Tämä artikkeli paljastaa sellaisen optiikkakäsitteen kuin taitekerroin olemuksen. Kaavat tämän arvon saamiseksi annetaan, lyhyt katsaus sähkömagneettisen aallon taittumisilmiön soveltamiseen.

Näkyvyys ja taitekerroin

Sivilisaation kynnyksellä ihmiset kysyivät: kuinka silmä näkee? On ehdotettu, että ihminen säteilee säteitä, jotka tuntevat ympäröivät esineet, tai päinvastoin, kaikki asiat lähettävät tällaisia ​​säteitä. Vastaus tähän kysymykseen annettiin 1600-luvulla. Se sisältyy optiikkaan ja liittyy taitekertoimeen. Erilaisilta läpinäkymättömiltä pinnoilta heijastuva ja rajalla läpinäkyvien kanssa taittuva valo antaa ihmiselle mahdollisuuden nähdä.

Valo- ja taitekerroin

Planeettamme peittyy Auringon valoon. Ja juuri fotonien aaltoluonteeseen liittyy sellainen käsite kuin absoluuttinen taitekerroin. Kun fotoni etenee tyhjiössä, se ei kohtaa esteitä. Planeetalla valo kohtaa monia erilaisia ​​tiheämpiä väliaineita: ilmakehän (kaasuseos), vettä, kiteitä. Koska valon fotoneilla on sähkömagneettinen aalto, niillä on yksi vaihenopeus tyhjiössä (merkitty c), ja ympäristössä - toinen (merkitty v). Ensimmäisen ja toisen suhdetta kutsutaan absoluuttiseksi taitekertoimeksi. Kaava näyttää tältä: n = c / v.

Vaiheen nopeus

Sähkömagneettisen väliaineen vaihenopeudelle kannattaa antaa määritelmä. Muussa tapauksessa ymmärrä mikä on taitekerroin n, se on kielletty. Valon fotoni on aalto. Tämä tarkoittaa, että se voidaan esittää energiapakettina, joka värähtelee (kuvitelkaa siniaallon segmentti). Vaihe - tämä on sinusoidin segmentti, jonka aalto kulkee tietyllä hetkellä (muista, että tämä on tärkeää sellaisen suuren kuin taitekertoimen ymmärtämiseksi).

Vaihe voi olla esimerkiksi korkeintaan siniaalto tai jokin sen kulmakertoimen segmentti. Aallon vaihenopeus on nopeus, jolla kyseinen vaihe liikkuu. Kuten taitekertoimen määritelmä selittää, tyhjiölle ja väliaineelle nämä arvot eroavat. Lisäksi jokaisella ympäristöllä on oma arvonsa tälle suurelle. Minkä tahansa läpinäkyvän yhdisteen koostumuksesta riippumatta on taitekerroin erilainen kuin kaikilla muilla aineilla.

Absoluuttinen ja suhteellinen taitekerroin

Edellä on jo osoitettu, että absoluuttinen arvo mitataan suhteessa tyhjiöön. Tämä on kuitenkin vaikeaa planeetallamme: valo osuu useammin ilman ja veden tai kvartsin ja spinellin rajalle. Jokaisen näistä väliaineista, kuten edellä mainittiin, taitekerroin on erilainen. Ilmassa valon fotoni kulkee yhteen suuntaan ja sillä on yksi vaihenopeus (v 1), mutta kun se tulee veteen, se muuttaa etenemissuuntaa ja vaihenopeutta (v 2). Nämä molemmat suunnat ovat kuitenkin samassa tasossa. Tämä on erittäin tärkeää sen ymmärtämiseksi, kuinka kuva ympäröivästä maailmasta muodostuu silmän verkkokalvolle tai kameran matriisille. Kahden absoluuttisen arvon suhde antaa suhteellisen taitekertoimen. Kaava näyttää tältä: n 12 \u003d v 1 / v 2.

Mutta entä jos valo päinvastoin tulee vedestä ja tulee ilmaan? Sitten tämä arvo määritetään kaavalla n 21 = v 2 / v 1. Kun kerrotaan suhteelliset taitekertoimet, saadaan n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1. Tämä suhde pätee mille tahansa mediaparille. Suhteellinen taitekerroin saadaan tulo- ja taitekulman sinistä n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Älä unohda, että kulmat lasketaan normaalista pintaan. Normaali on viiva, joka on kohtisuorassa pintaan nähden. Eli jos ongelmalle annetaan kulma α putoaa suhteessa itse pintaan, niin (90 - α):n sini on otettava huomioon.

Taitekertoimen kauneus ja sen sovellukset

Rauhallisena aurinkoisena päivänä järven pohjassa häikäisee. Tummansininen jää peittää kallion. Naisen kädessä timantti hajottaa tuhansia kipinöitä. Nämä ilmiöt ovat seurausta siitä, että läpinäkyvien väliaineiden kaikilla rajoilla on suhteellinen taitekerroin. Esteettisen nautinnon lisäksi tätä ilmiötä voidaan käyttää myös käytännön sovelluksiin.

Tässä on joitain esimerkkejä:

• Lasilinssi kerää auringonvalon säteen ja sytyttää ruohon tuleen.
• Lasersäde keskittyy sairaaseen elimeen ja katkaisee tarpeettoman kudoksen.
• Auringonvalo taittuu vanhaan lasimaalaukseen ja luo erityisen tunnelman.
• Mikroskooppi suurentaa hyvin pieniä yksityiskohtia
• Spektrofotometrin linssit keräävät laservaloa, joka heijastuu tutkittavan aineen pinnalta. Siten on mahdollista ymmärtää uusien materiaalien rakenne ja sitten ominaisuudet.
• On olemassa jopa projekti fotonitietokoneelle, jossa tietoa ei välitetä elektronien, kuten nyt, vaan fotonien kautta. Tällaiselle laitteelle tarvitaan ehdottomasti taiteelementtejä.

Aallonpituus

Aurinko kuitenkin toimittaa meille fotoneja paitsi näkyvässä spektrissä. Infrapuna-, ultravioletti- ja röntgenalueita ei havaita ihmisen näkemys mutta vaikuttaa elämäämme. IR-säteet pitävät meidät lämpiminä, UV-fotonit ionisoivat yläilmakehän ja antavat kasveille mahdollisuuden tuottaa happea fotosynteesin kautta.

Ja mitä taitekerroin on yhtä suuri, ei riipu vain aineista, joiden välillä raja on, vaan myös tulevan säteilyn aallonpituudesta. Asiayhteydestä on yleensä selvää, mihin arvoon viitataan. Eli jos kirjassa tarkastellaan röntgensäteitä ja sen vaikutuksia ihmiseen, niin silloin n siellä se on määritelty tälle alueelle. Mutta tavallisesti tarkoitetaan sähkömagneettisten aaltojen näkyvää spektriä, ellei toisin mainita.

Taitekerroin ja heijastus

Kuten yllä olevasta kävi selväksi, me puhumme läpinäkyvästä mediasta. Esimerkkeinä mainitsimme ilman, veden ja timantin. Mutta entä puu, graniitti, muovi? Onko niille olemassa sellaista asiaa kuin taitekerroin? Vastaus on monimutkainen, mutta yleisesti ottaen kyllä.

Ensinnäkin meidän pitäisi miettiä, minkälaisen valon kanssa olemme tekemisissä. Ne väliaineet, jotka ovat läpinäkymättömiä näkyville fotoneille, leikataan läpi röntgen- tai gammasäteilyllä. Eli jos olisimme kaikki supermiehiä, koko maailma ympärillämme olisi meille läpinäkyvä, mutta sisällä vaihtelevassa määrin. Esimerkiksi betoniseinät eivät olisi hyytelöä tiheämpiä, ja metalliosat näyttäisivät tiheämmän hedelmän palasilta.

