Bei der Lösung optischer Probleme ist es oft notwendig, den Brechungsindex von Glas, Wasser oder einer anderen Substanz zu kennen. Darüber hinaus können in verschiedenen Situationen sowohl absolute als auch relative Werte dieser Größe beteiligt sein.

Zwei Arten von Brechungsindizes

Zunächst dazu, was diese Zahl zeigt: Wie dieses oder jenes transparente Medium die Richtung der Lichtausbreitung ändert. Darüber hinaus kann eine elektromagnetische Welle aus einem Vakuum stammen, und dann wird der Brechungsindex von Glas oder einer anderen Substanz als absolut bezeichnet. In den meisten Fällen liegt sein Wert im Bereich von 1 bis 2. Nur in sehr seltenen Fällen ist der Brechungsindex größer als zwei.

Befindet sich vor dem Objekt ein Medium, das dichter als Vakuum ist, dann spricht man von einem relativen Wert. Und es wird als Verhältnis zweier Absolutwerte berechnet. Beispielsweise ist der relative Brechungsindex von Wasserglas gleich dem Quotienten der Absolutwerte von Glas und Wasser.

In jedem Fall wird es mit dem lateinischen Buchstaben „en“ – n bezeichnet. Dieser Wert wird durch Division der gleichnamigen Werte durcheinander erhalten, es handelt sich also einfach um einen Koeffizienten, der keinen Namen hat.

Wie lautet die Formel zur Berechnung des Brechungsindex?

Nehmen wir den Einfallswinkel als „Alpha“ und bezeichnen den Brechungswinkel als „Beta“, dann sieht die Formel für den Absolutwert des Brechungsindex so aus: n = sin α / sin β. In der englischsprachigen Literatur findet man häufig eine andere Bezeichnung. Wenn der Einfallswinkel i und der Brechungswinkel r ist.

Es gibt eine andere Formel zur Berechnung des Brechungsindex von Licht in Glas und anderen transparenten Medien. Es hängt mit der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und damit zusammen, jedoch bereits in der betrachteten Substanz.

Dann sieht es so aus: n = c/νλ. Dabei ist c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, ν seine Geschwindigkeit in einem transparenten Medium und λ die Wellenlänge.

Wovon hängt der Brechungsindex ab?

Sie wird durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der sich Licht im betrachteten Medium ausbreitet. Luft kommt in dieser Hinsicht einem Vakuum sehr nahe, sodass sich Lichtwellen darin ausbreiten und praktisch nicht von ihrer ursprünglichen Richtung abweichen. Wenn daher der Brechungsindex von Glas-Luft oder einer anderen an Luft angrenzenden Substanz bestimmt wird, wird diese bedingt als Vakuum angenommen.

Jedes andere Medium hat seine eigenen Eigenschaften. Sie haben unterschiedliche Dichten, sie haben ihre eigene Temperatur sowie elastische Spannungen. All dies beeinflusst das Ergebnis der Lichtbrechung durch eine Substanz.

Nicht zuletzt spielen die Eigenschaften des Lichts eine Rolle bei der Änderung der Wellenausbreitungsrichtung. Weißes Licht besteht aus vielen Farben, von Rot bis Lila. Jeder Teil des Spektrums wird auf seine eigene Weise gebrochen. Darüber hinaus wird der Wert des Indikators für die Welle des roten Teils des Spektrums immer geringer sein als der des Rests. Beispielsweise variiert der Brechungsindex von TF-1-Glas zwischen 1,6421 und 1,67298, vom roten bis zum violetten Teil des Spektrums.

Beispielwerte für verschiedene Stoffe

Hier sind die Absolutwerte angegeben, also der Brechungsindex, wenn ein Strahl aus einem Vakuum (das Luft entspricht) durch eine andere Substanz gelangt.

Diese Zahlen werden benötigt, wenn der Brechungsindex von Glas im Vergleich zu anderen Medien bestimmt werden soll.

Welche anderen Größen werden zur Lösung von Problemen verwendet?

Vollständige Reflexion. Es entsteht, wenn Licht von einem dichteren Medium in ein weniger dichtes übergeht. Hier erfolgt ab einem bestimmten Wert des Einfallswinkels die Brechung im rechten Winkel. Das heißt, der Strahl gleitet entlang der Grenze zweier Medien.

Der Grenzwinkel der Totalreflexion ist der minimale Wert, bei dem Licht nicht in ein weniger dichtes Medium austritt. Weniger als es kommt zu einer Brechung und mehr zu einer Reflexion in demselben Medium, aus dem sich das Licht bewegt.

Aufgabe 1

Zustand. Der Brechungsindex von Glas beträgt 1,52. Es ist notwendig, den Grenzwinkel zu bestimmen, bei dem Licht vollständig von der Grenzfläche zwischen Oberflächen reflektiert wird: Glas mit Luft, Wasser mit Luft, Glas mit Wasser.

Sie müssen die in der Tabelle angegebenen Brechungsindexdaten für Wasser verwenden. Für Luft wird der Wert gleich Eins angenommen.

Die Lösung wird in allen drei Fällen auf Berechnungen nach der Formel reduziert:

sin α 0 / sin β = n 1 / n 2, wobei sich n 2 auf das Medium bezieht, aus dem sich das Licht ausbreitet, und n 1 auf das Medium, aus dem es eindringt.

Der Buchstabe α 0 bezeichnet den Grenzwinkel. Der Wert des Winkels β beträgt 90 Grad. Das heißt, sein Sinus wird Eins sein.

Für den ersten Fall: sin α 0 = 1 /n Glas, dann ist der Grenzwinkel gleich dem Arkussinus von 1 /n Glas. 1/1,52 = 0,6579. Der Winkel beträgt 41,14°.

Im zweiten Fall müssen Sie bei der Bestimmung des Arkussinus den Wert des Brechungsindex von Wasser ersetzen. Der Bruchteil 1 / n von Wasser nimmt den Wert 1 / 1,33 = 0,7519 an. Dies ist der Arkussinus des Winkels 48,75º.

