Mida suurem on murdumisnäitaja. murdumisnäitaja. Vedeliku murdumisnäitaja määramine

8. klassi füüsika kursusel tutvusite valguse murdumise nähtusega. Nüüd teate, et valgus on teatud sagedusvahemikuga elektromagnetlained. Tuginedes teadmistele valguse olemuse kohta, suudate mõista murdumise füüsikalist põhjust ja selgitada paljusid muid sellega seotud valgusnähtusi.

Riis. 141. Üleminekul ühest keskkonnast teise kiir murdub, st muudab levimise suunda

Valguse murdumise seaduse järgi (joonis 141):

kiire langemispunktis langevad, murdunud ja risti tõmmatud kiired paiknevad samal tasapinnal; langemisnurga siinuse ja murdumisnurga siinuse suhe on nende kahe keskkonna konstantne väärtus

kus n 21 on teise keskkonna suhteline murdumisnäitaja esimese suhtes.

Kui kiir läheb vaakumist ükskõik millisesse keskkonda, siis

kus n on teise keskkonna absoluutne murdumisnäitaja (või lihtsalt murdumisnäitaja). Sel juhul on esimene "keskkond" vaakum, mille absoluutindeks võetakse üheks.

Valguse murdumise seaduse avastas empiiriliselt Hollandi teadlane Willebord Snellius aastal 1621. Seadus formuleeriti optikat käsitlevas traktaadis, mis leiti teadlase paberitest pärast tema surma.

Pärast Snelli avastamist esitasid mitmed teadlased hüpoteesi, et valguse murdumine on tingitud selle kiiruse muutumisest, kui see läbib kahe keskkonna piiri. Selle hüpoteesi paikapidavust kinnitasid prantsuse matemaatiku Pierre Fermat’ (1662. aastal) ja Hollandi füüsiku Christian Huygensi (1690. aastal) sõltumatult läbi viidud teoreetilised tõestused. Erinevaid teid pidi jõudsid nad sama tulemuseni, mis tõestab seda

langemisnurga siinuse ja murdumisnurga siinuse suhe on nende kahe keskkonna konstantne väärtus, mis võrdub valguse kiiruste suhtega nendes keskkonnas:

(3)

Võrrandist (3) järeldub, et kui murdumisnurk β on väiksem kui langemisnurk a, siis antud sagedusega valgus teises keskkonnas levib aeglasemalt kui esimeses, st V 2

Võrrandis (3) sisalduvate suuruste seos oli hea põhjus suhtelise murdumisnäitaja definitsiooni teise sõnastuse ilmumiseks:

teise keskkonna suhteline murdumisnäitaja esimese suhtes on füüsikaline suurus, mis võrdub valguse kiiruste suhtega nendes keskkonnas:

n 21 \u003d v 1 / v 2 (4)

Laske valgusvihul liikuda vaakumist mõnda keskkonda. Asendades v1 võrrandis (4) valguse kiirusega vaakumis c ja v 2 valguse kiirusega keskkonnas v, saame võrrandi (5), mis on absoluutse murdumisnäitaja definitsioon:

keskkonna absoluutne murdumisnäitaja on füüsikaline suurus, mis võrdub valguse kiiruse vaakumis ja valguse kiiruse suhtega antud keskkonnas:

Vastavalt võrranditele (4) ja (5) näitab n 21, mitu korda muutub valguse kiirus, kui see liigub ühest keskkonnast teise, ja n - kui see läheb vaakumist keskkonda. See on murdumisnäitajate füüsiline tähendus.

Mis tahes aine absoluutse murdumisnäitaja n väärtus on suurem kui ühtsus (seda kinnitavad füüsikaliste teatmeteoste tabelites sisalduvad andmed). Siis on võrrandi (5) kohaselt c/v > 1 ja c > v, st valguse kiirus mis tahes aines on väiksem kui valguse kiirus vaakumis.

Rangeid põhjendusi andmata (need on keerulised ja tülikad), märgime, et valguse kiiruse vähenemise põhjuseks vaakumist ainele üleminekul on valguslaine interaktsioon aine aatomite ja molekulidega. Mida suurem on aine optiline tihedus, seda tugevam on see interaktsioon, seda väiksem on valguse kiirus ja suurem murdumisnäitaja. Seega on valguse kiirus keskkonnas ja absoluutne murdumisnäitaja määratud selle keskkonna omadustega.

Ainete murdumisnäitajate arvväärtuste järgi saab võrrelda nende optilist tihedust. Näiteks on erinevat tüüpi klaaside murdumisnäitajad vahemikus 1,470 kuni 2,040, samas kui vee murdumisnäitaja on 1,333. See tähendab, et klaas on optiliselt tihedam keskkond kui vesi.

Pöördume joonise 142 poole, mille abil saame selgitada, miks kahe keskkonna piiril kiiruse muutumisega muutub ka valguslaine levimise suund.

Riis. 142. Kui valguslained lähevad õhust vette, siis valguse kiirus väheneb, laine esiosa ja koos sellega ka kiirus muutuvad suunda

Joonisel on kujutatud valguslainet, mis liigub õhust vette ja langeb nende kandjate vahelisele liidesele nurga a all. Õhus levib valgus kiirusega v 1 ja vees aeglasema kiirusega v 2 .

