מאמר זה חושף את המהות של מושג אופטיקה כזה כמו מקדם שבירה. ניתנות נוסחאות להשגת כמות זו, וניתנת סקירה קצרה של היישום של תופעת שבירת הגל האלקטרומגנטי.

ראייה ומקדם שבירה

עם שחר הציוויליזציה, אנשים שאלו את השאלה: איך העין רואה? הוצע שאדם פולט קרניים שמרגישות סביב חפצים, או להיפך, כל הדברים פולטים קרניים כאלה. התשובה לשאלה זו ניתנה במאה השבע עשרה. הוא נמצא באופטיקה וקשור למה זה מקדם שבירה. בהשתקפות משטחים אטומים שונים ושבירה בגבול עם שקופים, האור נותן לאדם את ההזדמנות לראות.

אור ומקדם שבירה

כוכב הלכת שלנו עטוף באור השמש. ודווקא עם אופי הגל של הפוטונים קשור מושג כזה כמו מקדם השבירה המוחלט. מתפשט בוואקום, פוטון אינו נתקל במכשולים. על הפלנטה, האור פוגש סביבות רבות ושונות יותר: האטמוספירה (תערובת של גזים), מים, גבישים. בהיותו גל אלקטרומגנטי, לפוטונים של אור יש מהירות פאזה אחת בוואקום (מסומן ג), ובסביבה - אחר (מסומן v). היחס בין הראשון והשני הוא מה שנקרא מקדם השבירה המוחלט. הנוסחה נראית כך: n = c / v.

מהירות שלב

כדאי להגדיר את מהירות הפאזה של המדיום האלקטרומגנטי. אחרת, הבינו מהו מקדם השבירה נ, זה אסור. פוטון של אור הוא גל. משמעות הדבר היא שניתן לייצג אותה כחבילת אנרגיה המתנדנדת (דמיינו קטע של גל סינוס). הפאזה היא הקטע של הסינוסואיד שהגל עובר ברגע נתון בזמן (זכור שזה חשוב להבנת כמות כמו מקדם השבירה).

לדוגמה, השלב עשוי להיות המקסימום של סינוסואיד או קטע כלשהו מהשיפוע שלו. מהירות הפאזה של גל היא המהירות שבה השלב המסוים הזה נע. כפי שמסבירה ההגדרה של מקדם השבירה, ערכים אלה שונים עבור ואקום ועבור מדיום. יתר על כן, לכל סביבה יש ערך משלה של כמות זו. לכל תרכובת שקופה, לא משנה מה הרכבה, יש מקדם שבירה שונה מכל שאר החומרים.

מקדם שבירה מוחלט ויחסי

כבר הוכח לעיל שהערך המוחלט נמדד ביחס לוואקום. עם זאת, זה קשה על הפלנטה שלנו: האור פוגע לעתים קרובות יותר בגבול האוויר והמים או קוורץ וספינל. עבור כל אחת מהמדיה הללו, כאמור לעיל, מקדם השבירה שונה. באוויר, פוטון של אור נע לאורך כיוון אחד ויש לו מהירות פאזה אחת (v 1), אך כאשר הוא נכנס למים, הוא משנה את כיוון ההתפשטות ומהירות הפאזה (v 2). עם זאת, שני הכיוונים הללו נמצאים באותו מישור. זה חשוב מאוד להבנה כיצד נוצרת תמונת העולם הסובב על רשתית העין או על המטריצה ​​של המצלמה. היחס בין שני הערכים המוחלטים נותן את מקדם השבירה היחסי. הנוסחה נראית כך: n 12 = v 1 / v 2.

אבל מה אם אור, להיפך, יוצא מהמים ונכנס לאוויר? אז ערך זה ייקבע על ידי הנוסחה n 21 = v 2 / v 1. כאשר מכפילים את מדדי השבירה היחסיים, נקבל n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1. קשר זה תקף עבור כל זוג מדיה. ניתן למצוא את מקדם השבירה היחסי מהסינוסים של זוויות השבירה והשבירה n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. אל תשכח שזוויות נמדדות מהנורמלי אל פני השטח. נורמלי הוא קו מאונך לפני השטח. כלומר, אם נותנים לבעיה זווית α ליפול ביחס למשטח עצמו, אז עלינו לחשב את הסינוס של (90 - α).

היופי של מקדם השבירה והיישומים שלו

ביום שמש רגוע, השתקפויות משחקות על קרקעית האגם. קרח כחול כהה מכסה את הסלע. יהלום מפזר אלפי ניצוצות על ידה של אישה. תופעות אלו הן תוצאה של העובדה שלכל גבולות המדיה השקופה יש מקדם שבירה יחסי. בנוסף להנאה אסתטית, ניתן להשתמש בתופעה זו גם ליישומים מעשיים.

הנה דוגמאות:

• עדשת זכוכית אוספת קרן אור שמש ומעלה את הדשא באש.
• קרן הלייזר מתמקדת באיבר החולה וחותכת רקמות מיותרות.
• אור השמש נשבר על חלון הוויטראז' העתיק, ויוצר אווירה מיוחדת.
• מיקרוסקופ מגדיל תמונות של פרטים קטנים מאוד.
• עדשות ספקטרופוטומטר אוספות אור לייזר המוחזר מפני השטח של החומר הנחקר. כך ניתן להבין את המבנה ולאחר מכן את תכונותיהם של חומרים חדשים.
• יש אפילו פרויקט למחשב פוטוני, שבו המידע יועבר לא על ידי אלקטרונים, כמו עכשיו, אלא על ידי פוטונים. מכשיר כזה בהחלט ידרוש אלמנטים שבירה.

אֹרֶך גַל

עם זאת, השמש מספקת לנו פוטונים לא רק בספקטרום הנראה. אינפרא אדום, אולטרה סגול, טווחי רנטגן אינם נתפסים חזון אנושי, אבל משפיעים על חיינו. קרני IR מחממות אותנו, פוטוני UV מייננים את השכבות העליונות של האטמוספירה ומאפשרים לצמחים לייצר חמצן באמצעות פוטוסינתזה.

ומה שווה מקדם השבירה תלוי לא רק בחומרים שביניהם נמצא הגבול, אלא גם באורך הגל של הקרינה הפוגעת. בדרך כלל ברור מההקשר לאיזה ערך מתייחסים. כלומר, אם הספר מתחשב בקרני רנטגן והשפעתם על אדם, אז נשם זה מוגדר לטווח הזה. אבל בדרך כלל הספקטרום הגלוי של גלים אלקטרומגנטיים מתכוון אלא אם כן צוין משהו אחר.

מקדם שבירה והשתקפות

כפי שהתברר מהכתוב לעיל, אנחנו מדבריםעל מדיה שקופה. נתנו אוויר, מים ויהלום כדוגמאות. אבל מה לגבי עץ, גרניט, פלסטיק? האם יש דבר כזה מקדם שבירה עבורם? התשובה מורכבת, אבל באופן כללי - כן.

קודם כל, עלינו לשקול עם איזה סוג של אור יש לנו עסק. אותם אמצעי תקשורת אטומים לפוטונים גלויים נחתכים באמצעות קרינת רנטגן או גמא. כלומר, אם כולנו היינו סופרמן, אז כל העולם סביבנו היה שקוף לנו, אבל פנימה מעלות משתנות. לדוגמה, קירות בטון לא יהיו צפופים יותר מג'לי, ואביזרי מתכת ייראו כמו חתיכות פרי צפופות יותר.

עבור חלקיקים יסודיים אחרים, מיואונים, כוכב הלכת שלנו הוא בדרך כלל שקוף דרך ודרך. פעם, מדענים התקשו הרבה להוכיח את עצם קיומם. מיליוני מיואונים חודרים אותנו בכל שנייה, אבל ההסתברות שחלקיק בודד יתנגש בחומר היא קטנה מאוד, וקשה מאוד לזהות זאת. אגב, באיקל יהפוך בקרוב למקום "לתפוס" מיואונים. המים העמוקים והצלולים שלו אידיאליים לכך - במיוחד בחורף. העיקר שהחיישנים לא יקפאו. אז מקדם השבירה של בטון, למשל, עבור פוטונים של קרני רנטגן הגיוני. יתרה מכך, הקרנת חומר בקרני רנטגן היא אחת הדרכים המדויקות והחשובות ביותר לחקור את מבנה הגבישים.

