تكشف هذه المقالة جوهر مفهوم البصريات مثل معامل الانكسار. وترد صيغ الحصول على هذه الكمية، وتقدم لمحة موجزة عن تطبيق ظاهرة انكسار الموجات الكهرومغناطيسية.

الرؤية ومعامل الانكسار

في فجر الحضارة تساءل الناس: كيف ترى العين؟ وقد قيل أن الإنسان يصدر أشعة تشعر بالأشياء المحيطة به، أو على العكس من ذلك، كل الأشياء تصدر مثل هذه الأشعة. تم تقديم الإجابة على هذا السؤال في القرن السابع عشر. يوجد في البصريات ويرتبط بمعامل الانكسار. ينعكس الضوء من مختلف الأسطح المعتمة وينكسر على الحدود بأسطح شفافة، مما يمنح الشخص الفرصة للرؤية.

معامل الضوء والانكسار

كوكبنا محاط بنور الشمس. وبالتحديد مع الطبيعة الموجية للفوتونات يرتبط مفهوم مثل معامل الانكسار المطلق. ينتشر الفوتون في الفراغ ولا يواجه أي عوائق. على الكوكب، يواجه الضوء العديد من البيئات المختلفة الأكثر كثافة: الغلاف الجوي (خليط من الغازات)، الماء، البلورات. كونها موجة كهرومغناطيسية، فإن فوتونات الضوء لها سرعة طور واحدة في الفراغ (يشار إليها ج) ، وفي البيئة - آخر (يُشار إليه بـ الخامس). والنسبة بين الأول والثاني هي ما يسمى بمعامل الانكسار المطلق. تبدو الصيغة كما يلي: n = c / v.

سرعة المرحلة

يجدر تحديد سرعة الطور للوسط الكهرومغناطيسي. خلاف ذلك، فهم ما هو معامل الانكسار ن، ممنوع. فوتون الضوء عبارة عن موجة. وهذا يعني أنه يمكن تمثيلها كحزمة من الطاقة التي تتأرجح (تخيل قطعة من موجة جيبية). الطور هو جزء من الشكل الجيبي الذي تنتقل به الموجة في لحظة معينة من الزمن (تذكر أن هذا مهم لفهم كمية مثل معامل الانكسار).

على سبيل المثال، يمكن أن تكون المرحلة هي الحد الأقصى للجيوب الأنفية أو جزء من ميلها. سرعة الطور للموجة هي السرعة التي يتحرك بها هذا الطور المعين. وكما يوضح تعريف معامل الانكسار، فإن هذه القيم تختلف بالنسبة للفراغ وبالنسبة للوسط. علاوة على ذلك، فإن كل بيئة لها قيمتها الخاصة بهذه الكمية. أي مركب شفاف، مهما كان تركيبه، له معامل انكسار يختلف عن سائر المواد.

معامل الانكسار المطلق والنسبي

لقد سبق أن بينا أعلاه أن القيمة المطلقة تقاس نسبة إلى الفراغ. ومع ذلك، فإن هذا أمر صعب على كوكبنا: فالضوء غالبًا ما يصل إلى حدود الهواء والماء أو الكوارتز والإسبنيل. لكل من هذه الوسائط، كما ذكر أعلاه، يختلف معامل الانكسار. في الهواء، يتحرك فوتون الضوء في اتجاه واحد وله سرعة طور واحدة (v 1)، ولكن عندما يصل إلى الماء، فإنه يغير اتجاه الانتشار وسرعة الطور (v 2). ومع ذلك، فإن كلا الاتجاهين يقعان في نفس المستوى. هذا مهم جدًا لفهم كيفية تكوين صورة العالم المحيط على شبكية العين أو على مصفوفة الكاميرا. نسبة القيمتين المطلقتين تعطي معامل الانكسار النسبي. تبدو الصيغة كما يلي: n 12 = v 1 / v 2.

ولكن ماذا لو خرج الضوء من الماء ودخل إلى الهواء؟ ثم سيتم تحديد هذه القيمة بالصيغة n 21 = v 2 / v 1. عند ضرب معاملات الانكسار النسبية نحصل على n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1. هذه العلاقة صالحة لأي زوج من الوسائط. يمكن إيجاد معامل الانكسار النسبي من جيب زوايا السقوط والانكسار n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. ولا تنس أن الزوايا تقاس من المستوى الطبيعي إلى السطح. العادي هو خط عمودي على السطح. وهذا هو، إذا أعطيت المشكلة زاوية α سقوط بالنسبة إلى السطح نفسه، فيجب علينا حساب جيب الزاوية (90 - α).

جمال معامل الانكسار وتطبيقاته

في يوم مشمس هادئ، تلعب الانعكاسات في قاع البحيرة. يغطي الجليد الأزرق الداكن الصخور. الماس ينثر آلاف الشرر على يد المرأة. هذه الظواهر هي نتيجة لحقيقة أن جميع حدود الوسائط الشفافة لها معامل انكسار نسبي. بالإضافة إلى المتعة الجمالية، يمكن أيضًا استخدام هذه الظاهرة في التطبيقات العملية.

فيما يلي أمثلة:

• تقوم عدسة زجاجية بتجميع شعاع من ضوء الشمس وإشعال النار في العشب.
• يركز شعاع الليزر على العضو المريض ويقطع الأنسجة غير الضرورية.
• ينكسر ضوء الشمس على النافذة الزجاجية الملونة القديمة، مما يخلق جوًا خاصًا.
• يقوم المجهر بتكبير الصور ذات التفاصيل الصغيرة جدًا.
• تقوم عدسات مقياس الطيف الضوئي بجمع ضوء الليزر المنعكس من سطح المادة قيد الدراسة. وبهذه الطريقة، من الممكن فهم بنية المواد الجديدة ومن ثم خصائصها.
• حتى أن هناك مشروعًا لجهاز كمبيوتر فوتوني، حيث لن يتم نقل المعلومات عن طريق الإلكترونات، كما هو الحال الآن، ولكن عن طريق الفوتونات. سيتطلب مثل هذا الجهاز بالتأكيد عناصر انكسارية.

الطول الموجي

ومع ذلك، فإن الشمس تزودنا بالفوتونات ليس فقط في الطيف المرئي. لا يمكن إدراك نطاقات الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية رؤية الإنسانولكنها تؤثر على حياتنا. الأشعة تحت الحمراء تدفئنا، والفوتونات فوق البنفسجية تؤين الطبقات العليا من الغلاف الجوي وتمكن النباتات من إنتاج الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي.

وما يساويه معامل الانكسار لا يعتمد فقط على المواد التي تقع الحدود بينها، ولكن أيضًا على الطول الموجي للإشعاع الساقط. عادةً ما تكون القيمة الدقيقة التي نتحدث عنها واضحة من السياق. أي إذا كان الكتاب يبحث في الأشعة وتأثيرها على الإنسان إذن نهناك يتم تعريفه خصيصا لهذا النطاق. ولكن عادة ما يكون المقصود بالطيف المرئي للموجات الكهرومغناطيسية ما لم يتم تحديد شيء آخر.

معامل الانكسار والانعكاس

وكما اتضح مما كتب أعلاه، نحن نتحدث عنحول الإعلام الشفاف لقد أعطينا الهواء والماء والماس كأمثلة. ولكن ماذا عن الخشب والجرانيت والبلاستيك؟ هل هناك شيء مثل معامل الانكسار بالنسبة لهم؟ الجواب معقد، ولكن بشكل عام - نعم.

بادئ ذي بدء، ينبغي لنا أن نفكر في نوع الضوء الذي نتعامل معه. يتم قطع تلك الوسائط غير الشفافة للفوتونات المرئية بواسطة الأشعة السينية أو إشعاع جاما. أي أننا لو كنا جميعًا رجالًا خارقين، لكان العالم كله من حولنا شفافًا بالنسبة لنا، ولكن في درجات متفاوته. على سبيل المثال، لن تكون الجدران الخرسانية أكثر كثافة من الهلام، وستبدو التركيبات المعدنية مثل قطع الفاكهة الأكثر كثافة.

بالنسبة للجسيمات الأولية الأخرى، الميونات، يكون كوكبنا شفافًا بشكل عام. في وقت ما، واجه العلماء الكثير من المتاعب لإثبات حقيقة وجودهم. تخترقنا ملايين الميونات كل ثانية، لكن احتمال اصطدام جسيم واحد بالمادة ضئيل للغاية، ومن الصعب جدًا اكتشاف ذلك. وبالمناسبة، ستصبح بايكال قريبًا مكانًا "لالتقاط" الميونات. تعتبر مياهها العميقة والواضحة مثالية لذلك - خاصة في فصل الشتاء. الشيء الرئيسي هو أن أجهزة الاستشعار لا تتجمد. لذا فإن معامل انكسار الخرسانة، على سبيل المثال، لفوتونات الأشعة السينية منطقي. علاوة على ذلك، فإن تعريض المادة للأشعة السينية يعد من أكثر الطرق دقة وأهمية لدراسة بنية البلورات.

ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه من الناحية الرياضية، فإن المواد التي تكون معتمة في نطاق معين لها معامل انكسار وهمي. وأخيرًا، يجب أن نفهم أن درجة حرارة المادة يمكن أن تؤثر أيضًا على شفافيتها.

الانكسار أو الانكسار هو ظاهرة يتغير فيها اتجاه شعاع الضوء أو الموجات الأخرى عندما تعبر الحد الفاصل بين وسطين، كلاهما شفاف (ناقل هذه الموجات) وداخل الوسط الذي تتغير فيه خصائصه بشكل مستمر.

نواجه ظاهرة الانكسار في كثير من الأحيان ونعتبرها ظاهرة يومية: يمكننا أن نرى أن العصا الموجودة في كوب شفاف مع سائل ملون "مكسورة" عند نقطة فصل الهواء والماء (الشكل 1). عندما ينكسر الضوء وينعكس أثناء المطر، فإننا نبتهج عندما نرى قوس قزح (الشكل 2).

يعد معامل الانكسار خاصية مهمة للمادة المرتبطة بخصائصها الفيزيائية والكيميائية. ويعتمد ذلك على قيم درجة الحرارة، وكذلك على الطول الموجي للضوء الذي يتم عنده التحديد. وفقا لبيانات مراقبة الجودة في المحلول، فإن معامل الانكسار يتأثر بتركيز المادة المذابة فيه، وكذلك طبيعة المذيب. وعلى وجه الخصوص، يتأثر معامل الانكسار في مصل الدم بكمية البروتين الموجودة فيه، ويرجع ذلك إلى أنه مع اختلاف سرعات انتشار الأشعة الضوئية في الوسائط ذات الكثافات المختلفة، يتغير اتجاهها عند السطح البيني بين الاثنين. وسائط. فإذا قسمنا سرعة الضوء في الفراغ على سرعة الضوء في المادة قيد الدراسة، نحصل على معامل الانكسار المطلق (معامل الانكسار). ومن الناحية العملية يتم تحديد معامل الانكسار النسبي (n)، وهو نسبة سرعة الضوء في الهواء إلى سرعة الضوء في المادة قيد الدراسة.

يتم تحديد معامل الانكسار كميًا باستخدام جهاز خاص - مقياس الانكسار.

يعد قياس الانكسار أحد أسهل طرق التحليل الفيزيائي ويمكن استخدامه في مختبرات مراقبة الجودة في إنتاج المواد الكيميائية والغذائية والمضافات الغذائية النشطة بيولوجيًا ومستحضرات التجميل وأنواع أخرى من المنتجات بأقل وقت وعدد العينات التي يتم اختبارها.

يعتمد تصميم مقياس الانكسار على حقيقة أن أشعة الضوء تنعكس تمامًا عندما تمر عبر حدود وسطين (أحدهما منشور زجاجي والآخر هو محلول الاختبار) (الشكل 3).

أرز. 3. مخطط الانكسار

من المصدر (1)، يسقط شعاع ضوء على سطح المرآة (2)، ثم ينعكس ويمر إلى منشور الإضاءة العلوي (3)، ثم إلى منشور القياس السفلي (4)، وهو مصنوع من الزجاج مع معامل انكسار مرتفع. يتم تطبيق 1-2 قطرات من العينة بين المنشور (3) و (4) باستخدام أنبوب شعري. لتجنب إتلاف المنشور ضرر ميكانيكيفمن الضروري عدم لمس سطح الشعيرات الدموية.

من خلال العدسة (9) يُرى حقل به خطوط متقاطعة لإنشاء الواجهة. عند تحريك العدسة، يجب أن تتم محاذاة نقطة تقاطع الحقول مع الواجهة (الشكل 4)، ويلعب مستوى المنشور (4) دور الواجهة، التي ينكسر شعاع الضوء على سطحها. وبما أن الأشعة متناثرة، فإن الحدود بين الضوء والظل تصبح ضبابية وقزحية اللون. يتم القضاء على هذه الظاهرة عن طريق معوض التشتت (5). ثم يتم تمرير الشعاع من خلال العدسة (6) والمنشور (7). تحتوي اللوحة (8) على خطوط رؤية (خطان مستقيمان متقاطعان بالعرض)، بالإضافة إلى مقياس ذو مؤشرات انكسار، والذي يمكن ملاحظته من خلال العدسة العينية (9). ويتم حساب معامل الانكسار منه.

ويتوافق الخط الفاصل بين حدود المجال مع زاوية الانعكاس الكلي الداخلي، والتي تعتمد على معامل انكسار العينة.

يستخدم قياس الانكسار لتحديد نقاء وصحة المادة. تستخدم هذه الطريقة أيضًا لتحديد تركيز المواد في المحاليل أثناء مراقبة الجودة، والذي يتم حسابه باستخدام رسم بياني للمعايرة (رسم بياني يوضح اعتماد معامل انكسار العينة على تركيزها).

في شركة KorolevPharm، يتم تحديد معامل الانكسار وفقًا للوثائق التنظيمية المعتمدة أثناء مراقبة المواد الخام الواردة، وفي مقتطفات من إنتاجنا، وكذلك أثناء الإنتاج المنتجات النهائية. يتم اتخاذ القرار من قبل موظفين مؤهلين في مختبر فيزيائي وكيميائي معتمد باستخدام مقياس انكسار IRF-454 B2M.

إذا وفقا للنتائج التحكم في الإدخالمؤشر انكسار المواد الخام غير متطابق المتطلبات الضروريةيقوم قسم مراقبة الجودة بإصدار تقرير عدم المطابقة، والذي على أساسه يتم إرجاع هذه الدفعة من المواد الخام إلى المورد.

طريقة التحديد

1. قبل البدء في القياسات، يتم التحقق من نظافة أسطح المنشورات الملامسة لبعضها البعض.

2. التحقق من نقطة الصفر. ضع 2÷3 قطرات من الماء المقطر على سطح منشور القياس وقم بتغطيته بعناية بمنشور الإضاءة. نفتح نافذة الإضاءة ونقوم باستخدام المرآة بتثبيت مصدر الضوء في الاتجاه الأكثر كثافة. ومن خلال تدوير براغي العدسة، نحصل على تمييز واضح وحاد بين المجالات المظلمة والخفيفة في مجال رؤيتها. نقوم بتدوير المسمار وتوجيه خط الظل والضوء بحيث يتزامن مع النقطة التي تتقاطع فيها الخطوط في النافذة العلوية للعدسة. على الخط العمودي في النافذة السفلية للعدسة نرى النتيجة المرجوة - معامل انكسار الماء المقطر عند 20 درجة مئوية (1.333). إذا كانت القراءات مختلفة، استخدم المسمار لضبط معامل الانكسار على 1.333، وباستخدام مفتاح (إزالة برغي الضبط) قم بإحضار حدود الظل والضوء إلى النقطة التي تتقاطع فيها الخطوط.

3. تحديد معامل الانكسار. نرفع حجرة منشور الإضاءة ونزيل الماء بورق الترشيح أو منديل الشاش. بعد ذلك، ضع قطرة أو قطرتين من محلول الاختبار على سطح منشور القياس وأغلق الحجرة. قم بتدوير البراغي حتى تتطابق حدود الظل والضوء مع نقطة تقاطع الخطوط. على الخط العمودي في النافذة السفلية للعدسة نرى النتيجة المرجوة - معامل الانكسار لعينة الاختبار. نحسب معامل الانكسار باستخدام المقياس الموجود في النافذة السفلية للعدسة.

4. باستخدام الرسم البياني للمعايرة، نحدد العلاقة بين تركيز المحلول ومعامل الانكسار. لإنشاء رسم بياني، من الضروري إعداد حلول قياسية لعدة تركيزات باستخدام مستحضرات مواد نقية كيميائيا، وقياس مؤشرات انكسارها ورسم القيم التي تم الحصول عليها على المحور الإحداثي، وتركيزات المحاليل المقابلة على محور الإحداثي السيني. من الضروري تحديد فترات التركيز التي يتم فيها ملاحظة العلاقة الخطية بين التركيز ومعامل الانكسار. نقوم بقياس معامل الانكسار للعينة قيد الدراسة واستخدام الرسم البياني لتحديد تركيزها.

