pozor).

Pomocí šroubu přístroje se stupnicí eliminujte zabarvení zorného pole a získejte ostrá hranice světlo a stín. Vyrovnejte jej pomocí dalšího šroubu s referenčním křížem okuláru přístroje. Určete index lomu vody na stupnici okuláru s přesností na tisícinu.

Porovnejte získané výsledky s referenčními údaji pro vodu. Pokud rozdíl mezi naměřeným a tabelovaným indexem lomu nepřesáhne ± 0,001, pak bylo měření provedeno správně.

Cvičení 1

1. Připravte roztok stolní sůl (NaCl) s koncentrací blízkou meze rozpustnosti (například C = 200 g/litr).

Změřte index lomu výsledného roztoku.

3. Zředěním roztoku o celé číslo získejte závislost indikátoru; refrakce od koncentrace roztoku a vyplňte tabulku. 1.

stůl 1

Cvičení. Jak získat pouze ředěním koncentraci roztoku rovnou 3/4 maxima (počáteční)?

Vykreslete graf závislosti n=n(C). Další zpracování experimentálních dat by mělo být prováděno podle pokynů učitele.

Zpracování experimentálních dat

a) Grafická metoda

Z grafu určete sklon V, který za podmínek experimentu bude charakterizovat rozpuštěnou látku a rozpouštědlo.

2. Určete koncentraci roztoku pomocí grafu NaCl podává laborant.

b) Analytická metoda

Počítejte podle nejmenších čtverců A, V A SB.

Podle zjištěných hodnot A A V určete průměrnou hodnotu koncentrace roztoku NaCl podává laborant

Kontrolní otázky

rozptyl světla. Jaký je rozdíl mezi normální a abnormální disperzí?

2. Jaký je jev totální vnitřní reflexe?

3. Proč není možné pomocí tohoto nastavení změřit index lomu kapaliny větší než index lomu hranolu?

4. Proč tvář hranolu A1 V1 udělat matný?

Degradace, Index

Psychologická encyklopedie

Způsob, jak posoudit stupeň duševní degradace! funkce měřené testem Wexler-Bellevue. Index je založen na pozorování, že úroveň rozvoje některých schopností měřených testem s věkem klesá, zatímco jiných nikoli.

Index

Psychologická encyklopedie

- rejstřík, jmenný rejstřík, tituly atd. V psychologii - digitální ukazatel pro kvantifikace, charakterizace jevů.

Na čem závisí index lomu látky?

Index

Psychologická encyklopedie

1. Nejobecnější význam: cokoli, co se používá k označení, identifikaci nebo nasměrování; označení, nápisy, znaky nebo symboly. 2. Vzorec nebo číslo, často vyjádřené jako faktor, ukazující nějaký vztah mezi hodnotami nebo měřeními nebo mezi…

Sociabilita, Index

Psychologická encyklopedie

Charakteristika, která vyjadřuje družnost člověka. Sociogram například poskytuje kromě jiných měření hodnocení sociability různých členů skupiny.

Výběr, Index

Psychologická encyklopedie

Vzorec pro vyhodnocení síly konkrétního testu nebo testované položky při rozlišování jednotlivců od sebe navzájem.

Spolehlivost, Index

Psychologická encyklopedie

Statistika poskytující odhad korelace mezi skutečné hodnoty získané z testu a teoreticky správné hodnoty.

Tento index je dán jako hodnota r, kde r je vypočtený bezpečnostní faktor.

Předpovědní účinnost, index

Psychologická encyklopedie

Míra rozsahu, v jakém lze znalosti o jedné proměnné použít k předpovědím o jiné proměnné, za předpokladu, že je známa korelace těchto proměnných. Obvykle v symbolické formě je to vyjádřeno jako E, index je reprezentován jako 1 - ((...

Slova, rejstřík

Psychologická encyklopedie

Obecný termín pro jakoukoli systematickou frekvenci výskytu slov v psaném a/nebo mluveném jazyce.