כדאי גם לזכור שבמובן מתמטי, לחומרים אטומים לטווח נתון יש מקדם שבירה דמיוני. לבסוף, עלינו להבין שהטמפרטורה של חומר יכולה להשפיע גם על שקיפותו.

שבירה או שבירה היא תופעה שבה מתרחש שינוי בכיוון של קרן אור או גלים אחרים כאשר הם חוצים את הגבול המפריד בין שני אמצעים, גם שקופים (מעבירים גלים אלו) וגם בתוך תווך שבו התכונות משתנות ללא הרף.

אנו נתקלים בתופעת השבירה לעתים קרובות למדי ותופסים אותה כתופעה יומיומית: אנו יכולים לראות שמקל שנמצא בתוך זכוכית שקופה עם נוזל צבעוני "נשבר" בנקודת ההפרדה של אוויר ומים (איור 1). כאשר האור נשבר ומשתקף במהלך הגשם, אנו שמחים כאשר אנו רואים קשת בענן (איור 2).

מקדם השבירה הוא מאפיין חשוב של חומר הקשור לתכונותיו הפיזיקליות-כימיות. זה תלוי בערכי הטמפרטורה, כמו גם באורך הגל של האור שבו מתבצעת הקביעה. על פי נתוני בקרת איכות בתמיסה, מקדם השבירה מושפע מריכוז החומר המומס בה וכן מאופי הממס. בפרט, מקדם השבירה של סרום הדם מושפע מכמות החלבון הכלול בו. זאת בשל העובדה שעם מהירויות התפשטות שונות של קרני האור במדיה בעלת צפיפות שונה, כיוון שלהן משתנה בממשק שבין השתיים. כְּלֵי תִקְשׁוֹרֶת. אם נחלק את מהירות האור בוואקום במהירות האור בחומר הנחקר, נקבל את מקדם השבירה המוחלט (מקדם השבירה). בפועל, נקבע מקדם השבירה היחסי (n), שהוא היחס בין מהירות האור באוויר למהירות האור בחומר הנחקר.

מקדם השבירה נקבע באופן כמותי באמצעות מכשיר מיוחד - רפרקטומטר.

רפרקטומטריה היא אחת השיטות הקלות ביותר לניתוח פיזיקלי וניתן להשתמש בה במעבדות בקרת איכות בייצור של כימיקלים, מזון, תוספי מזון פעילים ביולוגית, מוצרי קוסמטיקה וסוגי מוצרים אחרים תוך מינימום זמן ומספר דגימות הנבדקות.

העיצוב של הרפרקטומטר מבוסס על העובדה שקרני האור משתקפות לחלוטין כשהן עוברות דרך הגבול של שני אמצעים (אחד מהם הוא פריזמת זכוכית, השני הוא פתרון הבדיקה) (איור 3).

אורז. 3. דיאגרמת רפרקטומטר

מהמקור (1), קרן אור נופלת על משטח המראה (2), ולאחר מכן, כשהיא מוחזרת, עוברת למנסרת התאורה העליונה (3), ואז למנסרת המדידה התחתונה (4), העשויה מזכוכית עם מקדם שבירה גבוה. 1-2 טיפות של דגימה מוחלות בין פריזמות (3) ו- (4) באמצעות נימי. כדי להימנע מפגיעה בפריזמה נזק מכני, יש צורך לא לגעת במשטח הנימים.

דרך העינית (9) נראה שדה עם קווים מצטלבים לביסוס הממשק. בעת הזזת העינית יש ליישר את נקודת החיתוך של השדות עם הממשק (איור 4) מישור המנסרה (4) ממלא את תפקיד הממשק שעל פניו נשברת קרן האור. מכיוון שהקרניים מפוזרות, הגבול בין אור לצל מתברר כמטושטש, ססגוני. תופעה זו מבוטלת על ידי מפצה הפיזור (5). לאחר מכן הקרן מועברת דרך העדשה (6) והמנסרה (7). ללוח (8) יש קווי ראיה (שני קווים ישרים שחוצים לרוחב), וכן סולם עם מדדי שבירה, הנצפה דרך העינית (9). הוא משמש לחישוב מקדם השבירה.

קו ההפרדה בין גבולות השדה יתאים לזווית ההשתקפות הכוללת הפנימית, התלויה במקדם השבירה של המדגם.

רפרקטומטריה משמשת לקביעת טוהר ואותנטיות של חומר. שיטה זו משמשת גם לקביעת ריכוז החומרים בתמיסות במהלך בקרת איכות, המחושבת באמצעות גרף כיול (גרף המראה את התלות של מקדם השבירה של דגימה בריכוזה).

בחברת KorolevPharm, מדד השבירה נקבע בהתאם לתיעוד רגולטורי מאושר במהלך בקרה נכנסת על חומרי גלם, בתמציות מהייצור שלנו, וכן במהלך הייצור. מוצרים מוגמרים. הקביעה נעשית על ידי עובדים מוסמכים של מעבדה פיזית וכימית מוסמכת באמצעות רפרקטומטר IRF-454 B2M.

אם לפי התוצאות בקרת קלטאינדקס השבירה של חומר הגלם אינו תואם דרישות הכרחיותמחלקת בקרת האיכות מוציאה דוח אי התאמה, שעל בסיסו מוחזרת אצווה זו של חומרי גלם לספק.

שיטת קביעה

1. לפני תחילת המדידות, נבדק ניקיון משטחי המנסרות במגע זה עם זה.

2. בדיקת נקודת האפס. מרחו 2÷3 טיפות מים מזוקקים על פני המנסרה המדידה וכסו אותה בזהירות במנסרת ההדלקה. אנו פותחים את חלון התאורה ובאמצעות מראה מתקינים את מקור האור בכיוון האינטנסיבי ביותר. על ידי סיבוב הברגים של העינית, אנו מקבלים הבחנה ברורה וחדה בין השדה הכהה והבהיר בשדה הראייה שלה. אנו מסובבים את הבורג ומכוונים את קו הצל והאור כך שיתאים לנקודה שבה הקווים מצטלבים בחלון העליון של העינית. על הקו האנכי בחלון התחתון של העינית אנו רואים את התוצאה הרצויה - מקדם השבירה של מים מזוקקים ב-20 מעלות צלזיוס (1.333). אם הקריאות שונות, השתמש בבורג כדי להגדיר את מקדם השבירה ל-1.333, ובאמצעות מפתח (הסר את בורג ההתאמה) הביאו את גבול הצל והאור לנקודה שבה הקווים מצטלבים.

3. קבע את מקדם השבירה. אנו מרימים את תא פריזמת התאורה ומסירים את המים עם נייר סינון או מפית גזה. לאחר מכן, מרחו 1-2 טיפות של תמיסת הבדיקה על פני פריזמת המדידה וסגרו את החדר. סובב את הברגים עד שגבולות הצל והאור חופפים לנקודת החיתוך של הקווים. על הקו האנכי בחלון התחתון של העינית אנו רואים את התוצאה הרצויה - מקדם השבירה של דגימת הבדיקה. אנו מחשבים את מקדם השבירה באמצעות קנה המידה בחלון התחתון של העינית.

4. בעזרת גרף כיול, אנו קובעים את הקשר בין ריכוז התמיסה לבין מקדם השבירה. כדי לבנות גרף, יש צורך להכין תמיסות סטנדרטיות של מספר ריכוזים באמצעות תכשירים של חומרים טהורים מבחינה כימית, למדוד את מדדי השבירה שלהם ולשרטט את הערכים שהתקבלו על ציר הסמיכה, ואת ריכוזי התמיסות התואמים על ציר האבססיס. יש צורך לבחור מרווחי ריכוז שבהם נצפה קשר ליניארי בין הריכוז לבין מקדם השבירה. אנו מודדים את מקדם השבירה של המדגם הנבדק ומשתמשים בגרף כדי לקבוע את ריכוזו.