البصريات هي أحد فروع الفيزياء القديمة. من زمن اليونان القديمةاهتم العديد من الفلاسفة بقوانين حركة وانتشار الضوء في مختلف المواد الشفافة، مثل الماء والزجاج والماس والهواء. تتناول هذه المقالة ظاهرة انكسار الضوء، مع التركيز على معامل انكسار الهواء.

تأثير انكسار شعاع الضوء

لقد واجه كل شخص في حياته مظاهر هذا التأثير مئات المرات عندما نظر إلى قاع الخزان أو إلى كوب من الماء مع وضع شيء ما فيه. وفي الوقت نفسه، لم تبدو البركة عميقة كما كانت في الواقع، وبدت الأشياء الموجودة في كوب الماء مشوهة أو مكسورة.

تتكون ظاهرة الانكسار من انقطاع في مسارها المستقيم عندما تتقاطع واجهة مادتين شفافتين. كي تختصر عدد كبير منبيانات من التجارب، في بداية القرن السابع عشر، تلقى الهولندي ويليبرورد سنيل التعبير الرياضيالذي وصف هذه الظاهرة بدقة. عادة ما يتم كتابة هذا التعبير بالشكل التالي:

ن 1 *الخطيئة(θ 1) = ن 2 *الخطيئة(θ 2) = ثابت.

هنا n 1، n 2 هي معاملات الانكسار المطلقة للضوء في المادة المقابلة، θ 1 و θ 2 هي الزوايا بين الأشعة الساقطة والمنكسرة والعمودية على المستوى السطحي، والتي يتم رسمها من خلال نقطة تقاطع الشعاع وهذه الطائرة.

تُسمى هذه الصيغة قانون سنيل أو قانون سنيل-ديكارت (كان الفرنسي هو من كتبها بالشكل المعروض، بينما استخدم الهولندي وحدات الطول بدلاً من وحدات الجيب).

وبالإضافة إلى هذه الصيغة، فإن ظاهرة الانكسار توصف بقانون آخر، وهو قانون هندسي بطبيعته. وهو يتألف من حقيقة أن العلامة المتعامدة على المستوى والشعاعين (المنكسرين والحادثين) يقعان في نفس المستوى.

معامل الانكسار المطلق

يتم تضمين هذه الكمية في صيغة سنيل، وتلعب قيمتها دورا هاما. رياضيا، معامل الانكسار n يتوافق مع الصيغة:

الرمز c هو سرعة الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ. تبلغ حوالي 3*10 8 م/ث. القيمة v هي سرعة الضوء الذي يتحرك عبر الوسط. وبالتالي، فإن معامل الانكسار يعكس مقدار إعاقة الضوء في وسط نسبة إلى الفضاء الخالي من الهواء.

هناك استنتاجان مهمان يتبعان الصيغة أعلاه:

• قيمة n تكون دائمًا أكبر من 1 (بالنسبة للفراغ فهي تساوي الوحدة)؛
• إنها كمية بلا أبعاد.

على سبيل المثال، معامل انكسار الهواء هو 1.00029، بينما يبلغ معامل انكسار الماء 1.33.

معامل الانكسار ليس قيمة ثابتة لوسط معين. ذلك يعتمد على درجة الحرارة. علاوة على ذلك، فإن كل تردد للموجة الكهرومغناطيسية له معنى خاص به. وبالتالي، فإن الأرقام المذكورة أعلاه تتوافق مع درجة حرارة 20 درجة مئوية والجزء الأصفر من الطيف المرئي (الطول الموجي - حوالي 580-590 نانومتر).

يتجلى اعتماد n على تردد الضوء في التمدد الضوء الابيضالمنشور في سلسلة من الألوان، وكذلك في تشكيل قوس قزح في السماء أثناء هطول الأمطار الغزيرة.

معامل انكسار الضوء في الهواء

وقد سبق أن ذكرت قيمتها أعلاه (1.00029). بما أن معامل انكسار الهواء يختلف فقط في العلامة العشرية الرابعة عن الصفر، إذن لحلها مشاكل عمليةيمكن اعتبارها مساوية للوحدة. يشير الاختلاف الطفيف بين n للهواء والوحدة إلى أن الضوء لا يتباطأ عمليًا بواسطة جزيئات الهواء، وذلك بسبب كثافته المنخفضة نسبيًا. وبذلك يكون متوسط ​​كثافة الهواء 1.225 كجم/م3، أي أنه أخف من الماء العذب بأكثر من 800 مرة.

الهواء وسيلة ضعيفة بصريا. إن عملية إبطاء سرعة الضوء في مادة ما هي عملية ذات طبيعة كمومية وترتبط بفعلتي امتصاص وانبعاث الفوتونات بواسطة ذرات المادة.

التغييرات في تكوين الهواء (على سبيل المثال، زيادة محتوى بخار الماء فيه) والتغيرات في درجة الحرارة تؤدي إلى تغييرات كبيرة في معامل الانكسار. مثال صارخهو تأثير السراب في الصحراء، والذي يحدث بسبب اختلاف معاملات انكسار طبقات الهواء مع اختلاف درجات الحرارة.

واجهة زجاجية هوائية

الزجاج هو وسيلة أكثر كثافة من الهواء. ويتراوح معامل انكساره المطلق من 1.5 إلى 1.66، حسب نوع الزجاج. إذا أخذنا القيمة المتوسطة البالغة 1.55، فيمكن حساب انكسار الحزمة عند السطح الزجاجي الهوائي باستخدام الصيغة:

الخطيئة(θ 1)/الخطيئة(θ 2) = ن 2 /ن 1 = ن 21 = 1.55.

تسمى القيمة n 21 بمعامل الانكسار النسبي للهواء - الزجاج. إذا خرج الشعاع من الزجاج إلى الهواء، فيجب استخدام الصيغة التالية:

الخطيئة(θ 1)/الخطيئة(θ 2) = ن 2 /ن 1 = ن 21 = 1/1.55 ​​= 0.645.

إذا كانت زاوية الشعاع المنكسر في الحالة الأخيرة تساوي 90 درجة، فإن الزاوية المقابلة تسمى حرجة. بالنسبة للحدود الزجاجية الهوائية فهي تساوي:

θ 1 = أركسين (0.645) = 40.17 س.

إذا سقط الشعاع على حدود الهواء الزجاجي بزوايا أكبر من 40.17 درجة، فسوف ينعكس بالكامل مرة أخرى إلى الزجاج. وتسمى هذه الظاهرة "الانعكاس الداخلي الكلي".

توجد الزاوية الحرجة فقط عندما يتحرك الشعاع من وسط كثيف (من الزجاج إلى الهواء، ولكن ليس العكس).

قانون انكسار الضوء. مطلق و المؤشرات النسبية(معاملات) الانكسار. انعكاس داخلي كامل

قانون انكسار الضوءتم تأسيسها تجريبيا في القرن السابع عشر. عندما ينتقل الضوء من وسط شفاف إلى آخر، قد يتغير اتجاه الضوء. تغيير اتجاه الضوء عند الحدود بيئات مختلفةيسمى انكسار الضوء ونتيجة للانكسار يحدث تغير واضح في شكل الجسم. (مثال: ملعقة في كوب ماء). قانون انكسار الضوء: عند حدود وسطين، يقع الشعاع المنكسر في مستوى الورود ويشكل، مع استعادة العمودي إلى السطح البيني عند نقطة الورود، زاوية انكسار بحيث: =n 1-سقوط، 2-الانعكاس، معامل الانكسار n (f. سنيليوس) - المؤشر النسبييسمى معامل الانكسار لسقوط شعاع على وسط من الفضاء الخالي من الهواء بـ معامل الانكسار المطلق.زاوية السقوط التي يبدأ عندها الشعاع المنكسر بالانزلاق على طول السطح البيني بين وسطين دون الانتقال إلى وسط أكثر كثافة بصريًا - الزاوية الحدية للانعكاس الداخلي الكلي انعكاس داخلي كامل- الانعكاس الداخلي بشرط أن تزيد زاوية السقوط عن زاوية حرجة معينة. في هذه الحالة، تنعكس الموجة الساقطة بالكامل، وتتجاوز قيمة معامل الانعكاس حدها الأقصى قيم كبيرةللأسطح المصقولة. إن انعكاس الانعكاس الداخلي الكلي مستقل عن الطول الموجي. في البصريات لوحظت هذه الظاهرة مدى واسعالإشعاع الكهرومغناطيسي، بما في ذلك نطاق الأشعة السينية. في البصريات الهندسية، يتم شرح هذه الظاهرة في إطار قانون سنيل. وباعتبار أن زاوية الانكسار لا يمكن أن تتجاوز 90 درجة، نجد أنه عند زاوية السقوط التي يكون جيبها أكبر من نسبة معامل الانكسار الأصغر إلى معامل الانكسار الأكبر، يجب أن تنعكس الموجة الكهرومغناطيسية بالكامل في الوسط الأول. مثال: يتم تفسير اللمعان الساطع للعديد من البلورات الطبيعية، وخاصة الأحجار الكريمة وشبه الكريمة المقطوعة، من خلال الانعكاس الداخلي الكلي، ونتيجة لذلك يشكل كل شعاع يدخل إلى البلورة عددًا كبيرًا من الأشعة الساطعة إلى حد ما التي تظهر، ملونة مثل نتيجة التشتت.