Esimesena jõuab piirile laine punkt A. Aja jooksul Δt jõuab õhus sama kiirusega v 1 liikuv punkt B punkti B. "Sama aja jooksul läbib punkt A, liikudes vees väiksema kiirusega v 2, lühema vahemaa. , jõudes ainult punkti A". Sel juhul pööratakse nn lainefront A "B" vees õhus oleva AB laine esiosa suhtes teatud nurga all. Ja kiirusvektor (mis on alati lainefrondiga risti ja langeb kokku selle levimissuunaga) pöörleb, lähenedes sirgele OO", mis on risti kandja vahelise liidesega. Sel juhul on murdumisnurk β väiksem kui langemisnurk α. Nii toimub valguse murdumine.

Samuti on jooniselt näha, et üleminekul teisele keskkonnale ja lainefrondi pöörlemisel muutub ka lainepikkus: optiliselt tihedamale keskkonnale üleminekul kiirus väheneb, väheneb ka lainepikkus (λ 2< λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.

Küsimused

Milline kahest ainest on optiliselt tihedam?
Kuidas määratakse murdumisnäitajad valguse kiiruse järgi keskkonnas?
Kuhu valgus kõige kiiremini liigub?
Mis on valguse kiiruse vähenemise füüsikaline põhjus, kui see liigub vaakumist keskkonda või madalama optilise tihedusega keskkonnast kõrgemasse?
Mis määrab (st millest need sõltuvad) keskkonna absoluutse murdumisnäitaja ja valguse kiiruse selles?
Selgitage, mida joonis 142 illustreerib.

Kui valguslaine langeb tasasele piirile, mis eraldab kahte erineva suhtelise läbitavusega dielektrikut, siis see laine peegeldub liideselt ja murdub, liikudes ühelt dielektrikult teisele. Läbipaistva keskkonna murdumisvõimet iseloomustab murdumisnäitaja, mida sagedamini nimetatakse murdumisnäitajaks.

Absoluutne murdumisnäitaja

MÄÄRATLUS

Absoluutne murdumisnäitaja nimetage füüsikalist suurust, mis võrdub valguse levimiskiiruse vaakumis () ja valguse faasikiiruse suhtega keskkonnas (). Seda murdumisnäitajat tähistatakse tähega . Matemaatiliselt saab selle murdumisnäitaja määratluse kirjutada järgmiselt:

Iga aine puhul (erandiks on vaakum) sõltub murdumisnäitaja väärtus valguse sagedusest ja aine parameetritest (temperatuur, tihedus jne). Haruldaste gaaside murdumisnäitaja on võrdne.

Kui aine on anisotroopne, siis n oleneb valguse levimissuunast ja valguslaine polariseerumisest.

Definitsiooni (1) põhjal võib absoluutse murdumisnäitaja leida järgmiselt:

kus on keskkonna dielektriline konstant, on keskkonna magnetiline läbilaskvus.

Murdumisnäitaja võib neelavas keskkonnas olla keeruline suurus. Optiliste lainete vahemikus =1 kirjutatakse läbilaskvus järgmiselt:

siis murdumisnäitaja:

kus on murdumisnäitaja reaalosa, mis on võrdne:

peegeldab murdumist, kujuteldav osa:

vastutab imendumise eest.

Suhteline murdumisnäitaja

MÄÄRATLUS

Suhteline murdumisnäitaja() teise keskkonna esimesega võrreldes on valguse faasikiiruste suhe esimeses aines ja faasikiirus teises aines:

kus on teise keskkonna absoluutne murdumisnäitaja, on esimese aine absoluutne murdumisnäitaja. If title="(!LANG: Renderdab QuickLaTeX.com" height="16" width="60" style="vertical-align: -4px;">, то вторая среда считается оптически более плотной, чем первая.!}

Monokromaatiliste lainete puhul, mille pikkused on palju pikemad kui aine molekulide vaheline kaugus, on täidetud Snelli seadus:

kus on langemisnurk, on murdumisnurk, on aine suhteline murdumisnäitaja, milles murdunud valgus levib keskkonna suhtes, milles langev valguslaine levis.

Ühikud

Murdumisnäitaja on mõõtmeteta suurus.

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

Harjutus

Kui suur on sisemise täieliku peegelduse piirnurk () kui valguskiir liigub klaasist õhku. Klaasi murdumisnäitajaks loetakse n=1,52.

Lahendus

Täieliku sisemise peegelduse korral on murdumisnurk () suurem kui või võrdne sellega

). Nurga korral teisendatakse murdumisseadus järgmisele kujule:

Kuna kiire langemisnurk on võrdne peegeldusnurgaga, võime kirjutada, et:

Vastavalt probleemi tingimustele läheb kiir klaasist õhku, mis tähendab, et

Teeme arvutused:

Vastus

NÄIDE 2

Harjutus	Milline on seos valguskiire langemisnurga () ja aine murdumisnäitaja (n) vahel? Kui peegeldunud ja murdunud kiirte vaheline nurk on ? Kiir langeb õhust ainesse.
Lahendus	Teeme joonise.

Füüsikaseadused mängivad väga olulist rolli arvutuste tegemisel konkreetse toote tootmise strateegia kavandamisel või erinevatel eesmärkidel konstruktsioonide ehitamise projekti koostamisel. Arvutatakse palju väärtusi, seega tehakse mõõtmised ja arvutused enne planeerimistöödega alustamist. Näiteks klaasi murdumisnäitaja on võrdne langemisnurga siinuse ja murdumisnurga siinuse suhtega.

Nii et kõigepealt toimub nurkade mõõtmise protsess, seejärel arvutatakse nende siinus ja alles siis saate soovitud väärtuse. Vaatamata tabeliandmete olemasolule tasub iga kord teha täiendavaid arvutusi, kuna teatmeteostes kasutatakse sageli ideaalseid tingimusi, mida reaalses elus on peaaegu võimatu saavutada. Seetõttu erineb näitaja tegelikkuses tingimata tabelist ja mõnes olukorras on see põhimõttelise tähtsusega.