Der dritte Fall wird durch das Verhältnis von n Wasser und n Glas beschrieben. Der Arkussinus muss für den Bruch berechnet werden: 1,33 / 1,52, also die Zahl 0,875. Den Wert des Grenzwinkels ermitteln wir anhand seines Arkussinus: 61,05°.

Antwort: 41,14º, 48,75º, 61,05º.

Aufgabe Nr. 2

Zustand. Ein Glasprisma wird in ein mit Wasser gefülltes Gefäß eingetaucht. Sein Brechungsindex beträgt 1,5. Das Prisma basiert auf einem rechtwinkligen Dreieck. Das größere Bein steht senkrecht zum Boden, das zweite parallel dazu. Ein Lichtstrahl fällt senkrecht auf die Oberseite eines Prismas. Was sollte der kleinste Winkel zwischen dem horizontalen Schenkel und der Hypotenuse sein, damit das Licht den Schenkel senkrecht zum Gefäßboden erreicht und aus dem Prisma austritt?

Damit der Strahl das Prisma auf die beschriebene Weise verlässt, muss er in einem Grenzwinkel auf die Innenfläche fallen (die Hypotenuse des Dreiecks im Abschnitt des Prismas). Konstruktionsbedingt entspricht dieser Grenzwinkel dem erforderlichen Winkel eines rechtwinkligen Dreiecks. Aus dem Lichtbrechungsgesetz ergibt sich, dass der Sinus des Grenzwinkels geteilt durch den Sinus von 90 Grad gleich dem Verhältnis zweier Brechungsindizes ist: Wasser zu Glas.

Berechnungen ergeben einen solchen Wert für den Grenzwinkel: 62º30´.

ZUR VORTRAG №24

„Instrumentelle Methoden der Analyse“

REFRAKTOMETRIE.

Literatur:

1. V.D. Ponomarev „Analytical Chemistry“ 1983 246-251

2. A.A. Ishchenko „Analytical Chemistry“ 2004, S. 181-184

REFRAKTOMETRIE.

Die Refraktometrie ist eine der einfachsten physikalischen Analysemethoden, die eine minimale Menge an Analyt erfordert und in sehr kurzer Zeit durchgeführt wird.

Refraktometrie- eine Methode, die auf dem Phänomen der Brechung oder Brechung basiert, d.h. Änderung der Ausbreitungsrichtung des Lichts beim Übergang von einem Medium in ein anderes.

Sowohl die Brechung als auch die Absorption von Licht sind eine Folge seiner Wechselwirkung mit dem Medium. Das Wort Refraktometrie bedeutet Messung Lichtbrechung, die durch den Wert des Brechungsindex geschätzt wird.

Brechungsindexwert N kommt darauf an

1) über die Zusammensetzung von Stoffen und Systemen,

2) von in welcher Konzentration und auf welche Moleküle der Lichtstrahl auf seinem Weg trifft, denn Unter Einwirkung von Licht werden die Moleküle verschiedener Stoffe unterschiedlich polarisiert. Auf dieser Abhängigkeit basiert die refraktometrische Methode.

Diese Methode hat eine Reihe von Vorteilen, weshalb sie sowohl in der chemischen Forschung als auch bei der Steuerung technologischer Prozesse breite Anwendung gefunden hat.

1) Die Messung von Brechungsindizes ist ein sehr einfacher Vorgang, der präzise und mit minimalem Zeit- und Substanzaufwand durchgeführt werden kann.

2) Typischerweise liefern Refraktometer eine Genauigkeit von bis zu 10 % bei der Bestimmung des Brechungsindex von Licht und des Gehalts des Analyten

Die Refraktometrie-Methode wird zur Kontrolle von Authentizität und Reinheit, zur Identifizierung einzelner Substanzen und zur Bestimmung der Struktur organischer und anorganischer Verbindungen bei der Untersuchung von Lösungen eingesetzt. Die Refraktometrie wird zur Bestimmung der Zusammensetzung von Zweikomponentenlösungen und für ternäre Systeme eingesetzt.

Physikalische Grundlage der Methode

Brechungsindikator.

Die Abweichung eines Lichtstrahls von seiner ursprünglichen Richtung beim Übergang von einem Medium in ein anderes ist umso größer, je größer der Unterschied in den Liin zwei ist

diese Umgebungen.

Betrachten Sie die Brechung eines Lichtstrahls an der Grenze zweier transparenter Medien I und II (siehe Abbildung). Wir sind uns einig, dass Medium II eine größere Brechkraft hat und daher n 1 Und Nr. 2- zeigt die Brechung der entsprechenden Medien. Wenn Medium I weder Vakuum noch Luft ist, dann ergibt das Verhältnis sin des Einfallswinkels des Lichtstrahls zu sin des Brechungswinkels den Wert des relativen Brechungsindex n rel. Der Wert von n rel. kann auch als Verhältnis der Brechungsindizes der betrachteten Medien definiert werden.

n rel. = ----- = ---

Der Wert des Brechungsindex hängt davon ab

1) die Natur von Stoffen

Die Beschaffenheit eines Stoffes wird dabei durch den Grad der Verformbarkeit seiner Moleküle unter Lichteinwirkung – den Grad der Polarisierbarkeit – bestimmt. Je intensiver die Polarisierbarkeit, desto stärker ist die Lichtbrechung.

2)Wellenlänge des einfallenden Lichts

Die Messung des Brechungsindex erfolgt bei einer Lichtwellenlänge von 589,3 nm (Linie D des Natriumspektrums).

Die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Wellenlänge des Lichts wird als Dispersion bezeichnet. Je kürzer die Wellenlänge, desto größer die Brechung. Daher werden Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge unterschiedlich gebrochen.

3)Temperatur an dem die Messung durchgeführt wird. Voraussetzung für die Bestimmung des Brechungsindex ist die Einhaltung des Temperaturregimes. Normalerweise wird die Bestimmung bei 20 ± 0,3 0 С durchgeführt.

Mit steigender Temperatur nimmt der Brechungsindex ab, mit sinkender Temperatur steigt er..