دعونا ننتقل إلى دراسة أكثر تفصيلاً لمؤشر الانكسار، الذي قدمناه في الفقرة 81 عند صياغة قانون الانكسار.

يعتمد معامل الانكسار على الخصائص البصرية لكل من الوسط الذي تسقط منه الحزمة والوسط الذي تخترقه. يسمى معامل الانكسار الذي يتم الحصول عليه عندما يسقط الضوء من الفراغ على أي وسط بمعامل الانكسار المطلق لذلك الوسط.

أرز. 184. معامل الانكسار النسبي لوسائطين:

ليكن معامل الانكسار المطلق للوسط الأول ومعامل الانكسار للوسط الثاني - . بالنظر إلى الانكسار عند حدود الوسطين الأول والثاني، نتأكد من أن معامل الانكسار أثناء الانتقال من الوسط الأول إلى الثاني، ما يسمى بمعامل الانكسار النسبي، يساوي نسبة معامل الانكسار المطلق للوسط الوسائط الثانية والأولى:

(الشكل 184). على العكس من ذلك، عند الانتقال من الوسط الثاني إلى الأول، يكون لدينا معامل انكسار نسبي

يمكن استخلاص العلاقة القائمة بين معامل الانكسار النسبي لوسائطين ومؤشرات انكسارهما المطلقة نظريًا، دون تجارب جديدة، تمامًا كما يمكن القيام بذلك بالنسبة لقانون الانعكاس (الفقرة 82)،

يسمى الوسط ذو معامل الانكسار العالي بالكثافة البصرية. عادة ما يتم قياس معامل الانكسار للوسائط المختلفة بالنسبة للهواء. معامل الانكسار المطلق للهواء هو . وبالتالي، فإن معامل الانكسار المطلق لأي وسط يرتبط بمعامل انكساره بالنسبة للهواء بواسطة الصيغة

الجدول 6. معامل الانكسار مواد مختلفةنسبة إلى الهواء

ويعتمد معامل الانكسار على الطول الموجي للضوء، أي على لونه. تتوافق الألوان المختلفة مع مؤشرات الانكسار المختلفة. تلعب هذه الظاهرة، التي تسمى التشتت، دورًا مهمًا في البصريات. وسوف نتعامل مع هذه الظاهرة مرارا وتكرارا في الفصول اللاحقة. البيانات الواردة في الجدول. 6، الرجوع إلى الضوء الأصفر.

ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن قانون الانعكاس يمكن كتابته رسميًا بنفس شكل قانون الانكسار. دعونا نتذكر أننا اتفقنا على قياس الزوايا دائمًا من العمودي على الشعاع المقابل. ولذلك يجب أن نعتبر أن زاوية السقوط وزاوية الانعكاس لهما إشارات متضادة، أي. يمكن كتابة قانون الانعكاس ك

وبمقارنة (83.4) مع قانون الانكسار نرى أن قانون الانعكاس يمكن اعتباره حالة خاصةقانون الانكسار عند . هذا التشابه الشكلي بين قوانين الانعكاس والانكسار له فائدة كبيرة في حل المشكلات العملية.

في العرض السابق، كان لمؤشر الانكسار معنى ثابت للوسط، بغض النظر عن شدة الضوء الذي يمر عبره. يعد هذا التفسير لمؤشر الانكسار أمرًا طبيعيًا تمامًا، ولكن في حالة شدة الإشعاع العالية التي يمكن تحقيقها باستخدام أجهزة الليزر الحديثة، فإنه ليس له ما يبرره. وتعتمد خصائص الوسط الذي يمر من خلاله الإشعاع الضوئي القوي في هذه الحالة على شدته. كما يقولون، تصبح البيئة غير خطية. تتجلى اللاخطية للوسط، على وجه الخصوص، في حقيقة أن موجة الضوء عالية الكثافة تغير معامل الانكسار. اعتماد معامل الانكسار على شدة الإشعاع له شكل

هنا هو معامل الانكسار المعتاد، وهو معامل الانكسار غير الخطي، وهو عامل التناسب. يمكن أن يكون الحد الإضافي في هذه الصيغة موجبًا أو سالبًا.

التغيرات النسبية في معامل الانكسار صغيرة نسبيًا. في معامل الانكسار غير الخطي. ومع ذلك، فحتى هذه التغييرات الصغيرة في معامل الانكسار تكون ملحوظة: فهي تتجلى في ظاهرة غريبة تتمثل في التركيز الذاتي للضوء.

دعونا نفكر في وسط ذو معامل انكسار غير خطي موجب. في هذه الحالة، المناطق ذات شدة الضوء المتزايدة هي في نفس الوقت مناطق ذات معامل انكسار متزايد. عادة، في إشعاع الليزر الحقيقي، يكون توزيع الكثافة على المقطع العرضي لحزمة الأشعة غير منتظم: تكون الشدة قصوى على طول المحور وتتناقص بسلاسة نحو حواف الحزمة، كما هو موضح في الشكل. 185 منحنيات صلبة. ويصف توزيع مماثل أيضًا التغير في معامل الانكسار عبر المقطع العرضي للخلية ذات الوسط غير الخطي على طول المحور الذي ينتشر فيه شعاع الليزر. يتناقص معامل الانكسار، الذي يكون أكبر على طول محور الكوفيت، بسلاسة نحو جدرانه (المنحنيات المتقطعة في الشكل 185).

ينحرف شعاع الأشعة الذي يغادر الليزر موازيًا للمحور، ويدخل إلى وسط ذي معامل انكسار متغير، في الاتجاه الذي يكون فيه أكبر. ولذلك، فإن زيادة الكثافة بالقرب من الكوفيت تؤدي إلى تركيز أشعة الضوء في هذه المنطقة، كما هو موضح بشكل تخطيطي في المقاطع العرضية وفي الشكل 1. 185، وهذا يؤدي إلى زيادة أخرى. في النهاية، يتم تقليل المقطع العرضي الفعال لشعاع الضوء الذي يمر عبر وسط غير خطي بشكل كبير. يمر الضوء كما لو كان من خلال قناة ضيقة زيادة معدلالانكسار. وبالتالي، يتم تضييق شعاع الليزر من الأشعة، ويعمل الوسط غير الخطي كعدسة تجميع تحت تأثير الإشعاع المكثف. وتسمى هذه الظاهرة بالتركيز على الذات. ويمكن ملاحظتها، على سبيل المثال، في النيتروبنزين السائل.

أرز. 185. توزيع شدة الإشعاع ومعامل الانكسار على المقطع العرضي لشعاع الليزر من الأشعة عند مدخل الكوفيت (أ)، بالقرب من نهاية الإدخال ()، في المنتصف ()، بالقرب من نهاية إخراج الكوفيت ( )

تحديد معامل الانكسار للمواد الصلبة الشفافة

والسوائل

الأجهزة والملحقات: مجهر مزود بمرشح ضوئي، ولوحة مستوية متوازية تحمل العلامة AB على شكل صليب؛ العلامة التجارية لمقياس الانكسار "RL" ؛ مجموعة من السوائل.

الهدف من العمل:تحديد معاملات الانكسار للزجاج والسوائل.

تحديد معامل انكسار الزجاج باستخدام المجهر

لتحديد معامل الانكسار للشفافية صلبيتم استخدام لوحة متوازية المستوى مصنوعة من هذه المادة مع علامة.

تتكون العلامة من خدشين متعامدين، أحدهما (أ) مطبق على الجزء السفلي، والثاني (ب) مطبق على السطح العلوي للوحة. اللوحة مضاءة بضوء أحادي اللون ويمكن رؤيتها من خلال المجهر. على
أرز. يوضح الشكل 4.7 مقطعًا عرضيًا للوحة قيد الدراسة بمستوى رأسي.