Absoluutne näitaja

Absoluutne murdumisnäitaja sõltub klaasi kaubamärgist, kuna praktikas on tohutul hulgal valikuid, mis erinevad koostise ja läbipaistvusastme poolest. Keskmiselt on see 1,5 ja kõigub selle väärtuse ümber 0,2 võrra ühes või teises suunas. Harvadel juhtudel võib sellest näitajast olla kõrvalekaldeid.

Jällegi, kui täpne näitaja on oluline, on lisamõõtmised hädavajalikud. Kuid isegi need ei anna 100% usaldusväärset tulemust, kuna lõplikku väärtust mõjutavad päikese asend taevas ja pilvisus mõõtmispäeval. Õnneks piisab 99,99% juhtudest lihtsalt teadmisest, et sellise materjali nagu klaas murdumisnäitaja on suurem kui üks ja väiksem kui kaks ning kõik muud kümnendikud ja sajandikud ei mängi rolli.

Foorumites, mis aitavad lahendada füüsikaprobleeme, vilgub sageli küsimus, mis on klaasi ja teemandi murdumisnäitaja? Paljud inimesed arvavad, et kuna need kaks ainet on välimuselt sarnased, peaksid nende omadused olema ligikaudu samad. Kuid see on pettekujutelm.

Klaasi maksimaalne murdumine on umbes 1,7, teemandi puhul aga 2,42. See kalliskivi on üks väheseid materjale Maal, mille murdumisnäitaja ületab 2. Selle põhjuseks on selle kristalne struktuur ja valguskiirte suur levik. Lihtsus mängib tabeli väärtuse muutumisel minimaalset rolli.

Suhteline näitaja

Mõne keskkonna suhtelist indikaatorit saab iseloomustada järgmiselt:

- klaasi murdumisnäitaja vee suhtes on ligikaudu 1,18;
- sama materjali murdumisnäitaja õhu suhtes on 1,5;
- murdumisnäitaja alkoholi suhtes - 1,1.

Indikaatori mõõtmine ja suhtelise väärtuse arvutamine toimub üldtuntud algoritmi järgi. Suhtelise parameetri leidmiseks peate jagama ühe tabeli väärtuse teisega. Või tehke kahe keskkonna jaoks eksperimentaalsed arvutused ja seejärel jagage saadud andmed. Selliseid toiminguid tehakse sageli füüsika laboritundides.

Murdumisnäitaja määramine

Klaasi murdumisnäitajat on praktikas üsna keeruline määrata, sest lähteandmete mõõtmiseks on vaja ülitäpseid instrumente. Kõik vead suurenevad, kuna arvutamisel kasutatakse keerulisi valemeid, mis nõuavad vigade puudumist.

Üldiselt näitab see koefitsient, mitu korda teatud takistuse läbimisel valguskiirte levimiskiirus aeglustub. Seetõttu on see tüüpiline ainult läbipaistvate materjalide jaoks. Võrdlusväärtuse, see tähendab ühiku jaoks, võetakse gaaside murdumisnäitaja. Seda tehti selleks, et saaks arvutustes lähtuda mingist väärtusest.

Kui päikesekiir langeb klaaspinnale, mille murdumisnäitaja on võrdne tabeli väärtusega, saab seda muuta mitmel viisil:

1. Liimige peale kile, mille murdumisnäitaja on suurem kui klaasil. Seda põhimõtet kasutatakse autoklaaside toonimisel, et parandada reisijate mugavust ja võimaldada juhil teed selgemini näha. Samuti hoiab kile tagasi ultraviolettkiirgust.
2. Värvige klaas värviga. Seda teevad odavate päikeseprillide tootjad, kuid pidage meeles, et see võib teie nägemist kahjustada. Heades mudelites toodetakse prillid koheselt värviliselt spetsiaalse tehnoloogia abil.
3. Kastke klaas vedelikku. See on kasulik ainult katsete jaoks.

Kui valguskiir läheb klaasist, siis arvutatakse järgmise materjali murdumisnäitaja suhtelise koefitsiendi abil, mille saab tabeliväärtusi omavahel võrreldes. Need arvutused on praktilist või eksperimentaalset koormust kandvate optiliste süsteemide projekteerimisel väga olulised. Vead pole siin lubatud, sest need põhjustavad kogu seadme tõrke ja siis on kõik sellega saadud andmed kasutud.

Valguse kiiruse määramiseks klaasis murdumisnäitajaga tuleb kiiruse absoluutväärtus vaakumis jagada murdumisnäitajaga. Võrdluskeskkonnana kasutatakse vaakumit, kuna seal ei toimi murdumine, kuna puuduvad ained, mis võiksid segada valguskiirte takistamatut liikumist mööda etteantud trajektoori.

Kõigis arvutatud indikaatorites on kiirus väiksem kui võrdluskeskkonnas, kuna murdumisnäitaja on alati suurem kui üks.

Pöördugem murdumisseaduse sõnastamisel meie poolt §-s 81 toodud murdumisnäitaja üksikasjalikuma käsitlemise juurde.

Murdumisnäitaja sõltub optilistest omadustest ja keskkonnast, millest kiir langeb, ja keskkonnast, millesse see tungib. Murdumisnäitaja, mis saadakse vaakumi valguse langemisel keskkonnale, nimetatakse selle keskkonna absoluutseks murdumisnäitajaks.