Die Temperaturkorrektur wird nach folgender Formel berechnet:

n t \u003d n 20 + (20-t) 0,0002, wo

n t - Tschüss Brechungsindex bei einer bestimmten Temperatur,

n 20 - Brechungsindex bei 20 0 C

Der Einfluss der Temperatur auf die Werte der Brechungsindizes von Gasen und Flüssigkeiten hängt mit den Werten ihrer Volumenausdehnungskoeffizienten zusammen. Das Volumen aller Gase und Flüssigkeiten nimmt beim Erhitzen zu, die Dichte nimmt ab und damit auch der Indikator

Der Brechungsindex, gemessen bei 20 0 C und einer Lichtwellenlänge von 589,3 nm, wird durch den Index angegeben n D 20

Die Abhängigkeit des Brechungsindex eines homogenen Zweikomponentensystems von seinem Zustand wird experimentell ermittelt, indem der Brechungsindex für eine Reihe von Standardsystemen (z. B. Lösungen) bestimmt wird, deren Komponentengehalt bekannt ist.

4) die Konzentration einer Substanz in einer Lösung.

Für viele wässrige Stofflösungen wurden die Brechungsindizes bei verschiedenen Konzentrationen und Temperaturen zuverlässig gemessen und in diesen Fällen können Referenzdaten verwendet werden. Refraktometrische Tabellen. Die Praxis zeigt, dass in sehr vielen Fällen die grafische Methode angewendet werden kann, wenn der Gehalt an gelöstem Stoff 10–20 % nicht überschreitet lineare Gleichung wie:

n=n o +FC,

N- Brechungsindex der Lösung,

NEIN ist der Brechungsindex des reinen Lösungsmittels,

C- Konzentration des gelösten Stoffes, %

F-empirischer Koeffizient, dessen Wert ermittelt wird

durch Bestimmung der Brechungsindizes von Lösungen bekannter Konzentration.

REFRAKTOMETER.

Refraktometer sind Geräte zur Messung des Brechungsindex. Es gibt zwei Arten dieser Instrumente: das Abbe-Refraktometer und das Pulfrich-Refraktometer. Sowohl bei diesen als auch bei anderen basieren die Messungen auf der Bestimmung der Größe des Grenzbrechungswinkels. In der Praxis werden Refraktometer verschiedener Systeme eingesetzt: Labor-RL, Universal-RLU usw.

Der Brechungsindex von destilliertem Wasser ist n 0 = 1,33299, in der Praxis wird dieser Indikator als Referenz n 0 angenommen =1,333.

Das Funktionsprinzip von Refraktometern basiert auf der Bestimmung des Brechungsindex nach der Grenzwinkelmethode (dem Winkel der Totalreflexion des Lichts).

Handrefraktometer

Refraktometer Abbe

Ticket 75.

Gesetz der Lichtreflexion: Der einfallende und der reflektierte Strahl sowie die am Einfallspunkt des Strahls wiederhergestellte Senkrechte zur Grenzfläche zwischen zwei Medien liegen in derselben Ebene (der Einfallsebene). Der Reflexionswinkel γ ist gleich dem Einfallswinkel α.

Gesetz der Lichtbrechung: Der einfallende und der gebrochene Strahl sowie die am Einfallspunkt des Strahls wiederhergestellte Senkrechte zur Grenzfläche zwischen zwei Medien liegen in derselben Ebene. Das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels α zum Sinus des Brechungswinkels β ist für zwei gegebene Medien ein konstanter Wert:

Die Gesetze der Reflexion und Brechung werden in der Wellenphysik erklärt. Nach Wellenkonzepten ist die Brechung eine Folge einer Änderung der Wbeim Übergang von einem Medium in ein anderes. Die physikalische Bedeutung des Brechungsindex ist das Verhältnis der Wim ersten Medium υ 1 zur Geschwindigkeit ihrer Ausbreitung im zweiten Medium υ 2:

Abbildung 3.1.1 veranschaulicht die Gesetze der Reflexion und Brechung von Licht.

Ein Medium mit einem niedrigeren absoluten Brechungsindex wird als optisch weniger dicht bezeichnet.

Wenn Licht von einem optisch dichteren Medium in ein optisch weniger dichtes Medium übergeht n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать Phänomen der Totalreflexion, also das Verschwinden des gebrochenen Strahls. Dieses Phänomen wird bei Einfallswinkeln beobachtet, die einen bestimmten kritischen Winkel α pr überschreiten, der als bezeichnet wird Grenzwinkel der Totalreflexion(siehe Abb. 3.1.2).

Für den Einfallswinkel α = α pr sin β = 1; Wert sin α pr \u003d n 2 / n 1< 1.

Wenn das zweite Medium Luft ist (n 2 ≈ 1), dann ist es zweckmäßig, die Formel wie folgt umzuschreiben

Das Phänomen der Totalreflexion findet in vielen optischen Geräten Anwendung. Die interessanteste und praktisch wichtigste Anwendung ist die Herstellung von Faserlichtleitern, bei denen es sich um dünne (von wenigen Mikrometern bis Millimetern) willkürlich gebogene Filamente aus einem optisch transparenten Material (Glas, Quarz) handelt. Licht, das auf das Ende der Faser fällt, kann sich aufgrund der Totalreflexion an den Seitenflächen über weite Strecken entlang der Faser ausbreiten (Abb. 3.1.3). Die wissenschaftliche und technische Richtung bei der Entwicklung und Anwendung optischer Lichtleiter wird als Faseroptik bezeichnet.

Dispe „rsiya light“, dass (Zerlegung des Lichts)- Dies ist ein Phänomen, das auf die Abhängigkeit des absoluten Brechungsindex einer Substanz von der Frequenz (oder Wellenlänge) des Lichts (Frequenzdispersion) zurückzuführen ist, oder, dasselbe, auf die Abhängigkeit der Phasengeschwindigkeit des Lichts in einer Substanz von der Wellenlänge (oder Frequenz). Experimentell von Newton um 1672 entdeckt, theoretisch jedoch viel später gut erklärt.