تنتقل الأشعة AD وAE، بعد الانكسار عند السطح الزجاجي الهوائي، في الاتجاهين DD1 وEE1 وتدخل عدسة المجهر.

المراقب الذي ينظر إلى اللوحة من الأعلى يرى النقطة A عند تقاطع استمرار الشعاعين DD1 و EE1، أي. عند النقطة ج.

وهكذا، فإن النقطة A تبدو للمراقب أنها تقع عند النقطة C. دعونا نوجد العلاقة بين معامل الانكسار n لمادة اللوحة، والسمك d والسمك الظاهري d1 للوحة.

4.7 من الواضح أن VD = VСtgi، BD = АВtgr، من أين

tgi/tgr = AB/BC،

حيث AB = d – سمك اللوحة؛ BC = d1 السُمك الظاهري للوحة.

إذا كانت الزوايا i و r صغيرة، إذن

سيني/سينر = تجي/تغر، (4.5)

أولئك. سيني/سينر = د/د1.

مع الأخذ في الاعتبار قانون انكسار الضوء، نحصل على

يتم إجراء قياس d/d1 باستخدام المجهر.

يتكون التصميم البصري للمجهر من نظامين: نظام المراقبة، والذي يتضمن عدسة وعدسة مثبتة في أنبوب، ونظام الإضاءة، الذي يتكون من مرآة ومرشح قابل للإزالة. يتم التركيز على الصورة من خلال تدوير المقابض الموجودة على جانبي الأنبوب.

يتم تثبيت قرص بمقياس قرص على محور المقبض الأيمن.

تحدد القراءة b على طول القرص بالنسبة للمؤشر الثابت المسافة h من العدسة إلى مرحلة المجهر:

يشير معامل k إلى الارتفاع الذي يتحرك فيه أنبوب المجهر عند تدوير المقبض بمقدار 1 درجة.

قطر العدسة في هذا الإعداد صغير مقارنة بالمسافة h، وبالتالي فإن الشعاع الأقصى الذي يدخل العدسة يشكل زاوية صغيرة i مع المحور البصري للمجهر.

زاوية انكسار الضوء r في اللوحة أقل من الزاوية i، أي. وهو صغير أيضًا، وهو ما يتوافق مع الشرط (4.5).

أمر العمل

1. ضع اللوحة على منصة المجهر بحيث تكون نقطة تقاطع الخطين A و B (انظر الشكل 1).

معامل الانكسار

4.7) كان في الأفق.

2. قم بتدوير مقبض آلية الرفع لرفع الأنبوب إلى الموضع العلوي.

3. بالنظر من خلال العدسة، قم بتدوير المقبض لخفض أنبوب المجهر بسلاسة حتى تظهر صورة واضحة للخدش B المطبق على السطح العلوي للوحة في مجال الرؤية. سجل القراءة b1 للطرف، والتي تتناسب مع المسافة h1 من عدسة المجهر إلى الحافة العلوية للوحة: h1 = kb1 (الشكل 1).

4. استمر في خفض الأنبوب بسلاسة حتى تحصل على صورة واضحة للخدش A، والذي يبدو للمراقب أنه موجود عند النقطة C. سجل قراءة جديدة b2 للقرص. المسافة h1 من العدسة إلى السطح العلوي للوحة تتناسب مع b2:
h2 = kb2 (الشكل 4.8، ب).

المسافات من النقطتين B وC إلى العدسة متساوية، لأن الراصد يراها بوضوح متساوٍ.

إزاحة الأنبوب h1-h2 تساوي السمك الظاهري للوحة (الشكل 1).

d1 = h1-h2 = (b1-b2)ك. (4.8)

5. قم بقياس سمك اللوحة d عند تقاطع الضربات. للقيام بذلك، ضع لوحة زجاجية مساعدة 2 أسفل اللوحة 1 قيد الدراسة (الشكل 4.9) وقم بخفض أنبوب المجهر حتى تلامس العدسة (بشكل خفيف) اللوحة قيد الدراسة. لاحظ إشارة الطلب a1. قم بإزالة اللوحة قيد الدراسة وقم بخفض أنبوب المجهر حتى تلامس العدسة اللوحة 2.

ملاحظة القراءة a2.

ستنخفض عدسة المجهر بعد ذلك إلى ارتفاع يساوي سمك اللوحة قيد الدراسة، أي إلى ارتفاع يساوي سمك اللوحة قيد الدراسة.

د = (أ1-أ2)ك. (4.9)

6. احسب معامل الانكسار لمادة اللوحة باستخدام الصيغة

ن = د/د1 = (أ1-أ2)/(ب1-ب2). (4.10)

7. كرر جميع القياسات المذكورة أعلاه 3 - 5 مرات، واحسب متوسط ​​قيمة n والأخطاء المطلقة والنسبية rn و rn/n.

تحديد معامل انكسار السوائل باستخدام مقياس الانكسار

تسمى الأدوات المستخدمة لتحديد معاملات الانكسار مقاييس الانكسار.

يظهر الشكل العام والتصميم البصري لجهاز قياس الانكسار RL في الشكل. 4.10 و 4.11.

يعتمد قياس معامل انكسار السوائل باستخدام مقياس انكسار RL على ظاهرة انكسار الضوء الذي يمر عبر السطح البيني بين وسطين لهما مؤشرات مختلفةالانكسار.

شعاع الضوء (الشكل .

(الشكل 4.11) من المصدر 1 (المصباح المتوهج أو ضوء النهار المنتشر) بمساعدة المرآة 2 يتم توجيهه من خلال نافذة في جسم الجهاز إلى منشور مزدوج يتكون من المنشور 3 و 4، وهو مصنوع من الزجاج بمعامل انكسار 1.540. .

السطح AA لمنشور الإضاءة العلوي 3 (الشكل 1).

4.12، أ) غير لامع ويعمل على إضاءة السائل بالضوء المتناثر المترسب في طبقة رقيقة في الفجوة بين المنشور 3 و 4. يمر الضوء المبعثر بواسطة السطح غير اللامع 3 عبر الطبقة المتوازية للسائل قيد الدراسة ويسقط على الوجه القطري BB للمنشور السفلي 4 تحت مختلف
زوايا تتراوح من صفر إلى 90 درجة.

لتجنب ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي للضوء على سطح المادة المتفجرة، يجب أن يكون معامل انكسار السائل محل الدراسة أقل من معامل انكسار زجاج المنشور 4، أي.

أقل من 1.540

يسمى شعاع الضوء الذي تكون زاوية سقوطه 90 درجة رعيًا.

سوف يتحرك الشعاع المنزلق، المنكسر عند السطح البيني للزجاج السائل، في المنشور 4 عند أقصى زاوية انكسار صإلخ< 90о.

إن انكسار الشعاع المنزلق عند النقطة D (انظر الشكل 4.12، أ) يخضع للقانون

نست/نل = سينيبر/سينبر (4.11)

أو nf = nst sinrpr، (4.12)

منذ سينيب = 1.

على سطح المنشور 4 قبل الميلاد، يحدث إعادة انكسار لأشعة الضوء وبعد ذلك

Sini ™ pr / sinr pr = 1 / nst، (4.13)

r ™ pr + i pr = i pr =a , (4.14)

حيث a هو الشعاع المنكسر للمنشور 4.

من خلال حل نظام المعادلات (4.12)، (4.13)، (4.14) بشكل مشترك، يمكننا الحصول على صيغة تربط معامل الانكسار nj للسائل قيد الدراسة مع زاوية الانكسار المحددة r'pr للحزمة الخارجة من المنشور 4:

وإذا وضع التلسكوب في طريق الأشعة الخارجة من المنشور 4، فإن الجزء السفلي من مجال رؤيته يضيء، ويكون الجزء العلوي مظلمًا. يتم تشكيل الواجهة بين الحقول الفاتحة والداكنة بواسطة أشعة ذات زاوية انكسار قصوى r ™ pr. لا توجد أشعة ذات زاوية انكسار أصغر من rÂpr في هذا النظام (الشكل 1).

وبالتالي، فإن قيمة rÂpr وموضع حد chiaroscuro يعتمدان فقط على معامل الانكسار nf للسائل قيد الدراسة، نظرًا لأن nst وa هما قيمتان ثابتتان في هذا الجهاز.

بمعرفة nst وa وrÂpr، يمكنك حساب nl باستخدام الصيغة (4.15). ومن الناحية العملية، يتم استخدام الصيغة (4.15) لمعايرة مقياس الانكسار.

مقياس 9 (انظر.