Riis. 184. Kahe kandja suhteline murdumisnäitaja:

Olgu esimese keskkonna absoluutne murdumisnäitaja ja teise keskmise - . Arvestades murdumist esimese ja teise keskkonna piiril, veendume, et murdumisnäitaja üleminekul esimeselt keskkonnalt teisele, nn suhteline murdumisnäitaja, on võrdne absoluutsete murdumisnäitajate suhtega. teine ja esimene meedia:

(joonis 184). Vastupidi, teisest keskkonnast esimesele üleminekul on meil suhteline murdumisnäitaja

Väljakujunenud seose kahe keskkonna suhtelise murdumisnäitaja ja nende absoluutsete murdumisnäitajate vahel saab tuletada ka teoreetiliselt, ilma uute katseteta, nii nagu seda saab teha pöörduvuse seaduse puhul (§82).

Kõrgema murdumisnäitajaga keskkonda peetakse optiliselt tihedamaks. Tavaliselt mõõdetakse erinevate ainete murdumisnäitaja õhu suhtes. Õhu absoluutne murdumisnäitaja on. Seega on mis tahes keskkonna absoluutne murdumisnäitaja valemiga seotud selle murdumisnäitajaga õhu suhtes

Tabel 6. Erinevate ainete murdumisnäitaja õhu suhtes

Murdumisnäitaja sõltub valguse lainepikkusest, see tähendab selle värvist. Erinevad värvid vastavad erinevatele murdumisnäitajatele. See nähtus, mida nimetatakse dispersiooniks, mängib optikas olulist rolli. Seda nähtust käsitleme korduvalt järgmistes peatükkides. Tabelis toodud andmed. 6, vaadake kollast valgust.

Huvitav on märkida, et peegeldusseadust saab formaalselt kirjutada samal kujul kui murdumisseadust. Tuletame meelde, et leppisime kokku, et nurgad mõõdame alati vastava kiirte risti. Seetõttu peame arvestama, et langemisnurk ja peegeldusnurk on vastandmärkidega, s.t. peegeldusseaduse võib kirjutada kui

Võrreldes (83.4) murdumisseadusega, näeme, et peegeldusseadust võib vaadelda kui murdumisseaduse erijuhtu. See peegeldus- ja murdumisseaduste formaalne sarnasus on praktiliste probleemide lahendamisel väga kasulik.

Eelmises esitluses oli murdumisnäitaja tähendus keskkonna konstantina, mis ei sõltu seda läbiva valguse intensiivsusest. Selline murdumisnäitaja tõlgendus on üsna loomulik, kuid tänapäevaste laseritega saavutatavate kõrgete kiirgusintensiivsuste puhul ei ole see õigustatud. Meediumi omadused, mida läbib tugev valguskiirgus, sõltuvad antud juhul selle intensiivsusest. Nagu öeldakse, muutub meedium mittelineaarseks. Söötme mittelineaarsus avaldub eelkõige selles, et suure intensiivsusega valguslaine muudab murdumisnäitajat. Murdumisnäitaja sõltuvus kiirguse intensiivsusest on selline

Siin on tavaline murdumisnäitaja, a on mittelineaarne murdumisnäitaja ja proportsionaalsustegur. Selle valemi lisatermin võib olla kas positiivne või negatiivne.

Murdumisnäitaja suhtelised muutused on suhteliselt väikesed. Kell mittelineaarne murdumisnäitaja. Kuid isegi nii väikesed murdumisnäitaja muutused on märgatavad: need avalduvad valguse iseteravustamise omapärases nähtuses.

Vaatleme positiivse mittelineaarse murdumisnäitajaga keskkonda. Sel juhul on suurenenud valguse intensiivsusega alad samaaegsed suurenenud murdumisnäitaja piirkonnad. Tavaliselt on tõelise laserkiirguse korral intensiivsuse jaotus kiire ristlõike ulatuses ebaühtlane: intensiivsus on maksimaalne piki telge ja väheneb sujuvalt kiire servade suunas, nagu on näidatud joonisel fig. 185 tahket kõverat. Sarnane jaotus kirjeldab ka murdumisnäitaja muutust raku ristlõikes mittelineaarse keskkonnaga, mille telge mööda laserkiir levib. Murdumisnäitaja, mis on suurim piki raku telge, väheneb järk-järgult selle seinte suunas (katkendlikud kõverad joonisel 185).

Laserist teljega paralleelselt väljuv kiirtekiir, mis langeb muutuva murdumisnäitajaga keskkonda, kaldub kõrvale selles suunas, kus see on suurem. Seetõttu põhjustab suurenenud intensiivsus OSP-raku läheduses valguskiirte kontsentratsiooni selles piirkonnas, mis on skemaatiliselt näidatud ristlõigetes ja joonisel fig. 185 ja see toob kaasa edasise kasvu. Lõppkokkuvõttes väheneb oluliselt mittelineaarset keskkonda läbiva valguskiire efektiivne ristlõige. Valgus läbib justkui läbi kitsa kanali, millel on suurenenud murdumisnäitaja. Seega laserkiir kitseneb ja mittelineaarne keskkond toimib intensiivse kiirguse mõjul koonduva läätsena. Seda nähtust nimetatakse enesefokuseerimiseks. Seda võib täheldada näiteks vedelas nitrobenseenis.

Riis. 185. Kiirguse intensiivsuse ja murdumisnäitaja jaotus kiirte laserkiire ristlõikel küveti sissepääsu juures (a), sisendotsa lähedal (), keskel (), küveti väljundotsa lähedal ( )

Läbipaistvate tahkete ainete murdumisnäitaja määramine

Ja vedelikud

Instrumendid ja tarvikud: valgusfiltriga mikroskoop, tasapinnaline paralleelne plaat, millel on ristikujuline AB tähis; refraktomeetri mark "RL"; vedelike komplekt.