Muiden alkuainehiukkasten, myonien, osalta planeettamme on yleensä läpinäkyvä. Kerran tiedemiehet toivat paljon vaivaa todistaakseen olemassaolonsa tosiasian. Muonit lävistävät meidät miljoonina joka sekunti, mutta todennäköisyys, että yksittäinen hiukkanen törmää aineen kanssa, on hyvin pieni, ja sitä on erittäin vaikea korjata. Muuten, Baikalista tulee pian paikka myonien "pyydämiseen". Sen syvä ja kirkas vesi on ihanteellinen tähän - varsinkin talvella. Tärkeintä on, että anturit eivät jäädy. Siten betonin taitekerroin esimerkiksi röntgenfotoneille on järkevä. Lisäksi aineen röntgensäteilytys on yksi tarkimmista ja tärkeimmistä menetelmistä kiteiden rakenteen tutkimiseksi.

On myös syytä muistaa, että matemaattisessa mielessä aineilla, jotka ovat läpinäkymättömiä tietyllä alueella, on kuvitteellinen taitekerroin. Lopuksi on ymmärrettävä, että myös aineen lämpötila voi vaikuttaa sen läpinäkyvyyteen.

Taittuminen tai taittuminen on ilmiö, jossa valonsäteen tai muiden aaltojen suunnan muutos tapahtuu, kun ne ylittävät rajan, joka erottaa kaksi väliainetta, jotka ovat sekä läpinäkyviä (läpäisevät näitä aaltoja) että väliaineen sisällä, jossa ominaisuudet muuttuvat jatkuvasti. .

Tapaamme taittumisilmiön varsin usein ja näemme sen tavallisena ilmiönä: voimme nähdä, että läpinäkyvässä lasissa oleva keppi, jossa on värillistä nestettä, "rikkoutuu" kohdasta, jossa ilma ja vesi eroavat (kuva 1). Kun valo taittuu ja heijastuu sateen aikana, iloitsemme, kun näemme sateenkaaren (kuva 2).

Taitekerroin on aineen tärkeä ominaisuus, joka liittyy sen fysikaalis-kemiallisiin ominaisuuksiin. Se riippuu lämpötila-arvoista sekä valoaaltojen aallonpituudesta, joilla määritys suoritetaan. Liuoksen laadunvalvontatietojen mukaan taitekertoimeen vaikuttavat siihen liuenneen aineen pitoisuus sekä liuottimen luonne. Veriseerumin taitekerroin vaikuttaa erityisesti sen sisältämän proteiinin määrä, mikä johtuu siitä, että valonsäteiden eri etenemisnopeuksilla eri tiheydellä olevissa väliaineissa niiden suunta muuttuu kahden väliaineen rajapinnassa. . Jos jaamme valon nopeuden tyhjössä tutkittavan aineen valonnopeudella, saadaan absoluuttinen taitekerroin (taitekerroin). Käytännössä määritetään suhteellinen taitekerroin (n), joka on valon nopeuden suhde ilman valon nopeuteen tutkittavassa aineessa.

Taitekerroin määritetään käyttämällä erityistä laitetta - refraktometriä.

Refraktometria on yksi helpoimmista fysikaalisen analyysin menetelmistä, ja sitä voidaan käyttää laadunvalvontalaboratorioissa kemiallisten, elintarvikkeiden, biologisesti aktiivisten elintarvikelisäaineiden, kosmetiikan ja muiden tuotteiden tuotannossa mahdollisimman vähän aikaa ja testattavien näytteiden määrällä.

Refraktometrin suunnittelu perustuu siihen, että valonsäteet heijastuvat täysin, kun ne kulkevat kahden väliaineen rajan läpi (toinen on lasiprisma, toinen on testiliuos) (kuva 3).

Riisi. 3. Refraktometrin kaavio

Lähteestä (1) valonsäde putoaa peilin pinnalle (2), sitten heijastuneena se siirtyy ylempään valaisevaan prismaan (3), sitten alempaan mittausprismaan (4), joka on valmistettu lasista. jolla on korkea taitekerroin. Prismojen (3) ja (4) väliin laitetaan kapillaarin avulla 1–2 tippaa näytettä. Jotta ei aiheudu prismaa mekaanisia vaurioita, sen pintaa ei tarvitse koskettaa kapillaarilla.

Okulaari (9) näkee kentän, jossa on ristikkäiset viivat käyttöliittymän asettamiseksi. Okulaaria liikuttamalla kenttien leikkauspiste on kohdistettava rajapinnan kanssa (kuva 4) Prisman taso (4) toimii rajapinnana, jonka pinnalta valonsäde taittuu. Koska säteet ovat hajallaan, valon ja varjon raja osoittautuu epäselväksi, värikkäiksi. Tämä ilmiö eliminoituu dispersion kompensaattorilla (5). Sitten säde ohjataan linssin (6) ja prisman (7) läpi. Levyllä (8) on tähtäysvedot (kaksi suoraa viivaa ristikkäin) sekä asteikko taitekertoimilla, joka havaitaan okulaarissa (9). Sitä käytetään taitekertoimen laskemiseen.

Kentän rajojen jakoviiva vastaa sisäisen kokonaisheijastuksen kulmaa, joka riippuu näytteen taitekertoimesta.

Refraktometriaa käytetään aineen puhtauden ja aitouden määrittämiseen. Tätä menetelmää käytetään myös määritettäessä liuosten aineiden pitoisuutta laadunvalvonnan aikana, joka lasketaan kalibrointikaaviosta (käyrä, joka näyttää näytteen taitekertoimen riippuvuuden sen pitoisuudesta).

KorolevPharmissa taitekerroin määritetään hyväksytyn viranomaisdokumentaation mukaisesti raaka-aineiden syöttövalvonnan aikana, oman tuotannon otteissa sekä vapautumisen aikana valmistuneet tuotteet. Määrityksen tekevät akkreditoidun fysikaalisen ja kemiallisen laboratorion pätevät työntekijät käyttäen IRF-454 B2M refraktometriä.

Jos tulokset tulon ohjaus raaka-aineen taitekerroin ei täsmää tarvittavat vaatimukset, laadunvalvontaosasto laatii poikkeamalain, jonka perusteella tämä raaka-aineerä palautetaan toimittajalle.

Määritysmenetelmä

1. Ennen mittausten aloittamista tarkistetaan toistensa kanssa kosketuksissa olevien prismojen pintojen puhtaus.

2. Nollapisteen tarkistus. Levitämme 2÷3 tippaa tislattua vettä mittausprisman pinnalle, suljemme se varovasti valaisevalla prismalla. Avaa valaistusikkuna ja aseta valonlähde peilin avulla voimakkaimpaan suuntaan. Kiertämällä okulaarin ruuveja saamme selkeän ja terävän eron tummien ja vaaleiden kenttien välillä sen näkökentässä. Kierrämme ruuvia ja suuntaamme varjon ja valon linjan niin, että se osuu yhteen pisteen kanssa, jossa viivat leikkaavat okulaarin yläikkunassa. Okulaarin alaikkunan pystyviivalla näemme halutun tuloksen - 20 ° C:ssa tislatun veden taitekertoimen (1,333). Jos lukemat ovat erilaiset, aseta ruuvin taitekerroin arvoon 1,333 ja viemme avaimen avulla (irrota säätöruuvi) varjon ja valon raja viivojen leikkauspisteeseen.

3. Määritä taitekerroin. Nosta prismavalaisimen kammiota ja poista vesi suodatinpaperilla tai sideharsolla. Levitä seuraavaksi 1-2 tippaa testiliuosta mittausprisman pinnalle ja sulje kammio. Kierrämme ruuveja, kunnes varjon ja valon rajat osuvat yhteen viivojen leikkauspisteen kanssa. Okulaarin alaikkunan pystyviivalla näemme halutun tuloksen - testinäytteen taitekertoimen. Laskemme taitekertoimen okulaarin alaikkunan asteikolla.

4. Kalibrointikäyrän avulla määritetään liuoksen pitoisuuden ja taitekertoimen välinen suhde. Kaavion rakentamiseksi on tarpeen valmistaa useiden pitoisuuksien standardiliuoksia käyttämällä kemiallisesti puhtaiden aineiden valmisteita, mitata niiden taitekertoimet ja piirtää saadut arvot ordinaattiselle akselille ja piirtää vastaavat liuospitoisuudet abskissa-akselilla. On tarpeen valita pitoisuusvälit, joilla havaitaan lineaarinen suhde pitoisuuden ja taitekertoimen välillä. Mittaamme testinäytteen taitekertoimen ja määritämme sen pitoisuuden käyrän avulla.