אופטיקה היא אחד הענפים הישנים של הפיזיקה. מזמן של יוון העתיקה, פילוסופים רבים התעניינו בחוקי התנועה והתפשטות האור בחומרים שקופים שונים, כגון מים, זכוכית, יהלום ואוויר. מאמר זה דן בתופעת שבירת האור, תוך התמקדות במקדם השבירה של האוויר.

אפקט שבירה של קרן אור

כל אחד בחייו נתקל מאות פעמים באפקט הזה כשהביט בתחתית מאגר או בכוס מים עם חפץ כלשהו שהונח בתוכה. יחד עם זאת, המאגר לא נראה עמוק כפי שהיה בפועל, וחפצים בכוס מים נראו מעוותים או שבורים.

תופעת השבירה מורכבת מהפסקה במסלולה המיושר כאשר היא חוצה את הממשק בין שני חומרים שקופים. תִמצוּת מספר גדול שלנתונים מניסויים, בתחילת המאה ה-17 קיבל ההולנדי וילברורד סנל ביטוי מתמטי, שתיאר במדויק את התופעה הזו. ביטוי זה נכתב בדרך כלל בצורה הבאה:

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

כאן n 1, n 2 הם מדדי השבירה המוחלטים של האור בחומר המתאים, θ 1 ו- θ 2 הם הזוויות בין האלומה התקפית והשבירה והמאונך למישור הממשק, שנמשך דרך נקודת החיתוך של האלומה והמטוס הזה.

נוסחה זו נקראת חוק Snell או Snell-Descartes (הצרפתי הוא שרשם אותה בצורה המוצגת, ההולנדי לא השתמש בסינוס, אלא ביחידות אורך).

בנוסף לנוסחה זו, תופעת השבירה מתוארת בחוק אחר, שהוא גיאומטרי באופיו. זה טמון בעובדה שהמאונך המסומן למישור ושתי קרניים (נשברות ונכנסות) נמצאות באותו מישור.

מקדם שבירה מוחלט

כמות זו כלולה בנוסחת Snell, ולערך שלה תפקיד חשוב. מבחינה מתמטית, מקדם השבירה n מתאים לנוסחה:

הסמל c הוא המהירות של גלים אלקטרומגנטיים בוואקום. זה בערך 3*10 8 מ"ש. הערך v הוא מהירות האור במדיום. לפיכך, מקדם השבירה משקף את כמות הפיגור של האור במדיום ביחס לחלל חסר אוויר.

שתי מסקנות חשובות נובעות מהנוסחה לעיל:

• הערך של n תמיד גדול מ-1 (עבור ואקום הוא שווה לאחד);
• זו כמות חסרת מימד.

לדוגמה, מקדם השבירה של האוויר הוא 1.00029, בעוד שלמים הוא 1.33.

מקדם השבירה אינו ערך קבוע עבור מדיום מסוים. זה תלוי בטמפרטורה. יתר על כן, לכל תדר של גל אלקטרומגנטי, יש לו משמעות משלו. לפיכך, הנתונים לעיל תואמים לטמפרטורה של 20 o C ולחלק הצהוב של הספקטרום הנראה (אורך גל - כ 580-590 ננומטר).

התלות של הערך של n בתדר האור מתבטאת בהתרחבות אור לבןפריזמה לסדרה של צבעים, כמו גם בהיווצרות קשת בשמים בזמן גשם כבד.

מקדם השבירה של האור באוויר

ערכו (1.00029) כבר ניתן לעיל. מכיוון שמקדם השבירה של האוויר שונה רק במקום העשרוני הרביעי מאפס, אז כדי לפתור בעיות מעשיותזה יכול להיחשב שווה לאחד. הבדל קל בין n עבור אוויר לאחדות מצביע על כך שהאור כמעט ואינו מואט על ידי מולקולות אוויר, וזאת בשל צפיפותו הנמוכה יחסית. לפיכך, צפיפות האוויר הממוצעת היא 1.225 ק"ג/מ"ר, כלומר קלה יותר מפי 800 ממים מתוקים.

אוויר הוא מדיום דק אופטית. תהליך האטת מהירות האור בחומר הוא בעל אופי קוונטי וקשור לפעולות הקליטה והפליטה של ​​פוטונים על ידי אטומים של החומר.

שינויים בהרכב האוויר (למשל, עלייה בתכולת אדי המים בו) ושינויים בטמפרטורה מביאים לשינויים משמעותיים במקדם השבירה. דוגמה בולטתהיא ההשפעה של תעתוע במדבר, המתרחשת עקב הבדלים במדדי השבירה של שכבות אוויר בעלות טמפרטורות שונות.

ממשק זכוכית-אוויר

זכוכית היא מדיום צפוף בהרבה מאוויר. מקדם השבירה המוחלט שלו נע בין 1.5 ל-1.66, תלוי בסוג הזכוכית. אם ניקח את הערך הממוצע של 1.55, ניתן לחשב את שבירה של הקרן בממשק האוויר-זכוכית באמצעות הנוסחה:

sin (θ 1) / sin (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1.55.

הערך של n 21 נקרא מקדם השבירה היחסי של אוויר - זכוכית. אם הקרן יוצאת מהזכוכית לאוויר, יש להשתמש בנוסחה הבאה:

sin (θ 1) / sin (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1 / 1.55 \u003d 0.645.

אם הזווית של הקרן השבורה במקרה האחרון שווה ל-90 o, אזי המתאימה נקראת קריטית. עבור גבול הזכוכית-אוויר, זה שווה ל:

θ 1 \u003d arcsin (0.645) \u003d 40.17 o.

אם הקרן נופלת על גבול הזכוכית-אוויר עם זוויות גדולות מ-40.17 o, אז היא תשתקף לגמרי בחזרה לתוך הזכוכית. תופעה זו נקראת "השתקפות פנימית טוטאלית".

הזווית הקריטית קיימת רק כאשר האלומה נעה ממדיום צפוף (מזכוכית לאוויר, אך לא להיפך).

חוק שבירה של האור. מוחלט ו ביצועים יחסיים(מקדמי) שבירה. השתקפות פנימית מוחלטת

חוק שבירה של האורהוקם בניסוי במאה ה-17. כאשר האור עובר ממדיום שקוף אחד לאחר, כיוון האור עשוי להשתנות. שינוי כיוון האור בגבול סביבות שונותנקרא שבירה של אור. כתוצאה משבירה, מתרחש שינוי לכאורה בצורת העצם. (לדוגמה: כפית בכוס מים). חוק שבירה של האור: בגבול של שני אמצעים, הקרן השבורה שוכנת במישור ההתרחשות ויוצרת, כשהנורמלי לממשק משוחזר בנקודת הפגיעה, זווית שבירה כזו ש: =n 1-incidence, 2-השתקפות, אינדקס שבירה n (f. Snelius) - אינדיקטור יחסימקדם השבירה של אירוע קרינה על תווך מחלל חסר אוויר נקרא שלו מקדם שבירה מוחלט.זווית ההתרחשות שבה הקרן השבורה מתחילה להחליק לאורך הממשק בין שני מדיה מבלי לעבור למדיום צפוף יותר מבחינה אופטית - זווית מגבילה של השתקפות פנימית כוללת. השתקפות פנימית מוחלטת- השתקפות פנימית, בתנאי שזווית הפגיעה עולה על זווית קריטית מסוימת. במקרה זה, הגל המתרחש משתקף לחלוטין, וערך מקדם ההשתקפות חורג מהמקסימום ערכים גדוליםעבור משטחים מלוטשים. ההחזרה של ההשתקפות הפנימית הכוללת אינה תלויה באורך הגל. באופטיקה נצפתה תופעה זו טווח רחבקרינה אלקטרומגנטית, כולל טווח קרני הרנטגן. באופטיקה גיאומטרית מוסברת התופעה במסגרת חוק סנל. בהתחשב בכך שזווית השבירה אינה יכולה לעלות על 90°, אנו מוצאים שבזווית נפילה שהסינוס שלה גדול מהיחס בין מקדם השבירה הקטן יותר לאינדקס הגדול יותר, הגל האלקטרומגנטי חייב להיות מוחזר לחלוטין לתוך המדיום הראשון. דוגמה: הברק הבוהק של גבישים טבעיים רבים, ובמיוחד אבנים יקרות וחיתוכות, מוסבר בהשתקפות פנימית מוחלטת, שכתוצאה מכך כל קרן הנכנסת אל הגביש יוצרת מספר רב של קרניים בהירות למדי היוצאות, בצבע כמו תוצאה של פיזור.

