Laboratorijski rad

Refrakcija svjetlosti. Mjerenje indeksa prelamanja teku?ine

sa refraktometrom

Cilj: produbljivanje ideja o fenomenu prelamanja svjetlosti; prou?avanje metoda za mjerenje indeksa prelamanja te?nih medija; prou?avanje principa rada refraktometra.

Oprema: refraktometar, fiziolo?ki rastvori, pipeta, mekana krpa za brisanje opti?kih delova ure?aja.

Teorija

Zakoni refleksije i prelamanja svjetlosti. indeks prelamanja.

Na granici izme?u medija, svjetlost mijenja smjer svog ?irenja. Dio svjetlosne energije se vra?a u prvi medij, tj. svetlost se reflektuje. Ako je drugi medij providan, tada dio svjetlosti, pod odre?enim uvjetima, prolazi kroz me?uprostor izme?u medija, mijenjaju?i, po pravilu, smjer ?irenja. Ova pojava se naziva lom svjetlosti. (Sl. 1).

Rice. 1. Refleksija i prelamanje svjetlosti na ravnoj granici izme?u dva medija.

Smjer reflektiranih i prelomljenih zraka tokom prolaska svjetlosti kroz ravnu me?uprostoru izme?u dva prozirna medija odre?en je zakonima refleksije i prelamanja svjetlosti.

Zakon refleksije svjetlosti. Reflektirani zrak le?i u istoj ravni kao i upadni zrak i normala je vra?ena u ravninu su?elja u ta?ki upada. Upadni ugao jednaka uglu refleksije
.

Zakon prelamanja svjetlosti. Prelomljeni snop le?i u istoj ravni kao i upadni snop, a normala je vra?ena u ravninu interfejsa u ta?ki upada. Omjer sinusa upadnog ugla a na sinus ugla prelamanja v postoji konstantna vrijednost za ova dva medija, koja se naziva relativni indeks loma drugog medija u odnosu na prvi:

Relativni indeks loma dva medija jednaka je omjeru brzine svjetlosti u prvom mediju v 1 i brzine svjetlosti u drugom mediju v 2:

Ako svjetlost ide iz vakuuma u medij, tada se indeks loma medija u odnosu na vakuum naziva apsolutni indeks loma ovog medija i jednak je omjeru brzine svjetlosti u vakuumu. With na brzinu svjetlosti u datom mediju v:

Apsolutni indeksi prelamanja su uvijek ve?i od jedan; za vazduh n uzeti kao jedinica.

Relativni indeks loma dva medija mo?e se izraziti u smislu njihovih apsolutnih indeksa n 1 i n 2 :

Odre?ivanje indeksa prelamanja te?nosti

Za brzo i prakti?no odre?ivanje indeksa prelamanja te?nosti postoje specijalni opti?ki instrumenti - refraktometri, ?iji su glavni deo dve prizme (slika 2): pomo?na itd. jedan i merenje Primjer 2. Testna te?nost se sipa u razmak izme?u prizmi.

Prilikom mjerenja indikatora mogu se koristiti dvije metode: metoda grejnog zraka (za prozirne teku?ine) i metoda ukupne unutra?nje refleksije (za tamne, mutne i obojene otopine). U ovom radu koristi se prvi od njih.

U metodi grejnog zraka, svjetlost iz vanjskog izvora prolazi kroz lice AB prizme Primjer 1, difundira na svojoj mat povr?ini AC a zatim kroz sloj ispitivane te?nosti prodire u prizmu Primjer 2. Mat povr?ina postaje izvor zraka iz svih pravaca, pa se mo?e posmatrati kroz lice EF prizme Primjer 2. Me?utim, linija AC mo?e se videti kroz EF samo pod uglom ve?im od nekog grani?nog minimalnog ugla i. Vrijednost ovog ugla je jedinstveno povezana s indeksom loma teku?ine koja se nalazi izme?u prizmi, ?to ?e biti i glavna ideja dizajna refraktometra.

Razmotrite prolaz svjetlosti kroz lice EF donja mjerna prizma Primjer 2. Kao ?to se mo?e vidjeti sa sl. 2, primjenom dvostrukog zakona prelamanja svjetlosti, mo?emo dobiti dva odnosa:

(1)

(2)

Rje?avaju?i ovaj sistem jedna?ina, lako je do?i do zaklju?ka da je indeks loma te?nosti

(3)

zavisi od ?etiri veli?ine: Q, r, r 1 i i. Me?utim, nisu svi nezavisni. Na primjer,

r+ s= R , (4)

gdje R - ugao prelamanja prizme Primjer 2. Osim toga, postavljanjem ugla Q maksimalna vrijednost je 90°, iz jedna?ine (1) dobijamo:

(5)

Ali maksimalna vrijednost ugla r , kao ?to se mo?e videti sa sl. 2 i relacije (3) i (4), odgovaraju minimalnim vrijednostima uglova i i r 1 , one. i min i r min .

Dakle, indeks loma teku?ine za slu?aj "klize?ih" zraka povezan je samo s kutom i. U ovom slu?aju postoji minimalna vrijednost ugla i, kada je ivica AC i dalje se posmatra, tj. u vidnom polju izgleda da je zrcalno bela. Za manje uglove gledanja ivica se ne vidi, a u vidnom polju ovo mjesto izgleda crno. Budu?i da teleskop instrumenta hvata relativno ?iroku kutnu zonu, u vidnom polju se istovremeno uo?avaju svijetle i crne oblasti, granica izme?u kojih odgovara minimalnom kutu posmatranja i nedvosmisleno je povezana sa indeksom prelamanja teku?ine. Koriste?i kona?nu formulu za izra?unavanje:

(njegov zaklju?ak je izostavljen) i broj teku?ina sa poznatim indeksima prelamanja, mogu?e je kalibrirati ure?aj, tj. uspostaviti korespondenciju jedan prema jedan izme?u indeksa loma teku?ina i uglova i min . Sve gornje formule su izvedene za zrake bilo koje talasne du?ine.

Svjetlost razli?itih valnih du?ina ?e se lomiti, uzimaju?i u obzir disperziju prizme. Dakle, kada je prizma osvijetljena bijelim svjetlom, interfejs ?e biti zamu?en i obojen u razli?ite boje zbog disperzije. Stoga svaki refraktometar ima kompenzator koji vam omogu?ava da elimini?ete rezultat disperzije. Mo?e se sastojati od jedne ili dvije prizme direktnog vida - Amici prizme. Svaka Amici prizma se sastoji od tri staklene prizme s razli?itim indeksima loma i razli?itom disperzijom, na primjer, vanjske prizme su izra?ene od krunskog stakla, a srednja prizma je od kremenog stakla (krunsko staklo i flint staklo su vrste stakla). Okretanjem kompenzatorske prizme uz pomo? posebnog ure?aja posti?e se o?tra, bezbojna slika su?elja, ?iji polo?aj odgovara vrijednosti indeksa prelamanja ?ute natrijeve linije l \u003d 5893 ? (prizme su dizajnirane tako da zrake s talasnom du?inom od 5893 ? ne do?ivljavaju odstupanja u njima).

Zrake koje su pro?le kroz kompenzator ulaze u objektiv teleskopa, zatim prolaze kroz reverznu prizmu kroz okular teleskopa u oko posmatra?a. ?ematski tok zraka prikazan je na sl. 3.

Skala refraktometra je kalibrirana u smislu indeksa loma i koncentracije otopine saharoze u vodi i nalazi se u fokalnoj ravni okulara.

eksperimentalni dio

Zadatak 1. Provjera refraktometra.

Svjetlo s ogledalom usmjerite na pomo?nu prizmu refraktometra. Uz podignutu pomo?nu prizmu, pipetirajte nekoliko kapi destilovane vode na mjernu prizmu. Sa spu?tenom pomo?nom prizmom posti?i najbolje osvjetljenje vidnog polja i postaviti okular tako da se kri?i? i skala indeksa prelamanja mogu jasno vidjeti. Okretanjem kamere mjerne prizme dobijate granicu svjetlosti i sjene u vidnom polju. Rotacijom glave kompenzatora posti?i eliminaciju obojenosti granice svjetla i sjene. Poravnajte granicu svjetla i sjene s ta?kom kri?anja i izmjerite indeks prelamanja vode n ism . Ako refraktometar radi, tada bi vrijednost za destiliranu vodu trebala biti n 0 = 1.333, ako se o?itanja razlikuju od ove vrijednosti, morate odrediti korekciju Dn= n ism - 1,333, ?to bi trebalo uzeti u obzir u daljem radu sa refraktometrom. Ispravite u tabeli 1.

Tabela 1.

Zadatak 2. Odre?ivanje indeksa prelamanja teku?ine.

Odrediti indekse loma otopina poznatih koncentracija, uzimaju?i u obzir prona?enu korekciju.

Tabela 2.

Nacrtajte ovisnost indeksa loma otopina natrijevog klorida o koncentraciji prema dobivenim rezultatima. Donesite zaklju?ak o zavisnosti n od C; izvu?i zaklju?ke o ta?nosti mjerenja na refraktometru.

Uzmite otopinu soli nepoznate koncentracije OD x , odrediti njegov indeks loma i iz grafikona prona?i koncentraciju otopine.

O?istite radno mjesto, pa?ljivo obri?ite prizme refraktometara vla?nom ?istom krpom.

test pitanja

Refleksija i prelamanje svjetlosti.

Apsolutni i relativni indeksi prelamanja medija.

Princip rada refraktometra. Metoda kliznih greda.

?ematski tok zraka u prizmi. Za?to su potrebne kompenzatorske prizme?

?irenje, refleksija i prelamanje svjetlosti

Priroda svjetlosti je elektromagnetna. Jedan od dokaza za to je podudarnost brzina elektromagnetnih talasa i svetlosti u vakuumu.

U homogenom mediju, svjetlost se ?iri pravolinijski. Ova izjava se zove zakon pravolinijskog ?irenja svjetlosti. Eksperimentalni dokaz ovog zakona su o?tre sjene koje daju ta?kasti izvori svjetlosti.

Geometrijska linija koja pokazuje smjer ?irenja svjetlosti naziva se svjetlosni snop. U izotropnom mediju, svjetlosni zraci su usmjereni okomito na front valova.

Lokus ta?aka sredine koja osciluje u istoj fazi naziva se talasna povr?ina, a skup ta?aka do kojih je oscilacija dosegla datu ta?ku u vremenu naziva se front talasa. Ovisno o vrsti valnog fronta, razlikuju se ravni i sferni valovi.

Da bi se objasnio proces ?irenja svetlosti, koristi se op?ti princip talasne teorije o kretanju fronta talasa u prostoru, koji je predlo?io holandski fizi?ar H. Huygens. Prema Huygensovom principu, svaka ta?ka medija do koje dopire svjetlosna pobuda je centar sfernih sekundarnih valova, koji se tako?er ?ire brzinom svjetlosti. Povr?inski omota? frontova ovih sekundarnih talasa daje polo?aj fronta talasa koji se stvarno ?iri u tom trenutku.

Potrebno je razlikovati svjetlosne zrake i svjetlosne zrake. Svjetlosni snop je dio svjetlosnog vala koji nosi svjetlosnu energiju u datom smjeru. Prilikom zamjene svjetlosnog snopa svjetlosnim snopom koji ga opisuje, potonji se mora uzeti da se poklapa s osi prili?no uskog, ali koji ima kona?nu ?irinu (dimenzije popre?nog presjeka su mnogo ve?e od valne du?ine), svjetlosnog snopa.

Postoje divergentni, konvergentni i kvaziparalelni svjetlosni snopovi. ?esto se koriste termini snop svjetlosnih zraka ili jednostavno svjetlosni zraci, ?to zna?i skup svjetlosnih zraka koji opisuju pravi svjetlosni snop.