Eesmärk: määrata klaasi ja vedelike murdumisnäitajad.

Klaasi murdumisnäitaja määramine mikroskoobi abil

Läbipaistva tahke aine murdumisnäitaja määramiseks kasutatakse sellest materjalist tasapinnalist paralleelset plaati, millel on märgis.

Märk koosneb kahest üksteisega risti asetsevast kriimustusest, millest üks (A) kantakse põhja ja teine (B) - plaadi ülemisele pinnale. Plaat valgustatakse monokromaatilise valgusega ja uuritakse mikroskoobi all. peal
riis. 4.7 kujutab uuritava plaadi lõiget vertikaaltasandil.

Kiired AD ja AE lähevad pärast klaasi-õhu liidesel murdumist suundades DD1 ja EE1 ning langevad mikroskoobi objektiivi.

Vaatleja, kes vaatab plaati ülalt, näeb punkti A kiirte DD1 ja EE1 jätkumise ristumiskohas, s.o. punktis C.

Seega tundub punkt A punktis C asuvale vaatlejale. Leiame seose plaadimaterjali murdumisnäitaja n, paksuse d ja plaadi näiva paksuse d1 vahel.

4.7 on näha, et VD \u003d BCtgi, BD \u003d ABtgr, kust

tgi/tgr = AB/BC,

kus AB = d on plaadi paksus; BC = d1 näiv plaadi paksus.

Kui nurgad i ja r on väikesed, siis

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

need. Sini/Sinr = d/d1.

Võttes arvesse valguse murdumise seadust, saame

D/d1 mõõdetakse mikroskoobi abil.

Mikroskoobi optiline skeem koosneb kahest süsteemist: vaatlussüsteemist, mis sisaldab torusse paigaldatud objektiivi ja okulaari ning valgustussüsteemist, mis koosneb peeglist ja eemaldatavast valgusfiltrist. Pildi teravustamine toimub toru mõlemal küljel asuvate käepidemete pööramisega.

Parema käepideme teljel on jäseme skaalaga ketas.

Näit b jäsemel fikseeritud osuti suhtes määrab kauguse h objektiivist mikroskoobi staadiumi:

Koefitsient k näitab, millisele kõrgusele liigub mikroskoobi toru käepideme 1° pööramisel.

Objektiivi läbimõõt selles seadistuses on kaugusega h võrreldes väike, seega moodustab objektiivi sisenev välimine kiir mikroskoobi optilise teljega väikese nurga i.

Valguse murdumisnurk r plaadis on väiksem kui nurk i, s.o. on samuti väike, mis vastab tingimusele (4.5).

Töökäsk

1. Asetage plaat mikroskoobi staadiumile nii, et löökide A ja B ristumispunkt oleks (vt joon.

Murdumisnäitaja

4.7) oli vaateväljas.

2. Pöörake tõstemehhanismi käepidet, et tõsta toru ülemisse asendisse.

3. Vaadates okulaari, langetage aeglaselt mikroskoobi toru, pöörates käepidet, kuni vaateväljale ilmub selge kujutis kriimustusest B, mis on kantud plaadi ülemisele pinnale. Registreerige jäseme näit b1, mis on võrdeline kaugusega h1 mikroskoobi objektiivist plaadi ülemise servani: h1 = kb1 (joonis 1).

4. Jätkake toru sujuvalt langetamist, kuni saadakse selge kujutis kriimustusest A, mis tundub punktis C asuvale vaatlejale. Registreerige uus limbuse näit b2. Kaugus h1 objektiivist plaadi ülemise pinnani on võrdeline b2-ga:
h2 = kb2 (joonis 4.8, b).

Kaugused punktidest B ja C objektiivini on võrdsed, kuna vaatleja näeb neid võrdselt selgelt.

Toru h1-h2 nihkumine on võrdne plaadi näiva paksusega (joon.

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

5. Mõõtke plaadi paksus d löökide ristumiskohas. Selleks asetage lisaklaasist plaat 2 katseplaadi 1 alla (joonis 4.9) ja langetage mikroskoobi toru, kuni lääts puudutab (kergelt) testplaati. Pange tähele jäseme tähist a1. Eemaldage uuritav plaat ja langetage mikroskoobi toru, kuni objektiiv puudutab plaati 2.

Märkus a2.

Samal ajal langeb mikroskoobi objektiiv kõrgusele, mis on võrdne uuritava plaadi paksusega, s.o.

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

6. Arvutage valemi abil plaatmaterjali murdumisnäitaja

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

7. Korrake kõiki ülaltoodud mõõtmisi 3-5 korda, arvutage keskmine väärtus n, absoluutsed ja suhtelised vead rn ja rn/n.

Vedelike murdumisnäitaja määramine refraktomeetri abil

Instrumendid, mida kasutatakse murdumisnäitajate määramiseks, nimetatakse refraktomeetriteks.

RL-i refraktomeetri üldvaade ja optiline skeem on näidatud joonisel fig. 4.10 ja 4.11.

Vedelike murdumisnäitaja mõõtmine RL-i refraktomeetriga põhineb kahe erineva murdumisnäitajaga meediumi vahelise liidese läbinud valguse murdumisnähtusel.

Valguskiir (joon.

4.11) allikast 1 (hõõglamp või hajutatud päevavalgus) suunatakse peegli 2 abil läbi instrumendikorpuses oleva akna topeltprismale, mis koosneb prismadest 3 ja 4, mis on valmistatud murdumisnäitajaga klaasist. 1,540-st.