Optiikka on yksi fysiikan vanhimmista aloista. ajasta alkaen muinainen Kreikka, monet filosofit olivat kiinnostuneita valon liikkeen ja etenemisen laeista erilaisissa läpinäkyvissä materiaaleissa, kuten vedessä, lasissa, timantissa ja ilmassa. Tässä artikkelissa tarkastellaan valon taittumisen ilmiötä, huomio kiinnitetään ilman taitekertoimeen.

Valosäteen taittovaikutus

Jokainen elämässään on kohdannut satoja kertoja tämän vaikutuksen katsoessaan säiliön pohjaa tai vesilasia, johon on asetettu esine. Samaan aikaan säiliö ei vaikuttanut niin syvältä kuin se todellisuudessa oli, ja vesilasissa olevat esineet näyttivät epämuodostuneilta tai rikkoutuneilta.

Taittumisilmiö koostuu katkeamisesta sen suoraviivaisessa liikeradassa, kun se ylittää kahden läpinäkyvän materiaalin rajapinnan. Yhteenveto suuri määrä näistä kokeista 1600-luvun alussa sai hollantilainen Willebrord Snell matemaattinen lauseke, joka kuvasi tätä ilmiötä tarkasti. Tämä lauseke on kirjoitettu seuraavassa muodossa:

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

Tässä n 1 , n 2 ovat valon absoluuttisia taitekertoimia vastaavassa materiaalissa, θ 1 ja θ 2 ovat kulmia tulevan ja taittuneen säteen ja säteen leikkauspisteen kautta piirrettyyn rajapintatasoon nähden kohtisuoraan. ja tämä lentokone.

Tätä kaavaa kutsutaan Snellin tai Snell-Descartesin laiksi (ranskalainen kirjoitti sen esitetyssä muodossa, hollantilainen ei käyttänyt sinejä, vaan pituusyksiköitä).

Tämän kaavan lisäksi taittumisilmiötä kuvaa toinen laki, joka on luonteeltaan geometrinen. Se johtuu siitä, että merkitty kohtisuorassa tasoon nähden ja kaksi sädettä (taittunut ja tuleva) ovat samassa tasossa.

Absoluuttinen taitekerroin

Tämä arvo sisältyy Snellin kaavaan, ja sen arvolla on tärkeä rooli. Matemaattisesti taitekerroin n vastaa kaavaa:

Symboli c on sähkömagneettisten aaltojen nopeus tyhjiössä. Se on noin 3*10 8 m/s. Arvo v on valon nopeus väliaineessa. Siten taitekerroin heijastaa valon hidastumisen määrää väliaineessa suhteessa ilmattomaan tilaan.

Yllä olevasta kaavasta seuraa kaksi tärkeää johtopäätöstä:

• n:n arvo on aina suurempi kuin 1 (tyhjiölle se on yksi);
• se on mittaamaton määrä.

Esimerkiksi ilman taitekerroin on 1,00029, kun taas veden taitekerroin on 1,33.

Taitekerroin ei ole vakioarvo tietylle väliaineelle. Se riippuu lämpötilasta. Lisäksi jokaiselle sähkömagneettisen aallon taajuudelle sillä on oma merkityksensä. Yllä olevat luvut vastaavat siis 20 o C:n lämpötilaa ja näkyvän spektrin keltaista osaa (aallonpituus - noin 580-590 nm).

n:n arvon riippuvuus valon taajuudesta ilmenee laajenemisessa valkoinen valo prisma useissa väreissä sekä sateenkaaren muodostumisessa taivaalle rankkasateen aikana.

Valon taitekerroin ilmassa

Sen arvo (1,00029) on jo annettu yllä. Koska ilman taitekerroin eroaa vain neljännellä desimaalilla nollasta, niin ratkaistaan käytännön tehtäviä sitä voidaan pitää yhtä suurena. Pieni n:n ero ilman yksiköstä osoittaa, että ilmamolekyylit eivät käytännössä hidasta valoa, mikä liittyy sen suhteellisen alhaiseen tiheyteen. Siten ilman keskimääräinen tiheys on 1,225 kg/m 3 eli se on yli 800 kertaa kevyempää kuin makea vesi.

Ilma on optisesti ohut väliaine. Valon nopeuden hidastaminen materiaalissa on luonteeltaan kvantti, ja se liittyy aineen atomien fotonien absorptio- ja emissiotoimiin.

Muutokset ilman koostumuksessa (esimerkiksi vesihöyryn pitoisuuden lisääntyminen siinä) ja lämpötilan muutokset johtavat merkittäviin taitekertoimen muutoksiin. Hyvä esimerkki on autiomaassa tapahtuvan miragen vaikutus, joka johtuu eri lämpötilojen ilmakerrosten taitekertoimien eroista.

lasi-ilma-liitäntä

Lasi on paljon tiheämpi väliaine kuin ilma. Sen absoluuttinen taitekerroin vaihtelee välillä 1,5 - 1,66 lasityypistä riippuen. Jos otamme keskiarvon 1,55, niin säteen taittuminen ilma-lasirajapinnassa voidaan laskea kaavalla:

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

Arvoa n 21 kutsutaan ilma - lasin suhteelliseksi taitekertoimeksi. Jos säde poistuu lasista ilmaan, on käytettävä seuraavaa kaavaa:

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

Jos taittuneen säteen kulma jälkimmäisessä tapauksessa on 90 o, niin vastaavaa kutsutaan kriittiseksi. Lasi-ilmarajalle se on yhtä suuri kuin:

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

Jos säde putoaa lasi-ilmarajalle suuremmilla kulmilla kuin 40,17 o , se heijastuu kokonaan takaisin lasiin. Tätä ilmiötä kutsutaan "täydelliseksi sisäiseksi heijastukseksi".

Kriittinen kulma on olemassa vain, kun säde liikkuu tiheästä väliaineesta (lasista ilmaan, mutta ei päinvastoin).

Valon taittumisen laki. Ehdoton ja suhteellinen suorituskyky taitekertoimet. Täydellinen sisäinen heijastus

Valon taittumisen laki perustettiin empiirisesti 1600-luvulla. Kun valo siirtyy läpinäkyvästä väliaineesta toiseen, valon suunta voi muuttua. Valon suunnan muuttaminen rajalla erilaisia ​​ympäristöjä kutsutaan valon taitoksi. Taittumisen kaikkitietävyys on näennäinen muutos esineen muodossa. (esimerkki: lusikka lasissa vettä). Valon taittumislaki: Kahden väliaineen rajalla taittunut säde on tulotasossa ja muodostaa rajapinnan normaalin ollessa palautettu tulokohdassa taitekulman, joka on sellainen, että: = n 1- putoaminen, 2 heijastusta, n-taitekerroin (f. Snelius) - suhteellinen indikaattori Ilmattomasta avaruudesta väliaineeseen tulevan säteen taitekerrointa kutsutaan säteen absoluuttinen taitekerroin. Tulokulma, jossa taittunut säde alkaa liukua pitkin kahden väliaineen välistä rajapintaa siirtymättä optisesti tiheämpään väliaineeseen - sisäisen kokonaisheijastuksen rajoittava kulma. Täydellinen sisäinen heijastus- sisäinen heijastus edellyttäen, että tulokulma ylittää tietyn kriittisen kulman. Tässä tapauksessa tuleva aalto heijastuu kokonaan ja heijastuskertoimen arvo ylittää sen suurimman suuria arvoja kiillotetuille pinnoille. Sisäisen kokonaisheijastuksen heijastuskerroin ei riipu aallonpituudesta. Optiikassa tämä ilmiö havaitaan monenlaisia sähkömagneettinen säteily, mukaan lukien röntgensäteily. Geometrisessä optiikassa ilmiö selitetään Snellin lain avulla. Ottaen huomioon, että taitekulma ei voi ylittää 90°, saadaan, että tulokulmassa, jonka sini on suurempi kuin pienemmän taitekertoimen suhde suurempaan, sähkömagneettisen aallon tulisi heijastua kokonaan ensimmäiseen väliaineeseen. Esimerkki: Monien luonnonkiteiden ja erityisesti fasetoitujen jalo- ja puolijalokivien kirkas loisto selittyy täydellisellä sisäisellä heijastuksella, jonka seurauksena jokainen kiteen sisään tuleva säde muodostaa suuren joukon melko kirkkaita säteitä, jotka tulevat ulos, värjättyinä hajoamisen seurauksena.