Brzina svjetlosti u vakuumu c = 3 108 m/s je univerzalna konstanta i ne ovisi o frekvenciji. Prvi put je danski nau?nik O. R?mer eksperimentalno odredio brzinu svjetlosti astronomskom metodom. A. Michelson je preciznije izmjerio brzinu svjetlosti.

Brzina svjetlosti u materiji je manja nego u vakuumu. Omjer brzine svjetlosti u vakuumu i njene brzine u datoj sredini naziva se apsolutni indeks prelamanja medija:

gdje je c brzina svjetlosti u vakuumu, v je brzina svjetlosti u datom mediju. Apsolutni indeksi prelamanja svih supstanci su ve?i od jedinice.

Kada se svjetlost ?iri u mediju, apsorbira se i raspr?uje, a na granici izme?u medija se odbija i lomi.

Zakon refleksije svjetlosti: upadni snop, reflektirani snop i okomita na granicu izme?u dva medija, obnovljena u ta?ki upada snopa, le?e u istoj ravni; ugao refleksije g jednak je upadnom uglu a (slika 1). Ovaj zakon se poklapa sa zakonom refleksije za talase bilo koje prirode i mo?e se dobiti kao posledica Hajgensovog principa.

Zakon prelamanja svjetlosti: upadni snop, prelomljeni snop i okomita na granicu izme?u dva medija, obnovljena u ta?ki upada zraka, le?e u istoj ravni; omjer sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja za datu frekvenciju svjetlosti je konstantna vrijednost, koja se naziva relativni indeks loma drugog medija u odnosu na prvi:

Eksperimentalno utvr?eni zakon prelamanja svjetlosti obja?njen je na osnovu Huygensovog principa. Prema konceptima talasa, refrakcija je posledica promene brzine prostiranja talasa pri prelasku iz jednog medija u drugi, a fizi?ko zna?enje relativnog indeksa prelamanja je odnos brzine prostiranja talasa u prvom mediju v1 prema brzina njihovog ?irenja u drugom mediju

Za medije s apsolutnim indeksima loma n1 i n2, relativni indeks loma drugog medija u odnosu na prvi jednak je omjeru apsolutnog indeksa loma drugog medija i apsolutnog indeksa prelamanja prvog medija:

Medij koji ima ve?i indeks loma naziva se opti?ki gu??i, brzina prostiranja svjetlosti u njemu je manja. Ako svjetlost prelazi iz opti?ki gu??e sredine u opti?ki manje gustu sredinu, tada bi pri odre?enom upadnom kutu a0 ugao prelamanja trebao postati jednak p/2. Intenzitet prelomljenog zraka u ovom slu?aju postaje jednak nuli. Upad svjetlosti na su?elje izme?u dva medija se u potpunosti odbija od njega.

Upadni ugao a0 pod kojim dolazi do ukupne unutra?nje refleksije svetlosti naziva se grani?ni ugao ukupne unutra?nje refleksije. Pri svim upadnim uglovima jednakim ili ve?im od a0 dolazi do totalne refleksije svjetlosti.

Vrijednost grani?nog ugla nalazi se iz relacije Ako je n2 = 1 (vakuum), onda

2 Indeks prelamanja supstance je vrednost jednaka odnosu faznih brzina svetlosti (elektromagnetnih talasa) u vakuumu i u datom mediju. Oni tako?er govore o indeksu loma za bilo koje druge valove, na primjer, zvuk

Indeks loma ovisi o svojstvima tvari i valnoj du?ini zra?enja, za neke tvari se indeks loma mijenja prili?no sna?no kada se frekvencija elektromagnetnih valova mijenja od niskih frekvencija do opti?kih i dalje, a mo?e se i o?trije promijeniti u odre?enim podru?ja frekvencijske skale. Zadani je obi?no opti?ki raspon, ili raspon odre?en kontekstom.

Postoje opti?ki anizotropne tvari kod kojih indeks loma ovisi o smjeru i polarizaciji svjetlosti. Takve tvari su prili?no ?este, posebno, to su svi kristali s dovoljno niskom simetrijom kristalne re?etke, kao i tvari podvrgnute mehani?koj deformaciji.

Indeks loma mo?e se izraziti kao korijen proizvoda magnetne i permitivnosti medija

(mora se uzeti u obzir da se vrijednosti magnetske permeabilnosti i indeksa apsolutne permitivnosti za frekvencijski opseg od interesa - na primjer, opti?ki, mogu uvelike razlikovati od stati?ke vrijednosti ovih vrijednosti).

Za mjerenje indeksa loma koriste se ru?ni i automatski refraktometri. Kada koristite refraktometar za odre?ivanje koncentracije ?e?era u vodenoj otopini, ure?aj se naziva saharimetar.

Odnos sinusa upadnog ugla () snopa i sinusa ugla prelamanja () tokom prelaska zraka iz medija A u medij B naziva se relativni indeks prelamanja za ovaj par medija.

Koli?ina n je relativni indeks prelamanja medija B u odnosu na medij A, an" = 1/n je relativni indeks prelamanja medija A u odnosu na medij B.

Ova vrijednost, ceteris paribus, obi?no je manja od jedinice kada snop prelazi iz gu??eg medija u manje gust medij i vi?e od jedinice kada snop prelazi iz manje gustog medija u gu??i medij (na primjer, iz plina ili iz vakuuma u te?nost ili ?vrstu supstancu). Postoje izuzeci od ovog pravila i stoga je uobi?ajeno da se medij naziva opti?ki vi?e ili manje gustim od drugog (ne treba ga brkati sa opti?kom gusto?om kao merom neprozirnosti medija).

Snop koji pada iz bezvazdu?nog prostora na povr?inu nekog medija B prelama se ja?e nego kada na njega pada iz drugog medija A; indeks prelamanja zraka koji pada na medij iz bezzra?nog prostora naziva se njegov apsolutni indeks loma ili jednostavno indeks prelamanja ovog medija, to je indeks prelamanja ?ija je definicija data na po?etku ?lanka. Indeks loma bilo kojeg plina, uklju?uju?i zrak, u normalnim uvjetima je mnogo manji od indeksa prelamanja teku?ina ili ?vrstih tvari, stoga se pribli?no (i s relativno dobrom to?no??u) apsolutni indeks loma mo?e suditi iz indeksa loma u odnosu na zrak.

Rice. 3. Princip rada interferentnog refraktometra. Snop svjetlosti je podijeljen tako da njegova dva dijela prolaze kroz kivete du?ine l ispunjene tvarima s razli?itim indeksima prelamanja. Na izlazu iz ?elije, zraci dobijaju odre?enu razliku putanje i, spojeni, daju na ekranu sliku maksimuma i minimuma interferencije sa k redova (?ematski prikazano desno). Razlika u indeksima prelamanja Dn=n2 –n1 =kl/2, gdje je l talasna du?ina svjetlosti.

Refraktometri su ure?aji koji se koriste za mjerenje indeksa prelamanja tvari. Princip rada refraktometra zasniva se na fenomenu totalne refleksije. Ako raspr?eni snop svjetlosti padne na granicu izme?u dva medija s indeksima loma i iz opti?ki gu??eg medija, tada, po?ev?i od odre?enog upadnog ugla, zraci ne ulaze u drugi medij, ve? se potpuno odbijaju od me?usloja u prvi medij. Ovaj ugao se naziva grani?ni ugao ukupne refleksije. Slika 1 prikazuje pona?anje zraka kada padnu u odre?enu struju ove povr?ine. Zraka ide pod grani?nim uglom. Iz zakona refrakcije mo?ete odrediti:, (jer).

Grani?ni ugao zavisi od relativnog indeksa prelamanja dva medija. Ako se zraci reflektirani od povr?ine usmjere na konvergentno so?ivo, tada se u ?ari?noj ravni le?e mo?e vidjeti granica svjetlosti i polusjenice, a polo?aj ove granice ovisi o vrijednosti grani?nog ugla, te, posljedi?no, , na indeksu prelamanja. Promjena indeksa prelamanja jednog od medija podrazumijeva promjenu polo?aja interfejsa. Granica izme?u svjetla i sjene mo?e poslu?iti kao indikator pri odre?ivanju indeksa prelamanja, koji se koristi u refraktometrima. Ova metoda odre?ivanja indeksa prelamanja naziva se metoda totalne refleksije.

Pored metode totalne refleksije, refraktometri koriste metodu grejnog zraka. U ovoj metodi, raspr?eni svjetlosni snop poga?a granicu iz manje opti?ki gustog medija pod svim mogu?im uglovima (slika 2). Zraka koja klizi du? povr?ine (), odgovara - grani?nom kutu prelamanja (snopa na sl. 2). Ako stavimo so?ivo na putanju zraka () prelomljenih na povr?ini, tada ?emo u fokalnoj ravni le?e vidjeti i o?tru granicu izme?u svjetlosti i sjene.

Rice. 2

Po?to su uslovi koji odre?uju vrednost grani?nog ugla isti u obe metode, polo?aj interfejsa je isti. Obje metode su ekvivalentne, ali metoda ukupne refleksije omogu?ava mjerenje indeksa loma neprozirnih supstanci

Putanja zraka u trouglastoj prizmi

Slika 9 prikazuje presjek staklene prizme s ravninom koja je okomita na njene bo?ne ivice. Snop u prizmi odstupa od osnove, prelamaju?i se na plohama OA i 0B. Ugao j izme?u ovih strana naziva se lomni ugao prizme. Ugao otklona q zraka ovisi o kutu prelamanja prizme j, indeksu prelamanja n materijala prizme i upadnom kutu a. Mo?e se izra?unati kori?tenjem zakona prelamanja (1.4).

Refraktometar koristi izvor bijele svjetlosti 3. Zbog disperzije kada svjetlost pro?e kroz prizme 1 i 2, granica izme?u svjetlosti i sjene ispada da je obojena. Da bi se to izbjeglo, ispred so?iva teleskopa se postavlja kompenzator 4. Sastoji se od dvije identi?ne prizme, od kojih je svaka zalijepljena od tri prizme razli?itog indeksa prelamanja. Prizme su odabrane tako da monohromatski snop sa talasnom du?inom? = 589,3 µm. (valna du?ina ?ute natrijeve linije) nije testirana nakon prolaska kompenzatora skretanja. Zrake s drugim valnim du?inama odbijaju se prizmama u razli?itim smjerovima. Pomicanjem prizmi kompenzatora uz pomo? posebne ru?ke granica izme?u svjetla i tame postaje ?to jasnija.

Zraci svjetlosti, pro?av?i kompenzator, padaju u so?ivo 6 teleskopa. Slika interfejsa svetlost-senka se posmatra kroz okular 7 teleskopa. Istovremeno se kroz okular gleda skala 8. Po?to grani?ni ugao prelamanja i grani?ni ugao ukupne refleksije zavise od indeksa prelamanja te?nosti, vrednosti ovog indeksa prelamanja se odmah ucrtavaju na refraktometarsku skalu.

Opti?ki sistem refraktometra tako?e sadr?i rotiraju?u prizmu 5. Omogu?ava vam da osi teleskopa postavite okomito na prizme 1 i 2, ?to ?ini posmatranje prakti?nijim.

Zakoni fizike igraju vrlo va?nu ulogu u izvo?enju prora?una za planiranje specifi?ne strategije za proizvodnju bilo kojeg proizvoda ili u izradi projekta za izgradnju objekata za razli?ite namjene. Izra?unavaju se mnoge vrijednosti, pa se mjere i prora?uni vr?e prije po?etka radova na planiranju. Na primjer, indeks loma stakla jednak je omjeru sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja.