أرز. 4.11) على اليسار توجد قيم معامل الانكسار لـ ld = 5893 Å. أمام العدسة 10 - 11 توجد لوحة 8 عليها علامة (—-).

من خلال تحريك العدسة مع اللوحة 8 على طول المقياس، من الممكن محاذاة العلامة مع الواجهة بين مجالات الرؤية المظلمة والفاتحة.

تقسيم المقياس المتدرج 9 المطابق للعلامة يعطي قيمة معامل الانكسار nl للسائل قيد الدراسة. العدسة 6 والعدسة 10-11 تشكلان تلسكوبًا.

يؤدي المنشور الدوار 7 إلى تغيير مسار الشعاع، وتوجيهه إلى العدسة.

بسبب تشتت الزجاج والسائل قيد الدراسة، بدلاً من وجود حدود واضحة بين الحقول المظلمة والفاتحة، عند ملاحظتها في الضوء الأبيض، يتم الحصول على شريط قوس قزح. وللتخلص من هذا التأثير، يتم استخدام معوض التشتت 5 المثبت أمام عدسة التلسكوب. الجزء الرئيسي من المعوض عبارة عن منشور يتم لصقه معًا من ثلاثة مناشير ويمكن أن يدور بالنسبة لمحور التلسكوب.

يتم تحديد زوايا انكسار المنشور والمادة الخاصة به بحيث يمر عبرها الضوء الأصفر ذو الطول الموجي l = 5893 Å دون انكسار. إذا تم تركيب منشور تعويضي على مسار الأشعة الملونة بحيث يكون تشتته مساوياً في المقدار ولكنه معاكس في الإشارة لتشتت منشور القياس والسائل، فإن التشتت الكلي سيكون صفراً. في هذه الحالة، سيتم جمع شعاع الأشعة الضوئية في شعاع أبيض، يتزامن اتجاهه مع اتجاه الشعاع الأصفر المحدد.

وهكذا، عندما يتم تدوير المنشور التعويضي، يتم التخلص من اللون المصبوب. جنبا إلى جنب مع المنشور 5، يدور قرص التشتت 12 بالنسبة للمؤشر الثابت (انظر الشكل 4.10). تسمح زاوية الدوران Z للطرف بالحكم على قيمة متوسط ​​تشتت السائل قيد الدراسة.

يجب أن يكون مقياس الطلب متدرجًا. يتم تضمين الجدول الزمني مع التثبيت.

أمر العمل

1. ارفع المنشور 3، ضع 2-3 قطرات من سائل الاختبار على سطح المنشور 4 والمنشور السفلي 3 (انظر الشكل 4.10).

3. باستخدام التصويب البصري، احصل على صورة واضحة للمقياس والواجهة بين مجالات الرؤية.

4. عن طريق تدوير المقبض 12 للمعوض 5، قم بتدمير لون الواجهة بين المجالات المرئية.

حرك العدسة على طول المقياس، وقم بمحاذاة العلامة (—-) مع حدود الحقول المظلمة والفاتحة واكتب قيمة مؤشر السائل.

6. فحص مجموعة السوائل المقترحة وتقييم خطأ القياس.

7. بعد كل قياس، امسح سطح المنشور بورق الترشيح المنقوع في الماء المقطر.

أسئلة التحكم

الخيار 1

تحديد معاملات الانكسار المطلقة والنسبية للوسط.

2. ارسم مسار الأشعة عبر الواجهة بين وسطين (n2> n1، وn2).< n1).

3. احصل على العلاقة التي تربط معامل الانكسار n بالسمك d والسمك الظاهري d¢ للوحة.

4. مهمة.الزاوية الحدية للانعكاس الداخلي الكلي لمادة معينة هي 30 درجة.

أوجد معامل الانكسار لهذه المادة.

الجواب: ن =2.

الخيار 2

1. ما هي ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي؟

2. وصف مبدأ التصميم والتشغيل لجهاز قياس الانكسار RL-2.

3. شرح دور المعوض في مقياس الانكسار.

4. مهمة. تم إنزال مصباح كهربائي من مركز طوف مستدير إلى عمق 10 m. أوجد الحد الأدنى لنصف قطر الطوافة، في حين لا ينبغي أن يصل شعاع واحد من المصباح الكهربائي إلى السطح.

الجواب: ص = 11.3 م.

معامل الانكسار، أو معامل الانكسار، هو رقم مجرد يصف القوة الانكسارية للوسط الشفاف. تم تحديد معامل الانكسار حرف لاتينيπ ويتم تعريفها على أنها نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية انكسار الشعاع الذي يدخل من الفراغ إلى وسط شفاف معين:

n = sin α/sin β = const أو كنسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في وسط شفاف معين: n = c/νlect من الفراغ إلى وسط شفاف معين.

يعتبر معامل الانكسار مقياسًا للكثافة البصرية للوسط

ويسمى معامل الانكسار المحدد بهذه الطريقة بمعامل الانكسار المطلق، على عكس ما يسمى النسبي.

هـ يوضح عدد المرات التي تتباطأ فيها سرعة انتشار الضوء عندما يتغير معامل انكساره، والذي يتم تحديده بواسطة نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار عندما تمر الحزمة من وسط كثافة واحدة إلى وسط ذو كثافة أخرى. معامل الانكسار النسبي يساوي نسبة معاملات الانكسار المطلقة: n = n2/n1، حيث n1 و n2 هما معاملا الانكسار المطلق للوسائط الأولى والثانية.

معامل الانكسار المطلق لجميع الأجسام - الصلبة والسائلة والغازية - أكبر من الواحد ويتراوح من 1 إلى 2، ولا يتجاوز 2 إلا في حالات نادرة.

يعتمد معامل الانكسار على خصائص الوسط والطول الموجي للضوء، ويزداد مع انخفاض الطول الموجي.

لذلك، يتم تعيين مؤشر للحرف p، مما يشير إلى الطول الموجي الذي ينتمي إليه المؤشر.

معامل الانكسار

على سبيل المثال، بالنسبة لزجاج TF-1، يكون معامل الانكسار في الجزء الأحمر من الطيف nC = 1.64210، وفي الجزء البنفسجي nG' = 1.67298.

معاملات الانكسار لبعض الأجسام الشفافة

الهواء - 1.000292

الماء - 1334

الأثير - 1,358

الكحول الإيثيلي - 1.363

الجلسرين - 1473

الزجاج العضوي (زجاج شبكي) - 1، 49

البنزين - 1.503

(زجاج التاج - 1.5163

التنوب (الكندي)، بلسم 1.54

تاج زجاجي ثقيل - 1، 61 26

زجاج فلينت - 1.6164

ثاني كبريتيد الكربون - 1.629

الصوان الزجاجي الثقيل - 1، 64 75

أحادي البروم فثالين - 1.66

الزجاج هو أثقل الصوان - 1.92

الماس - 2.42

إن الاختلاف في معامل الانكسار لأجزاء مختلفة من الطيف هو سبب الكروماتية، أي.

تحلل الضوء الأبيض أثناء مروره عبر العناصر الانكسارية - العدسات، والمنشورات، وما إلى ذلك.

العمل المخبري رقم 41

تحديد معامل انكسار السوائل باستخدام مقياس الانكسار

الغرض من العمل: تحديد معامل انكسار السوائل بطريقة الانعكاس الداخلي الكلي باستخدام مقياس الانكسار إيرف-454ب; دراسة اعتماد معامل انكسار المحلول على تركيزه.

وصف التثبيت

عندما ينكسر الضوء غير أحادي اللون، فإنه يتحلل إلى الألوان المكونة له في الطيف.

ترجع هذه الظاهرة إلى اعتماد معامل انكسار المادة على تردد (الطول الموجي) للضوء وتسمى تشتت الضوء.

من المعتاد وصف قوة الانكسار للوسط بواسطة معامل الانكسار عند الطول الموجي λ = 589.3 نانومتر (متوسط ​​الطول الموجي لخطين أصفر متقاربين في طيف بخار الصوديوم).

60. ما هي طرق تحديد تركيز المواد في المحلول المستخدمة في تحليل الامتصاص الذري؟

تم تحديد معامل الانكسار هذا ند.

مقياس التشتت هو متوسط ​​التشتت، ويعرف بالفرق ( نF-نج)، أين نF- معامل انكسار المادة عند الطول الموجي λ = 486.1 نانومتر (الخط الأزرق في طيف الهيدروجين)، نج- معامل انكسار المادة λ - 656.3 نانومتر (خط أحمر في طيف الهيدروجين).