Tarkastellaanpa tarkemmin 81 §:ssä esittämäämme taitekerrointa muotoiltaessamme taittumislakia.

Taitekerroin riippuu optisista ominaisuuksista ja väliaineesta, josta säde putoaa ja väliaineesta, johon se tunkeutuu. Taitekerrointa, joka saadaan, kun tyhjiöstä tuleva valo putoaa väliaineeseen, kutsutaan tämän väliaineen absoluuttiseksi taitekertoimeksi.

Riisi. 184. Kahden väliaineen suhteellinen taitekerroin:

Olkoon ensimmäisen väliaineen absoluuttinen taitekerroin ja toisen väliaineen absoluuttinen taitekerroin - . Ottaen huomioon taittumisen ensimmäisen ja toisen väliaineen rajalla, varmistamme, että taitekerroin siirtyessä ensimmäisestä väliaineesta toiseen, niin sanottu suhteellinen taitekerroin, on yhtä suuri kuin väliaineen absoluuttisten taitekertoimien suhde. toinen ja ensimmäinen media:

(Kuva 184). Päinvastoin, siirryttäessä toisesta väliaineesta ensimmäiseen, meillä on suhteellinen taitekerroin

Todettu yhteys kahden väliaineen suhteellisen taitekertoimen ja niiden absoluuttisten taitekertoimien välillä voitaisiin johtaa myös teoreettisesti, ilman uusia kokeita, aivan kuten voidaan tehdä palautuvuuden laille (82 §).

Väliaineen, jolla on korkeampi taitekerroin, sanotaan olevan optisesti tiheämpi. Yleensä mitataan eri väliaineiden taitekerroin ilmaan nähden. Ilman absoluuttinen taitekerroin on. Siten minkä tahansa väliaineen absoluuttinen taitekerroin liittyy sen taitekertoimeen suhteessa ilmaan kaavan mukaan

Taulukko 6. Taitekerroin erilaisia ​​aineita suhteessa ilmaan

Taitekerroin riippuu valon aallonpituudesta eli sen väristä. Eri värit vastaavat erilaisia ​​taitekertoimia. Tällä ilmiöllä, jota kutsutaan dispersioksi, on tärkeä rooli optiikassa. Käsittelemme tätä ilmiötä toistuvasti myöhemmissä luvuissa. Taulukossa annetut tiedot. 6, viittaa keltaiseen valoon.

On mielenkiintoista huomata, että heijastuslaki voidaan kirjoittaa muodollisesti samassa muodossa kuin taittumislaki. Muista, että sovimme, että kulmat mitataan aina kohtisuorasta vastaavaan säteeseen. Siksi on katsottava, että tulokulmalla ja heijastuskulmalla on vastakkaiset merkit, ts. heijastuslaki voidaan kirjoittaa muodossa

Vertaamalla (83.4) taittumislakiin näemme, että heijastuslakia voidaan pitää erikoistapaus taittumislaki kohdassa . Tämä muodollinen samankaltaisuus heijastus- ja taittolakien välillä on hyödyllinen käytännön ongelmien ratkaisemisessa.

Edellisessä esityksessä taitekerroin tarkoitti väliaineen vakiota, joka oli riippumaton sen läpi kulkevan valon voimakkuudesta. Tällainen taitekertoimen tulkinta on varsin luonnollinen, mutta nykyaikaisilla lasereilla saavutettavissa olevien korkeiden säteilyintensiteettien tapauksessa se ei ole perusteltua. Väliaineen ominaisuudet, jonka läpi voimakas valosäteily kulkee, riippuvat tässä tapauksessa sen voimakkuudesta. Kuten sanotaan, mediasta tulee epälineaarinen. Väliaineen epälineaarisuus ilmenee erityisesti siinä, että korkean intensiteetin valoaalto muuttaa taitekerrointa. Taitekertoimen riippuvuus säteilyn intensiteetistä on muotoa

Tässä on tavallinen taitekerroin, a on epälineaarinen taitekerroin ja on suhteellisuustekijä. Tämän kaavan lisätermi voi olla joko positiivinen tai negatiivinen.

Suhteelliset muutokset taitekertoimessa ovat suhteellisen pieniä. klo epälineaarinen taitekerroin. Kuitenkin niin pienetkin muutokset taitekertoimessa ovat havaittavissa: ne ilmenevät omituisena valon itsefokusoitumisen ilmiönä.

Tarkastellaan väliainetta, jolla on positiivinen epälineaarinen taitekerroin. Tässä tapauksessa lisääntyneen valon intensiteetin alueet ovat samanaikaisia ​​​​alueita, joilla on lisääntynyt taitekerroin. Yleensä todellisessa lasersäteilyssä intensiteettijakauma säteen poikkileikkaukselle on epätasainen: intensiteetti on suurin akselin suuntaisesti ja vähenee tasaisesti säteen reunoja kohti, kuten kuvassa 10 näkyy. 185 kiinteää käyrää. Samanlainen jakauma kuvaa myös taitekertoimen muutosta solun poikkileikkauksessa epälineaarisella väliaineella, jonka akselia pitkin lasersäde etenee. Taitekerroin, joka on suurin solun akselilla, pienenee vähitellen sen seinämiä kohti (katkoviivakäyrät kuvassa 185).

Laserista akselin suuntaisesti tuleva säde, joka putoaa vaihtelevan taitekertoimen omaavaan väliaineeseen, poikkeutetaan suuntaan, jossa se on suurempi. Siksi lisääntynyt intensiteetti OSP-solun läheisyydessä johtaa valonsäteiden keskittymiseen tällä alueella, mikä on esitetty kaavamaisesti poikkileikkauksissa ja kuvassa 1. 185, ja tämä johtaa edelleen kasvuun. Lopulta epälineaarisen väliaineen läpi kulkevan valonsäteen tehollinen poikkileikkaus pienenee merkittävästi. Valo kulkee kapeaa kanavaa pitkin korotettu korko taittuminen. Siten lasersäde kapenee ja epälineaarinen väliaine toimii suppenevana linssinä voimakkaan säteilyn vaikutuksesta. Tätä ilmiötä kutsutaan itsekeskeytymiseksi. Se voidaan havaita esimerkiksi nestemäisessä nitrobentseenissä.

Riisi. 185. Säteilyintensiteetin ja taitekertoimen jakautuminen lasersäteen poikkileikkaukselle kyvetin sisäänkäynnissä (a), lähellä tulopäätä (), keskellä (), lähellä kyvetin lähtöpäätä ( )

Läpinäkyvien kiinteiden aineiden taitekertoimen määritys

Ja nesteitä

Instrumentit ja tarvikkeet: valosuodattimella varustettu mikroskooppi, tasosuuntainen levy, jossa on ristin muotoinen AB-merkki; refraktometrin merkki "RL"; joukko nesteitä.

Työn tavoite: määrittää lasin ja nesteiden taitekertoimet.

Lasin taitekertoimen määritys mikroskoopilla

Määrittää läpinäkyvän taitekertoimen kiinteä runko käytetään tästä materiaalista valmistettua tasosuuntaista levyä, jossa on merkki.

Merkki koostuu kahdesta keskenään kohtisuorasta naarmusta, joista toinen (A) on kiinnitetty levyn pohjaan ja toinen (B) - levyn yläpintaan. Levy valaistaan ​​monokromaattisella valolla ja tutkitaan mikroskoopilla. Päällä
riisi. 4.7 esittää poikkileikkauksen tutkitusta levystä pystytasolla.

Säteet AD ja AE taittumisen jälkeen lasi-ilmarajapinnassa menevät suuntiin DD1 ja EE1 ja putoavat mikroskoopin objektiiviin.