הבה נפנה לבחינה מפורטת יותר של מקדם השבירה, אותו הצגנו ב-§81 בעת ניסוח חוק השבירה.

מקדם השבירה תלוי בתכונות האופטיות של התווך שממנו נופלת הקרן וגם של המדיום אליו היא חודרת. מקדם השבירה המתקבל כאשר אור מוואקום נופל על כל תווך נקרא מקדם השבירה המוחלט של אותו תווך.

אורז. 184. מקדם שבירה יחסי של שני אמצעים:

תן למקדם השבירה המוחלט של המדיום הראשון להיות וזה של המדיום השני - . בהתחשב בשבירה בגבול המדיום הראשון והשני, אנו מוודאים שמקדם השבירה במהלך המעבר מהתווך הראשון לשני, מה שנקרא מקדם השבירה היחסי, שווה ליחס של מדדי השבירה המוחלטים של מדיה שניה וראשונה:

(איור 184). להיפך, כשעוברים מהתווך השני לראשון, יש לנו מקדם שבירה יחסי

את הקשר שנקבע בין מקדם השבירה היחסי של שני אמצעים לבין מדדי השבירה המוחלטים שלהם ניתן היה לגזור באופן תיאורטי, ללא ניסויים חדשים, בדיוק כפי שניתן לעשות זאת עבור חוק ההפיכות (§82),

מדיום עם מקדם שבירה גבוה יותר נקרא צפוף יותר מבחינה אופטית. בדרך כלל נמדד מקדם השבירה של אמצעים שונים ביחס לאוויר. מקדם השבירה המוחלט של האוויר הוא . לפיכך, מקדם השבירה המוחלט של כל תווך קשור למקדם השבירה שלו ביחס לאוויר לפי הנוסחה

טבלה 6. מקדם שבירה חומרים שוניםיחסית לאוויר

מקדם השבירה תלוי באורך הגל של האור, כלומר בצבעו. צבעים שונים מתאימים למדדי שבירה שונים. לתופעה זו, הנקראת פיזור, תפקיד חשוב באופטיקה. נעסוק בתופעה זו שוב ושוב בפרקים הבאים. הנתונים המופיעים בטבלה. 6, עיין באור צהוב.

מעניין לציין שניתן לכתוב את חוק ההשתקפות בצורה פורמלית באותה צורה כמו חוק השבירה. הבה נזכור שהסכמנו למדוד תמיד זוויות מהאנך לקרן המתאימה. לכן, עלינו לשקול את זווית הפגיעה ואת זווית ההשתקפות כבעלי סימנים הפוכים, כלומר. ניתן לכתוב את חוק ההשתקפות כ

בהשוואה (83.4) לחוק השבירה, אנו רואים שניתן לראות בחוק השתקפות מקרה מיוחדחוק השבירה ב. הדמיון הצורני הזה של חוקי ההשתקפות והשבירה מביא תועלת רבה בפתרון בעיות מעשיות.

במצגת הקודמת, למקדם השבירה הייתה משמעות של קבוע של המדיום, ללא תלות בעוצמת האור העובר דרכו. פרשנות זו של מקדם השבירה היא טבעית למדי, אך במקרה של עוצמות קרינה גבוהות, הניתנות להשגה באמצעות לייזרים מודרניים, היא אינה מוצדקת. תכונות המדיום שדרכו עוברת קרינת אור חזקה תלויות במקרה זה בעוצמתה. כמו שאומרים, הסביבה הופכת לא ליניארית. חוסר הלינאריות של המדיום מתבטא, במיוחד, בעובדה שגל אור בעוצמה גבוהה משנה את מקדם השבירה. התלות של מקדם השבירה בעוצמת הקרינה יש את הצורה

הנה מקדם השבירה הרגיל, והוא מקדם השבירה הלא ליניארי, והוא גורם המידתיות. המונח הנוסף בנוסחה זו יכול להיות חיובי או שלילי.

השינויים היחסיים במקדם השבירה קטנים יחסית. בְּ מקדם שבירה לא ליניארי. עם זאת, אפילו שינויים קטנים כאלה במקדם השבירה ניכרים: הם מתבטאים בתופעה מוזרה של מיקוד עצמי של האור.

הבה נבחן מדיום עם מקדם שבירה לא ליניארי חיובי. במקרה זה, אזורים בעלי עוצמת אור מוגברת הם בו זמנית אזורים בעלי מקדם שבירה מוגבר. בדרך כלל, בקרינת לייזר אמיתית, התפלגות העוצמה על פני החתך של קרן קרניים אינה אחידה: העוצמה היא מקסימלית לאורך הציר ויורדת בצורה חלקה לעבר קצוות הקרן, כפי שמוצג באיור. 185 עקומות מוצקות. התפלגות דומה מתארת ​​גם את השינוי במקדם השבירה על פני חתך הרוחב של תא עם תווך לא ליניארי שלאורך צירו מתפשטת קרן הלייזר. מקדם השבירה, הגדול ביותר לאורך ציר הקובטה, יורד בצורה חלקה לכיוון דפנותיה (עקומות מקווקו באיור 185).

אלומת קרניים היוצאת מהלייזר במקביל לציר, נכנסת לתווך בעל מקדם שבירה משתנה, מוסטת לכיוון שבו היא גדולה יותר. לכן, העוצמה המוגברת ליד הקובטה מובילה לריכוז של קרני אור באזור זה, המוצגת באופן סכמטי בחתכים ובאיור. 185, וזה מוביל לעלייה נוספת. בסופו של דבר, החתך האפקטיבי של קרן אור העוברת דרך תווך לא ליניארי מופחת באופן משמעותי. האור עובר כאילו דרך ערוץ צר עם שיעור מוגברשבירה. לפיכך, קרן הלייזר של הקרניים מצטמצמת, והמדיום הלא ליניארי, בהשפעת קרינה עזה, פועל כעדשה אוספת. תופעה זו נקראת מיקוד עצמי. ניתן לראות אותו, למשל, בניטרובנזן נוזלי.

אורז. 185. התפלגות עוצמת הקרינה ומקדם השבירה על פני החתך של קרן לייזר של קרניים בכניסה לקובטה (א), ליד קצה הכניסה (), באמצע (), ליד קצה הפלט של הקובטה ( )

קביעת מקדם השבירה של מוצקים שקופים

וגם נוזלים

מכשירים ואביזרים: מיקרוסקופ עם מסנן אור, לוח מקביל למישור עם סימן AB בצורת צלב; רפרקטומטר מותג "RL"; סט נוזלים.

מטרת העבודה:לקבוע את מדדי השבירה של זכוכית ונוזלים.

קביעת מקדם השבירה של זכוכית באמצעות מיקרוסקופ

כדי לקבוע את מקדם השבירה של שקוף מוצקנעשה שימוש בצלחת מקבילה למישור העשויה מחומר זה עם סימן.

הסימן מורכב משתי שריטות מאונכות הדדית, אחת מהן (A) מוחל על התחתון, והשני (B) מוחל על המשטח העליון של הצלחת. הצלחת מוארת באור מונוכרומטי ונצפה דרך מיקרוסקופ. עַל
אורז. איור 4.7 מציג חתך רוחב של הלוח הנחקר עם מישור אנכי.

קרני AD ו-AE, לאחר שבירה בממשק זכוכית-אוויר, נעות בכיוונים DD1 ו-EE1 ונכנסות לעדשת המיקרוסקופ.

צופה שמתבונן בלוח מלמעלה רואה את נקודה A במפגש המשך הקרניים DD1 ו-EE1, כלומר. בנקודה C.