Dakle, prvo se vr?i proces mjerenja uglova, zatim se izra?unava njihov sinus i tek onda mo?ete dobiti ?eljenu vrijednost. Unato? dostupnosti tabelarnih podataka, svaki put je vrijedno provoditi dodatne prora?une, jer se u referentnim knjigama ?esto koriste idealni uvjeti koje je gotovo nemogu?e posti?i u stvarnom ?ivotu. Stoga ?e se u stvarnosti indikator nu?no razlikovati od tabelarnog, au nekim situacijama je to od fundamentalne va?nosti.

Apsolutni indikator

Apsolutni indeks loma ovisi o marki stakla, jer u praksi postoji veliki broj opcija koje se razlikuju po sastavu i stupnju prozirnosti. U prosjeku je 1,5 i fluktuira oko ove vrijednosti za 0,2 u jednom ili drugom smjeru. U rijetkim slu?ajevima mo?e do?i do odstupanja od ove brojke.

Opet, ako je va?an ta?an pokazatelj, dodatna mjerenja su neophodna. Ali ?ak ni oni ne daju 100% pouzdan rezultat, jer ?e polo?aj sunca na nebu i obla?nost na dan mjerenja utjecati na kona?nu vrijednost. Sre?om, u 99,99% slu?ajeva dovoljno je jednostavno znati da je indeks loma materijala kao ?to je staklo ve?i od jedan i manji od dva, a sve ostale desetinke i stotinke ne igraju nikakvu ulogu.

Na forumima koji se bave pomaganjem u rje?avanju problema iz fizike, ?esto treperi pitanje, koliki je indeks loma stakla i dijamanta? Mnogi ljudi misle da budu?i da su ove dvije tvari sli?ne po izgledu, onda bi njihova svojstva trebala biti pribli?no ista. Ali ovo je zabluda.

Maksimalna refrakcija za staklo ?e biti oko 1,7, dok za dijamant ova brojka dosti?e 2,42. Ovaj dragulj je jedan od rijetkih materijala na Zemlji ?iji indeks prelamanja prelazi 2. To je zbog njegove kristalne strukture i velikog ?irenja svjetlosnih zraka. Fasetiranje igra minimalnu ulogu u promjenama vrijednosti tablice.

Relativni indikator

Relativni indikator za neka okru?enja mo?e se okarakterisati na sljede?i na?in:

• - indeks prelamanja stakla u odnosu na vodu je pribli?no 1,18;
• - indeks prelamanja istog materijala u odnosu na vazduh je 1,5;
• - indeks prelamanja u odnosu na alkohol - 1.1.

Mjerenje indikatora i izra?unavanje relativne vrijednosti vr?e se prema dobro poznatom algoritmu. Da biste prona?li relativni parametar, trebate podijeliti jednu vrijednost tablice drugom. Ili napravite eksperimentalne prora?une za dva okru?enja, a zatim podijelite dobivene podatke. Takve operacije se ?esto izvode u laboratorijskim ?asovima fizike.

Odre?ivanje indeksa prelamanja

U praksi je prili?no te?ko odrediti indeks prelamanja stakla, jer su za mjerenje po?etnih podataka potrebni instrumenti visoke preciznosti. Svaka gre?ka ?e se pove?ati, jer se u prora?unu koriste slo?ene formule koje zahtijevaju odsustvo gre?aka.

Op?enito, ovaj koeficijent pokazuje koliko se puta usporava brzina ?irenja svjetlosnih zraka pri prolasku kroz odre?enu prepreku. Stoga je tipi?no samo za prozirne materijale. Za referentnu vrijednost, odnosno za jedinicu, uzima se indeks loma plinova. Ovo je ura?eno kako bi se moglo po?i od neke vrijednosti u prora?unima.

Ako sun?eva zraka padne na staklenu povr?inu s indeksom loma jednakim vrijednosti u tabeli, onda se mo?e promijeniti na nekoliko na?ina:

• 1. Na vrh zalijepite film u kojem ?e indeks loma biti ve?i od stakla. Ovaj princip se koristi u zatamnjivanju auto stakala kako bi se pobolj?ao komfor putnika i omogu?io voza?u da jasnije vidi cestu. Tako?er, film ?e zadr?ati i ultraljubi?asto zra?enje.
• 2. Obojite staklo bojom. To rade proizvo?a?i jeftinih sun?anih nao?ara, ali imajte na umu da to mo?e biti ?tetno za va? vid. U dobrim modelima, nao?ale se odmah proizvode u boji pomo?u posebne tehnologije.
• 3. Uronite ?a?u u malo te?nosti. Ovo je korisno samo za eksperimente.

Ako svjetlosni snop prolazi kroz staklo, tada se indeks loma na sljede?em materijalu izra?unava pomo?u relativnog koeficijenta, koji se mo?e dobiti upore?ivanjem tabli?nih vrijednosti Ovi prora?uni su veoma va?ni u projektovanju opti?kih sistema koji nose prakti?no ili eksperimentalno optere?enje. Gre?ke ovdje nisu dozvoljene, jer ?e uzrokovati kvar cijelog ure?aja, a onda ?e svi podaci primljeni s njim biti beskorisni.

Da biste odredili brzinu svjetlosti u staklu s indeksom prelamanja, trebate podijeliti apsolutnu vrijednost brzine u vakuumu s indeksom prelamanja. Vakum se koristi kao referentni medij, jer tamo ne djeluje refrakcija zbog odsustva bilo kakvih tvari koje bi mogle ometati nesmetano kretanje svjetlosnih zraka du? date putanje.

U bilo kojim izra?unatim pokazateljima, brzina ?e biti manja nego u referentnom mediju, jer je indeks loma uvijek ve?i od jedan.

Okrenimo se detaljnijem razmatranju indeksa prelamanja koji smo uveli u § 81 kada smo formulisali zakon refrakcije.

Indeks prelamanja zavisi od opti?kih svojstava i medija iz kojeg snop pada i medija u koji prodire. Indeks prelamanja dobijen kada svjetlost iz vakuuma padne na medij naziva se apsolutni indeks prelamanja ovog medija.

Rice. 184. Relativni indeks loma dva medija:

Neka je apsolutni indeks loma prvog medija, a drugog medija - . Uzimaju?i u obzir refrakciju na granici prvog i drugog medija, vodimo ra?una da indeks loma pri prijelazu iz prvog medija u drugi, tzv. relativni indeks loma, bude jednak omjeru apsolutnih indeksa prelamanja medija. drugi i prvi medij:

(Sl. 184). Naprotiv, kada prelazimo iz drugog medija u prvi, imamo relativni indeks prelamanja

Utvr?ena veza izme?u relativnog indeksa prelamanja dva medija i njihovih apsolutnih indeksa prelamanja tako?e bi se mogla izvesti teoretski, bez novih eksperimenata, ba? kao ?to se to mo?e u?initi za zakon reverzibilnosti (§ 82),

Za medijum sa ve?im indeksom prelamanja ka?e se da je opti?ki gu??i. Obi?no se mjeri indeks prelamanja razli?itih medija u odnosu na zrak. Apsolutni indeks prelamanja zraka je . Dakle, apsolutni indeks loma bilo koje sredine povezan je s njegovim indeksom prelamanja u odnosu na zrak po formuli

Tabela 6. Indeks loma razli?itih tvari u odnosu na zrak

Indeks prelamanja zavisi od talasne du?ine svetlosti, odnosno od njene boje. Razli?ite boje odgovaraju razli?itim indeksima loma. Ovaj fenomen, nazvan disperzija, igra va?nu ulogu u optici. U narednim poglavljima ?emo se vi?e puta baviti ovim fenomenom. Podaci dati u tabeli. 6, odnosi se na ?uto svjetlo.

Zanimljivo je napomenuti da se zakon refleksije mo?e formalno napisati u istom obliku kao i zakon refrakcije. Podsjetimo da smo se dogovorili da uvijek mjerimo uglove od okomite na odgovaraju?i zrak. Stoga moramo smatrati da upadni ugao i ugao refleksije imaju suprotne predznake, tj. zakon refleksije se mo?e zapisati kao

Upore?uju?i (83.4) sa zakonom refrakcije, vidimo da se zakon refleksije mo?e smatrati posebnim slu?ajem zakona loma na . Ova formalna sli?nost izme?u zakona refleksije i prelamanja je od velike koristi u rje?avanju prakti?nih problema.

U prethodnom izlaganju indeks prelamanja je imao zna?enje konstante sredine, nezavisno od intenziteta svetlosti koja prolazi kroz nju. Ovakvo tuma?enje indeksa prelamanja je sasvim prirodno, ali u slu?aju visokih intenziteta zra?enja koji se mogu posti?i modernim laserima nije opravdano. Svojstva medija kroz koje prolazi jako svjetlosno zra?enje u ovom slu?aju zavise od njegovog intenziteta. Kako ka?u, medij postaje nelinearan. Nelinearnost medija o?ituje se, posebno, u ?injenici da svjetlosni val visokog intenziteta mijenja indeks prelamanja. Zavisnost indeksa prelamanja od intenziteta zra?enja ima oblik

Ovdje je uobi?ajeni indeks loma, a je nelinearni indeks loma i faktor proporcionalnosti. Dodatni izraz u ovoj formuli mo?e biti pozitivan ili negativan.

Relativne promjene indeksa prelamanja su relativno male. At nelinearni indeks loma. Me?utim, primjetne su ?ak i tako male promjene u indeksu loma: one se manifestiraju u neobi?nom fenomenu samofokusiranja svjetlosti.

Zamislite medij s pozitivnim nelinearnim indeksom prelamanja. U ovom slu?aju, podru?ja pove?anog intenziteta svjetlosti su istovremeno podru?ja pove?anog indeksa prelamanja. Obi?no, u stvarnom laserskom zra?enju, distribucija intenziteta po popre?nom presjeku snopa je neujedna?ena: intenzitet je maksimalan du? ose i glatko opada prema rubovima zraka, kao ?to je prikazano na sl. 185 punih krivina. Sli?na raspodjela opisuje i promjenu indeksa prelamanja preko popre?nog presjeka ?elije sa nelinearnim medijem, du? ?ije ose se ?iri laserski snop. Indeks prelamanja, koji je najve?i du? ose ?elije, postepeno opada prema njenim zidovima (isprekidane krive na sl. 185).

Snop zraka koji izlazi iz lasera paralelno s osi, padaju?i u medij s promjenjivim indeksom prelamanja, skre?e se u smjeru gdje je ve?i. Stoga, pove?an intenzitet u blizini OSP ?elije dovodi do koncentracije svjetlosnih zraka u ovoj regiji, ?to je shematski prikazano u popre?nim presjecima i na Sl. 185, a to dovodi do daljeg pove?anja . Na kraju, efektivni popre?ni presjek svjetlosnog snopa koji prolazi kroz nelinearnu sredinu zna?ajno se smanjuje. Svjetlost prolazi kao kroz uski kanal sa pove?anim indeksom prelamanja. Tako se laserski snop su?ava, a nelinearni medij djeluje kao konvergentno so?ivo pod djelovanjem intenzivnog zra?enja. Ovaj fenomen se naziva samofokusiranje. Mo?e se primijetiti, na primjer, u teku?em nitrobenzenu.

Rice. 185. Raspodjela intenziteta zra?enja i indeksa prelamanja preko popre?nog presjeka laserskog snopa zraka na ulazu u kivetu (a), blizu ulaznog kraja (), u sredini (), blizu izlaznog kraja kivete ( )

Odre?ivanje indeksa prelamanja prozirnih ?vrstih materija

I te?nosti

Instrumenti i pribor: mikroskop sa svetlosnim filterom, ravnoparalelna plo?a sa oznakom AB u obliku krsta; refraktometar marke "RL"; set te?nosti.