Levyä ylhäältä katsova tarkkailija näkee pisteen A säteiden DD1 ja EE1 jatkon leikkauskohdassa, ts. kohdassa C.

Näin ollen piste A näyttää pisteessä C sijaitsevalle havainnoijalle. Etsitään levymateriaalin taitekertoimen n, paksuuden d ja levyn näennäispaksuuden d1 välinen suhde.

4.7 voidaan nähdä, että VD \u003d BCtgi, BD \u003d ABtgr, mistä

tgi/tgr = AB/BC,

jossa AB = d on levyn paksuus; BC = d1 näennäinen levypaksuus.

Jos kulmat i ja r ovat pieniä, niin

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4.5)

nuo. Sini/Sinr = d/d1.

Ottaen huomioon valon taittumisen lain saamme

D/d1-mittaus tehdään mikroskoopilla.

Mikroskoopin optinen kaavio koostuu kahdesta järjestelmästä: havaintojärjestelmästä, joka sisältää objektiivin ja putkeen asennetun okulaarin, sekä valaistusjärjestelmästä, joka koostuu peilistä ja irrotettavasta valosuodattimesta. Kuvan tarkennus suoritetaan kääntämällä putken molemmilla puolilla olevia kahvoja.

Oikean kahvan akselilla on levy, jossa on raaja-asteikko.

Raajan lukema b suhteessa kiinteään osoittimeen määrittää etäisyyden h objektiivista mikroskoopin tasoon:

Kerroin k osoittaa, mihin korkeuteen mikroskoopin putki liikkuu, kun kahvaa käännetään 1°.

Objektiivin halkaisija tässä asetelmassa on pieni verrattuna etäisyyteen h, joten objektiiviin menevä uloin säde muodostaa pienen kulman i mikroskoopin optisen akselin kanssa.

Valon taitekulma r levyssä on pienempi kuin kulma i, ts. on myös pieni, mikä vastaa ehtoa (4.5).

Työmääräys

1. Aseta levy mikroskoopin tasolle niin, että vetojen A ja B leikkauspiste (katso kuva

Taitekerroin

4.7) oli näkökentässä.

2. Pyöritä nostomekanismin kahvaa nostaaksesi putken yläasentoon.

3. Katso okulaariin ja laske mikroskoopin putkea hitaasti alas kääntämällä kahvaa, kunnes näkökenttään tulee selkeä kuva levyn yläpinnalle levinneestä naarmusta B. Kirjaa muistiin raajan indikaatio b1, joka on verrannollinen etäisyyteen h1 mikroskoopin objektiivista levyn yläreunaan: h1 = kb1 (kuva 1).

4. Jatka putken laskemista tasaisesti, kunnes saadaan selkeä kuva naarmusta A, joka näyttää pisteessä C olevalle tarkkailijalle. Kirjaa uusi lukema b2 limbuksesta. Etäisyys h1 objektiivista levyn yläpintaan on verrannollinen b2:een:
h2 = kb2 (kuvio 4.8, b).

Etäisyydet pisteistä B ja C linssiin ovat yhtä suuret, koska havainnoija näkee ne yhtä selvästi.

Putken h1-h2 siirtymä on yhtä suuri kuin levyn näennäinen paksuus (kuva 1).

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

5. Mittaa levyn paksuus d iskujen leikkauspisteestä. Tätä varten aseta lisälasilevy 2 testilevyn 1 alle (kuva 4.9) ja laske mikroskoopin putkea, kunnes linssi koskettaa (hieman) testilevyä. Huomaa raajan a1 merkki. Irrota tutkittava levy ja laske mikroskoopin putkea, kunnes objektiivi koskettaa levyä 2.

Huomautus a2.

Samalla mikroskoopin objektiivi putoaa tutkittavan levyn paksuutta vastaavalle korkeudelle, ts.

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

6. Laske levymateriaalin taitekerroin kaavalla

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

7. Toista kaikki yllä olevat mittaukset 3-5 kertaa, laske keskiarvo n, absoluuttiset ja suhteelliset virheet rn ja rn/n.

Nesteiden taitekertoimen määritys refraktometrillä

Taitekertoimien määrittämiseen käytettäviä laitteita kutsutaan refraktometreiksi.

RL-refraktometrin yleinen näkymä ja optinen kaavio on esitetty kuvassa. 4.10 ja 4.11.

Nesteiden taitekertoimen mittaus RL-refraktometrillä perustuu valon taittumisilmiöön, joka on kulkenut kahden väliaineen välisen rajapinnan läpi. erilaisia ​​indikaattoreita taittuminen.

Valonsäde (kuva.

4.11) lähteestä 1 (hehkulamppu tai hajavalo) ohjataan peilin 2 avulla instrumenttikotelossa olevan ikkunan kautta kaksoisprismaan, joka koostuu prismoista 3 ja 4, jotka on valmistettu taitekerroin lasista 1,540.

Ylemmän valaistusprisman 3 pinta AA (kuva 1).

4.12, a) on mattapintainen ja valaisee nestettä sironneella valolla, joka on kerrostunut ohuena kerroksena prismien 3 ja 4 väliseen rakoon. Mattapinnan 3 siroama valo kulkee tutkittavan nesteen tasosuuntaisen kerroksen läpi. ja putoaa alemman prisman 4 räjähteen diagonaalipinnalle eri alle
kulmat i vaihtelevat nollasta 90°:een.

Valon täydellisen sisäisen heijastuksen ilmiön välttämiseksi räjähdysainepinnalta tutkittavan nesteen taitekertoimen tulee olla pienempi kuin prisman 4 lasin taitekerroin, ts.

alle 1540.

Valosädettä, jonka tulokulma on 90°, kutsutaan liukuvaksi säteeksi.

Liukuva palkki, joka taittuu neste-lasin rajapinnassa, menee prismaan 4 rajoittavassa taitekulmassa r jne< 90о.

Liukuvan säteen taittuminen pisteessä D (katso kuva 4.12, a) noudattaa lakia

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

tai nzh = nstsinrpr, (4.12)

koska sinipr = 1.

Prisman 4 pinnalla BC valonsäteet taittuvat uudelleen ja sitten

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

missä a on prisman 4 taittava säde.

Ratkaisemalla yhdessä yhtälöjärjestelmä (4.12), (4.13), (4.14) saadaan kaava, joka yhdistää tutkittavan nesteen taitekertoimen nzh säteen rajaavaan taitekulmaan r'pr. prisma 4:

Jos prismasta 4 tulevien säteiden reitille asetetaan kaukoputki, sen näkökentän alaosa on valaistu ja yläosa tumma. Vaalean ja pimeän kentän rajapinnan muodostavat säteet, joilla on rajoittava taitekulma r¢pr. Tässä järjestelmässä ei ole säteitä, joiden taitekulma on pienempi kuin r¢pr (kuva 1).

Siksi r¢pr:n arvo ja chiaroscuron rajan sijainti riippuvat vain tutkittavan nesteen taitekertoimesta nzh, koska nst ja a ovat vakioarvoja tässä laitteessa.

Kun tiedetään nst, a ja r¢pr, on mahdollista laskea nzh käyttämällä kaavaa (4.15). Käytännössä refraktometrin asteikon kalibroimiseen käytetään kaavaa (4.15).

Asteikolla 9 (ks

riisi. 4.11), vasemmalle on piirretty taitekertoimen arvot ld = 5893 Å. Okulaarin 10 - 11 edessä on levy 8, jossa on merkintä (--).

Siirtämällä okulaaria levyn 8 kanssa asteikkoa pitkin, on mahdollista saavuttaa merkin linjaus tumman ja vaalean näkökentän välisen jakoviivan kanssa.

Asteikkoasteikon 9 jako, joka osuu yhteen merkin kanssa, antaa tutkittavan nesteen taitekertoimen nzh arvon. Objektiivi 6 ja okulaari 10-11 muodostavat kaukoputken.

Pyörivä prisma 7 muuttaa säteen kulkua suuntaamalla sen okulaariin.