Räumliche Streuung ist die Abhängigkeit des Tensors der Permittivität des Mediums vom Wellenvektor. Diese Abhängigkeit verursacht eine Reihe von Phänomenen, die als räumliche Polarisationseffekte bezeichnet werden.

Eines der klarsten Beispiele für Streuung - Zersetzung von weißem Licht wenn es durch ein Prisma geleitet wird (Newtons Experiment). Das Wesen des Dispersionsphänomens ist der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge in einer transparenten Substanz – einem optischen Medium (während im Vakuum die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der Wellenlänge und damit der Farbe immer gleich ist). . Normalerweise gilt: Je höher die Frequenz einer Lichtwelle, desto größer ist der Brechungsindex des Mediums dafür und desto geringer ist die Wellengeschwindigkeit im Medium:

Newtons Experimente Experiment zur Zerlegung von weißem Licht in ein Spektrum: Newton richtete einen Sonnenstrahl durch ein kleines Loch auf ein Glasprisma. Beim Auftreffen auf das Prisma wurde der Strahl gebrochen und erzeugte auf der gegenüberliegenden Wand ein längliches Bild mit schillerndem Farbwechsel – das Spektrum. Experiment zum Durchgang von monochromatischem Licht durch ein Prisma: Newton stellte rotes Glas in den Weg des Sonnenstrahls, hinter dem er monochromatisches Licht (rot) empfing, dann ein Prisma und beobachtete auf dem Bildschirm nur einen roten Fleck des Lichtstrahls. Erfahrung in der Synthese (Gewinnung) von weißem Licht: Zunächst richtete Newton den Sonnenstrahl auf ein Prisma. Nachdem Newton die aus dem Prisma austretenden farbigen Strahlen mit Hilfe einer Sammellinse gesammelt hatte, erhielt er anstelle eines farbigen Streifens ein weißes Bild eines Lochs in einer weißen Wand. Newtons Schlussfolgerungen:- das Prisma verändert das Licht nicht, sondern zerlegt es nur in Bestandteile - Lichtstrahlen unterschiedlicher Farbe unterscheiden sich im Brechungsgrad; Violette Strahlen werden am stärksten gebrochen, rotes Licht wird weniger stark gebrochen – rotes Licht, das weniger gebrochen ist, hat die höchste Geschwindigkeit und violettes Licht die niedrigste, daher zerlegt das Prisma das Licht. Die Abhängigkeit des Brechungsindex des Lichts von seiner Farbe wird als Dispersion bezeichnet.

Schlussfolgerungen:- Ein Prisma zerlegt Licht. - Weißes Licht ist komplex (zusammengesetzt). - Violette Strahlen werden stärker gebrochen als rote. Die Farbe eines Lichtstrahls wird durch seine Schwingungsfrequenz bestimmt. Beim Übergang von einem Medium zum anderen ändern sich Lichtgeschwindigkeit und Wellenlänge, die Frequenz, die die Farbe bestimmt, bleibt jedoch konstant. Die Grenzen der Bereiche des weißen Lichts und seiner Komponenten werden üblicherweise durch ihre Wellenlängen im Vakuum charakterisiert. Weißes Licht ist eine Sammlung von Wellenlängen von 380 bis 760 nm.

Ticket 77.

Lichtabsorption. Bouguers Gesetz

Die Absorption von Licht in einem Stoff ist mit der Umwandlung der Energie des elektromagnetischen Feldes der Welle in die thermische Energie des Stoffes (bzw. in die Energie der sekundären Photolumineszenzstrahlung) verbunden. Das Lichtabsorptionsgesetz (Bouguer-Gesetz) hat die Form:

Ich=ich 0 exp(- X),(1)

Wo ICH 0 , ICH- Eingangslichtintensität (x=0) und aus der mittleren Schichtdicke austreten X, - Absorptionskoeffizient, es kommt darauf an .

Für Dielektrika  =10 -1  10 -5 M -1 , für Metalle =10 5  10 7 M -1 , Daher sind Metalle lichtundurchlässig.

Abhängigkeit  ( ) erklärt die Färbung absorbierender Körper. Glas, das beispielsweise wenig rotes Licht absorbiert, erscheint rot, wenn es mit weißem Licht beleuchtet wird.

Streuung von Licht. Rayleighs Gesetz

Lichtbeugung kann in einem optisch inhomogenen Medium auftreten, beispielsweise in einem trüben Medium (Rauch, Nebel, staubige Luft usw.). Durch die Beugung an Inhomogenitäten des Mediums erzeugen Lichtwellen ein Beugungsmuster, das durch eine ziemlich gleichmäßige Intensitätsverteilung in alle Richtungen gekennzeichnet ist.

Eine solche Beugung an kleinen Inhomogenitäten nennt man Streuung von Licht.

Dieses Phänomen wird beobachtet, wenn ein schmaler Sonnenstrahl durch staubige Luft dringt, an Staubpartikeln gestreut wird und sichtbar wird.

Wenn die Abmessungen der Inhomogenitäten klein im Vergleich zur Wellenlänge sind (nicht mehr als 0,1  ), dann ist die Streulichtintensität umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge, d.h.

ICH Rass ~ 1/  4 , (2)

Diese Beziehung wird Rayleigh-Gesetz genannt.

Lichtstreuung wird auch in reinen Medien beobachtet, die keine Fremdpartikel enthalten. Beispielsweise kann es zu Schwankungen (zufälligen Abweichungen) der Dichte, Anisotropie oder Konzentration kommen. Eine solche Streuung wird molekular genannt. Es erklärt zum Beispiel die blaue Farbe des Himmels. Tatsächlich werden nach (2) blaue und blaue Strahlen stärker gestreut als rote und gelbe, weil haben eine kürzere Wellenlänge und verursachen dadurch die blaue Farbe des Himmels.

Ticket 78.

Lichtpolarisation- eine Reihe von Phänomenen der Wellenoptik, in denen sich die transversale Natur elektromagnetischer Lichtwellen manifestiert. Transversalwelle- Teilchen des Mediums schwingen in Richtungen senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung ( Abb.1).