Cilj: odrediti indekse prelamanja stakla i teku?ina.

Odre?ivanje indeksa prelamanja stakla pomo?u mikroskopa

Za odre?ivanje indeksa loma prozirne ?vrste tvari koristi se ravnoparalelna plo?a od ovog materijala s oznakom.

Oznaka se sastoji od dvije me?usobno okomite ogrebotine, od kojih je jedna (A) nanesena na dno, a druga (B) - na gornju povr?inu plo?e. Plo?a je osvijetljena monohromatskim svjetlom i ispitana pod mikroskopom. Na
pirina?. 4.7 prikazuje presjek ispitivane plo?e okomitom ravninom.

Zraci AD i AE nakon prelamanja na granici staklo-vazduh idu u smjerovima DD1 i EE1 i padaju u objektiv mikroskopa.

Posmatra? koji gleda plo?u odozgo vidi ta?ku A na preseku nastavka zraka DD1 i EE1, tj. u ta?ki C.

Dakle, posmatra?u se ?ini da se ta?ka A nalazi u ta?ki C. Na?imo odnos izme?u indeksa prelamanja n materijala plo?e, debljine d i prividne debljine plo?e d1.

4.7 mo?e se vidjeti da VD = BCtgi, BD = ABtgr, odakle

tgi/tgr = AB/BC,

gdje je AB = d debljina plo?e; BC = d1 prividna debljina plo?e.

Ako su uglovi i i r mali, onda

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4.5)

one. Sini/Sinr = d/d1.

Uzimaju?i u obzir zakon prelamanja svjetlosti, dobijamo

Mjerenje d/d1 se vr?i pomo?u mikroskopa.

Opti?ka ?ema mikroskopa sastoji se od dva sistema: sistema za posmatranje, koji uklju?uje objektiv i okular montiran u cevi, i sistema osvetljenja koji se sastoji od ogledala i svetlosnog filtera koji se mo?e ukloniti. Fokusiranje slike se vr?i rotiranjem ru?ica koje se nalaze na obje strane cijevi.

Na osi desne dr?ke nalazi se disk sa skalom udova.

O?itavanje b na ekstremitetu u odnosu na fiksni pokaziva? odre?uje udaljenost h od objektiva do stepena mikroskopa:

Koeficijent k pokazuje do koje visine se pomi?e cijev mikroskopa kada se ru?ka okrene za 1°.

Pre?nik objektiva u ovoj postavci je mali u pore?enju sa rastojanjem h, tako da najudaljeniji snop koji ulazi u objektiv formira mali ugao i sa opti?kom osom mikroskopa.

Ugao prelamanja r svjetlosti u plo?i manji je od ugla i, tj. je tako?e mala, ?to odgovara uslovu (4.5).

Radni nalog

1. Postavite plo?u na podno?je mikroskopa tako da ta?ka preseka poteza A i B (vidi sl.

Indeks prelamanja

4.7) bio u vidnom polju.

2. Okrenite ru?ku mehanizma za podizanje da podignete cijev u gornji polo?aj.

3. Gledaju?i u okular, polako spu?tajte cijev mikroskopa rotiraju?i ru?ku dok se u vidnom polju ne dobije jasna slika ogrebotine B, nanesene na gornju povr?inu plo?e. Zabilje?ite indikaciju b1 udova, koja je proporcionalna udaljenosti h1 od objektiva mikroskopa do gornje ivice plo?e: h1 = kb1 (Sl.

4. Nastavite glatko spu?tati cijev dok se ne dobije jasna slika ogrebotine A, koja se ?ini da se posmatra? nalazi u ta?ki C. Snimite novo o?itavanje b2 limbusa. Udaljenost h1 od objektiva do gornje povr?ine plo?e proporcionalna je b2:
h2 = kb2 (slika 4.8, b).

Udaljenosti od ta?aka B i C do so?iva su jednake, jer ih posmatra? vidi jednako jasno.

Pomak cijevi h1-h2 jednak je prividnoj debljini plo?e (sl.

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

5. Izmjerite debljinu plo?e d na sjeci?tu poteza. Da biste to u?inili, postavite pomo?nu staklenu plo?u 2 ispod testne plo?e 1 (slika 4.9) i spustite cijev mikroskopa sve dok so?ivo (blago) ne dodirne testnu plo?u. Obratite pa?nju na indikaciju ekstremiteta a1. Uklonite plo?u koja se prou?ava i spustite cijev mikroskopa dok objektiv ne dodirne plo?u 2.

Napomena indikacija a2.

Istovremeno, objektiv mikroskopa ?e pasti na visinu jednaku debljini plo?e koja se prou?ava, tj.

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

6. Izra?unajte indeks loma materijala plo?e koriste?i formulu

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

7. Ponovite sva gornja mjerenja 3-5 puta, izra?unajte prosje?nu vrijednost n, apsolutne i relativne gre?ke rn i rn/n.

Odre?ivanje indeksa prelamanja teku?ina pomo?u refraktometra

Instrumenti koji se koriste za odre?ivanje indeksa prelamanja nazivaju se refraktometri.

Op?ti izgled i opti?ka ?ema RL refraktometra prikazani su na sl. 4.10 i 4.11.

Mjerenje indeksa prelamanja teku?ina pomo?u RL refraktometra zasniva se na fenomenu prelamanja svjetlosti koja je pro?la kroz me?uprostor izme?u dva medija s razli?itim indeksima prelamanja.

Svjetlosni snop (sl.

4.11) iz izvora 1 (sijalice sa ?arnom niti ili raspr?ene dnevne svjetlosti) uz pomo? ogledala 2 usmjerava se kroz prozor u ku?i?tu instrumenta na dvostruku prizmu koju ?ine prizme 3 i 4, koje su izra?ene od stakla s indeksom prelamanja od 1.540.

Povr?ina AA gornje iluminacijske prizme 3 (sl.

4.12, a) je mat i slu?i za osvjetljavanje teku?ine difuznom svjetlo??u talo?enom u tankom sloju u procjepu izme?u prizme 3 i 4. Svjetlost raspr?ena mat povr?inom 3 prolazi kroz ravnoparalelan sloj ispitivane teku?ine i pada na dijagonalnu stranu eksploziva donje prizme 4 pod razl
uglovi i u rasponu od nule do 90°.

Da bi se izbegao fenomen totalne unutra?nje refleksije svetlosti na eksplozivnoj povr?ini, indeks prelamanja ispitivane te?nosti treba da bude manji od indeksa prelamanja stakla prizme 4, tj.

manje od 1.540.

Snop svjetlosti sa upadnim uglom od 90° naziva se klize?i snop.

Klizna zraka, prelomljena na granici teku?ina-staklo, i?i ?e u prizmu 4 pod grani?nim kutom prelamanja r itd< 90о.

Prelamanje kliznog snopa u ta?ki D (vidi sliku 4.12, a) je u skladu sa zakonom

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

ili nzh = nstsinrpr, (4.12)

po?to je sinipr = 1.

Na povr?ini BC prizme 4, svjetlosni zraci se prelamaju i zatim

Sini?pr/sinr?pr = 1/ nst, (4.13)

r?pr+i?pr = i?pr =a , (4.14)

gdje je a prelamaju?i snop prizme 4.

Re?avaju?i zajedno sistem jedna?ina (4.12), (4.13), (4.14), mo?emo dobiti formulu koja povezuje indeks loma nzh ispitivane te?nosti sa grani?nim uglom prelamanja r'pr zraka koji je iza?ao iz prizma 4:

Ako se na putanji zraka koje izlaze iz prizme 4 postavi ni?an, tada ?e donji dio njegovog vidnog polja biti osvijetljen, a gornji taman. Interfejs izme?u svetlosnog i tamnog polja formiraju zraci sa grani?nim uglom prelamanja r?pr. U ovom sistemu nema zraka ?iji je ugao prelamanja manji od r?pr (sl.

Vrijednost r?pr, dakle, i polo?aj chiaroscuro granice zavise samo od indeksa loma nzh ispitivane teku?ine, budu?i da su nst i a konstantne vrijednosti u ovom ure?aju.

Poznavaju?i nst, a i r?pr, mogu?e je izra?unati nzh koriste?i formulu (4.15). U praksi se formula (4.15) koristi za kalibraciju skale refraktometra.

Na skali 9 (vidi

pirina?. 4.11), vrijednosti indeksa loma za ld = 5893 ? ucrtane su na lijevoj strani. Ispred okulara 10 - 11 nalazi se plo?ica 8 sa oznakom (--).

Pomeranjem okulara zajedno sa plo?om 8 du? skale, mogu?e je posti?i poravnanje oznake sa linijom razdvajanja izme?u tamnog i svetlog vidnog polja.

Podjela stepenaste skale 9, koja se poklapa sa oznakom, daje vrijednost indeksa prelamanja nzh ispitivane teku?ine. Objektiv 6 i okular 10-11 formiraju teleskop.

Rotaciona prizma 7 menja tok zraka, usmeravaju?i ga u okular.

Zbog disperzije stakla i ispitivane teku?ine, umjesto jasne linije razdvajanja izme?u tamnih i svijetlih polja, kada se promatra u bijeloj svjetlosti, dobija se prelivna pruga. Da bi se eliminisao ovaj efekat, kompenzator disperzije 5 se postavlja ispred so?iva teleskopa. Glavni dio kompenzatora je prizma, koja je zalijepljena od tri prizme i mo?e se rotirati u odnosu na os teleskopa.

Uglovi prelamanja prizme i njihov materijal odabrani su tako da ?uta svjetlost talasne du?ine ld = 5893 ? prolazi kroz njih bez prelamanja. Ako se kompenzacijska prizma postavi na putanju obojenih zraka tako da je njena disperzija jednaka po veli?ini, ali suprotna po predznaku od disperzije mjerne prizme i teku?ine, tada ?e ukupna disperzija biti jednaka nuli. U tom slu?aju, snop svjetlosnih zraka ?e se skupiti u bijeli snop, ?iji se smjer poklapa sa smjerom grani?nog ?utog snopa.

Dakle, kada se kompenzacijska prizma rotira, boja nijanse boje se eliminira. Zajedno sa prizmom 5, disperzioni krak 12 rotira u odnosu na fiksni pokaziva? (vidi sliku 4.10). Ugao rotacije Z ekstremiteta omogu?ava da se proceni vrednost prose?ne disperzije ispitivane te?nosti.

Skala broj?anika mora biti stepenovana. Raspored je u prilogu instalacije.

Radni nalog

1. Podignite prizmu 3, stavite 2-3 kapi ispitne te?nosti na povr?inu prizme 4 i spustite prizmu 3 (vidi sliku 4.10).

3. Koriste?i okularno ni?anjenje, posti?i o?tru sliku skale i interfejsa izme?u vidnih polja.

4. Okretanjem ru?ke 12 kompenzatora 5 uni?tite obojenu obojenost interfejsa izme?u vidnih polja.

Pomeraju?i okular du? skale, poravnajte oznaku (—-) sa granicom tamnog i svetlog polja i zabele?ite vrednost indeksa te?nosti.

6. Istra?ite predlo?eni skup te?nosti i procenite gre?ku merenja.

7. Nakon svakog mjerenja obri?ite povr?inu prizmi filter papirom namo?enim u destilovanu vodu.

test pitanja

Opcija 1

Definirajte apsolutne i relativne indekse prelamanja medija.