Lasin ja tutkittavan nesteen hajoamisesta johtuen tummien ja kirkkaiden kenttien välisen selkeän jakoviivan sijaan saadaan valkoisessa valossa tarkasteltuna irisoiva raita. Tämän vaikutuksen eliminoimiseksi dispersion kompensaattori 5 asennetaan teleskoopin linssin eteen. Kompensaattorin pääosa on prisma, joka on liimattu kolmesta prismasta ja joka voi pyöriä teleskoopin akseliin nähden.

Prisman ja niiden materiaalin taitekulmat valitaan siten, että niiden läpi kulkee keltainen valo, jonka aallonpituus on ld = 5893 Å. Jos kompensoiva prisma asennetaan värillisten säteiden polulle siten, että sen dispersio on suuruudeltaan yhtä suuri, mutta etumerkillisesti vastakkainen mittausprisman ja nesteen dispersiolle, niin kokonaisdispersio on nolla. Tässä tapauksessa valonsäteiden säde kerääntyy valkoiseksi säteeksi, jonka suunta on sama kuin rajoittavan keltaisen säteen suunta.

Siten kompensoivan prisman pyöriessä värisävyn väri eliminoituu. Yhdessä prisman 5 kanssa dispersiohaara 12 pyörii suhteessa kiinteään osoittimeen (ks. kuva 4.10). Raajan kiertokulma Z mahdollistaa tutkittavan nesteen keskimääräisen dispersion arvon arvioimisen.

Kellotaulun on oltava asteikolla. Aikataulu on asennuksen liitteenä.

Työmääräys

1. Nosta prisma 3, laita 2-3 tippaa testinestettä prisman 4 pinnalle ja laske prisma 3 (katso kuva 4.10).

3. Saavuta terävä kuva mittakaavasta ja näkökenttien välisestä rajapinnasta okulaarisella tähtäyksellä.

4. Kääntämällä kompensaattorin 5 kahvaa 12, tuhoa näkökenttien välisen rajapinnan värillinen väritys.

Siirrä okulaaria asteikkoa pitkin, kohdista merkki (--) tumman ja vaalean kentän reunaan ja kirjaa nesteindeksin arvo.

6. Tutki ehdotettua nestesarjaa ja arvioi mittausvirhe.

7. Pyyhi jokaisen mittauksen jälkeen prismojen pinta suodatinpaperilla, joka on kastettu tislattuun veteen.

Kontrollikysymykset

Vaihtoehto 1

Määritä väliaineen absoluuttinen ja suhteellinen taitekerroin.

2. Piirrä säteiden reitti kahden median rajapinnan läpi (n2> n1 ja n2< n1).

3. Hanki suhde, joka yhdistää taitekertoimen n levyn paksuuteen d ja näennäiseen paksuuteen d¢.

4. Tehtävä. Joidenkin aineiden sisäisen kokonaisheijastuksen rajakulma on 30°.

Etsi tämän aineen taitekerroin.

Vastaus: n=2.

Vaihtoehto 2

1. Mikä on täydellisen sisäisen heijastuksen ilmiö?

2. Kuvaa RL-2 refraktometrin rakenne ja toimintaperiaate.

3. Selitä kompensaattorin rooli refraktometrissä.

4. Tehtävä. Hehkulamppu lasketaan pyöreän lautan keskeltä 10 metrin syvyyteen. Etsi lautan vähimmäissäde, kun taas yksikään hehkulampun säde ei saa päästä pintaan.

Vastaus: R = 11,3 m.

TAITEKERROIN, tai Taitekerroin, on abstrakti luku, joka kuvaa läpinäkyvän väliaineen taitevoimaa. Taitekerroin on merkitty Latinalainen kirjainπ ja se määritellään aukosta tiettyyn läpinäkyvään väliaineeseen tulevan säteen tulokulman sinin ja taitekulman sinin väliseksi suhteeksi:

n = sin α/sin β = const tai valon nopeuden suhde ontelossa valon nopeuteen tietyssä läpinäkyvässä väliaineessa: n = c/νλ tyhjästä tiettyyn läpinäkyvään väliaineeseen.

Taitekerrointa pidetään väliaineen optisen tiheyden mittana

Tällä tavalla määritettyä taitekerrointa kutsutaan absoluuttiseksi taitekertoimeksi, toisin kuin suhteellinen taitekerroin.

e. näyttää kuinka monta kertaa valon etenemisnopeus hidastuu, kun sen taitekerroin ohittaa, mikä määräytyy tulokulman sinin suhteesta taitekulman siniin, kun säde kulkee väliaineesta yhdestä tiheydestä toisen tiheyden väliaineeksi. Suhteellinen taitekerroin on yhtä suuri kuin absoluuttisten taitekertoimien suhde: n = n2/n1, missä n1 ja n2 ovat ensimmäisen ja toisen väliaineen absoluuttiset taitekertoimet.

Kaikkien kappaleiden - kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten - absoluuttinen taitekerroin on suurempi kuin yksi ja vaihtelee välillä 1-2, ylittäen arvon 2 vain harvoissa tapauksissa.

Taitekerroin riippuu sekä väliaineen ominaisuuksista että valon aallonpituudesta ja kasvaa aallonpituuden pienentyessä.

Siksi p-kirjaimelle on määritetty indeksi, joka osoittaa, mihin aallonpituuteen indikaattori viittaa.

TAITEKERROIN

Esimerkiksi TF-1-lasilla taitekerroin spektrin punaisessa osassa on nC=1,64210 ja violetissa osassa nG’=1,67298.

Joidenkin läpinäkyvien kappaleiden taitekertoimet

Ilma - 1,000292

Vesi - 1 334

Eetteri - 1 358

Etyylialkoholi - 1,363

Glyseriini - 1 473

Orgaaninen lasi (pleksilasi) - 1, 49

Bentseeni - 1,503

(kruunulasi - 1,5163

Kuusi (kanadalainen), balsami 1,54

Raskas kruunulasi - 1, 61 26

Piikivilasi - 1,6164

Hiilidisulfidi - 1,629

Lasi raskas piikivi - 1, 64 75

Monobrominaftaleeni - 1,66

Lasi on painavin piikivi - 1,92

Timantti - 2,42

Taitekertoimen ero spektrin eri osissa on syy kromatismiin, ts.

valkoisen valon hajoaminen, kun se kulkee taittavien osien läpi - linssit, prismat jne.

Lab #41

Nesteiden taitekertoimen määritys refraktometrillä

Työn tarkoitus: nesteiden taitekertoimen määritys sisäisen kokonaisheijastuksen menetelmällä refraktometrillä IRF-454B; liuoksen taitekertoimen riippuvuuden tutkimus sen pitoisuudesta.

Asennuskuvaus

Kun ei-monokromaattinen valo taittuu, se hajoaa komponenttiväreiksi spektriksi.

Tämä ilmiö johtuu aineen taitekertoimen riippuvuudesta valon taajuudesta (aallonpituudesta), ja sitä kutsutaan valon dispersioksi.

Väliaineen taitevoimaa on tapana karakterisoida taitekertoimella tietyllä aallonpituudella λ \u003d 589,3 nm (kahden läheisen keltaisen viivan aallonpituuksien keskiarvo natriumhöyryspektrissä).

60. Mitä menetelmiä aineen pitoisuuden määrittämiseksi liuoksessa käytetään atomiabsorptioanalyysissä?

Tämä taitekerroin on merkitty nD.

Varianssin mitta on keskimääräinen varianssi, joka määritellään erotuksena ( nF-nC), Missä nF on aineen taitekerroin aallonpituudella λ = 486,1 nm (sininen viiva vetyspektrissä), nC on aineen taitekerroin λ - 656,3 nm (punainen viiva vedyn spektrissä).

Aineen taittumista kuvaa suhteellinen dispersion arvo:
Käsikirjat antavat yleensä suhteellisen dispersion käänteisluvun, ts.

e.
,Missä on dispersiokerroin tai Abbe-luku.

Nesteiden taitekertoimen määrittämiseen tarkoitettu laite koostuu refraktometristä IRF-454B indikaattorin mittausrajojen kanssa; taittuminen nD alueella 1,2 - 1,7; testineste, pyyhkeet prismojen pintojen pyyhkimiseen.