Ülemise valgustusprisma 3 pind AA (joon.

4.12, a) on matt ja selle eesmärk on valgustada vedelikku hajutatud valgusega, mis on õhukese kihina ladestunud prismade 3 ja 4 vahelisse pilusse. Mati pinna 3 poolt hajutatud valgus läbib uuritava vedeliku tasapinnalise paralleelse kihi. ja langeb alumise prisma lõhkeaine diagonaalpinnale 4 erineva alla
nurgad i vahemikus null kuni 90°.

Vältimaks plahvatusohtlikul pinnal valguse täielikku sisepeegeldust, peaks uuritava vedeliku murdumisnäitaja olema väiksem kui prisma 4 klaasi murdumisnäitaja, s.o.

vähem kui 1540.

Valguskiirt, mille langemisnurk on 90°, nimetatakse libisevaks kiireks.

Vedelklaasi liidesel murdunud libisev kiir läheb murdumisnurga piires prismas 4 r jne< 90о.

Liugkiire murdumine punktis D (vt joonis 4.12, a) järgib seadust

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

või nzh = nstsinrpr, (4.12)

kuna sinipr = 1.

Prisma 4 pinnal BC murduvad valguskiired uuesti ja siis

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

kus a on prisma 4 murduv kiir.

Lahendades üheskoos võrrandisüsteemi (4.12), (4.13), (4.14), saame valemi, mis seob uuritava vedeliku murdumisnäitaja nzh kiirgusest väljunud kiire murdumisnurga r'pr. prisma 4:

Kui prismast 4 väljuvate kiirte teele asetada täpistik, on selle vaatevälja alumine osa valgustatud ja ülemine osa tume. Heledate ja tumedate väljade vahelise liidese moodustavad piirava murdumisnurgaga r¢pr kiired. Selles süsteemis ei ole kiiri, mille murdumisnurk on väiksem kui r¢pr (joonis 1).

Seetõttu sõltuvad r¢pr väärtus ja chiaroscuro piiri asukoht ainult uuritava vedeliku murdumisnäitajast nzh, kuna nst ja a on selles seadmes püsivad väärtused.

Teades nst, a ja r¢pr, on nzh võimalik arvutada valemi (4.15) abil. Praktikas kasutatakse refraktomeetri skaala kalibreerimiseks valemit (4.15).

Skaalal 9 (vt

riis. 4.11), on vasakule joonistatud murdumisnäitaja väärtused ld = 5893 Å jaoks. Okulaari 10 - 11 ees on plaat 8 märgistusega (--).

Liigutades okulaari koos plaadiga 8 piki skaalat, on võimalik saavutada märgi joondamine tumeda ja heleda vaatevälja eraldusjoonega.

Märgiga kattuv gradueeritud skaala 9 jaotus annab uuritava vedeliku murdumisnäitaja väärtuse nzh. Objektiiv 6 ja okulaar 10-11 moodustavad teleskoobi.

Pöörlev prisma 7 muudab kiire suunda, suunates selle okulaari.

Klaasi ja uuritava vedeliku dispersiooni tõttu saadakse valges valguses vaadeldes selge eraldusjoone asemel tumedate ja heledate väljade vahel sillerdav triip. Selle efekti kõrvaldamiseks paigaldatakse teleskoobi läätse ette dispersioonikompensaator 5. Kompensaatori põhiosa moodustab prisma, mis on liimitud kolmest prismast ja võib teleskoobi telje suhtes pöörata.

Prisma ja nende materjali murdumisnurgad valitakse nii, et kollane valgus lainepikkusega ld = 5893 Å läbiks neid murdumata. Kui kompensatoorne prisma paigaldatakse värviliste kiirte teele nii, et selle dispersioon on suuruselt võrdne, kuid märgilt vastupidine mõõteprisma ja vedeliku dispersioonile, siis on kogu dispersioon võrdne nulliga. Sel juhul koondub valguskiirte kiir valgeks kiireks, mille suund langeb kokku piirava kollase kiire suunaga.

Seega, kui kompenseeriv prisma pöörleb, kaob värvivarjundi värvus. Koos prismaga 5 pöörleb dispersioonharu 12 fikseeritud osuti suhtes (vt joonis 4.10). Jäseme pöördenurk Z võimaldab hinnata uuritava vedeliku keskmise dispersiooni väärtust.

Valimisskaala peab olema gradueeritud. Ajakava on paigalduse juures.

Töökäsk

1. Tõstke prisma 3 üles, asetage 2-3 tilka katsevedelikku prisma 4 pinnale ja langetage prisma 3 (vt joonis 4.10).

3. Kasutades okulaarset sihtimist, saavutage skaala ja vaateväljade vahelise liidese terav kujutis.

4. Pöörates kompensaatori 5 käepidet 12, hävitage vaateväljade vahelise liidese värviline värvus.

Liigutage okulaari piki skaalat, joondage märk (--) tumeda ja heleda välja piiriga ning registreerige vedelikuindeksi väärtus.

6. Uurige pakutud vedelike komplekti ja hinnake mõõtmisviga.

7. Pärast iga mõõtmist pühkige prismade pind destilleeritud vees leotatud filterpaberiga.

testi küsimused

valik 1

Määratlege keskkonna absoluutne ja suhteline murdumisnäitaja.

2. Joonistage kiirte teekond läbi kahe kandja liidese (n2> n1 ja n2< n1).

3. Leidke seos, mis seob murdumisnäitaja n plaadi paksuse d ja näiva paksusega d¢.

4. Ülesanne. Mõne aine täieliku sisepeegelduse piirnurk on 30°.