לפיכך, נקודה A נראית לצופה כממוקמת בנקודה C. הבה נמצא את הקשר בין מקדם השבירה n של חומר הלוח, העובי d והעובי הנראה d1 של הלוח.

4.7 ברור ש-VD = VСtgi, BD = АВtgr, מנין

tgi/tgr = AB/BC,

כאשר AB = d - עובי הצלחת; BC = d1 עובי לכאורה של הצלחת.

אם הזוויות i ו-r קטנות, אז

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4.5)

הָהֵן. Sini/Sinr = d/d1.

אם לוקחים בחשבון את חוק שבירת האור, אנו מקבלים

מדידת d/d1 נעשית באמצעות מיקרוסקופ.

העיצוב האופטי של המיקרוסקופ מורכב משתי מערכות: מערכת תצפית, הכוללת עדשה ועינית המורכבות בצינור, ומערכת תאורה, המורכבת ממראה ומסנן נשלף. התמונה ממוקדת על ידי סיבוב הידיות הממוקמות משני צידי הצינור.

דיסק עם קנה מידה חוגה מותקן על הציר של הידית הימנית.

הקריאה b לאורך החוגה ביחס למצביע הקבוע קובעת את המרחק h מהעדשה לשלב המיקרוסקופ:

מקדם k מציין לאיזה גובה זז צינור המיקרוסקופ כאשר הידית מסובבת 1°.

קוטר העדשה במערך זה קטן בהשוואה למרחק h, כך שהקרן הקיצונית שנכנסת לעדשה יוצרת זווית קטנה i עם הציר האופטי של המיקרוסקופ.

זווית השבירה r של האור בצלחת קטנה מזווית i, כלומר. הוא גם קטן, המתאים למצב (4.5).

הזמנת עבודה

1. הנח את הצלחת על במת המיקרוסקופ כך שנקודת החיתוך של הקווים A ו-B (ראה איור.

מקדם שבירה

4.7) נראה באופק.

2. סובב את ידית מנגנון ההרמה כדי להעלות את הצינור למצב העליון.

3. הסתכלו דרך העינית, סובבו את הידית כדי להוריד את צינור המיקרוסקופ בצורה חלקה עד שתתמונה ברורה של שריטה B המוחלת על המשטח העליון של הצלחת נראית בשדה הראייה. רשום את הקריאה b1 של הגפה, שהיא פרופורציונלית למרחק h1 מעדשת המיקרוסקופ לקצה העליון של הצלחת: h1 = kb1 (איור.

4. המשך להוריד את הצינור בצורה חלקה עד לקבלת תמונה ברורה של שריטה A, הנראית למתבונן כממוקמת בנקודה C. רשום קריאה חדשה b2 של החוגה. המרחק h1 מהעדשה למשטח העליון של הצלחת הוא פרופורציונלי ל-b2:
h2 = kb2 (איור 4.8, ב).

המרחקים מנקודות B ו-C לעדשה שווים, מכיוון שהצופה רואה אותם בבירור באותה מידה.

העקירה של הצינור h1-h2 שווה לעובי הנראה של הצלחת (איור.

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

5. מדדו את עובי הפלטה d בצומת המשיכות. לשם כך, הנח צלחת זכוכית עזר 2 מתחת לצלחת 1 הנבדקת (איור 4.9) והורד את צינור המיקרוסקופ עד שהעדשה (קלות) נוגעת בצלחת הנבדקת. שימו לב לחיווי החוגה a1. הסר את הצלחת הנבדקת והורד את צינור המיקרוסקופ עד שהעדשה נוגעת בצלחת 2.

הערה קריאת א2.

לאחר מכן עדשת המיקרוסקופ תרד לגובה השווה לעובי הצלחת הנבדקת, כלומר.

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

6. חשב את מקדם השבירה של חומר הצלחת באמצעות הנוסחה

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

7. חזור על כל המדידות לעיל 3 - 5 פעמים, חשב את הערך הממוצע n, שגיאות מוחלטות ויחסיות rn ו-rn/n.

קביעת מקדם השבירה של נוזלים באמצעות רפרקטומטר

מכשירים המשמשים לקביעת מדדי השבירה נקראים רפרקטומטרים.

התצוגה הכללית והעיצוב האופטי של רפרקטומטר RL מוצגים באיור. 4.10 ו-4.11.

מדידת מקדם השבירה של נוזלים באמצעות רפרקטומטר RL מבוססת על תופעת שבירה של אור העובר דרך הממשק בין שני מדיה עם אינדיקטורים שוניםשבירה.

אלומת אור (איור.

4.11) ממקור 1 (מנורת ליבון או אור מפוזר לאור יום) בעזרת מראה 2 מופנה דרך חלון בגוף המכשיר לפריזמה כפולה המורכבת ממנסרות 3 ו-4, העשויות מזכוכית עם מקדם שבירה של 1.540 .

משטח AA של פריזמת התאורה העליונה 3 (איור.

4.12, א) מט ומשמשת להאיר את הנוזל באור מפוזר, מושקע בשכבה דקה במרווח בין מנסרות 3 ו-4. אור המפוזר על ידי משטח המט 3 עובר בשכבה המישורית-מקבילה של הנוזל הנבדק ונופל. על הפנים האלכסוני BB של המנסרה התחתונה 4 מתחת שונה
זוויות i הנעות מאפס עד 90°.

כדי למנוע את התופעה של השתקפות פנימית מוחלטת של אור על פני השטח של חומר הנפץ, מקדם השבירה של הנוזל הנחקר חייב להיות קטן ממקדם השבירה של כוס הפריזמה 4, כלומר.

פחות מ-1.540.

קרן אור שזווית כניסתה היא 90° נקראת מרעה.

קרן הזזה, שנשברה בממשק הנוזל-זכוכית, תנוע בפריזמה 4 בזווית השבירה המרבית רוכו< 90о.

שבירה של קרן גולשת בנקודה D (ראה איור 4.12, א) מצייתת לחוק

nst/nl = sinipr/sinrpr (4.11)

או nf = nst sinrpr, (4.12)

מאז סיניפ = 1.

על פני השטח לפני הספירה של פריזמה 4, מתרחשת שבירה חוזרת של קרני האור ולאחר מכן

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

כאשר a היא קרן השבירה של פריזמה 4.

על ידי פתרון משותף של מערכת המשוואות (4.12), (4.13), (4.14), נוכל לקבל נוסחה המקשרת את מקדם השבירה nj של הנוזל הנחקר עם זווית השבירה המגבילה r'pr של האלומה היוצאת מהמנסרה 4:

אם מונח טלסקופ בנתיב הקרניים היוצאות ממנסרה 4, אז החלק התחתון של שדה הראייה שלו יואר, והחלק העליון יהיה חשוך. הממשק בין השדות הבהירים והכהים נוצר על ידי קרניים עם זווית שבירה מקסימלית r¢pr. אין קרניים עם זווית שבירה קטנה מ-r¢pr במערכת זו (איור.

הערך של r¢pr, לפיכך, ומיקומו של גבול ה-chiaroscuro תלויים רק באינדקס השבירה nf של הנוזל הנבדק, שכן nst ו-a הם ערכים קבועים במכשיר זה.

בידיעת nst, a ו-r¢pr, אתה יכול לחשב nl באמצעות נוסחה (4.15). בפועל משתמשים בנוסחה (4.15) לכיול סולם הרפרקטומטר.

לסולם 9 (ראה.

אורז. 4.11) משמאל הם ערכי אינדקס השבירה עבור ld = 5893 Å. לפני העינית 10 - 11 יש לוח 8 עם סימון (--).

על ידי הזזת העינית יחד עם לוח 8 לאורך הסקאלה, ניתן ליישר את הסימון עם הממשק בין שדה הראייה הכהה והבהיר.

החלוקה של סולם מדורג 9, בקנה אחד עם הסימן, נותנת את הערך של מקדם השבירה nl של הנוזל הנחקר. עדשה 6 ועינית 10 - 11 יוצרות טלסקופ.