Refraktometri IRF-454B on testilaite, joka on suunniteltu mittaamaan suoraan nesteiden taitekerrointa sekä määrittämään nesteiden keskimääräinen hajonta laboratoriossa.

Laitteen toimintaperiaate IRF-454B perustuu valon täydellisen sisäisen heijastuksen ilmiöön.

Laitteen kaaviokuva on esitetty kuvassa. 1.

Tutkittu neste asetetaan prisman 1 ja 2 kahden pinnan väliin. Prisma 2 hyvin kiillotetulla pinnalla AB mittaa, ja prisma 1 on mattapintainen A1 SISÄÄN1 - valaistus. Valonlähteen säteet putoavat reunalle A1 KANSSA1 , taittuu, putoaa mattapinnalle A1 SISÄÄN1 ja hajallaan tämän pinnan kautta.

Sitten ne kulkevat tutkitun nestekerroksen läpi ja putoavat pinnalle. AB prismat 2.

Taittumislain mukaan
, Missä
Ja ovat nesteen ja prisman säteiden taitekulmat, vastaavasti.

Kun tulokulma kasvaa
taitekulma myös kasvaa ja saavuttaa maksimiarvonsa
, Kun
, T.

e. kun nesteessä oleva säde liukuu pinnan yli AB. Siten,
. Siten prismasta 2 lähtevät säteet rajoittuvat tiettyyn kulmaan
.

Nesteestä prismaan 2 suurissa kulmissa tulevat säteet läpikäyvät täydellisen sisäisen heijastuksen rajapinnalla ABäläkä mene prisman läpi.

Tarkasteltavana olevaa laitetta käytetään nesteiden, taitekertoimen, tutkimiseen joka on pienempi kuin taitekerroin prisma 2, siksi kaikkien suuntien säteet, jotka taittuvat nesteen ja lasin rajalla, tulevat prismaan.

Ilmeisesti se osa prismasta, joka vastaa ei-läpäiseviä säteitä, tummuu. Prismasta tulevien säteiden reitillä sijaitsevassa kaukoputkessa 4 voidaan tarkkailla näkökentän jakautumista vaaleisiin ja tummiin osiin.

Kääntämällä prismajärjestelmää 1-2, vaalean ja tumman kentän välinen raja yhdistetään teleskoopin okulaarin lankojen ristiin. Prismajärjestelmä 1-2 liittyy asteikkoon, joka on kalibroitu taitekerroinarvoilla.

Asteikko sijaitsee putken näkökentän alaosassa ja, kun näkökentän osa yhdistetään kierteiden ristiin, antaa vastaavan nesteen taitekertoimen arvon. .

Hajotuksesta johtuen näkökentän rajapinta valkoisessa valossa on värillinen. Värin poistamiseksi sekä testiaineen keskimääräisen dispersion määrittämiseksi käytetään kompensaattoria 3, joka koostuu kahdesta liimatusta suoranäköprismajärjestelmästä (Amici-prismat).

Prismoja voidaan pyörittää samanaikaisesti eri suuntiin käyttämällä tarkkaa pyörivää mekaanista laitetta, mikä muuttaa kompensaattorin luontaista hajoamista ja eliminoi läpi havaitun näkökentän rajan värjäytymisen. optinen järjestelmä 4. Kompensaattoriin on kytketty rumpu, jossa on asteikko, jonka mukaan määritetään dispersioparametri, jonka avulla voidaan laskea aineen keskimääräinen dispersio.

Työmääräys

Säädä laite niin, että lähteestä (hehkulamppu) tuleva valo tulee valaisevaan prismaan ja valaisee näkökentän tasaisesti.

2. Avaa mittausprisma.

Levitä muutama tippa vettä sen pinnalle lasisauvalla ja sulje prisma varovasti. Prismojen välinen rako on täytettävä tasaisesti ohuella vesikerroksella (kiinnitä tähän erityistä huomiota).

Käytä laitteen ruuvia asteikolla poistamalla näkökentän värjäytyminen ja saamalla terävän rajan valon ja varjon välille. Kohdista se toisen ruuvin avulla laitteen okulaarin vertailuristin kanssa. Määritä veden taitekerroin okulaarin asteikolla lähimpään tuhannesosaan.

Vertaa saatuja tuloksia veden vertailutietoihin. Jos mitatun ja taulukoitujen taitekertoimien välinen ero ei ylitä ± 0,001, mittaus suoritettiin oikein.

Harjoitus 1

1. Valmista ruokasuolaliuos ( NaCl), jonka pitoisuus on lähellä liukoisuusrajaa (esim. C = 200 g/litra).

Mittaa tuloksena olevan liuoksen taitekerroin.

3. Laimentamalla liuosta kokonaislukumäärä kertaa, saadaan indikaattorin riippuvuus; liuoksen pitoisuudesta ja täytä taulukko. 1.

pöytä 1

Harjoittele. Kuinka saada vain laimentamalla liuoksen pitoisuus, joka on 3/4 maksimista (alku)?

Piirrä riippuvuuskaavio n=n(C). Kokeellisten tietojen jatkokäsittely tulee suorittaa opettajan ohjeiden mukaan.

Kokeellisten tietojen käsittely

a) Graafinen menetelmä

Päätä kaaviosta kaltevuus SISÄÄN, joka kokeen olosuhteissa luonnehtii liuennutta ainetta ja liuotinta.

2. Määritä liuoksen pitoisuus käyrän avulla NaCl laborantin antama.

b) Analyyttinen menetelmä

Laske pienimmän neliösumman avulla A, SISÄÄN Ja SB.

Löytyneiden arvojen mukaan A Ja SISÄÄN määrittää keskiarvon
liuoksen pitoisuus NaCl laborantin antama

Kontrollikysymykset

valon hajoaminen. Mitä eroa on normaalilla ja epänormaalilla dispersiolla?

2. Mikä on täydellisen sisäisen heijastuksen ilmiö?

3. Miksi tällä asetuksella on mahdotonta mitata prisman taitekerrointa suuremman nesteen taitekerrointa?

4. Miksi prisman kasvot A1 SISÄÄN1 tehdä matta?

Hajoaminen, indeksi

Psykologinen tietosanakirja

Tapa arvioida henkisen rappeutumisen astetta! Wexler-Bellevuen testillä mitatut toiminnot. Indeksi perustuu havaintoon, että joidenkin testillä mitattujen kykyjen kehitystaso laskee iän myötä, kun taas toisten ei.

Indeksi

Psykologinen tietosanakirja

- hakemisto, rekisteri nimistä, nimikkeistä jne. Psykologiassa - digitaalinen indikaattori ilmiöiden kvantifiointiin, karakterisointiin.

Mistä aineen taitekerroin riippuu?

Indeksi

Psykologinen tietosanakirja

1. Suurin osa yleinen merkitys: kaikki mitä käytetään merkitsemiseen, tunnistamiseen tai ohjaamiseen; merkinnät, kirjoitukset, kyltit tai symbolit. 2. Kaava tai luku, usein ilmaistuna tekijänä, joka osoittaa jonkin verran yhteyttä arvojen tai mittausten välillä tai...

Yhteiskunnallisuus, indeksi

Psykologinen tietosanakirja

Ominaisuus, joka ilmaisee henkilön sosiaalisuutta. Esimerkiksi sosiogrammi antaa muiden mittausten ohella arvion ryhmän eri jäsenten sosiaalisuudesta.

Valinta, hakemisto

Psykologinen tietosanakirja

Kaava tietyn testin tai testikohteen tehon arvioimiseksi yksilöiden erottamisessa toisistaan.

Luotettavuus, indeksi

Psykologinen tietosanakirja

Tilasto, joka antaa arvion testistä saatujen todellisten arvojen ja teoreettisesti oikeiden arvojen välisestä korrelaatiosta.

Tämä indeksi annetaan arvona r, jossa r on laskettu turvallisuustekijä.