Leidke selle aine murdumisnäitaja.

Vastus: n=2.

2. võimalus

1. Mis on täieliku sisepeegelduse fenomen?

2. Kirjeldage refraktomeetri RL-2 ehitust ja tööpõhimõtet.

3. Selgitage kompensaatori rolli refraktomeetris.

4. Ülesanne. Ümmarguse parve keskelt lastakse lambipirn alla 10 m sügavusele. Leidke parve minimaalne raadius, samal ajal kui ükski valguspirni kiir ei tohiks pinnale jõuda.

Vastus: R = 11,3 m.

MURDUMISNÄITAJA, või REFRAKTIIVNE KOEFITSIENT, on abstraktne arv, mis iseloomustab läbipaistva kandja murdumisvõimet. Murdumisnäitaja on tähistatud ladina tähega π ja seda määratletakse kui tühjast läbipaistvasse keskkonda siseneva kiire siinuse langemisnurga siinuse ja murdumisnurga siinuse suhet:

n = sin α/sin β = const või valguse kiiruse suhtena tühimikus valguse kiirusesse antud läbipaistvas keskkonnas: n = c/νλ tühjust antud läbipaistvasse keskkonda.

Murdumisnäitaja loetakse keskkonna optilise tiheduse mõõdupuuks

Sel viisil määratud murdumisnäitaja nimetatakse absoluutseks murdumisnäitajaks, vastupidiselt suhtelisele murdumisnäitajale.

e näitab, mitu korda aeglustub valguse levimise kiirus selle murdumisnäitaja möödumisel, mis määratakse langemisnurga siinuse ja murdumisnurga siinuse suhtega, kui kiir läheb keskkonnast 1 tihedus teise tihedusega keskkonnale. Suhteline murdumisnäitaja on võrdne absoluutsete murdumisnäitajate suhtega: n = n2/n1, kus n1 ja n2 on esimese ja teise keskkonna absoluutsed murdumisnäitajad.

Kõigi kehade – tahkete, vedelate ja gaasiliste kehade – absoluutne murdumisnäitaja on suurem kui üks ja jääb vahemikku 1 kuni 2, ületades väärtust 2 vaid harvadel juhtudel.

Murdumisnäitaja oleneb nii keskkonna omadustest kui ka valguse lainepikkusest ning suureneb lainepikkuse vähenedes.

Seetõttu on tähele p määratud indeks, mis näitab, millisele lainepikkusele indikaator viitab.

MURDUMISNÄITAJA

Näiteks TF-1 klaasi puhul on murdumisnäitaja spektri punases osas nC=1,64210 ja violetses osas nG’=1,67298.

Mõnede läbipaistvate kehade murdumisnäitajad

Õhk - 1,000292

Vesi - 1,334

Eeter - 1358

Etüülalkohol - 1,363

Glütseriin - 1473

Orgaaniline klaas (pleksiklaas) - 1, 49

Benseen - 1,503

(Kroonklaas - 1,5163

Nulg (Kanada), palsam 1,54

Raske kroonklaas - 1, 61 26

Tulekiviklaas - 1,6164

Süsinikdisulfiid - 1,629

Klaasist raske tulekivi – 1, 64 75

Monobromonaftaleen - 1,66

Klaas on kõige raskem tulekivi – 1,92

Teemant - 2,42

Spektri eri osade murdumisnäitaja erinevus on kromatismi põhjuseks, s.o.

valge valguse lagunemine, kui see läbib murduvaid osi - läätsed, prismad jne.

Labor nr 41

Vedelike murdumisnäitaja määramine refraktomeetri abil

Töö eesmärk: vedelike murdumisnäitaja määramine täieliku sisepeegelduse meetodil refraktomeetri abil IRF-454B; lahuse murdumisnäitaja sõltuvuse uurimine selle kontsentratsioonist.

Paigaldamise kirjeldus

Kui mittemonokromaatiline valgus murdub, laguneb see komponentvärvideks spektriks.

See nähtus on tingitud aine murdumisnäitaja sõltuvusest valguse sagedusest (lainepikkusest) ja seda nimetatakse valguse dispersiooniks.

Meediumi murdumisvõimet on tavaks iseloomustada murdumisnäitaja järgi lainepikkusel λ \u003d 589,3 nm (kahe lähedase kollase joone lainepikkuste keskmine naatriumi aurude spektris).

60. Milliseid meetodeid ainete kontsentratsiooni määramiseks lahuses kasutatakse aatomabsorptsioonanalüüsis?

See murdumisnäitaja on tähistatud nD.

Dispersiooni mõõt on keskmine dispersioon, mis on määratletud kui erinevus ( nF-nC), kus nF on aine murdumisnäitaja lainepikkusel λ = 486,1 nm (sinine joon vesiniku spektris), nC on aine murdumisnäitaja λ - 656,3 nm (punane joon vesiniku spektris).

Aine murdumist iseloomustab suhtelise dispersiooni väärtus:
Käsiraamatud annavad tavaliselt suhtelise dispersiooni pöördväärtuse, s.o.

e.
, kus on dispersioonikoefitsient ehk Abbe arv.

Seade vedelike murdumisnäitaja määramiseks koosneb refraktomeetrist IRF-454B indikaatori mõõtepiiridega; murdumine nD vahemikus 1,2 kuni 1,7; testvedelik, salvrätikud prismade pindade pühkimiseks.