يتميز انكسار المادة بقيمة التشتت النسبي:
عادة ما تعطي الكتب المرجعية معكوس التشتت النسبي، أي.

ه.
،أين — معامل التشتت، أو رقم آبي.

يتكون التثبيت لتحديد معامل انكسار السوائل من مقياس إنكسار إيرف-454بمع حدود قياس المؤشر؛ الانكسار ندفي النطاق من 1.2 إلى 1.7؛ سائل اختبار ومناديل لمسح أسطح المنشور.

مقياس الانكسار إيرف-454بهو جهاز مصمم لقياس معامل انكسار السوائل بشكل مباشر، وكذلك لتحديد متوسط ​​تشتت السوائل في ظروف المختبر.

مبدأ تشغيل الجهاز إيرف-454بعلى أساس ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي للضوء.

يظهر الرسم التخطيطي للجهاز في الشكل. 1.

يتم وضع السائل المراد اختباره بين وجهي المنشور 1 و 2. المنشور 2 ذو حافة مصقولة جيدًا أ.بيتم القياس، ومنشور 1 بحافة غير لامعة أ1 في1 - الإضاءة. تسقط الأشعة الصادرة من مصدر الضوء على الحافة أ1 مع1 ، تنكسر، تسقط على سطح غير لامع أ1 في1 وتنتشر على هذا السطح.

ثم تمر عبر طبقة السائل قيد الدراسة وتصل إلى السطح. أ.بالمنشور 2.

وفقا لقانون الانكسار
، أين
و هي زوايا انكسار الأشعة في السائل والمنشور، على التوالي.

كلما زادت زاوية السقوط
زاوية الانكسار كما يزيد ويصل إلى قيمته القصوى
، متى
، ت.

هـ. عندما ينزلق شعاع في سائل على سطح ما أ.ب. لذلك،
. وبالتالي فإن الأشعة الخارجة من المنشور 2 تقتصر على زاوية معينة
.

تخضع الأشعة القادمة من السائل إلى المنشور 2 بزوايا كبيرة إلى انعكاس داخلي كلي عند السطح البيني أ.بولا تمر عبر المنشور.

يقوم الجهاز المعني بفحص السوائل ومعامل الانكسار وهو أقل من معامل الانكسار المنشور 2، وبالتالي، فإن الأشعة من جميع الاتجاهات المنكسرة عند حدود السائل والزجاج سوف تدخل المنشور.

من الواضح أن جزء المنشور المقابل للأشعة التي لم تمر عبره سوف يصبح داكنًا. ومن خلال التلسكوب 4 الموجود في مسار الأشعة الخارجة من المنشور، يمكن ملاحظة تقسيم مجال الرؤية إلى أجزاء فاتحة ومظلمة.

من خلال تدوير نظام المنشور 1-2، تتم محاذاة الواجهة بين الحقول الفاتحة والداكنة مع تقاطع خيوط عدسة التلسكوب. يرتبط نظام المنشور 1-2 بمقياس يتم معايرته بقيم معامل الانكسار.

يقع المقياس في الجزء السفلي من مجال رؤية الأنبوب، وعند دمج قسم من مجال الرؤية مع تقاطع من الخيوط، يعطي القيمة المقابلة لمؤشر انكسار السائل .

بسبب التشتت، سيتم تلوين واجهة مجال الرؤية بالضوء الأبيض. للتخلص من التلوين، وكذلك لتحديد متوسط ​​تشتت مادة الاختبار، يتم استخدام المعوض 3، الذي يتكون من نظامين من منشورات الرؤية المباشرة الملصقة (منشورات أميتشي).

يمكن تدوير المنشور في وقت واحد في اتجاهات مختلفة باستخدام جهاز ميكانيكي دوار دقيق، وبالتالي تغيير تشتت المعوض وإزالة تلوين حافة مجال الرؤية الذي يتم ملاحظته من خلال النظام البصري 4. يرتبط بالمعوض أسطوانة بمقياس يستخدم لتحديد معامل التشتت، مما يجعل من الممكن حساب متوسط ​​تشتت المادة.

أمر العمل

اضبط الجهاز بحيث يدخل الضوء من المصدر (المصباح المتوهج) إلى منشور الإضاءة ويضيء مجال الرؤية بالتساوي.

2. افتح منشور القياس.

باستخدام قضيب زجاجي، ضع بضع قطرات من الماء على سطحه وأغلق المنشور بعناية. يجب ملء الفجوة بين المنشورات بالتساوي بطبقة رقيقة من الماء (إيلاء اهتمام خاص لهذا).

باستخدام برغي الجهاز بمقياس، قم بإزالة تلوين مجال الرؤية والحصول على حدود حادة بين الضوء والظل. قم بمحاذاة ذلك باستخدام برغي آخر مع التقاطع المرجعي لعدسة الأداة. تحديد معامل انكسار الماء باستخدام مقياس العدسة بدقة جزء من الألف.

قارن النتائج التي تم الحصول عليها مع البيانات المرجعية للمياه. إذا كان الفرق بين معامل الانكسار المقاس والجدول الأول لا يتجاوز ± 0.001، فقد تم إجراء القياس بشكل صحيح.

التمرين 1

1. تحضير محلول ملح الطعام ( كلوريد الصوديوم) بتركيز قريب من حد الذوبان (على سبيل المثال، C = 200 جم/لتر).

قياس معامل الانكسار للمحلول الناتج.

3. عن طريق تخفيف الحل عددا صحيحا من المرات، الحصول على اعتماد المؤشر؛ الانكسار على تركيز المحلول واملأ الجدول. 1.

الجدول 1

يمارس.كيف يمكن الحصول على تركيز محلول يساوي 3/4 من الحد الأقصى (الأولي) فقط عن طريق التخفيف؟

إنشاء رسم بياني للتبعية ن = ن (ج). يتم إجراء مزيد من المعالجة للبيانات التجريبية حسب توجيهات المعلم.

معالجة البيانات التجريبية

أ) الطريقة الرسومية

تحديد من الرسم البياني ميل في، والتي، في ظل الظروف التجريبية، سوف تميز المذاب والمذيب.

2. حدد تركيز المحلول باستخدام الرسم البياني كلوريد الصوديوميقدمها مساعد المختبر.

ب) الطريقة التحليلية

احسب باستخدام طريقة المربعات الصغرى أ, فيو سب.

بناء على القيم الموجودة أو فيتحديد المتوسط
تركيز المحلول كلوريد الصوديوميقدمها مساعد المختبر

أسئلة التحكم

تشتت الضوء. ما هو الفرق بين التشتت الطبيعي والتشتت الشاذ؟

2. ما هي ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي؟

3. لماذا لا يمكن لهذا الإعداد قياس معامل انكسار سائل أكبر من معامل انكسار المنشور؟

4. لماذا الوجه المنشوري؟ أ1 في1 هل يجعلونها غير لامعة؟

التدهور، الفهرس

الموسوعة النفسية

طريقة لتقييم درجة التدهور العقلي! الوظائف التي تم قياسها بواسطة اختبار Wechsler-Bellevue. ويستند المؤشر إلى ملاحظة أن بعض القدرات المقاسة بالاختبار تتراجع مع التقدم في السن، والبعض الآخر لا ينخفض.

فِهرِس

الموسوعة النفسية

- الفهرس وتسجيل الأسماء والألقاب وما إلى ذلك. في علم النفس - مؤشر رقمي للتقييم الكمي وتوصيف الظواهر.

على ماذا يعتمد معامل الانكسار للمادة؟

فِهرِس

الموسوعة النفسية

1. معظم معنى عام: أي شيء يستخدم للتمييز أو التعريف أو التوجيه؛ المؤشرات أو النقوش أو العلامات أو الرموز. 2. صيغة أو رقم، يتم التعبير عنه غالبًا كمعامل، يوضح بعض العلاقة بين القيم أو القياسات أو بين...

مؤانسة، مؤشر

الموسوعة النفسية

صفة تعبر عن مؤانسة الشخص. على سبيل المثال، يوفر المخطط الاجتماعي، من بين تدابير أخرى، تقييمًا للتواصل الاجتماعي بين أعضاء المجموعة المختلفين.

الاختيار، الفهرس

الموسوعة النفسية

صيغة لتقدير قوة اختبار معين أو عنصر اختبار في تمييز الأفراد عن بعضهم البعض.

الموثوقية، الفهرس

الموسوعة النفسية

إحصائية توفر تقديرًا للارتباط بين القيم الفعلية التي تم الحصول عليها من الاختبار والقيم الصحيحة نظريًا.

يتم إعطاء هذا المؤشر كقيمة r، حيث r هو معامل الموثوقية المحسوب.