2. Nacrtajte putanju zraka kroz interfejs dva medija (n2> n1, i n2< n1).

3. Dobijte odnos koji povezuje indeks prelamanja n sa debljinom d i prividnom debljinom d? plo?e.

4. Zadatak. Grani?ni ugao ukupne unutra?nje refleksije za neku supstancu je 30°.

Prona?ite indeks loma ove supstance.

Odgovor: n=2.

Opcija 2

1. ?ta je fenomen totalne unutra?nje refleksije?

2. Opisati konstrukciju i princip rada refraktometra RL-2.

3. Objasnite ulogu kompenzatora u refraktometru.

4. Zadatak. Sijalica se spu?ta sa sredi?ta okruglog splava na dubinu od 10 m. Prona?ite minimalni radijus splava, pri ?emu ni jedan zrak iz sijalice ne bi trebao do?i do povr?ine.

Odgovor: R = 11,3 m.

INDEKS PRELAMANJA, ili KOEFICIJENT REFRAKCIJE, je apstraktni broj koji karakterizira mo? prelamanja prozirnog medija. Indeks loma ozna?en je latini?nim slovom p i definiran je kao omjer sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja zraka koji ulazi iz praznine u dati prozirni medij:

n = sin a/sin v = const ili kao omjer brzine svjetlosti u ?upljini prema brzini svjetlosti u datom providnom mediju: n = c/nl od praznine do datog providnog medija.

Indeks prelamanja se smatra merom opti?ke gustine medija

Indeks loma odre?en na ovaj na?in naziva se apsolutni indeks loma, za razliku od relativnog indeksa prelamanja.

e. pokazuje koliko puta se brzina prostiranja svjetlosti usporava kada pro?e njen indeks loma, ?to je odre?eno omjerom sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja zraka kada zrak pro?e iz sredine od jedan gustina na medij drugog gustina. Relativni indeks loma jednak je omjeru apsolutnih indeksa prelamanja: n = n2/n1, gdje su n1 i n2 apsolutni indeksi prelamanja prvog i drugog medija.

Apsolutni indeks prelamanja svih tijela - ?vrstih, teku?ih i plinovitih - ve?i je od jedan i kre?e se od 1 do 2, samo u rijetkim slu?ajevima prelazi vrijednost 2.

Indeks prelamanja zavisi i od svojstava medija i od talasne du?ine svetlosti i raste sa smanjenjem talasne du?ine.

Stoga se slovu p dodjeljuje indeks, koji pokazuje na koju se talasnu du?inu indikator odnosi.

INDEKS PRELAMANJA

Na primjer, za TF-1 staklo, indeks loma u crvenom dijelu spektra je nC=1,64210, au ljubi?astom dijelu nG’=1,67298.

Indeksi loma nekih prozirnih tijela

Vazduh - 1,000292

Voda - 1.334

Eter - 1,358

Etilni alkohol - 1.363

Glicerin - 1,473

Organsko staklo (pleksiglas) - 1, 49

Benzen - 1.503

(Krunsko staklo - 1.5163

Jela (kanadska), balzam 1,54

Te?ka kruna staklo - 1, 61 26

Flint staklo - 1.6164

Ugljendisulfid - 1.629

Stakleni te?ki kremen - 1, 64 75

Monobromonaftalen - 1,66

Staklo je najte?i kremen - 1,92

Dijamant - 2,42

Razlika u indeksu prelamanja za razli?ite dijelove spektra je uzrok hromatizma, tj.

raspadanje bele svetlosti kada ona prolazi kroz prelomne delove - so?iva, prizme itd.

Laboratorija #41

Odre?ivanje indeksa prelamanja teku?ina pomo?u refraktometra

Svrha rada: odre?ivanje indeksa prelamanja teku?ina metodom ukupne unutra?nje refleksije pomo?u refraktometra IRF-454B; prou?avanje zavisnosti indeksa prelamanja rastvora o njegovoj koncentraciji.

Opis instalacije

Kada se nemonohromatska svjetlost lomi, ona se razla?e na sastavne boje u spektar.

Ova pojava je posljedica ovisnosti indeksa prelamanja tvari o frekvenciji (valnoj du?ini) svjetlosti i naziva se svjetlosna disperzija.

Uobi?ajeno je da se mo? prelamanja medija karakteri?e indeksom prelamanja na talasnoj du?ini l \u003d 589,3 nm (prosjek valnih duljina dvije bliske ?ute linije u spektru natrijeve pare).

60. Koje metode za odre?ivanje koncentracije supstanci u rastvoru se koriste u atomskoj apsorpcionoj analizi?

Ovaj indeks loma je ozna?en nD.

Mjera varijanse je srednja varijansa, definirana kao razlika ( nF-nC), gdje nF je indeks prelamanja supstance na talasnoj du?ini l = 486,1 nm (plava linija u spektru vodonika), nC je indeks loma tvari l - 656,3 nm (crvena linija u spektru vodonika).

Refrakciju tvari karakterizira vrijednost relativne disperzije:
Priru?nici obi?no daju recipro?nu vrijednost relativne disperzije, tj.

e.
,gdje je koeficijent disperzije, ili Abbeov broj.

Aparat za odre?ivanje indeksa prelamanja teku?ina sastoji se od refraktometra IRF-454B sa granicama mjerenja indikatora; refrakcija nD u rasponu od 1,2 do 1,7; test te?nost, maramice za brisanje povr?ina prizmi.

Refraktometar IRF-454B je testni instrument dizajniran za direktno mjerenje indeksa prelamanja teku?ina, kao i za odre?ivanje prosje?ne disperzije teku?ina u laboratoriji.

Princip rada ure?aja IRF-454B baziran na fenomenu totalne unutra?nje refleksije svjetlosti.

?ematski dijagram ure?aja prikazan je na sl. jedan.

Ispitana te?nost se postavlja izme?u dve strane prizme 1 i 2. Prizma 2 sa dobro ugla?anim licem AB je mjerna, a prizma 1 ima mat lice ALI1 AT1 - osvetljenje. Zraci iz izvora svjetlosti padaju na ivicu ALI1 OD1 , prelamati, padati na mat povr?inu ALI1 AT1 i rasuti po ovoj povr?ini.

Zatim prolaze kroz sloj ispitivane te?nosti i padaju na povr?inu. AB prizma 2.

Prema zakonu refrakcije
, gdje
i su uglovi prelamanja zraka u te?nosti i prizmi, respektivno.

Kako se upadni ugao pove?ava
ugao prelamanja tako?er raste i dosti?e svoju maksimalnu vrijednost
, kada
, t.

e. kada snop u te?nosti klizi preko povr?ine AB. shodno tome,
. Tako su zrake koje izlaze iz prizme 2 ograni?ene pod odre?enim uglom
.

Zraci koji dolaze iz te?nosti u prizmu 2 pod velikim uglovima prolaze kroz potpunu unutra?nju refleksiju na interfejsu AB i ne prolaze kroz prizmu.

Ure?aj koji se razmatra koristi se za prou?avanje teku?ina, indeksa prelamanja ?to je manje od indeksa prelamanja prizma 2, dakle, zrake svih pravaca, prelomljene na granici te?nosti i stakla, u?i ?e u prizmu.

O?igledno je da ?e dio prizme koji odgovara neprelaznim zracima biti potamnjen. U teleskopu 4, koji se nalazi na putanji zraka koje izlaze iz prizme, mo?e se uo?iti podjela vidnog polja na svijetle i tamne dijelove.

Okretanjem sistema prizmi 1-2, granica izme?u svetlog i tamnog polja se kombinuje sa ukr?tanjem niti okulara teleskopa. Sistem prizmi 1-2 povezan je sa skalom koja je kalibrirana u vrijednostima indeksa prelamanja.

Skala se nalazi u donjem dijelu vidnog polja cijevi i, kada se dio vidnog polja spoji s kri?em niti, daje odgovaraju?u vrijednost indeksa loma teku?ine .

Zbog disperzije, su?elje vidnog polja u bijeloj svjetlosti ?e biti obojeno. Za uklanjanje obojenosti, kao i za odre?ivanje prosje?ne disperzije ispitivane supstance, koristi se kompenzator 3 koji se sastoji od dva sistema zalijepljenih prizmi direktnog vida (Amici prizme).

Prizme se mogu rotirati istovremeno u razli?itim smjerovima pomo?u preciznog rotacionog mehani?kog ure?aja, ?ime se mijenja intrinzi?na disperzija kompenzatora i elimini?e obojenost vidnog polja posmatranog kroz opti?ki sistem 4. Bubanj sa skalom je spojen na kompenzator , koji odre?uje parametar disperzije, koji omogu?ava izra?unavanje prosje?ne disperzijske tvari.

Radni nalog

Podesite ure?aj tako da svjetlost iz izvora (sijalica sa ?arnom niti) ulazi u osvjetljuju?u prizmu i ravnomjerno osvjetljava vidno polje.

2. Otvorite mjernu prizmu.

Staklenom ?ipkom nanesite nekoliko kapi vode na njegovu povr?inu i pa?ljivo zatvorite prizmu. Razmak izme?u prizmi mora biti ravnomjerno ispunjen tankim slojem vode (na to obratite posebnu pa?nju).

Pomo?u zavrtnja ure?aja sa skalom elimini?ite obojenost vidnog polja i dobijete o?tru granicu izme?u svetlosti i senke. Poravnajte ga, uz pomo? drugog zavrtnja, sa referentnim krstom okulara ure?aja. Odredite indeks prelamanja vode na skali okulara na najbli?u hiljadu.

Uporedite dobijene rezultate sa referentnim podacima za vodu. Ako razlika izme?u izmjerenog i tabelarnog indeksa prelamanja ne prelazi ± 0,001, mjerenje je obavljeno ispravno.

Vje?ba 1

1. Pripremite rastvor kuhinjske soli ( NaCl) s koncentracijom blizu granice rastvorljivosti (na primjer, C = 200 g/litar).

Izmjerite indeks prelamanja rezultiraju?eg rastvora.

3. Razrje?ivanjem otopine cijelim brojem puta dobiti zavisnost indikatora; loma od koncentracije otopine i popuniti tabelu. jedan.

Tabela 1

Vje?ba. Kako samo razrje?ivanjem dobiti koncentraciju otopine, jednaku 3/4 maksimalne (po?etne)?

Grafikon zavisnosti n=n(C). Dalju obradu eksperimentalnih podataka treba izvr?iti prema uputama nastavnika.

Obrada eksperimentalnih podataka

a) Grafi?ka metoda

Iz grafikona odredite nagib AT, koji ?e u uslovima eksperimenta karakterisati otopljenu supstancu i rastvara?.

2. Odredite koncentraciju otopine pomo?u grafikona NaCl koje daje laboratorijski asistent.

b) Analiti?ka metoda

Izra?unajte po najmanjim kvadratima ALI, AT i SB.

Prema prona?enim vrijednostima ALI i AT odrediti srednju vrijednost
koncentracija rastvora NaCl koje daje laboratorijski asistent

test pitanja

disperzija svetlosti. Koja je razlika izme?u normalne i abnormalne disperzije?

2. ?ta je fenomen totalne unutra?nje refleksije?

3. Za?to je nemogu?e izmjeriti indeks prelamanja teku?ine ve?i od indeksa prelamanja prizme pomo?u ove postavke?

4. Za?to lice prizme ALI1 AT1 napraviti mat?

Degradacija, indeks

Psiholo?ka enciklopedija

Na?in da se proceni stepen mentalne degradacije! funkcije mjerene Wexler-Bellevue testom. Indeks se zasniva na zapa?anju da nivo razvijenosti nekih sposobnosti, meren testom, opada sa godinama, dok drugih ne.