Refraktomeeter IRF-454B on testinstrument, mis on mõeldud vedelike murdumisnäitaja otseseks mõõtmiseks, samuti vedelike keskmise hajuvuse määramiseks laboris.

Seadme tööpõhimõte IRF-454B põhineb valguse täieliku sisemise peegelduse nähtusel.

Seadme skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. üks.

Uuritav vedelik asetatakse prisma 1 ja 2 kahe külje vahele. Prisma 2 on hästi poleeritud küljega. AB mõõdab ja prismal 1 on matt nägu AGA1 AT1 - valgustus. Valgusallika kiired langevad servale AGA1 FROM1 , murduda, kukkuda mattpinnale AGA1 AT1 ja on selle pinna poolt hajutatud.

Seejärel läbivad nad uuritava vedeliku kihi ja langevad pinnale. AB prismad 2.

Vastavalt murdumisseadusele
, kus
ja on vastavalt kiirte murdumisnurgad vedelikus ja prismas.

Kui langemisnurk suureneb
murdumisnurk samuti suureneb ja saavutab maksimaalse väärtuse
, millal
, t.

e. kui vedelikus olev kiir libiseb üle pinna AB. Järelikult
. Seega on prismast 2 väljuvad kiired piiratud teatud nurga all
.

Vedelikust prismasse 2 suurte nurkade all tulevad kiired peegelduvad liidesel täielikult AB ja ei lähe läbi prisma.

Vaadeldavat seadet kasutatakse vedelike, murdumisnäitaja uurimiseks mis on väiksem kui murdumisnäitaja prisma 2, seetõttu sisenevad vedeliku ja klaasi piiril murdunud kõikide suundade kiired prisma.

Ilmselgelt tumeneb see osa prismast, mis vastab mitteläbilaskvatele kiirtele. Prismast väljuvate kiirte teel asuvas teleskoobis 4 saab jälgida vaatevälja jagunemist heledaks ja tumedaks osaks.

Pöörates prismade süsteemi 1-2, ühendatakse heleda ja tumeda välja piir teleskoobi okulaari keermete ristiga. Prismade 1-2 süsteem on seotud skaalaga, mis on kalibreeritud murdumisnäitaja väärtustes.

Skaala asub toru vaatevälja alumises osas ja kui vaatevälja lõik kombineerida keermete ristiga, annab vastava vedeliku murdumisnäitaja väärtuse .

Dispersiooni tõttu on valge valguse vaatevälja liides värviline. Värvuse kõrvaldamiseks ja uuritava aine keskmise dispersiooni määramiseks kasutatakse kompensaatorit 3, mis koosneb kahest liimitud otsevaateprisma (Amici prisma) süsteemist.

Prismasid saab üheaegselt pöörata eri suundades, kasutades täpset pöörlevat mehaanilist seadet, muutes seeläbi kompensaatori sisemist dispersiooni ja välistades optilise süsteemi kaudu vaadeldava vaatevälja värvuse 4. Kompensaatoriga on ühendatud trummel koos skaalaga , mis määrab dispersiooniparameetri, mis võimaldab arvutada keskmisi dispersiooniaineid.

Töökäsk

Seadistage seade nii, et allikast (hõõglambist) tulev valgus satuks valgustavasse prismasse ja valgustaks vaatevälja ühtlaselt.

2. Avage mõõteprisma.

Kandke selle pinnale klaaspulgaga paar tilka vett ja sulgege prisma ettevaatlikult. Prismade vahe peab olema ühtlaselt täidetud õhukese veekihiga (pöörake sellele erilist tähelepanu).

Kasutage seadme kruvi koos skaalaga, eemaldage vaatevälja värvumine ja saavutage terav piir valguse ja varju vahel. Joondage see teise kruvi abil seadme okulaari võrdlusristiga. Määrake vee murdumisnäitaja okulaari skaalal tuhandiku täpsusega.

Võrrelge saadud tulemusi vee võrdlusandmetega. Kui mõõdetud ja tabelina esitatud murdumisnäitaja erinevus ei ületa ± 0,001, siis mõõtmine sooritati õigesti.

1. harjutus

1. Valmistage ette lauasoola lahus ( NaCl), mille kontsentratsioon on lahustuvuspiiri lähedal (näiteks C = 200 g/l).

Mõõtke saadud lahuse murdumisnäitaja.

3. Lahjendades lahust täisarv korda, saada indikaatori sõltuvus; murdumine lahuse kontsentratsioonist ja täitke tabel. üks.

Tabel 1

Harjutus. Kuidas saada ainult lahjendamise teel lahuse kontsentratsioon, mis on võrdne 3/4 maksimumist (esialgne)?

Joonista sõltuvuse graafik n=n(C). Katseandmete edasine töötlemine peaks toimuma vastavalt õpetaja juhistele.

Katseandmete töötlemine

a) Graafiline meetod

Graafiku järgi määrake kalle AT, mis katse tingimustes iseloomustab lahustunud ainet ja lahustit.

2. Määrake lahuse kontsentratsioon graafiku abil NaCl annab laborant.

b) Analüütiline meetod

Arvutage vähimruutude järgi AGA, AT ja SB.

Vastavalt leitud väärtustele AGA ja AT määrake keskmine
lahuse kontsentratsioon NaCl annab laborant

testi küsimused

valguse hajumine. Mis vahe on normaalsel ja ebanormaalsel dispersioonil?

2. Mis on totaalse sisepeegelduse fenomen?

3. Miks on selle seadistuse abil võimatu mõõta prisma murdumisnäitajast suurema vedeliku murdumisnäitajat?

4. Miks prisma nägu AGA1 AT1 matiks teha?