Abb.1 Transversalwelle

elektromagnetische Lichtwelle Ebene polarisiert(lineare Polarisation), wenn die Schwingungsrichtungen der Vektoren E und B streng festgelegt sind und in bestimmten Ebenen liegen ( Abb.1). Man spricht von einer eben polarisierten Lichtwelle Ebene polarisiert(linear polarisiertes) Licht. nicht polarisiert(natürliche) Welle – eine elektromagnetische Lichtwelle, bei der die Schwingungsrichtungen der Vektoren E und B in dieser Welle in beliebigen Ebenen senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor v liegen können. unpolarisiertes Licht- Lichtwellen, bei denen sich die Schwingungsrichtungen der Vektoren E und B zufällig ändern, sodass alle Schwingungsrichtungen in Ebenen senkrecht zum Wellenausbreitungsstrahl gleich wahrscheinlich sind ( Abb.2).

Abb.2 unpolarisiertes Licht

polarisierte Wellen- bei dem die Richtungen der Vektoren E und B im Raum unverändert bleiben oder sich nach einem bestimmten Gesetz ändern. Strahlung, bei der sich die Richtung des Vektors E zufällig ändert - unpolarisiert. Ein Beispiel für eine solche Strahlung kann Wärmestrahlung (zufällig verteilte Atome und Elektronen) sein. Polarisationsebene- Dies ist eine Ebene senkrecht zur Schwingungsrichtung des Vektors E. Der Hauptmechanismus für das Auftreten polarisierter Strahlung ist die Streuung der Strahlung durch Elektronen, Atome, Moleküle und Staubpartikel.

1.2. Arten der Polarisation Es gibt drei Arten der Polarisation. Definieren wir sie. 1. Linear Tritt auf, wenn der elektrische Vektor E seine Position im Raum behält. Es hebt sozusagen die Ebene hervor, in der der Vektor E schwingt. 2. Rundschreiben Dies ist die Polarisation, die auftritt, wenn sich der elektrische Vektor E mit einer Winkelgeschwindigkeit gleich der Kreisfrequenz der Welle um die Ausbreitungsrichtung der Welle dreht und gleichzeitig seinen Absolutwert behält. Diese Polarisation charakterisiert die Drehrichtung des Vektors E in der Ebene senkrecht zur Sichtlinie. Ein Beispiel ist die Zyklotronstrahlung (ein System von Elektronen, die in einem Magnetfeld rotieren). 3. Elliptisch Tritt auf, wenn sich der Betrag des elektrischen Vektors E so ändert, dass er eine Ellipse beschreibt (Rotation des Vektors E). Die elliptische und zirkulare Polarisation ist rechts (die Drehung des Vektors E erfolgt im Uhrzeigersinn, wenn Sie in Richtung der sich ausbreitenden Welle schauen) und links (die Drehung des Vektors E erfolgt gegen den Uhrzeigersinn, wenn Sie in Richtung der sich ausbreitenden Welle schauen).

Tatsächlich am häufigsten teilweise Polarisation (teilweise polarisierte elektromagnetische Wellen). Quantitativ wird es durch eine bestimmte Menge charakterisiert Grad der Polarisation R, was definiert ist als: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin) Wo Imax,ich bin dabei- die höchste und niedrigste elektromagnetische Energieflussdichte durch den Analysator (Polaroid, Nicol-Prisma…). In der Praxis wird die Strahlungspolarisation häufig durch Stokes-Parameter beschrieben (es werden Strahlungsflüsse mit einer bestimmten Polarisationsrichtung bestimmt).

Ticket 79.

Fällt natürliches Licht auf die Grenzfläche zwischen zwei Dielektrika (z. B. Luft und Glas), wird ein Teil davon reflektiert, ein Teil gebrochen und breitet sich im zweiten Medium aus. Indem wir einen Analysator (z. B. Turmalin) im Weg der reflektierten und gebrochenen Strahlen platzieren, stellen wir sicher, dass die reflektierten und gebrochenen Strahlen teilweise polarisiert sind: Wenn der Analysator um die Strahlen gedreht wird, nimmt die Lichtintensität periodisch zu und ab ( ein vollständiges Aussterben wird nicht beobachtet!). Weitere Untersuchungen zeigten, dass im reflektierten Strahl Schwingungen senkrecht zur Einfallsebene vorherrschen (in Abb. 275 sind sie durch Punkte gekennzeichnet), im gebrochenen Strahl Schwingungen parallel zur Einfallsebene (dargestellt durch Pfeile).

Der Polarisationsgrad (der Grad der Trennung von Lichtwellen bei einer bestimmten Ausrichtung des elektrischen (und magnetischen) Vektors) hängt vom Einfallswinkel der Strahlen und dem Brechungsindex ab. Schottischer Physiker D. Brewster(1781-1868) gegründet Gesetz, wonach im Einfallswinkel ich B (Brewster-Winkel), definiert durch die Beziehung

(N 21 - Brechungsindex des zweiten Mediums relativ zum ersten), Der reflektierte Strahl ist planpolarisiert(enthält nur Schwingungen senkrecht zur Einfallsebene) (Abb. 276). Der gebrochene Strahl im Einfallswinkelich B maximal polarisiert, aber nicht vollständig.

Trifft Licht im Brewster-Winkel auf die Grenzfläche, so entstehen die reflektierten und gebrochenen Strahlen zueinander senkrecht(tg ich B=Sünde ich B/cos ich B, N 21 = Sünde ich B / Sünde ich 2 (ich 2 - Brechungswinkel), daher cos ich B=Sünde ich 2). Somit, ich B + ich 2 =  /2, aber ich’ B= ich B (Gesetz der Reflexion), also ich’ B+ ich 2 =  /2.

Der Grad der Polarisation von reflektiertem und gebrochenem Licht bei verschiedenen Einfallswinkeln lässt sich aus den Maxwellschen Gleichungen berechnen, wenn man die Randbedingungen für das elektromagnetische Feld an der Grenzfläche zwischen zwei isotropen Dielektrika (den sogenannten) berücksichtigt Fresnel-Formeln).