Indeks

Psiholo?ka enciklopedija

- indeks, registar imena, titula, itd. U psihologiji - digitalni indikator za kvantifikaciju, karakterizaciju pojava.

O ?emu ovisi indeks loma tvari?

Indeks

Psiholo?ka enciklopedija

1. Najop?enitije zna?enje: sve ?to se koristi za obilje?avanje, identifikaciju ili usmjeravanje; indikacije, natpisi, znakovi ili simboli. 2. Formula ili broj, ?esto izra?en kao faktor, koji pokazuje neki odnos izme?u vrijednosti ili mjerenja, ili izme?u...

Dru?tvenost, Indeks

Psiholo?ka enciklopedija

Karakteristika koja izra?ava dru?tvenost osobe. Sociogram, na primjer, daje, izme?u ostalih mjerenja, procjenu dru?tvenosti razli?itih ?lanova grupe.

Izbor, Indeks

Psiholo?ka enciklopedija

Formula za procjenu snage odre?enog testa ili ispitne stavke u razlikovanju pojedinaca jednih od drugih.

Pouzdanost, indeks

Psiholo?ka enciklopedija

Statistika koja daje procjenu korelacije izme?u stvarnih vrijednosti dobijenih iz testa i teoretski ispravnih vrijednosti.

Ovaj indeks je dat kao vrijednost r, gdje je r izra?unati faktor sigurnosti.

Efikasnost predvi?anja, indeks

Psiholo?ka enciklopedija

Mjera u kojoj se znanje o jednoj varijabli mo?e koristiti za predvi?anje druge varijable, s obzirom na to da je korelacija tih varijabli poznata. Obi?no se u simboli?kom obliku to izra?ava kao E, indeks je predstavljen kao 1 - ((...

Rije?i, indeks

Psiholo?ka enciklopedija

Op?ti termin za bilo koju sistematsku u?estalost pojavljivanja rije?i u pisanom i/ili govornom jeziku.

?esto su takvi indeksi ograni?eni na odre?ena jezi?ka podru?ja, npr. ud?benici za prvi razred, interakcije roditelja i djece. Me?utim, poznate su procjene...

Strukture tijela, indeks

Psiholo?ka enciklopedija

Mjerenje tijela koje je predlo?io Eysenck na temelju omjera visine i obima grudi.

Oni u "normalnom" rasponu nazivani su mezomorfi, oni unutar standardne devijacije ili iznad srednje vrijednosti nazivani su leptomorfi, a oni unutar standardne devijacije ili...

DO PREDAVANJA №24

"INSTRUMENTALNE METODE ANALIZE"

REFRAKTOMETRIJA.

knji?evnost:

1. V.D. Ponomarjov "Analiti?ka hemija" 1983 246-251

2. AA. Ishchenko "Analiti?ka hemija" 2004, str. 181-184

REFRAKTOMETRIJA.

Refraktometrija je jedna od najjednostavnijih fizi?kih metoda analize, koja zahtijeva minimalnu koli?inu analita i izvodi se u vrlo kratkom vremenu.

Refraktometrija- metoda zasnovana na fenomenu refrakcije ili refrakcije tj.

promjena smjera ?irenja svjetlosti pri prelasku iz jednog medija u drugi.

Refrakcija, kao i apsorpcija svetlosti, posledica je njene interakcije sa medijumom.

Re? refraktometrija zna?i mjerenje prelamanje svjetlosti, koje se procjenjuje vrijedno??u indeksa prelamanja.

Vrijednost indeksa loma n zavisi

1) o sastavu supstanci i sistema,

2) od u kojoj koncentraciji i koje molekule svjetlosni snop susre?e na svom putu, jer

Pod djelovanjem svjetlosti, molekule razli?itih tvari polariziraju se na razli?ite na?ine. Refraktometrijska metoda je zasnovana na ovoj zavisnosti.

Ova metoda ima niz prednosti, zbog ?ega je na?la ?iroku primjenu kako u kemijskim istra?ivanjima tako i u kontroli tehnolo?kih procesa.

1) Mjerenje indeksa prelamanja je vrlo jednostavan proces koji se izvodi precizno i uz minimalno ulaganje vremena i koli?ine tvari.

2) Tipi?no, refraktometri daju do 10% ta?nosti u odre?ivanju indeksa loma svjetlosti i sadr?aja analita

Metoda refraktometrije koristi se za kontrolu autenti?nosti i ?isto?e, za identifikaciju pojedina?nih supstanci, za odre?ivanje strukture organskih i neorganskih jedinjenja u prou?avanju rastvora.

Refraktometrija se koristi za odre?ivanje sastava dvokomponentnih rastvora i za ternarne sisteme.

Fizi?ka osnova metode

INDIKATOR REFRAKCIJE.

Odstupanje svjetlosnog snopa od prvobitnog smjera kada prelazi iz jednog medija u drugi je to ve?e, ?to je ve?a razlika u brzinama prostiranja svjetlosti u dva

ovim okru?enjima.

Razmotrimo prelamanje svjetlosnog snopa na granici bilo koje dvije prozirne sredine I i II (vidi Sl.

Pirina?.). Slo?imo se da medij II ima ve?u mo? prelamanja i, prema tome, n1 i n2- prikazuje prelamanje odgovaraju?eg medija. Ako medij I nije ni vakuum ni zrak, tada ?e odnos sin upadnog ugla svjetlosnog zraka prema sin ugla prelamanja dati vrijednost relativnog indeksa prelamanja n rel. Vrijednost n rel.

Koliki je indeks prelamanja stakla? A kada je potrebno znati?

tako?er se mo?e definirati kao omjer indeksa prelamanja medija koji se razmatra.

nrel. = —— = —

Vrijednost indeksa prelamanja ovisi o

1) priroda supstanci

Priroda supstance u ovom slu?aju odre?ena je stepenom deformabilnosti njenih molekula pod dejstvom svetlosti - stepenom polarizabilnosti.

?to je polarizacija intenzivnija, to je ja?e prelamanje svjetlosti.

2)talasna du?ina upadne svetlosti

Merenje indeksa prelamanja vr?i se na talasnoj du?ini svetlosti od 589,3 nm (linija D natrijumovog spektra).

Ovisnost indeksa loma o talasnoj du?ini svjetlosti naziva se disperzija.

?to je talasna du?ina kra?a, to je ve?a refrakcija. Zbog toga se zraci razli?itih talasnih du?ina razli?ito lome.

3)temperatura na kojoj se vr?i merenje. Preduvjet za odre?ivanje indeksa loma je uskla?enost s temperaturnim re?imom. Obi?no se odre?ivanje vr?i na 20±0,30C.

Kako temperatura raste, indeks loma se smanjuje, a kako temperatura opada, raste..

Korekcija temperature se izra?unava pomo?u sljede?e formule:

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

nt-?ao indeks loma na datoj temperaturi,

n20 - indeks prelamanja na 200C

Utjecaj temperature na vrijednosti indeksa loma plinova i teku?ina povezan je s vrijednostima njihovih koeficijenata zapreminskog ?irenja.

Volumen svih plinova i teku?ina se pove?ava kada se zagrijavaju, gusto?a se smanjuje i, posljedi?no, indikator se smanjuje

Indeks loma izmjeren na 200C i talasnoj du?ini svjetlosti od 589,3 nm ozna?en je indeksom nD20

Zavisnost indeksa prelamanja homogenog dvokomponentnog sistema od njegovog stanja utvr?uje se eksperimentalno odre?ivanjem indeksa prelamanja za ve?i broj standardnih sistema (npr. rastvora), ?iji je sadr?aj komponenti poznat.

4) koncentracija supstance u rastvoru.

Za mnoge vodene otopine tvari pouzdano su izmjereni indeksi loma pri razli?itim koncentracijama i temperaturama iu tim slu?ajevima se mogu koristiti referentni podaci. refraktometrijske tablice.

Praksa pokazuje da kada sadr?aj otopljene supstance ne prelazi 10-20%, uz grafi?ku metodu, u velikom broju slu?ajeva mogu?e je koristiti linearna jedna?ina kao:

n=ne+FC,

n- indeks loma otopine,

br je indeks loma ?istog rastvara?a,

C— koncentracija otopljene supstance,%

F-empirijski koeficijent ?ija se vrijednost nalazi

odre?ivanjem indeksa loma otopina poznate koncentracije.

REFRAKTOMETRI.

Refraktometri su ure?aji koji se koriste za mjerenje indeksa prelamanja.

Postoje 2 tipa ovih instrumenata: refraktometar tipa Abbe i tip Pulfrich. I kod njih i kod drugih mjerenja se zasnivaju na odre?ivanju veli?ine grani?nog ugla prelamanja. U praksi se koriste refraktometri razli?itih sistema: laboratorijski-RL, univerzalni RLU itd.

Indeks loma destilovane vode n0 = 1,33299, u praksi se ovaj indikator uzima kao referenca kao n0 =1,333.

Princip rada refraktometara zasniva se na odre?ivanju indeksa prelamanja metodom grani?nog ugla (ugao ukupne refleksije svetlosti).

Ru?ni refraktometar

Refraktometar Abbe

Ulaznica 75.

Zakon refleksije svjetlosti: upadni i reflektovani snop, kao i okomita na granicu izme?u dva medija, obnovljena u ta?ki upada zraka, le?e u istoj ravni (upadnoj ravni). Ugao refleksije g jednak je upadnom uglu a.

Zakon prelamanja svetlosti: upadne i prelomljene zrake, kao i okomita na granicu izme?u dva medija, obnovljena u ta?ki upada zraka, le?e u istoj ravni. Omjer sinusa upadnog ugla a i sinusa ugla prelamanja v je konstantna vrijednost za dva data medija:

Zakoni refleksije i prelamanja obja?njeni su u fizici valova. Prema konceptima talasa, refrakcija je posledica promene brzine prostiranja talasa tokom prelaska iz jednog medija u drugi. Fizi?ko zna?enje indeksa prelamanja je omjer brzine prostiranja talasa u prvom mediju y 1 i brzine njihovog ?irenja u drugom mediju y 2:

Slika 3.1.1 ilustruje zakone refleksije i prelamanja svjetlosti.

Medij sa ni?im apsolutnim indeksom prelamanja naziva se opti?ki manje gusto.

Kada svjetlost prelazi iz opti?ki gu??e sredine u opti?ki manje gusto n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать fenomen totalne refleksije, odnosno nestanak prelomljenog zraka. Ova pojava se opa?a pri upadnim uglovima koji prelaze odre?eni kriti?ni ugao a pr, koji se naziva grani?ni ugao ukupne unutra?nje refleksije(vidi sliku 3.1.2).

Za upadni ugao a = a pr sin v = 1; vrijednost sin a pr \u003d n 2 / n 1< 1.

Ako je drugi medij vazduh (n 2 ? 1), onda je zgodno prepisati formulu kao

Fenomen potpune unutra?nje refleksije nalazi primenu u mnogim opti?kim ure?ajima. Najzanimljivija i prakti?no va?na primjena je stvaranje svjetlovoda od vlakana, koji su tanki (od nekoliko mikrometara do milimetara) proizvoljno savijeni filamenti od opti?ki prozirnog materijala (staklo, kvarc). Svjetlost koja pada na kraj vlakna mo?e se ?iriti du? njega na velike udaljenosti zbog ukupne unutra?nje refleksije od bo?nih povr?ina (slika 3.1.3). Nau?ni i tehni?ki pravac koji se bavi razvojem i primjenom opti?kih svjetlovoda naziva se opti?ka vlakna.