פריזמה סיבובית 7 משנה את מהלך הקרן, ומכוונת אותה לתוך העינית.

עקב פיזור הזכוכית והנוזל הנבדק, במקום גבול ברור בין השדות הכהים והבהירים, כאשר צופים באור לבן, מתקבל פס קשת בענן. כדי לבטל את האפקט הזה, נעשה שימוש במפצה פיזור 5, המותקן מול עדשת הטלסקופ. החלק העיקרי של המפצה הוא פריזמה, המודבקת יחד משלוש פריזמות ויכולה להסתובב ביחס לציר הטלסקופ.

זוויות השבירה של המנסרה והחומר שלהן נבחרות כך שאור צהוב עם אורך גל lд =5893 Å עובר דרכם ללא שבירה. אם מותקנת מנסרת פיצוי על נתיב הקרניים הצבעוניות כך שהפיזור שלה יהיה שווה בגודלו, אך מנוגד בסימן לפיזור מנסרת המדידה והנוזל, אזי הפיזור הכולל יהיה אפס. במקרה זה, אלומת קרני האור תיאסף לקרן לבנה, שכיוונה עולה בקנה אחד עם כיוון האלומה הצהובה המגבילה.

לפיכך, כאשר מסובבים את הפריזמה המפצה, יציקת הצבע מתבטלת. יחד עם פריזמה 5, חוגת הפיזור 12 מסתובבת ביחס למצביע הנייח (ראה איור 4.10). זווית הסיבוב Z של הגפה מאפשרת לשפוט את ערכו של הפיזור הממוצע של הנוזל הנבדק.

סולם החוגה חייב להיות מדורג. לוח הזמנים מצורף להתקנה.

הזמנת עבודה

1. הרם את פריזמה 3, הניחו 2-3 טיפות מנוזל הבדיקה על פני השטח של פריזמה 4 והורד את פריזמה 3 (ראה איור 4.10).

3. באמצעות הכוונה עינית, להשיג תמונה חדה של קנה המידה והממשק בין שדות הראייה.

4. על ידי סיבוב הידית 12 של המפצה 5, להרוס את צבע הממשק בין שדות הראייה.

הזזת העינית לאורך הסולם, יישר את הסימון (--) עם הגבול של השדות הכהים והבהירים ורשום את הערך של מחוון הנוזל.

6. חקור את מערך הנוזלים המוצע והעריך את טעות המדידה.

7. לאחר כל מדידה, נגב את פני המנסרות בנייר סינון ספוג במים מזוקקים.

שאלות בקרה

אופציה 1

הגדר את מדדי השבירה המוחלטים והיחסיים של מדיום.

2. צייר את נתיב הקרניים על פני הממשק בין שני מדיה (n2> n1, ו-n2< n1).

3. השג קשר המקשר את מקדם השבירה n עם העובי d והעובי הנראה d¢ של הלוח.

4. מְשִׁימָה.הזווית המגבילה של השתקפות פנימית כוללת עבור חומר מסוים היא 30°.

מצא את מקדם השבירה של חומר זה.

תשובה: n =2.

אפשרות 2

1. מהי תופעת ההשתקפות הפנימית המוחלטת?

2. תאר את עיקרון התכנון וההפעלה של הרפרקטומטר RL-2.

3. הסבירו את תפקיד המפצה ברפרקטומטר.

4. מְשִׁימָה. נורה מורידה ממרכז רפסודה עגולה לעומק של 10 מ'. מצא את הרדיוס המינימלי של הרפסודה, בעוד שאף קרן אחת מהנורה לא צריכה להגיע אל פני השטח.

תשובה: R = 11.3 מ'.

אינדקס השבירה, או אינדקס השבירה, הוא מספר מופשט המאפיין את כוח השבירה של מדיום שקוף. מקדם השבירה מוגדר אות לטיניתπ ומוגדר כיחס בין הסינוס של זווית ההתרחשות לסינוס של זווית השבירה של קרן הנכנסת מחלל לתווך שקוף נתון:

n = sin α/sin β = const או כיחס בין מהירות האור בריק למהירות האור בתווך שקוף נתון: n = c/νλ מריק לתוך תווך שקוף נתון.

מקדם השבירה נחשב כמדד לצפיפות האופטית של תווך

מקדם השבירה שנקבע בדרך זו נקרא מקדם השבירה המוחלט, בניגוד למה שנקרא היחסי.

e. מראה כמה פעמים מהירות התפשטות האור מואטת כאשר מקדם השבירה שלו משתנה, אשר נקבע על ידי היחס בין הסינוס של זווית השבירה לסינוס של זווית השבירה כאשר האלומה עוברת ממדיום של צפיפות אחת למדיום בצפיפות אחרת. מקדם השבירה היחסי שווה ליחס של מדדי השבירה המוחלטים: n = n2/n1, כאשר n1 ו-n2 הם מדדי השבירה המוחלטים של המדיה הראשונה והשנייה.

מקדם השבירה המוחלט של כל הגופים - מוצק, נוזלי וגזי - גדול מאחד ונע בין 1 ל-2, העולה על 2 רק במקרים נדירים.

מקדם השבירה תלוי הן בתכונות המדיום והן באורך הגל של האור ועולה עם ירידה באורך הגל.

לכן, מדד מוקצה לאות p, המציין לאיזה אורך גל שייך המחוון.

אינדקס השבירה

לדוגמה, עבור זכוכית TF-1 מקדם השבירה בחלק האדום של הספקטרום הוא nC = 1.64210, ובחלק הסגול nG' = 1.67298.

מדדי שבירה של כמה גופים שקופים

אוויר - 1.000292

מים - 1,334

אתר - 1,358

אתיל אלכוהול - 1.363

גליצרין - 1,473

זכוכית אורגנית (פרספקס) - 1, 49

בנזן - 1.503

(זכוכית כתר - 1.5163

אשוח (קנדי), בלסם 1.54

כתר כבד זכוכית - 1, 61 26

זכוכית צור - 1.6164

פחמן דיסולפיד - 1.629

צור כבד זכוכית - 1, 64 75

מונוברומונפטלין - 1.66

זכוכית היא הצור הכבד ביותר - 1.92

יהלום - 2.42

ההבדל במקדם השבירה עבור חלקים שונים של הספקטרום הוא הגורם לכרומטיזם, כלומר.

פירוק האור הלבן כשהוא עובר דרך אלמנטים שבירה - עדשות, מנסרות וכו'.

עבודת מעבדה מס' 41

קביעת מקדם השבירה של נוזלים באמצעות רפרקטומטר

מטרת העבודה: קביעת מקדם השבירה של נוזלים בשיטת השתקפות פנימית כוללת באמצעות רפרקטומטר IRF-454B; חקר התלות של מקדם השבירה של תמיסה בריכוז שלה.

תיאור ההתקנה

כאשר אור לא מונוכרומטי נשבר, הוא מתפרק לצבעים המרכיבים שלו לתוך ספקטרום.

תופעה זו נובעת מהתלות של מקדם השבירה של חומר בתדירות (אורך הגל) של האור והיא נקראת פיזור אור.

נהוג לאפיין את כוח השבירה של תווך לפי מקדם השבירה באורך הגל λ = 589.3 ננומטר (אורך גל ממוצע של שני קווים צהובים קרובים בספקטרום של אדי נתרן).

60. באילו שיטות לקביעת ריכוז החומרים בתמיסה משתמשים בניתוח ספיגה אטומית?

מקדם השבירה הזה מיועד נד.

מדד הפיזור הוא הפיזור הממוצע, המוגדר כהפרש ( נו-נג), איפה נו- מקדם שבירה של חומר באורך גל λ = 486.1 ננומטר (קו כחול בספקטרום המימן), נג- מקדם השבירה של החומר λ - 656.3 ננומטר (קו אדום בספקטרום המימן).

שבירה של חומר מאופיינת בערך של פיזור יחסי:
ספרי עיון נותנים בדרך כלל את ההדדיות של הפיזור היחסי, כלומר.

ה.
,איפה - מקדם פיזור, או מספר Abbe.