Der Polarisationsgrad des gebrochenen Lichts kann deutlich erhöht werden (durch wiederholte Brechung, sofern das Licht jedes Mal im Brewster-Winkel auf die Grenzfläche fällt). Wenn zum Beispiel für Glas ( n= 1.53) beträgt der Polarisationsgrad des gebrochenen Strahls 15 %, dann ist das aus einem solchen System austretende Licht nach der Brechung durch 8–10 übereinanderliegende Glasplatten fast vollständig polarisiert. Dieser Plattensatz heißt Fuß. Mit dem Fuß lässt sich polarisiertes Licht sowohl in seiner Reflexion als auch in seiner Brechung analysieren.

Ticket 79 (für Stich)

Wie die Erfahrung zeigt, erweist sich bei der Brechung und Reflexion von Licht das gebrochene und reflektierte Licht als polarisiert und die Reflexion. Licht kann jedoch bei einem bestimmten Einfallswinkel vollständig polarisiert sein Licht ist immer teilweise polarisiert. Basierend auf Frinels Formeln kann gezeigt werden, dass es reflektiert. Licht wird in einer Ebene senkrecht zur Einfallsebene polarisiert und gebrochen. Das Licht ist in einer Ebene parallel zur Einfallsebene polarisiert.

Der Einfallswinkel, bei dem die Reflexion erfolgt Licht vollständig polarisiert ist, wird Brewster-Winkel genannt. Der Brewster-Winkel wird aus dem Brewster-Gesetz bestimmt: -Brewster-Gesetz. In diesem Fall der Winkel zwischen Reflexion. und brechen. Die Strahlen sind gleich. Für ein Luft-Glas-System ist der Brewster-Winkel gleich. Um eine gute Polarisation zu erhalten, d. h. Bei der Lichtbrechung entstehen viele gebrochene Flächen, die Stoletovs Fuß genannt werden.

Ticket 80.

Die Erfahrung zeigt, dass bei der Wechselwirkung von Licht mit Materie die Hauptwirkung (physiologisch, fotochemisch, fotoelektrisch usw.) durch Schwingungen des Vektors verursacht wird, der in diesem Zusammenhang manchmal als Lichtvektor bezeichnet wird. Um die Muster der Lichtpolarisation zu beschreiben, wird daher das Verhalten des Vektors überwacht.

Die durch die Vektoren gebildete Ebene wird Polarisationsebene genannt.

Wenn die Vektorschwingungen in einer festen Ebene auftreten, wird dieses Licht (Strahl) als linear polarisiert bezeichnet. Es wird willkürlich wie folgt bezeichnet. Wenn der Strahl in einer senkrechten Ebene (in der Ebene) polarisiert ist xz, siehe Abb. 2 in der zweiten Vorlesung), dann wird es bezeichnet.

Natürliches Licht (von gewöhnlichen Quellen, der Sonne) besteht aus Wellen mit unterschiedlichen, zufällig verteilten Polarisationsebenen (siehe Abb. 3).

Als natürliches Licht wird üblicherweise manchmal auch natürliches Licht bezeichnet. Es wird auch als nicht polarisiert bezeichnet.

Wenn sich während der Ausbreitung der Welle der Vektor dreht und gleichzeitig das Ende des Vektors einen Kreis beschreibt, dann wird solches Licht als zirkular polarisiert bezeichnet und die Polarisation ist kreisförmig oder zirkular (rechts oder links). Es gibt auch elliptische Polarisation.

Es gibt optische Geräte (Filme, Platten usw.) - Polarisatoren, die linear polarisiertes Licht oder teilweise polarisiertes Licht aus natürlichem Licht aussenden.

Polarisatoren werden zur Analyse der Polarisation von Licht verwendet Analysatoren.

Die Ebene des Polarisators (oder Analysators) ist die Polarisationsebene des vom Polarisator (oder Analysator) durchgelassenen Lichts.

Ein Polarisator (oder Analysator) soll mit linear polarisiertem Licht mit einer Amplitude einfallen E 0 . Die Amplitude des durchgelassenen Lichts beträgt E=E 0 weil J und die Intensität Ich=ich 0 weil 2 J.

Diese Formel drückt aus Malus-Gesetz:

Die Intensität des linear polarisierten Lichts, das den Analysator passiert, ist proportional zum Quadrat des Kosinus des Winkels J zwischen der Schwingungsebene des einfallenden Lichts und der Ebene des Analysators.

Ticket 80 (für Sporen)

Polarisatoren sind Geräte, die es ermöglichen, polarisiertes Licht zu erhalten. Analysatoren sind Geräte, mit denen man analysieren kann, ob Licht polarisiert ist oder nicht. Strukturell sind ein Polarisator und ein Analysator gleich. Dann sind alle Richtungen des Vektors E gleich wahrscheinlich. Jede Der Vektor kann in zwei zueinander senkrechte Komponenten zerlegt werden: Eine davon verläuft parallel zur Polarisationsebene des Polarisators und die andere senkrecht dazu.

Offensichtlich ist die Intensität des Lichts, das den Polarisator verlässt, gleich. Bezeichnen wir die Intensität des Lichts, das den Polarisator verlässt, mit (). Wenn ein Analysator auf dem Weg des Polarisators platziert wird, bildet dessen Hauptebene einen Winkel mit die Hauptebene des Polarisators, dann wird die Intensität des den Analysator verlassenden Lichts durch das Gesetz bestimmt.

Ticket 81.

Der sowjetische Physiker P. A. Cherenkov untersuchte die Lumineszenz einer Lösung von Uransalzen unter Einwirkung von Radiumstrahlen und machte darauf aufmerksam, dass das Wasser selbst leuchtet, in dem sich keine Uransalze befinden. Es stellte sich heraus, dass, wenn Strahlen (siehe Gammastrahlung) durch reine Flüssigkeiten geleitet werden, diese alle zu leuchten beginnen. S. I. Vavilov, unter dessen Leitung P. A. Cherenkov arbeitete, stellte die Hypothese auf, dass das Leuchten mit der Bewegung von Elektronen zusammenhängt, die durch Radiumquanten aus Atomen herausgeschlagen werden. Tatsächlich hing das Leuchten stark von der Richtung des Magnetfelds in der Flüssigkeit ab (was darauf hindeutet, dass es durch die Bewegung von Elektronen verursacht wurde).