Dispe "rsiya light" to (raspad svjetlosti)- ovo je fenomen zbog ovisnosti apsolutnog indeksa loma tvari o frekvenciji (ili talasnoj du?ini) svjetlosti (frekventna disperzija), ili, isto, ovisnosti fazne brzine svjetlosti u tvari od talasnu du?inu (ili frekvenciju). Eksperimentalno otkrio Newton oko 1672. godine, iako je teoretski dobro obja?njen mnogo kasnije.

Prostorna disperzija je zavisnost tenzora permitivnosti medija od talasnog vektora. Ova zavisnost uzrokuje niz pojava koje se nazivaju efekti prostorne polarizacije.

Jedan od najjasnijih primjera disperzije - razlaganje bele svetlosti prilikom prolaska kroz prizmu (Njutnov eksperiment). Su?tina fenomena disperzije je razlika u brzinama ?irenja svjetlosnih zraka razli?itih valnih du?ina u prozirnoj tvari - opti?kom mediju (dok je u vakuumu brzina svjetlosti uvijek ista, bez obzira na valnu du?inu, a time i boju) . Obi?no, ?to je ve?a frekvencija svjetlosnog vala, ve?i je indeks loma medija za njega i manja je brzina valova u mediju:

Newtonovi eksperimenti Eksperimentirajte s razlaganjem bijele svjetlosti u spektar: Newton je usmjerio snop sun?eve svjetlosti kroz malu rupu na staklenu prizmu. Do?av?i na prizmu, snop se prelomio i dao na suprotnom zidu izdu?enu sliku s prelivom izmjenom boja - spektrom. Eksperimentirajte s prolaskom monokromatske svjetlosti kroz prizmu: Njutn je stavio crveno staklo na putanju sun?evog zraka, iza kojeg je primio monohromatsku svetlost (crvenu), zatim prizmu i na ekranu posmatrao samo crvenu ta?ku od zraka svetlosti. Iskustvo u sintezi (dobijanju) bijele svjetlosti: Prvo je Njutn usmerio sun?evu zraku u prizmu. Zatim, prikupiv?i obojene zrake koje izlaze iz prizme uz pomo? konvergentne le?e, Newton je umjesto obojene trake dobio bijelu sliku rupe na bijelom zidu. Newtonovi zaklju?ci:- prizma ne menja svetlost, ve? je samo razla?e na komponente - svetlosni zraci koji se razlikuju po boji razlikuju se po stepenu prelamanja; ljubi?aste zrake se najja?e lome, crvena svjetlost se slabije lomi - crvena svjetlost koja se manje lomi ima najve?u brzinu, a ljubi?asta najmanju, pa prizma razla?e svjetlost. Ovisnost indeksa prelamanja svjetlosti o njegovoj boji naziva se disperzija.

Zaklju?ci:- prizma razla?e svjetlost - bijela svjetlost je slo?ena (kompozitna) - ljubi?asti zraci se lome vi?e od crvenih. Boja svetlosnog snopa odre?ena je njegovom frekvencijom oscilovanja. Prilikom prelaska iz jednog medija u drugi, brzina svjetlosti i valna du?ina se mijenjaju, ali frekvencija koja odre?uje boju ostaje konstantna. Granice opsega bele svetlosti i njenih komponenti obi?no se karakteri?u njihovim talasnim du?inama u vakuumu. Bijela svjetlost je skup talasnih du?ina od 380 do 760 nm.

Ulaznica 77.

Apsorpcija svjetlosti. Bouguerov zakon

Apsorpcija svjetlosti u supstanciji povezana je s pretvaranjem energije elektromagnetnog polja vala u toplinsku energiju tvari (ili u energiju sekundarnog fotoluminiscentnog zra?enja). Zakon apsorpcije svjetlosti (Bouguerov zakon) ima oblik:

I=I 0 exp(-? x),(1)

gdje I 0 , I- intenzitet ulaznog svjetla (x=0) i izlaz iz sloja srednje debljine X,? - koeficijent apsorpcije, zavisi od? .

Za dielektrike ? =10 -1 ? 10 -5 m -1 , za metale? =10 5 ? 10 7 m -1 , stoga su metali neprozirni za svjetlost.

Zavisnost ?? (? ) obja?njava obojenost upijaju?ih tijela. Na primjer, staklo koje upija malo crvene svjetlosti ?e izgledati crveno kada se osvijetli bijelim svjetlom.

Rasipanje svetlosti. Rayleighov zakon

Difrakcija svjetlosti mo?e se pojaviti u opti?ki nehomogenom mediju, na primjer, u zamu?enoj sredini (dim, magla, pra?njavi zrak, itd.). Difrakcijom na nehomogenostima medija, svjetlosni valovi stvaraju difrakcijski obrazac karakteriziran prili?no ujedna?enom distribucijom intenziteta u svim smjerovima.

Takva difrakcija na malim nehomogenostima naziva se rasipanje svetlosti.

Ovaj fenomen se opa?a ako uski snop sun?eve svjetlosti pro?e kroz pra?njavi zrak, raspr?i se na ?estice pra?ine i postane vidljiv.

Ako su dimenzije nehomogenosti male u pore?enju sa talasnom du?inom (ne vi?e od 0,1 ? ), tada je intenzitet raspr?ene svjetlosti obrnuto proporcionalan ?etvrtom stepenu talasne du?ine, tj.

I rass ~ 1/ ? 4 , (2)

ovaj odnos se naziva Rayleighov zakon.

Rasipanje svjetlosti se tako?er opa?a u ?istim medijima koji ne sadr?e strane ?estice. Na primjer, mo?e se pojaviti na fluktuacijama (slu?ajnim odstupanjima) gusto?e, anizotropije ili koncentracije. Takvo raspr?enje se naziva molekularno. To obja?njava, na primjer, plavu boju neba. Zaista, prema (2), plavi i plavi zraci se ja?e raspr?uju od crvenih i ?utih, jer imaju kra?u talasnu du?inu, ?to uzrokuje plavu boju neba.

Ulaznica 78.

Polarizacija svetlosti- skup fenomena talasne optike, u kojima se manifestuje popre?na priroda elektromagnetnih svetlosnih talasa. popre?ni talas- ?estice medija osciliraju u pravcima okomitim na pravac prostiranja talasa ( sl.1).

Fig.1 popre?ni talas

elektromagnetni svetlosni talas ravan polarizovan(linearna polarizacija), ako su pravci oscilovanja vektora E i B striktno fiksirani i le?e u odre?enim ravninama ( sl.1). Ravan polarizovan svetlosni talas naziva se ravan polarizovan(linearno polarizovano) svetlo. nepolarizovani(prirodni) talas - elektromagnetski svetlosni talas u kome pravci oscilovanja vektora E i B u ovom talasu mogu le?ati u bilo kojoj ravni okomitoj na vektor brzine v. nepolarizovano svetlo- svjetlosni valovi, kod kojih se smjerovi oscilacija vektora E i B nasumi?no mijenjaju tako da su svi smjerovi oscilacija u ravninama okomitim na snop ?irenja talasa jednako vjerojatni ( sl.2).

Fig.2 nepolarizovano svetlo

polarizovani talasi- u kojem smjerovi vektora E i B ostaju nepromijenjeni u prostoru ili se mijenjaju po odre?enom zakonu. Zra?enje, u kojem se smjer vektora E nasumi?no mijenja - nepolarizovan. Primjer takvog zra?enja mo?e biti toplinsko zra?enje (nasumi?no raspore?eni atomi i elektroni). Ravan polarizacije- ovo je ravan okomita na pravac oscilovanja vektora E. Glavni mehanizam za nastanak polarizovanog zra?enja je rasipanje zra?enja elektronima, atomima, molekulima i ?esticama pra?ine.

1.2. Vrste polarizacije Postoje tri vrste polarizacije. Hajde da ih defini?emo. 1. Linearni Javlja se ako elektri?ni vektor E zadr?i svoju poziciju u prostoru. To nekako nagla?ava ravan u kojoj oscilira vektor E. 2. Circular Ovo je polarizacija koja se javlja kada se elektri?ni vektor E rotira oko smjera ?irenja vala ugaonom brzinom jednakom ugaonoj frekvenciji vala, zadr?avaju?i pritom svoju apsolutnu vrijednost. Ova polarizacija karakterizira smjer rotacije vektora E u ravni okomitoj na liniju vida. Primjer je ciklotronsko zra?enje (sistem elektrona koji rotiraju u magnetskom polju). 3. Elipti?ni Javlja se kada se veli?ina elektri?nog vektora E promijeni tako da opisuje elipsu (rotacija vektora E). Elipti?na i kru?na polarizacija je desna (rotacija vektora E se de?ava u smeru kazaljke na satu, ako gledate prema talasu koji se ?iri) i leva (rotacija vektora E se de?ava suprotno od kazaljke na satu, ako gledate prema talasu koji se ?iri).

U stvari, naj?e??i parcijalna polarizacija (djelimi?no polarizirani elektromagnetski valovi). Kvantitativno, karakteri?e ga odre?ena koli?ina tzv stepen polarizacije R, koji je definisan kao: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin) gdje Imax,ja sam za- najve?a i najmanja gustina protoka elektromagnetne energije kroz analizator (Polaroid, Nicol prizma…). U praksi se polarizacija zra?enja ?esto opisuje Stokesovim parametrima (odre?uje se tok zra?enja sa datim smjerom polarizacije).

Ulaznica 79.

Ako prirodna svjetlost padne na granicu izme?u dva dielektrika (na primjer, zraka i stakla), tada se dio reflektira, a dio se lomi i ?iri u drugom mediju. Postavljanjem analizatora (na primjer, turmalina) na putanju reflektiranih i prelomljenih zraka, osiguravamo da su reflektirani i prelomljeni snopovi djelomi?no polarizirani: kada se analizator rotira oko snopa, intenzitet svjetlosti se povremeno pove?ava i smanjuje ( nije uo?eno potpuno izumiranje!). Dalja istra?ivanja su pokazala da u reflektovanom snopu preovla?uju oscilacije okomite na ravan upada (na slici 275 ozna?ene su ta?kama), u prelomljenom snopu - oscilacije paralelne sa ravninom upada (prikazano strelicama).

Stepen polarizacije (stepen razdvajanja svetlosnih talasa sa odre?enom orijentacijom elektri?nog (i magnetnog) vektora) zavisi od upadnog ugla zraka i indeksa prelamanja. ?kotski fizi?ar D. Brewster(1781-1868) osnovan zakon, prema kojem na upadnom uglu i B (Brewsterov ugao), definisan relacijom

(n 21 - indeks loma drugog medija u odnosu na prvi), reflektovani snop je ravno polarizovan(sadr?i samo oscilacije okomite na ravan upada) (Sl. 276). Prelomljeni zrak pod upadnim uglomi B polarizovan do maksimuma, ali ne u potpunosti.

Ako svjetlost pada na su?elje pod Brewsterovim uglom, onda reflektirane i prelomljene zrake me?usobno okomite(tg i B=grijeh i B/cos i b, n 21 = grijeh i B / grijeh i 2 (i 2 - ugao prelamanja), odakle cos i B=grijeh i 2). shodno tome, i B + i 2 = ? /2, ali i’ B= i B (zakon refleksije), dakle i’ B+ i 2 = ? /2.

Stepen polarizacije reflektirane i prelomljene svjetlosti pod razli?itim upadnim uglovima mo?e se izra?unati iz Maksvelovih jedna?ina, ako se uzmu u obzir grani?ni uslovi za elektromagnetno polje na granici izme?u dva izotropna dielektrika (tzv. Fresnel formule).