Tyto rejstříky jsou často omezeny na specifické jazykové oblasti, např. učebnice pro první stupeň, interakce mezi rodiči a dětmi. Známé jsou však odhady...

Struktura těla, index

Psychologická encyklopedie

Měření těla navržené Eysenckem na základě poměru výšky k obvodu hrudníku.

Ti, jejichž skóre bylo v "normálním" rozmezí, byli nazýváni mezomorfy, uvnitř standardní odchylka nebo nadprůměrné - leptomorfy a v rámci standardní odchylky nebo ...

NA PŘEDNÁŠKU №24

"INSTRUMENTÁLNÍ METODY ANALÝZY"

REFRAKTOMETRIE.

Literatura:

1. V.D. Ponomarev" Analytická chemie» 1983 246-251

2. A.A. Ishchenko "Analytická chemie" 2004, str. 181-184

REFRAKTOMETRIE.

Refraktometrie je jedna z nejjednodušších fyzikální metody analýza s minimálním množstvím analytu a je provedena ve velmi krátkém čase.

Refraktometrie- metoda založená na jevu lomu nebo lomu tzn.

změna směru šíření světla při přechodu z jednoho prostředí do druhého.

Lom, stejně jako absorpce světla, je důsledkem jeho interakce s prostředím.

Slovo refraktometrie znamená dimenze lom světla, který se odhaduje hodnotou indexu lomu.

Hodnota indexu lomu n závisí

1) o složení látek a systémů,

2) od v jaké koncentraci a jaké molekuly světelný paprsek na své cestě potká, protože

Působením světla se molekuly různých látek polarizují různým způsobem. Právě na této závislosti je založena refraktometrická metoda.

Tato metoda má řadu výhod, v důsledku čehož našla široké uplatnění jak v chemickém výzkumu, tak při řízení technologických procesů.

1) Měření indexů lomu je vysoké jednoduchý proces, která se provádí přesně a s minimálním časem a množstvím látky.

2) Refraktometry obvykle poskytují až 10% přesnost při stanovení indexu lomu světla a obsahu analytu

Metoda refraktometrie se používá ke kontrole pravosti a čistoty, k identifikaci jednotlivé látky, určit strukturu organických a anorganických sloučenin při studiu roztoků.

Refraktometrie se používá pro stanovení složení dvousložkových roztoků a pro ternární soustavy.

Fyzikální základy metody

REFRAKČNÍ INDIKÁTOR.

Odchylka světelného paprsku od jeho původního směru při přechodu z jednoho prostředí do druhého je tím větší, čím větší je rozdíl v rychlostech šíření světla ve dvou

tato prostředí.

Uvažujme lom světelného paprsku na rozhraní libovolných dvou průhledných médií I a II (viz obr.

Rýže.). Shodněme se, že médium II má větší lomivost, a proto n1 A n2- ukazuje lom odpovídajícího média. Není-li prostředím I vakuum ani vzduch, pak poměr sin úhlu dopadu světelného paprsku k sin úhlu lomu dá hodnotu relativního indexu lomu n rel. Hodnota n rel.

Jaký je index lomu skla? A kdy je potřeba to vědět?

lze také definovat jako poměr indexů lomu uvažovaného média.

nrel. = —— = —

Hodnota indexu lomu závisí na

1) povaha látek

Povaha látky je v tomto případě dána mírou deformovatelnosti jejích molekul působením světla – mírou polarizovatelnosti.

Čím intenzivnější je polarizovatelnost, tím silnější je lom světla.

2)vlnová délka dopadajícího světla

Měření indexu lomu se provádí při vlnové délce světla 589,3 nm (čára D sodíkového spektra).

Závislost indexu lomu na vlnové délce světla se nazývá disperze.

Čím kratší je vlnová délka, tím větší je lom. Proto se paprsky různých vlnových délek různě lámou.

3)teplota při kterém se měření provádí. Předpokladem pro stanovení indexu lomu je dodržení teplotního režimu. Typicky se stanovení provádí při 20 ± 0,3 °C.

Se stoupající teplotou index lomu klesá a se snižováním teploty se zvyšuje..