Aber warum emittieren Elektronen, die sich in einer Flüssigkeit bewegen, Licht? Die richtige Antwort auf diese Frage gaben 1937 die sowjetischen Physiker I. E. Tamm und I. M. Frank.

Ein Elektron, das sich in einer Substanz bewegt, interagiert mit den umgebenden Atomen. Unter der Wirkung seines elektrischen Feldes werden Atomelektronen und Atomkerne in entgegengesetzte Richtungen verschoben – das Medium wird polarisiert. Die Atome des Mediums, die sich entlang der Flugbahn des Elektrons befinden, werden polarisiert und kehren dann in den Ausgangszustand zurück. Sie senden elektromagnetische Lichtwellen aus. Wenn die Elektronengeschwindigkeit v kleiner ist als die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts im Medium (- Brechungsindex), dann überholt das elektromagnetische Feld das Elektron und die Substanz hat Zeit, sich vor dem Elektron im Raum zu polarisieren. Die Polarisation des Mediums vor und hinter dem Elektron ist entgegengesetzt gerichtet, und die Strahlungen entgegengesetzt polarisierter Atome „addieren“ sich gegenseitig „auslöschen“. Wenn die Atome, die das Elektron noch nicht erreicht hat, keine Zeit zum Polarisieren haben und Strahlung auftritt, die entlang einer schmalen konischen Schicht gerichtet ist, deren Scheitelpunkt mit dem sich bewegenden Elektron zusammenfällt, und einem Winkel am Scheitelpunkt c. Das Aussehen eines Lichtkegels und der Strahlungszustand können aus den allgemeinen Prinzipien der Wellenausbreitung ermittelt werden.

Reis. 1. Mechanismus der Wellenfrontbildung

Lassen Sie ein Elektron sich entlang der Achse OE (siehe Abb. 1) eines sehr schmalen leeren Kanals in einer homogenen transparenten Substanz mit einem Brechungsindex bewegen (ein leerer Kanal wird benötigt, um Kollisionen eines Elektrons mit Atomen in a nicht zu berücksichtigen theoretische Betrachtung). Jeder Punkt auf der OE-Linie, der nacheinander von einem Elektron besetzt wird, ist das Zentrum der Lichtemission. Wellen, die von aufeinanderfolgenden Punkten O, D, E ausgehen, interferieren miteinander und werden verstärkt, wenn die Phasendifferenz zwischen ihnen Null ist (siehe Interferenz). Diese Bedingung ist für die Richtung erfüllt, die mit der Flugbahn des Elektrons einen Winkel von 0 bildet. Winkel 0 wird durch das Verhältnis bestimmt:.

Betrachten Sie tatsächlich zwei Wellen, die von zwei Punkten der Flugbahn – Punkt O und Punkt D, die durch einen Abstand voneinander getrennt sind – in einem Winkel von 0 zur Elektronengeschwindigkeit in die Richtung emittiert werden. Am Punkt B, der auf der Geraden BE liegt, senkrecht zu OB, kommt die erste Welle rechtzeitig zum Punkt F, der auf der Geraden BE liegt, die von dem Punkt ausgesendete Welle zum Zeitpunkt nach der Emission an Welle vom Punkt O. Diese beiden Wellen sind in Phase, d. h. die gerade Linie ist eine Wellenfront, wenn diese Zeiten gleich sind:. Das gibt es als Bedingung der Gleichheit der Zeiten. In allen Richtungen wird das Licht aufgrund der Interferenz von Wellen ausgelöscht, die von Abschnitten der Flugbahn ausgehen, die durch einen Abstand D voneinander getrennt sind. Der Wert von D wird durch eine offensichtliche Gleichung bestimmt, wobei T die Periode der Lichtschwingungen ist. Diese Gleichung hat immer eine Lösung, wenn.

Wenn , dann existiert die Richtung, in der sich die abgestrahlten interferierenden Wellen verstärken, nicht und kann nicht größer als 1 sein.

Reis. 2. Verteilung von Schallwellen und Bildung einer Stoßwelle bei Körperbewegungen

Strahlung wird nur beobachtet, wenn .

Experimentell fliegen Elektronen in einem endlichen Raumwinkel mit einer bestimmten Geschwindigkeitsspreizung, und als Ergebnis breitet sich die Strahlung in einer konischen Schicht nahe der Hauptrichtung aus, die durch den Winkel bestimmt wird.

Bei unserer Betrachtung haben wir die Abbremsung des Elektrons vernachlässigt. Dies ist durchaus akzeptabel, da die Verluste durch Wawilow-Tscherenkow-Strahlung gering sind und wir in erster Näherung davon ausgehen können, dass der Energieverlust des Elektrons seine Geschwindigkeit nicht beeinflusst und es sich gleichmäßig bewegt. Dies ist der grundlegende Unterschied und die Ungewöhnlichkeit der Vavilov-Cherenkov-Strahlung. Normalerweise strahlen Ladungen ab und erfahren eine erhebliche Beschleunigung.

Ein Elektron, das seinem eigenen Licht davonläuft, ist wie ein Flugzeug, das mit einer Geschwindigkeit fliegt, die größer als die Schallgeschwindigkeit ist. Auch in diesem Fall breitet sich eine kegelförmige Stoßwelle vor dem Flugzeug aus (siehe Abb. 2).

Anwendungsgebiete der Refraktometrie.

Das Gerät und Funktionsprinzip des IRF-22-Refraktometers.

Das Konzept des Brechungsindex.

Planen

Refraktometrie. Eigenschaften und Wesen der Methode.

Um Substanzen zu identifizieren und ihre Reinheit zu überprüfen, verwenden Sie

Refraktor.