Ennustetehokkuus, indeksi

Psykologinen tietosanakirja

Mitta siitä, missä määrin yhtä muuttujaa koskevaa tietoa voidaan käyttää toisen muuttujan ennusteiden tekemiseen, kun otetaan huomioon, että näiden muuttujien korrelaatio tunnetaan. Yleensä symbolisessa muodossa tämä ilmaistaan ​​muodossa E, indeksi esitetään muodossa 1 - ((...

Sanat, hakemisto

Psykologinen tietosanakirja

Yleinen termi mitä tahansa systemaattista sanojen esiintymistiheyttä kirjoitetussa ja/tai puhutussa kielessä.

Usein tällaiset indeksit rajoittuvat tiettyihin kielellisiin alueisiin, kuten ensimmäisen luokan oppikirjoihin, vanhemman ja lapsen vuorovaikutukseen. Arvioita kuitenkin tiedetään...

Kehon rakenteet, indeksi

Psykologinen tietosanakirja

Eysenckin ehdottama kehon mitta, joka perustuu pituuden ja rinnan ympärysmitan suhteeseen.

"Normaalilla" alueella olevia kutsuttiin mesomorfeiksi, standardipoikkeaman sisällä tai keskiarvon yläpuolella olevia kutsuttiin leptomorfeiksi ja niitä, jotka olivat keskihajonnan sisällä tai...

LUENTOON №24

"INSTRUMENTAALISET ANALYYSIMENETELMÄT"

REFRAKTOMETRIA.

Kirjallisuus:

1. V.D. Ponomarev "Analyyttinen kemia" 1983 246-251

2. A.A. Ishchenko "Analyyttinen kemia" 2004, s. 181-184

REFRAKTOMETRIA.

Refraktometria on yksi yksinkertaisimmista fyysisiä menetelmiä analyysi mahdollisimman pienellä määrällä analyyttiä ja se suoritetaan hyvin lyhyessä ajassa.

Refraktometria- menetelmä, joka perustuu taittumiseen tai taittumiseen, ts.

muuttaa valon etenemissuuntaa siirtyessään väliaineesta toiseen.

Taittuminen, samoin kuin valon absorptio, on seurausta sen vuorovaikutuksesta väliaineen kanssa.

Sana refraktometria tarkoittaa mittaus valon taittuminen, joka arvioidaan taitekertoimen arvolla.

Taitekertoimen arvo n riippuu

1) aineiden ja järjestelmien koostumuksesta,

2) alkaen millä pitoisuudella ja mitä molekyylejä valonsäde kohtaa matkallaan, koska

valomolekyylien vaikutuksesta erilaisia ​​aineita polarisoituu eri tavalla. Tähän riippuvuuteen refraktometrinen menetelmä perustuu.

Tällä menetelmällä on useita etuja, minkä seurauksena se on löytänyt laajan käytön sekä kemiallisessa tutkimuksessa että teknisten prosessien ohjauksessa.

1) Taitekertoimien mittaus on hyvin yksinkertainen prosessi, joka suoritetaan tarkasti ja minimaalisella ajan ja aineen määrällä.

2) Yleensä refraktometrit tarjoavat jopa 10 % tarkkuuden valon taitekertoimen ja analyytin pitoisuuden määrittämisessä

Refraktometriamenetelmää käytetään aitouden ja puhtauden valvomiseen, yksittäisten aineiden tunnistamiseen, orgaanisten ja epäorgaaniset yhdisteet ratkaisuja tutkiessa.

Refraktometriaa käytetään kaksikomponenttiliuosten koostumuksen määrittämiseen ja kolmikomponenttisiin järjestelmiin.

Menetelmän fyysinen perusta

TAITTEEN INDIKAATTORI.

Valosäteen poikkeama alkuperäisestä suunnastaan ​​sen siirtyessä väliaineesta toiseen on suurempi kuin enemmän eroa valon etenemisnopeuksissa kahdessa

näitä ympäristöjä.

Harkitse valonsäteen taittumista minkä tahansa kahden läpinäkyvän väliaineen I ja II rajalla (katso kuva 1).

Riisi.). Olkaamme samaa mieltä siitä, että väliaineella II on suurempi taitekyky ja siksi n1 Ja n2- näyttää vastaavan väliaineen taittumisen. Jos väliaine I ei ole tyhjiö eikä ilma, niin valonsäteen tulokulman sin suhde taitekulman siniin antaa suhteellisen taitekertoimen n rel arvon. Arvo n rel.

Mikä on lasin taitekerroin? Ja milloin se on tarpeen tietää?

voidaan myös määritellä tarkasteltavien väliaineiden taitekertoimien suhteeksi.

nrel. = —— = —

Taitekertoimen arvo riippuu

1) aineiden luonne

Aineen luonteen tässä tapauksessa määrää sen molekyylien muodonmuutosaste valon vaikutuksesta - polarisoituvuusaste.

Mitä voimakkaampi polarisoituvuus, sitä voimakkaampi valon taittuminen.

2)tulevan valon aallonpituus

Taitekertoimen mittaus suoritetaan valon aallonpituudella 589,3 nm (natriumspektrin viiva D).

Taitekertoimen riippuvuutta valon aallonpituudesta kutsutaan dispersioksi.

Mitä lyhyempi aallonpituus, sitä suurempi taittuminen. Siksi eri aallonpituuksilla olevat säteet taittuvat eri tavalla.

3)lämpötila jossa mittaus tehdään. Edellytys taitekertoimen määrittämiselle on noudattaminen lämpötilajärjestelmä. Tyypillisesti määritys suoritetaan 20±0,30C:ssa.

Lämpötilan noustessa taitekerroin pienenee ja lämpötilan laskiessa se kasvaa..

Lämpötilakorjaus lasketaan seuraavalla kaavalla:

nt=n20+ (20-t) 0,0002, missä

nt- Hei hei taitekerroin tietyssä lämpötilassa,

n20 - taitekerroin 200 С

Lämpötilan vaikutus kaasujen ja nesteiden taitekertoimien arvoihin liittyy niiden tilavuuslaajenemiskertoimien arvoihin.

Kaikkien kaasujen ja nesteiden tilavuus kasvaa kuumennettaessa, tiheys pienenee ja näin ollen indikaattori pienenee

Taitekerroin, joka on mitattu 200 °C:ssa ja valon aallonpituudella 589,3 nm, ilmaistaan ​​indeksillä nD20

Homogeenisen kaksikomponenttisen järjestelmän taitekertoimen riippuvuus sen tilasta määritetään kokeellisesti määrittämällä taitekerroin useille standardijärjestelmille (esimerkiksi liuoksille), joiden komponenttien sisältö tunnetaan.

4) aineen pitoisuus liuoksessa.

Useille vesiliuokset aineiden taitekertoimet eri pitoisuuksissa ja lämpötiloissa mitataan luotettavasti, ja näissä tapauksissa voit käyttää viitettä refraktometriset taulukot.

Käytäntö osoittaa, että kun liuenneen aineen pitoisuus ei ylitä 10-20 %, graafisen menetelmän ohella hyvin monissa tapauksissa voidaan käyttää lineaarinen yhtälö tyyppi:

n = ei+FC,

n- liuoksen taitekerroin,

ei on puhtaan liuottimen taitekerroin,

C— liuenneen aineen pitoisuus, %

F-empiirinen kerroin, jonka arvo löytyy

määrittämällä tunnetun pitoisuuden omaavien liuosten taitekertoimet.

REFRAKTOMETRIT.

Refraktometrit ovat laitteita, joita käytetään taitekertoimen mittaamiseen.

Näitä instrumentteja on 2 tyyppiä: Abbe-tyyppinen refraktometri ja Pulfrich-tyyppinen. Sekä niissä että muissa mittaukset perustuvat rajataitekulman suuruuden määrittämiseen. Käytännössä käytetään refraktometrejä erilaisia ​​järjestelmiä: laboratorio-RL, universaali RLU jne.

Tislatun veden taitekerroin n0 = 1,33299, käytännössä tätä indikaattoria pidetään viitearvona n0 =1,333.

Refraktometrien toimintaperiaate perustuu taitekertoimen määrittämiseen rajoituskulmamenetelmällä (valon kokonaisheijastuskulma).

Käsi refraktometri

Refraktometri Abbe