Korekce teploty se vypočítá podle následujícího vzorce:

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

nt- sbohem index lomu při dané teplotě,

n20 - index lomu při 200С

Vliv teploty na hodnoty indexů lomu plynů a kapalin souvisí s hodnotami jejich koeficientů objemové roztažnosti.

Objem všech plynů a kapalin se při zahřívání zvyšuje, hustota klesá a v důsledku toho se indikátor snižuje

Index lomu měřený při 200 °C a vlnové délce světla 589,3 nm je indikován indexem nD20

Závislost indexu lomu homogenního dvousložkového systému na jeho stavu se stanoví experimentálně stanovením indexu lomu pro řadu standardních systémů (například roztoků), jejichž obsah složek je znám.

4) koncentrace látky v roztoku.

Pro mnoho vodní roztoky látek, indexy lomu při různých koncentracích a teplotách jsou spolehlivě měřeny a v těchto případech můžete použít referenční refraktometrické tabulky.

Praxe ukazuje, že když obsah rozpuštěné látky nepřesahuje 10-20%, lze spolu s grafickou metodou v mnoha případech použít lineární rovnice typ:

n=ne+FC,

n- index lomu roztoku,

Ne je index lomu čistého rozpouštědla,

C— koncentrace rozpuštěné látky, %

F-empirický koeficient, jehož hodnota se zjistí

stanovením indexů lomu roztoků o známé koncentraci.

REFRAKTOMETRY.

Refraktometry jsou přístroje používané k měření indexu lomu.

Existují 2 typy těchto přístrojů: refraktometr typu Abbe a typ Pulfrich. Jak v těch, tak i v jiných jsou měření založena na stanovení velikosti mezního úhlu lomu. V praxi se používají refraktometry různých systémů: laboratorní-RL, univerzální RLU atd.

Index lomu destilované vody n0 = 1,33299, v praxi je tento ukazatel považován za referenční jako n0 =1,333.

Princip činnosti na refraktometrech je založen na stanovení indexu lomu metodou limitního úhlu (úhel úplného odrazu světla).

Ruční refraktometr

Refraktometr Abbe

REFRAKČNÍ INDIKÁTOR(index lomu) - optické. environmentální charakteristika spojená s lom světla na rozhraní dvou průhledných opticky homogenních a izotropních prostředí při jeho přechodu z jednoho prostředí do druhého a v důsledku rozdílu fázových rychlostí šíření světla v prostředí. Hodnota P. p., rovna poměru těchto rychlostí. relativní

P. p. těchto prostředí. Pokud světlo dopadá na druhé nebo první médium odkud (odkud je rychlost šíření světla S), pak jsou množství absolutní P. p. těchto prostředí. V tomto případě lze zákon lomu zapsat ve tvaru kde a jsou úhly dopadu a lomu.

Velikost absolutního P. p. závisí na povaze a struktuře látky, její skupenství, teploty, tlaku atd. Při vysokých intenzitách závisí P. p. na intenzitě světla (viz. nelineární optika). V řadě látek se P. p. mění vlivem vnějších. elektrický pole ( Kerrův efekt- v kapalinách a plynech; elektro-optické Pockelsův efekt- v krystalech).

Pro dané prostředí závisí absorpční pásmo na vlnové délce l světla a v oblasti absorpčních pásem je tato závislost anomální (viz obr. Rozptyl světla). oblasti se PP blíží 1 pro téměř všechna média, ve viditelné oblasti pro kapaliny a pevné látky- asi 1,5; v IR oblasti pro řadu transparentních médií 4.0 (pro Ge).

lit.: Landsberg G.S., Optika, 5. vyd., M., 1976; Sivukhin D.V., Obecný kurz, 2. vyd., [sv. 4] - Optika, M., 1985. V. I. Malyšev,

Optika je jedním z nejstarších oborů fyziky. Již od starověkého Řecka se mnoho filozofů zajímalo o zákony pohybu a šíření světla v různých průhledných materiálech, jako je voda, sklo, diamant a vzduch. V tomto článku je zvažován fenomén lomu světla, pozornost je zaměřena na index lomu vzduchu.