המתקן לקביעת מקדם השבירה של נוזלים מורכב מרפרקטומטר IRF-454Bעם גבולות המדידה של המחוון; שבירה נדבטווח שבין 1.2 ל-1.7; נוזל בדיקה, מפיות לניגוב משטחי מנסרות.

רפרקטומטר IRF-454Bהוא מכשיר המיועד למדידה ישירה של אינדקס השבירה של נוזלים, כמו גם לקבוע את הפיזור הממוצע של נוזלים בתנאי מעבדה.

עקרון הפעולה של המכשיר IRF-454Bמבוסס על התופעה של השתקפות פנימית מוחלטת של אור.

התרשים הסכמטי של המכשיר מוצג באיור. 1.

את הנוזל לבדיקה מניחים בין שני הפנים של פריזמה 1 ו-2. פריזמה 2 עם קצה מלוטש היטב א.בהוא מדידה, ומנסרה 1 עם קצה מט א1 IN1 - תאורה. קרניים ממקור אור נופלות על הקצה א1 עם1 , נשבר, נופל על משטח מט א1 IN1 ומפוזרים על ידי משטח זה.

לאחר מכן הם עוברים דרך שכבת הנוזל הנבדקת ומגיעים אל פני השטח. א.במנסרות 2.

לפי חוק השבירה
, איפה
ו הן זוויות השבירה של קרניים בנוזל ובמנסרה, בהתאמה.

ככל שזווית הפגיעה גדלה
זווית השבירה גם עולה ומגיע לערכו המקסימלי
, מתי
, ט.

ה.כאשר קורה בנוזל מחליקה על פני משטח א.ב. לָכֵן,
. לפיכך, הקרניים היוצאות ממנסרה 2 מוגבלות לזווית מסוימת
.

קרניים המגיעות מהנוזל לתוך פריזמה 2 בזוויות גדולות עוברות השתקפות פנימית מוחלטת בממשק א.בולא עוברים דרך הפריזמה.

המכשיר המדובר בודק נוזלים, מקדם השבירה שהוא פחות ממקדם השבירה פריזמה 2, לפיכך, קרניים מכל הכיוונים שנשברו בגבול הנוזל והזכוכית ייכנסו למנסרה.

ברור שהחלק של המנסרה המתאים לקרניים שלא עברו דרכו יוחשך. דרך הטלסקופ 4, הממוקם בנתיב הקרניים היוצאות מהמנסרה, ניתן לצפות בחלוקת שדה הראייה לחלקים בהירים וחשוכים.

על ידי סיבוב מערכת המנסרות 1-2, הממשק בין השדות הבהירים והכהים מיושר עם הצלב של החוטים של עינית הטלסקופ. מערכת המנסרות 1-2 מחוברת לסולם, המכויל בערכי אינדקס השבירה.

הסולם ממוקם בחלק התחתון של שדה הראייה של הצינור, וכאשר משלבים קטע משדה הראייה עם צלב חוטים, נותן את הערך המתאים של מקדם השבירה של הנוזל .

עקב פיזור, ממשק שדה הראייה באור לבן יהיה צבעוני. כדי לחסל את הצבע, כמו גם לקבוע את הפיזור הממוצע של החומר הנבדק, נעשה שימוש במפצה 3, המורכב משתי מערכות של מנסרות ראייה ישירה מודבקות (פריזמות אמיצ'י).

ניתן לסובב את המנסרות בו זמנית בכיוונים שונים באמצעות מכשיר מכני סיבובי מדויק, ובכך לשנות את הפיזור של המפצה עצמו ולבטל את הצבע של קצה שדה הראייה הנצפה דרכו. מערכת אופטית 4. עם המפצה משויך תוף עם סולם, המשמש לקביעת פרמטר הפיזור, המאפשר לחשב את ממוצע הפיזור של החומר.

הזמנת עבודה

התאם את המכשיר כך שהאור מהמקור (מנורת ליבון) ייכנס למנסרת התאורה ויאיר את שדה הראייה באופן שווה.

2. פתח את פריזמת המדידה.

בעזרת מוט זכוכית, מרחו כמה טיפות מים על פניו וסגרו בזהירות את המנסרה. הרווח בין המנסרות חייב להיות מלא בשכבה דקה של מים (שימו לב במיוחד לכך).

בעזרת בורג המכשיר עם קנה מידה בטל את צבע שדה הראייה וקבל גבול חד בין אור לצל. יישר אותו, באמצעות בורג אחר, עם הצלב הייחוס של עינית המכשיר. קבע את מקדם השבירה של מים באמצעות סקאלת העינית בדיוק של אלפיות.

השווה את התוצאות שהתקבלו עם נתוני התייחסות למים. אם ההפרש בין מקדם השבירה הנמדד לטבלה 1 אינו עולה על ± 0.001, אזי המדידה בוצעה כהלכה.

תרגיל 1

1. הכינו תמיסה של מלח שולחן ( NaCl) עם ריכוז קרוב לגבול המסיסות (לדוגמה, C = 200 גרם/ליטר).

מדוד את מקדם השבירה של התמיסה שהתקבלה.

3. על ידי דילול התמיסה מספר שלם של פעמים, השג את התלות של המחוון; שבירה על ריכוז התמיסה ומלאו את הטבלה. 1.

שולחן 1

תרגיל.איך משיגים ריכוז תמיסה השווה ל-3/4 מהמקסימום (ראשוני) רק בדילול?

בניית גרף תלות n=n(C). עיבוד נוסף של נתוני ניסוי מתבצע לפי הנחיות המורה.

עיבוד נתונים ניסיוניים

א) שיטה גרפית

קבע מהגרף מִדרוֹן IN, אשר בתנאי ניסוי יאפיין את המומס והממס.

2. קבעו את ריכוז התמיסה באמצעות הגרף NaClניתן על ידי עוזר המעבדה.

ב) שיטה אנליטית

חשב בשיטת הריבועים הקטנים ביותר א, INו סב.

מבוסס על הערכים שנמצאו או INלקבוע את הממוצע
ריכוז תמיסה NaClניתן על ידי עוזר המעבדה

שאלות בקרה

פיזור של אור. מה ההבדל בין פיזור רגיל לפיזור חריג?

2. מהי תופעת השתקפות פנימית טוטאלית?

3. מדוע המערך הזה לא יכול למדוד את מקדם השבירה של נוזל גדול ממקדם השבירה של המנסרה?

4. למה פרצוף פריזמה א1 IN1 האם הם הופכים אותו למט?

השפלה, אינדקס

אנציקלופדיה פסיכולוגית

דרך להעריך את מידת השפלה הנפשית! פונקציות שנמדדו במבחן וכסלר-בלוויו. המדד מבוסס על תצפית שחלק מהיכולות הנמדדות במבחן יורדות עם הגיל, אך אחרות לא.

אינדקס

אנציקלופדיה פסיכולוגית

- אינדקס, פנקס שמות, כותרות וכו' בפסיכולוגיה - מחוון דיגיטלי להערכה כמותית, אפיון תופעות.

במה תלוי מקדם השבירה של חומר?

אינדקס

אנציקלופדיה פסיכולוגית

1. רוב משמעות כללית: כל דבר המשמש לסימון, זיהוי או הכוונה; אינדיקציות, כתובות, סימנים או סמלים. 2. נוסחה או מספר, המבוטאים לרוב כמקדם, המראים קשר כלשהו בין ערכים או מדידות או בין...

חברותיות, אינדקס

אנציקלופדיה פסיכולוגית

מאפיין המבטא את החברותיות של האדם. סוציוגרמה, למשל, מספקת, בין שאר המדדים, הערכה של החברותיות של חברי קבוצה שונים.

בחירה, אינדקס

אנציקלופדיה פסיכולוגית

נוסחה להערכת כוחו של מבחן או פריט מבחן מסוים בהבחנה בין פרטים זה מזה.

אמינות, אינדקס

אנציקלופדיה פסיכולוגית

נתון המספק אומדן של המתאם בין הערכים בפועל שהתקבלו ממבחן לבין הערכים הנכונים תיאורטית.

מדד זה ניתן כערך של r, כאשר r הוא מקדם האמינות המחושב.