توقعات الأداء، الفهرس

الموسوعة النفسية

قياس مدى إمكانية استخدام المعرفة حول متغير واحد للتنبؤ بمتغير آخر، بشرط أن يكون الارتباط بين المتغيرات معروفا. عادةً ما يتم التعبير عن ذلك بشكل رمزي بالرمز E، ويتم تمثيل الفهرس بالرمز 1 -((...

الكلمات، الفهرس

الموسوعة النفسية

مصطلح عام يشير إلى أي تكرار منهجي لتكرار الكلمات في اللغة المكتوبة و/أو المنطوقة.

في كثير من الأحيان، تقتصر هذه المؤشرات على مجالات لغوية محددة، على سبيل المثال، الكتب المدرسية للصف الأول، والتفاعلات بين الوالدين والطفل. لكن التقديرات معروفة..

هياكل الجسم، الفهرس

الموسوعة النفسية

قياس الجسم الذي اقترحه آيسنك يعتمد على نسبة الطول إلى محيط الصدر.

أولئك الذين كانت درجاتهم في النطاق "الطبيعي" كانوا يُطلق عليهم اسم mesomorphs، والذين كانوا ضمن انحراف معياري أو أعلى من المتوسط ​​كانوا يُطلق عليهم اسم leptomorphs، وأولئك الذين كانوا ضمن انحراف معياري أو...

للمحاضرة رقم 24

"طرق التحليل الفعالة"

قياس الانكسار.

الأدب:

1. د. بونوماريف "الكيمياء التحليلية" 1983 246-251

2. أ.أ. إيشينكو "الكيمياء التحليلية" 2004 ص 181-184

قياس الانكسار.

قياس الانكسار هو واحد من أبسط الطرق الفيزيائيةيتم التحليل باستخدام الحد الأدنى من المادة التحليلية ويتم إجراؤه في وقت قصير جدًا.

قياس الانكسار- طريقة تعتمد على ظاهرة الانكسار أو الانكسار أي.

تغيير اتجاه انتشار الضوء عند انتقاله من وسط إلى آخر.

إن انكسار الضوء وكذلك امتصاصه هو نتيجة لتفاعله مع الوسط.

تعني كلمة قياس الانكسار قياس انكسار الضوء، والذي يقدر بقيمة معامل الانكسار.

قيمة معامل الانكسار نيعتمد على

1) على تكوين المواد والأنظمة،

2) من الحقيقة في ما التركيز وما هي الجزيئات التي يصادفها شعاع الضوء في طريقه، لأن

الجزيئات المعرضة للضوء مواد مختلفةالاستقطاب بشكل مختلف. وعلى هذا الاعتماد تعتمد طريقة قياس الانكسار.

تتمتع هذه الطريقة بعدد من المزايا، ونتيجة لذلك فقد وجدت تطبيقًا واسعًا في كل من الأبحاث الكيميائية وفي التحكم في العمليات التكنولوجية.

1) يعد قياس معاملات الانكسار عملية بسيطة جدًا يتم إجراؤها بدقة وبأقل وقت وكمية من المادة.

2) عادةً، توفر أجهزة قياس الانكسار دقة تصل إلى 10% في تحديد معامل انكسار الضوء ومحتوى المادة التحليلية

يتم استخدام طريقة قياس الانكسار للتحكم في الأصالة والنقاء، وتحديد المواد الفردية، وتحديد بنية المواد العضوية والكيميائية. المركبات غير العضويةعند دراسة الحلول

يستخدم قياس الانكسار لتحديد تكوين المحاليل المكونة من عنصرين وللأنظمة الثلاثية.

الأساس المادي للطريقة

معامل الانكسار.

انحراف شعاع الضوء عن اتجاهه الأصلي عند مروره من وسط إلى آخر كلما زاد المزيد من الفرقفي سرعة انتشار الضوء في اثنين

هذه البيئات.

دعونا نفكر في انكسار شعاع الضوء عند حدود أي وسطين شفافين I و II (انظر.

أرز.). دعونا نتفق على أن الوسط II لديه قوة انكسار أكبر، وبالتالي، ن1و ن2- يظهر انكسار الوسائط المقابلة. إذا كان الوسط I ليس فراغًا أو هواء، فإن نسبة زاوية سقوط شعاع الضوء إلى زاوية جيب الانكسار ستعطي قيمة معامل الانكسار النسبي n rel. القيمة ن rel.

ما هو معامل انكسار الزجاج؟ ومتى تحتاج إلى معرفتها؟

يمكن تعريفها أيضًا على أنها نسبة معاملات الانكسار للوسائط قيد النظر.

نوترل. = —— = —

تعتمد قيمة معامل الانكسار على

1) طبيعة المواد

يتم تحديد طبيعة المادة في هذه الحالة من خلال درجة تشوه جزيئاتها تحت تأثير الضوء - درجة قابلية الاستقطاب.

كلما زادت شدة الاستقطاب، كلما كان انكسار الضوء أقوى.

2)الطول الموجي للضوء الساقط

يتم إجراء قياس معامل الانكسار عند طول موجة ضوئية يبلغ 589.3 نانومتر (الخط D من طيف الصوديوم).

يسمى اعتماد معامل الانكسار على الطول الموجي للضوء بالتشتت.

كلما كان الطول الموجي أقصر، كلما زاد الانكسار. ولذلك، فإن الأشعة ذات الأطوال الموجية المختلفة تنكسر بشكل مختلف.

3)درجة حرارة ، حيث يتم القياس. الشرط الأساسي لتحديد معامل الانكسار هو الامتثال نظام درجة الحرارة. عادة يتم إجراء التحديد عند 20 ± 0.30 درجة مئوية.

مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض ​​معامل الانكسار، ومع انخفاض درجة الحرارة، فإنه يزيد..

يتم حساب تصحيح تأثيرات درجة الحرارة باستخدام الصيغة التالية:

nt=n20+ (20-t) 0.0002، حيث

الإقليم الشمالي –الوداع معامل الانكسار عند درجة حرارة معينة،

معامل الانكسار n20 عند 200 درجة مئوية

ويرتبط تأثير درجة الحرارة على قيم معاملات انكسار الغازات والسوائل بقيم معاملات التمدد الحجمي الخاصة بها.

يزداد حجم جميع الغازات والسوائل عند تسخينها، وتقل كثافتها، وبالتالي ينخفض ​​المؤشر

يتم قياس معامل الانكسار عند 200 درجة مئوية وطول موجة الضوء 589.3 نانومتر بواسطة المؤشر nD20

يتم تحديد اعتماد معامل الانكسار لنظام متجانس مكون من مكونين على حالته بشكل تجريبي من خلال تحديد معامل الانكسار لعدد من الأنظمة القياسية (على سبيل المثال، المحاليل)، التي يُعرف محتوى المكونات فيها.

4) تركيز المادة في المحلول.

للكثير محاليل مائيةالمواد، يتم قياس معاملات الانكسار عند التركيزات ودرجات الحرارة المختلفة بشكل موثوق، وفي هذه الحالات يمكن استخدام البيانات المرجعية الجداول الانكسارية.

تبين الممارسة أنه عندما لا يتجاوز محتوى المادة المذابة 10-20٪، إلى جانب الطريقة الرسومية، فمن الممكن في كثير من الحالات استخدامها معادلة خط مستقيميكتب:

ن=لا+FC،

ن-معامل الانكسار للحل،

لاهو معامل الانكسار للمذيب النقي،

ج— تركيز المادة المذابة،٪

F- المعامل التجريبي الذي تم العثور على قيمته

عن طريق تحديد معامل الانكسار للمحاليل ذات التركيز المعروف.

أجهزة قياس الانكسار.

أجهزة قياس الانكسار هي أدوات تستخدم لقياس معامل الانكسار.

هناك نوعان من هذه الأجهزة: مقياس الانكسار من النوع Abbe ومن النوع Pulfrich. وفي كلتا الحالتين، تعتمد القياسات على تحديد زاوية الانكسار القصوى. في الممارسة العملية، يتم استخدام أجهزة قياس الانكسار أنظمة مختلفة: مختبر-RL، RLU العالمي، الخ.

معامل انكسار الماء المقطر هو n0 = 1.33299، لكن عمليا يتم أخذ هذا المؤشر كمرجع بـ n0 =1,333.

يعتمد مبدأ تشغيل أجهزة قياس الانكسار على تحديد معامل الانكسار بطريقة الزاوية المحددة (زاوية الانعكاس الكلي للضوء).

مقياس الانكسار المحمول

مقياس انكسار آبي