Efekt lomu světelného paprsku

Každý se ve svém životě setkal s tímto efektem stokrát, když se podíval na dno nádrže nebo na sklenici vody s nějakým předmětem umístěným v ní. Zároveň se nádrž nezdála tak hluboká, jak ve skutečnosti byla, a předměty ve sklenici vody vypadaly zdeformované nebo rozbité.

Fenomén lomu spočívá v přerušení jeho přímočaré trajektorie, když překročí rozhraní mezi dvěma průhlednými materiály. Shrnutím velkého množství experimentálních dat získal na počátku 17. století Nizozemec Willebrord Snell matematický výraz, která tento jev přesně popsala. Tento výraz je napsán v následujícím tvaru:

n 1 *sin(θ 1) = n 2 *sin(θ 2) = konst.

Zde n 1 , n 2 jsou absolutní indexy lomu světla v odpovídajícím materiálu, θ 1 a θ 2 jsou úhly mezi dopadajícím a lomeným paprskem a kolmicí k rovině rozhraní, která je vedena průsečíkem paprsku a toto letadlo.

Tento vzorec se nazývá Snellův nebo Snell-Descartův zákon (byl to Francouz, kdo jej zapsal v předložené podobě, Holanďan nepoužíval sinus, ale jednotky délky).

Kromě tohoto vzorce je jev lomu popsán dalším zákonem, který je geometrické povahy. Spočívá v tom, že vyznačená kolmice k rovině a dva paprsky (lomený a dopadající) leží ve stejné rovině.

Absolutní index lomu

Tato hodnota je obsažena ve vzorci Snell a její hodnota hraje důležitou roli. Matematicky index lomu n odpovídá vzorci:

Symbol c je rychlost elektromagnetických vln ve vakuu. Je to přibližně 3*108 m/s. Hodnota v je rychlost světla v médiu. Index lomu tedy odráží míru zpomalení světla v médiu vzhledem k bezvzduchovému prostoru.

Z výše uvedeného vzorce plynou dva důležité závěry:

• hodnota n je vždy větší než 1 (pro vakuum je rovna jedné);
• je to bezrozměrná veličina.

Například index lomu vzduchu je 1,00029, zatímco u vody je to 1,33.

Index lomu není konstantní hodnotou pro určité médium. Záleží na teplotě. Navíc pro každou frekvenci elektromagnetické vlny má svůj vlastní význam. Výše uvedené hodnoty tedy odpovídají teplotě 20 o C a žluté části viditelné spektrum(vlnová délka - asi 580-590 nm).

Závislost hodnoty n na frekvenci světla se projevuje rozkladem bílého světla hranolem na řadu barev a také vznikem duhy na obloze při silném dešti.

Index lomu světla ve vzduchu

Jeho hodnota (1,00029) již byla uvedena výše. Protože se index lomu vzduchu liší pouze na čtvrtém desetinném místě od nuly, lze jej pro řešení praktických problémů považovat za rovný jedné. Malý rozdíl n pro vzduch od jednoty ukazuje, že světlo prakticky není zpomalováno molekulami vzduchu, což souvisí s jeho relativně nízkou hustotou. Průměrná hustota vzduchu je tedy 1,225 kg/m 3 , to znamená, že je více než 800krát lehčí než sladká voda.

Vzduch je opticky tenké médium. Samotný proces zpomalování rychlosti světla v materiálu je kvantové povahy a je spojen s akty absorpce a emise fotonů atomy hmoty.

Změny ve složení vzduchu (například zvýšení obsahu vodní páry v něm) a změny teploty vedou k výrazným změnám indexu lomu. Pozoruhodným příkladem je efekt přeludu v poušti, ke kterému dochází v důsledku rozdílu v indexech lomu vzduchových vrstev s různé teploty.

rozhraní sklo-vzduch

Sklo je mnohem hustší médium než vzduch. Jeho absolutní index lomu se pohybuje od 1,5 do 1,66 v závislosti na typu skla. Pokud vezmeme průměrnou hodnotu 1,55, pak lze lom paprsku na rozhraní vzduch-sklo vypočítat pomocí vzorce:

sin (θ 1) / sin (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1,55.