חיזוי ביצועים, אינדקס

אנציקלופדיה פסיכולוגית

מדידה של המידה שבה ניתן להשתמש בידע על משתנה אחד כדי ליצור ניבויים לגבי משתנה אחר, בהינתן שהמתאם בין המשתנים ידוע. בדרך כלל בצורה סמלית זה מבוטא כ-E, האינדקס מיוצג כ-1 -((...

מילים, אינדקס

אנציקלופדיה פסיכולוגית

מונח כללי לכל תדירות שיטתית של הופעת מילים בשפה כתובה ו/או מדוברת.

לעתים קרובות מדדים כאלה מוגבלים לתחומים לשוניים ספציפיים, למשל, ספרי לימוד בכיתה א', אינטראקציות בין הורה לילד. עם זאת, הערכות ידועות...

מבני גוף, אינדקס

אנציקלופדיה פסיכולוגית

מדידת הגוף המוצעת של Eysenck מבוססת על היחס בין הגובה להיקף החזה.

אלה שהציונים שלהם היו בטווח ה"נורמלי" נקראו מזומורפים, אלה שנמצאים בסטיית תקן או מעל הממוצע נקראו לפטומורפים, ואלה שנמצאים בסטיית תקן או...

להרצאה מס' 24

"שיטות ניתוח אינסטרומנטליות"

רפרקטומטריה.

סִפְרוּת:

1. V.D. פונומארב "כימיה אנליטית" 1983 246-251

2. א.א. אישצ'נקו "כימיה אנליטית" 2004 עמ' 181-184

רפרקטומטריה.

רפרקטומטריה היא אחת הפשוטות ביותר שיטות פיזיותניתוח תוך שימוש בכמות מינימלית של אנליט ומתבצע תוך זמן קצר מאוד.

רפרקטומטריה- שיטה המבוססת על תופעת השבירה או השבירה כלומר.

שינוי כיוון התפשטות האור בעת מעבר ממדיום אחד למשנהו.

השבירה, כמו גם בליעת האור, היא תוצאה של האינטראקציה שלו עם המדיום.

משמעות המילה רפרקטומטריה מדידה שבירה של אור, אשר נאמדת לפי ערך מקדם השבירה.

ערך אינדקס השבירה נתלוי

1) על הרכב חומרים ומערכות,

2) מהעובדה באיזה ריכוז ובאילו מולקולות פוגשת קרן האור בדרכה, כי

מולקולות שנחשפו לאור חומרים שוניםמקוטב אחרת. על תלות זו מבוססת השיטה הרפרקטומטרית.

לשיטה זו מספר יתרונות, כתוצאה מהם היא מצאה יישום נרחב הן במחקר כימי והן בבקרת תהליכים טכנולוגיים.

1) מדידת מדדי השבירה היא תהליך פשוט מאוד שמתבצע בצורה מדויקת ובמינימום זמן וכמות חומר.

2) בדרך כלל, רפרקטומטרים מספקים דיוק של עד 10% בקביעת מקדם השבירה של האור ותכולת האנליט

שיטת הרפרקטומטריה משמשת לשליטה באותנטיות ובטוהר, לזיהוי חומרים בודדים, לקביעת המבנה של אורגני ו תרכובות אנאורגניותכאשר לומדים פתרונות.

רפרקטומטריה משמשת לקביעת ההרכב של תמיסות דו-רכיביות ולמערכות משולשות.

הבסיס הפיזי של השיטה

אינדקס השבירה.

הסטייה של קרן אור מכיוונה המקורי כשהיא עוברת ממדיום אחד למשנהו, כך גדלה יותר הבדלבמהירות התפשטות האור בשניים

הסביבות הללו.

הבה נבחן את השבירה של קרן אור בגבול של כל שני אמצעים I ו-II שקופים (ראה.

אורז.). הבה נסכים שלמדיום II יש כוח שבירה גדול יותר, ולכן, n1ו n2- מציג את השבירה של המדיה המתאימה. אם המדיום I אינו ואקום או אוויר, אז היחס בין זווית כניסת החטא של אלומת האור לזווית השבירה החטאית ייתן את הערך של מקדם השבירה היחסי n rel. ערך n rel.

מהו מקדם השבירה של זכוכית? ומתי צריך לדעת את זה?

ניתן להגדיר גם כיחס בין מדדי השבירה של המדיה הנבדקת.

notrel. = —— = —

הערך של מקדם השבירה תלוי ב

1) אופי החומרים

אופי החומר במקרה זה נקבע לפי מידת העיוות של המולקולות שלו בהשפעת האור - מידת הקיטוב.

ככל שהקיטוב חזק יותר, כך שבירה של האור חזקה יותר.

2)אורך גל של אור בולט

מדידת אינדקס השבירה מתבצעת באורך גל אור של 589.3 ננומטר (קו D של ספקטרום הנתרן).

התלות של מקדם השבירה באורך הגל של האור נקראת פיזור.

ככל שאורך הגל קצר יותר, השבירה גדולה יותר. לכן, קרניים באורכי גל שונים נשברות בצורה שונה.

3)טֶמפֶּרָטוּרָה , שבו מתבצעת המדידה. תנאי מוקדם לקביעת מקדם השבירה הוא ציות משטר טמפרטורה. בדרך כלל הקביעה מתבצעת ב-20±0.30C.

ככל שהטמפרטורה עולה, מקדם השבירה יורד; ככל שהטמפרטורה יורדת, הוא עולה..

התיקון להשפעות הטמפרטורה מחושב באמצעות הנוסחה הבאה:

nt=n20+ (20-t) 0.0002, כאשר

nt -ביי מקדם השבירה בטמפרטורה נתונה,

מקדם השבירה n20 ב-200C

השפעת הטמפרטורה על ערכי מדדי השבירה של גזים ונוזלים קשורה לערכי מקדמי ההתפשטות הנפחיים שלהם.

נפח כל הגזים והנוזלים גדל בעת חימום, הצפיפות יורדת וכתוצאה מכך, המחוון יורד

מקדם השבירה שנמדד ב-200C ואורך גל אור של 589.3 ננומטר מוגדר על ידי האינדקס nD20

התלות של מקדם השבירה של מערכת דו-רכיבית הומוגנית במצבה נקבעת בניסוי על ידי קביעת מקדם השבירה עבור מספר מערכות סטנדרטיות (לדוגמה, פתרונות), שתכולת הרכיבים בהן ידועה.

4) ריכוז החומר בתמיסה.

לרבים תמיסות מימיותחומרים, מדדי השבירה בריכוזים וטמפרטורות שונות נמדדים בצורה מהימנה, ובמקרים אלה ניתן להשתמש בנתוני התייחסות טבלאות רפרקטומטריות.

הלכה למעשה, כאשר תכולת החומר המומס אינה עולה על 10-20%, יחד עם השיטה הגרפית, במקרים רבים ניתן להשתמש משוואה לינאריתסוּג:

n=לא+FC,

n-מקדם השבירה של הפתרון,

לאהוא מקדם השבירה של ממס טהור,

ג- ריכוז החומר המומס,%

ו-מקדם אמפירי, שערכו נמצא

על ידי קביעת מקדם השבירה של תמיסות בריכוז ידוע.

רפרקטמטרים.

רפרקטומטרים הם מכשירים המשמשים למדידת מקדם השבירה.

ישנם 2 סוגים של התקנים אלה: רפרקטומטר מסוג Abbe וסוג Pulfrich. בשני המקרים, המדידות מבוססות על קביעת זווית השבירה המקסימלית. בפועל משתמשים ברפרקטומטרים מערכות שונות: מעבדה-RL, RLU אוניברסלי וכו'.

אינדקס השבירה של מים מזוקקים הוא n0 = 1.33299, אך למעשה מחוון זה נלקח כהתייחסות כ-n0 =1,333.

עקרון הפעולה של רפרקטומטרים מבוסס על קביעת מקדם השבירה בשיטת הזווית המגבילה (זווית ההחזר הכולל של האור).

רפרקטומטר כף יד

Abbe רפרקטומטר