Stepen polarizacije prelomljene svjetlosti mo?e se zna?ajno pove?ati (ponovljenim prelamanjem, pod uslovom da svjetlost svaki put pada na su?elje pod Brewsterovim uglom). Ako je npr. za staklo ( n= 1.53), stepen polarizacije prelomljenog snopa je ?15%, tada ?e nakon prelamanja 8-10 staklenih plo?a koje su postavljene jedna na drugu, svjetlost koja izlazi iz takvog sistema biti gotovo potpuno polarizirana. Ovaj set plo?a se zove stopalo. Stopalo se mo?e koristiti za analizu polarizirane svjetlosti kako u njenoj refleksiji tako iu njenom prelamanju.

Ulaznica 79 (za ?picu)

Kao ?to iskustvo pokazuje, tokom prelamanja i refleksije svjetlosti, lomljena i reflektirana svjetlost se ispostavlja da je polarizirana, a refleksija. svjetlost mo?e biti potpuno polarizirana pod odre?enim kutom upada, ali svjetlost je uvijek djelomi?no polarizirana.Na osnovu Frinelovih formula mo?e se pokazati da reflekt. svjetlost je polarizirana u ravni okomitoj na ravan upada i prelamanja. svetlost je polarizovana u ravni paralelnoj sa ravni upadanja.

Upadni ugao pod kojim je refleksija svjetlost je potpuno polarizirana naziva se Brewsterov ugao.Brusterov ugao se odre?uje iz Brewsterovog zakona: -Brusterov zakon.U ovom slu?aju, ugao izme?u refleksije. i break. zraci ?e biti jednaki. Za sistem vazduh-staklo, Brewsterov ugao je jednak. Da bi se dobila dobra polarizacija, tj. , kada se svjetlost lomi, koristi se puno izlomljenih povr?ina koje se nazivaju Stoletovljevo stopalo.

Ulaznica 80.

Iskustvo pokazuje da pri interakciji svjetlosti sa materijom glavno djelovanje (fiziolo?ko, fotohemijsko, fotoelektri?no, itd.) izazivaju oscilacije vektora, koji se s tim u vezi ponekad naziva i svjetlosni vektor. Stoga, da bi se opisali obrasci polarizacije svjetlosti, prati se pona?anje vektora.

Ravan koju ?ine vektori i naziva se ravan polarizacije.

Ako se vektorske oscilacije javljaju u jednoj fiksnoj ravni, onda se takva svjetlost (snop) naziva linearno polarizirana. Ona je proizvoljno ozna?ena kako slijedi. Ako je snop polariziran u okomitoj ravni (u ravni xz, vidi sl. 2 u drugom predavanju), tada se ozna?ava.

Prirodno svjetlo (iz obi?nih izvora, Sunca) sastoji se od valova koji imaju razli?ite, nasumi?no raspore?ene ravni polarizacije (vidi sliku 3).

Prirodno svjetlo se ponekad konvencionalno naziva ovim. Naziva se i nepolarizovanim.

Ako se tokom ?irenja vala vektor rotira i istovremeno kraj vektora opisuje krug, tada se takva svjetlost naziva kru?no polarizirana, a polarizacija je kru?na ili kru?na (desna ili lijeva). Postoji i elipti?na polarizacija.

Postoje opti?ki ure?aji (filmovi, plo?e, itd.) - polarizatori, koji emituju linearno polarizovano ili delimi?no polarizovano svetlo prirodnog svetla.

Polarizatori koji se koriste za analizu polarizacije svjetlosti nazivaju se analizatori.

Ravan polarizatora (ili analizatora) je ravan polarizacije svjetlosti koju prenosi polarizator (ili analizator).

Neka polarizator (ili analizator) pada na linearno polarizovanu svetlost amplitude E 0 . Amplituda propu?tene svjetlosti ?e biti E=E 0 cos j, i intenzitet I=I 0 cos 2 j.

Ova formula izra?ava Malusov zakon:

Intenzitet linearno polarizovane svetlosti koja prolazi kroz analizator proporcionalan je kvadratu kosinusa ugla j izme?u ravni oscilacija upadne svjetlosti i ravni analizatora.

Ulaznica 80 (za ostruge)

Polarizatori su ure?aji koji omogu?avaju dobijanje polarizovane svetlosti.Analizatori su ure?aji pomo?u kojih mo?ete analizirati da li je svetlost polarizovana ili ne.Strukturno su polarizator i analizator isti.onda su svi pravci vektora E jednaki verovatni.Svaki vektor se mo?e razlo?iti na dvije me?usobno okomite komponente: jedna je paralelna s ravninom polarizacije polarizatora, a druga okomita na nju.

O?igledno je da ?e intenzitet svjetlosti koja napu?ta polarizator biti jednak. Ozna?imo intenzitet svjetlosti koja izlazi iz polarizatora sa (). Ako se na putanju polarizatora postavi analizator ?ija glavna ravan ?ini ugao sa glavnoj ravni polarizatora, tada je intenzitet svjetlosti koja izlazi iz analizatora odre?en zakonom.

Ulaznica 81.

Prou?avaju?i luminiscenciju otopine soli uranijuma pod djelovanjem -zraka radijuma, sovjetski fizi?ar P. A. ?erenkov skrenuo je pa?nju na ?injenicu da sama voda svijetli, u kojoj nema soli urana. Ispostavilo se da kada zraci (vidi Gama zra?enje) prolaze kroz ?iste te?nosti, svi oni po?inju da sijaju. S. I. Vavilov, pod ?ijim je rukovodstvom radio P. A. ?erenkov, pretpostavio je da je sjaj povezan s kretanjem elektrona koje su kvanti radijuma izbacili iz atoma. Zaista, sjaj je sna?no ovisio o smjeru magnetskog polja u teku?ini (ovo sugerira da je njegov uzrok kretanje elektrona).

Ali za?to elektroni koji se kre?u u te?nosti emituju svetlost? Ta?an odgovor na ovo pitanje dali su 1937. sovjetski fizi?ari I. E. Tamm i I. M. Frank.

Elektron, koji se kre?e u supstanciji, stupa u interakciju s okolnim atomima. Pod djelovanjem njegovog elektri?nog polja, atomski elektroni i jezgra se pomi?u u suprotnim smjerovima - medij je polariziran. Polariziraju?i se i zatim vra?aju?i se u po?etno stanje, atomi medija, smje?teni du? putanje elektrona, emituju elektromagnetne svjetlosne valove. Ako je brzina elektrona v manja od brzine ?irenja svjetlosti u mediju (- indeks prelamanja), tada ?e elektromagnetno polje presti?i elektron, a supstanca ?e imati vremena da se polarizira u prostoru ispred elektrona. Polarizacija medija ispred elektrona i iza njega je suprotna po smjeru, a zra?enja suprotno polariziranih atoma, "zbrajaju?i se", "gase" jedno drugo. Kada atomi, do kojih elektron jo? nije stigao, nemaju vremena da se polariziraju, a pojavljuje se zra?enje usmjereno du? uskog konusnog sloja s vrhom koji se poklapa s elektronom koji se kre?e i kutom na vrhu c. Izgled svjetlosnog "konusa" i stanje zra?enja mogu se dobiti iz op?ih principa ?irenja valova.

Rice. 1. Mehanizam formiranja valnog fronta

Neka se elektron kre?e du? ose OE (vidi sliku 1) veoma uskog praznog kanala u homogenoj prozirnoj supstanci sa indeksom prelamanja (potreban je prazan kanal da se ne bi uzeli u obzir sudari elektrona sa atomima u teorijsko razmatranje). Svaka ta?ka na OE liniji koju sukcesivno zauzima elektron bi?e centar emisije svetlosti. Talasi koji izlaze iz uzastopnih ta?aka O, D, E interferiraju jedni s drugima i poja?avaju se ako je fazna razlika izme?u njih nula (vidi Interferencija). Ovaj uslov je zadovoljen za pravac koji ?ini ugao od 0 sa putanjom elektrona. Ugao 0 je odre?en omjerom:.

Zaista, razmotrite dva talasa emitovana u pravcu pod uglom od 0 do brzine elektrona iz dve ta?ke putanje - ta?ke O i ta?ke D, koje su razdvojene rastojanjem. U ta?ki B, koja le?i na pravoj liniji BE, okomito na OB, prvi talas u - u vremenu U ta?ku F, koja le?i na pravoj liniji BE, talas emitovan iz ta?ke ?e sti?i u trenutku nakon emitovanja talas iz ta?ke O. Ova dva talasa ?e biti u fazi, tj. prava linija ?e biti front talasa ako su ova vremena jednaka:. To kao uslov jednakosti vremena daje. U svim smjerovima, za koje ?e se svjetlost ugasiti zbog interferencije valova emitiranih iz dionica putanje razdvojenih rastojanjem D. Vrijednost D odre?ena je o?iglednom jedna?inom, gdje je T period oscilacija svjetlosti. Ova jedna?ina uvijek ima rje?enje ako.

Ako je , tada smjer u kojem se zra?eni valovi, interferiraju?i, poja?avaju, ne postoji, ne mo?e biti ve?i od 1.

Rice. 2. Distribucija zvu?nih talasa i formiranje udarnog talasa tokom kretanja tela

Zra?enje se opa?a samo ako .

Eksperimentalno, elektroni lete u kona?nom ?vrstom kutu, s odre?enim ?irenjem brzina, i kao rezultat, zra?enje se ?iri u konusnom sloju blizu glavnog smjera odre?enog kutom .

U na?em razmatranju zanemarili smo usporavanje elektrona. Ovo je sasvim prihvatljivo, budu?i da su gubici zbog Vavilov-?erenkovljevog zra?enja mali i, u prvoj aproksimaciji, mo?emo pretpostaviti da energija koju izgubi elektron ne uti?e na njegovu brzinu i da se kre?e jednoliko. To je temeljna razlika i neobi?nost Vavilov-?erenkovljevog zra?enja. Obi?no naboji zra?e, do?ivljavaju?i zna?ajno ubrzanje.

Elektron koji bje?i od vlastite svjetlosti je poput aviona koji leti brzinom ve?om od brzine zvuka. U ovom slu?aju, konusni udarni talas se tako?e ?iri ispred aviona (vidi sliku 2).

Ne postoji ni?ta drugo osim omjera sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja

Indeks loma ovisi o svojstvima tvari i valnoj du?ini zra?enja, za neke tvari se indeks loma mijenja prili?no sna?no kada se frekvencija elektromagnetnih valova mijenja od niskih frekvencija do opti?kih i dalje, a mo?e se i o?trije promijeniti u odre?enim podru?ja frekvencijske skale. Zadani je obi?no opti?ki raspon, ili raspon odre?en kontekstom.

Vrijednost n, ceteris paribus, obi?no je manja od jedinice kada snop prelazi iz gu??eg medija u manje gust medij, i vi?e od jedinice kada snop prelazi iz manje gustog medija u medij koji je gu??i (na primjer, iz gas ili iz vakuuma u te?nost ili ?vrstu materiju). Postoje izuzeci od ovog pravila i stoga je uobi?ajeno da se medij naziva opti?ki vi?e ili manje gustim od drugog (ne treba ga brkati sa opti?kom gusto?om kao merom neprozirnosti medija).

Tabela prikazuje neke vrijednosti indeksa loma za neke medije:

Za medijum sa ve?im indeksom prelamanja ka?e se da je opti?ki gu??i. Obi?no se mjeri indeks prelamanja razli?itih medija u odnosu na zrak. Apsolutni indeks prelamanja zraka je . Dakle, apsolutni indeks loma bilo kojeg medija povezan je s njegovim indeksom loma u odnosu na zrak po formuli:

Indeks prelamanja zavisi od talasne du?ine svetlosti, odnosno od njene boje. Razli?ite boje odgovaraju razli?itim indeksima loma. Ovaj fenomen, nazvan disperzija, igra va?nu ulogu u optici.