Hodnota n 21 se nazývá relativní index lomu vzduch - sklo. Pokud paprsek vystupuje ze skla do vzduchu, měl by se použít následující vzorec:

sin (θ 1) / sin (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1 / 1,55 \u003d 0,645.

Pokud je úhel lomu paprsku v druhém případě roven 90 o, pak se odpovídající úhel nazývá kritický. Pro hranici sklo-vzduch se rovná:

θ 1 \u003d arcsin (0,645) \u003d 40,17 o.

Pokud paprsek dopadne na rozhraní sklo-vzduch pod úhly větším než 40,17 o, pak se zcela odrazí zpět do skla. Tento jev se nazývá „totální vnitřní odraz“.

Kritický úhel existuje pouze tehdy, když se paprsek pohybuje z hustého média (ze skla do vzduchu, ale ne naopak).

Index lomu prostředí vůči vakuu, tj. pro případ přechodu světelných paprsků z vakua do prostředí, se nazývá absolutní a je určen vzorcem (27.10): n=c/v.

Při výpočtech se absolutní indexy lomu přebírají z tabulek, protože jejich hodnota je poměrně přesně určena pomocí experimentů. Protože c je větší než v, pak absolutní index lomu je vždy větší než jedna.

Pokud světelné záření přechází z vakua do média, pak vzorec pro druhý zákon lomu je napsán takto:

sin i/sin β = n. (29.6)

Vzorec (29.6) se v praxi také často používá, když paprsky přecházejí ze vzduchu do média, protože rychlost šíření světla ve vzduchu se od c. To je patrné ze skutečnosti, že absolutní index lomu vzduchu je 1,0029.

Když paprsek přejde z média do vakua (do vzduchu), pak vzorec pro druhý zákon lomu nabývá tvaru:

sin i/sin β = 1/n. (29.7)

V tomto případě se paprsky při výstupu z prostředí nutně vzdalují od kolmice k rozhraní mezi prostředím a vakuem.

Pojďme zjistit, jak můžete zjistit relativní index lomu n21 z absolutních indexů lomu. Nechte světlo procházet z prostředí s absolutním indexem n1 do prostředí s absolutním indexem n2. Potom n1 = c/V1 an2 = s/v2, odkud:

n2/n1=v1/v2=n21. (29.8)

Vzorec pro druhý zákon lomu pro takový případ je často psán takto:

sini/sinβ = n2/n1. (29.9)

Připomeňme si to Absolutní exponent Maxwellovy teorie lom lze zjistit ze vztahu: n = √(με). Protože pro látky propustné pro světelné záření je μ prakticky rovno jednotě, můžeme předpokládat, že:

n = √ε. (29.10)

Vzhledem k tomu, že frekvence kmitů ve světelném záření je řádově 10 14 Hz, nemají dipóly ani ionty v dielektriku, které mají relativně velkou hmotnost, čas změnit svou polohu s takovou frekvencí a dielektrické vlastnosti látky za těchto podmínek jsou určeny pouze elektronovou polarizací jeho atomů. To vysvětluje rozdíl mezi hodnotou ε=n 2 z (29.10) a ε st v elektrostatice. Takže pro vodu ε \u003d n 2 \u003d 1,77 a ε st \u003d 81; iontové pevné dielektrikum NaCl e=2,25 a est=5,6. Když se látka skládá z homogenních atomů nebo nepolárních molekul, to znamená, že nemá ani ionty, ani přirozené dipóly, pak její polarizace může být pouze elektronická. Pro podobné látky se ε z (29.10) a ε st shodují. Příkladem takové látky je diamant, který se skládá pouze z atomů uhlíku.

Všimněte si, že hodnota absolutní ukazatel lom závisí kromě druhu látky také na frekvenci kmitů, případně na vlnové délce záření . S klesající vlnovou délkou se zpravidla zvyšuje index lomu.