Brechungsindex einer Substanz- ein Wert, der dem Verhältnis der Phasengeschwindigkeiten von Licht (elektromagnetischen Wellen) im Vakuum und im sichtbaren Medium entspricht.

Der Brechungsindex hängt von den Eigenschaften des Stoffes und der Wellenlänge ab

elektromagnetische Strahlung. Das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels relativ zu

die Normale zur Brechungsebene (α) des Strahls zum Sinus des Brechungswinkels

Die Brechung (β) beim Übergang des Strahls vom Medium A zum Medium B wird als relativer Brechungsindex für dieses Medienpaar bezeichnet.

Der Wert n ist der relative Brechungsindex des Mediums B gemäß

in Bezug auf Umgebung A und

Der relative Brechungsindex des Mediums A in Bezug auf

Der Brechungsindex eines Strahls, der aus einem Airless-Gerät auf ein Medium einfällt

Der Raum wird als absoluter Brechungsindex oder bezeichnet

einfach der Brechungsindex eines bestimmten Mediums (Tabelle 1).

Tabelle 1 – Brechungsindizes verschiedener Medien

Flüssigkeiten haben einen Brechungsindex im Bereich von 1,2–1,9. Solide

Stoffe 1,3-4,0. Für einige Mineralien gibt es keinen genauen Indikatorwert

zur Brechung. Sein Wert liegt in einer bestimmten „Gabel“ und wird bestimmt

aufgrund des Vorhandenseins von Verunreinigungen in der Kristallstruktur, die die Farbe bestimmen

Kristall.

Die Identifizierung des Minerals anhand der „Farbe“ ist schwierig. Das Mineral Korund liegt also in den Formen Rubin, Saphir und Leukosaphir vor

Brechungsindex und Farbe. Rote Korunde werden Rubine genannt

(Chrombeimischung), farblos blau, hellblau, rosa, gelb, grün,

violett - Saphire (Verunreinigungen von Kobalt, Titan usw.). Hell gefärbt

Neue Saphire oder farbloser Korund werden allgemein als Leukosaphir bezeichnet

wird in der Optik als Lichtfilter verwendet). Der Brechungsindex dieser Kristalle

Stall liegt im Bereich von 1,757-1,778 und ist die Grundlage für die Identifizierung

Abbildung 3.1 – Rubin Abbildung 3.2 – Saphirblau

Auch organische und anorganische Flüssigkeiten weisen charakteristische Brechungsindexwerte auf, die sie als chemisch charakterisieren

neue Verbindungen und die Qualität ihrer Synthese (Tabelle 2):

Tabelle 2 – Brechungsindizes einiger Flüssigkeiten bei 20 °C

4.2. Refraktometrie: Konzept, Prinzip.

Methode zur Untersuchung von Stoffen basierend auf der Bestimmung des Indikators

(Koeffizient) der Brechung (Refraktion) heißt Refraktometrie (von

lat. refractus – gebrochen und griechisch. metreo - ich messe). Refraktometrie

(refraktometrische Methode) wird zur Identifizierung von Chemikalien verwendet

Verbindungen, quantitative und strukturelle Analyse, Bestimmung physikalischer

chemische Parameter von Stoffen. Refraktometrie-Prinzip umgesetzt

in Abbe-Refraktometern, dargestellt in Abbildung 1.

Abbildung 1 – Das Prinzip der Refraktometrie

Der Abbe-Prismenblock besteht aus zwei rechteckigen Prismen: Beleuchtung

Körper und Messung, gefaltet durch Hypotenusenflächen. Illuminator-

Das Prisma hat eine raue (matte) Hypotenusenfläche und ist vorgesehen

chena zum Beleuchten einer flüssigen Probe, die zwischen den Prismen platziert ist.

Streulicht durchdringt eine planparallele Schicht der untersuchten Flüssigkeit und fällt in der Flüssigkeit gebrochen auf das Messprisma. Das Messprisma besteht aus optisch dichtem Glas (schwerer Flint) und hat einen Brechungsindex größer 1,7. Aus diesem Grund misst das Abbe-Refraktometer n-Werte kleiner als 1,7. Eine Vergrößerung des Messbereichs des Brechungsindex kann nur durch einen Wechsel des Messprismas erreicht werden.

Die Prüfprobe wird auf die Hypotenusenfläche des Messprismas gegossen und gegen das Beleuchtungsprisma gedrückt. In diesem Fall verbleibt zwischen den Prismen, in denen sich die Probe befindet, und durch hindurch ein Spalt von 0,1–0,2 mm

das durch Brechen von Licht passiert. Zur Messung des Brechungsindex

Nutzen Sie das Phänomen der Totalreflexion. Es besteht darin

nächste.

Wenn die Strahlen 1, 2, 3 auf die Grenzfläche zwischen zwei Medien fallen, dann abhängig davon

Der Einfallswinkel bei der Beobachtung in einem brechenden Medium beträgt

Es wird das Vorhandensein eines Übergangs von Bereichen unterschiedlicher Beleuchtung beobachtet. Es ist verbunden

wobei ein Teil des Lichts in einem Winkel von ca. 50° auf die Brechungsgrenze einfällt.

Kim auf 90° in Bezug auf die Normale (Strahl 3). (Figur 2).

Abbildung 2 – Bild gebrochener Strahlen

Dieser Teil der Strahlen wird nicht reflektiert und bildet daher ein helleres Objekt.

Brechung. Strahlen mit kleineren Winkeln erfahren und reflektieren

und Brechung. Daher entsteht ein Bereich mit geringerer Beleuchtung. Im Volumen

Die Grenzlinie der Totalreflexion ist auf der Linse sichtbar, die Position

was von den Brechungseigenschaften der Probe abhängt.

Die Eliminierung des Dispersionsphänomens (Färbung der Grenzfläche zwischen zwei Beleuchtungsbereichen in den Farben des Regenbogens durch die Verwendung von komplexem weißem Licht in Abbe-Refraktometern) wird durch den Einsatz zweier Amici-Prismen im Kompensator erreicht, die im montiert sind Fernrohr. Gleichzeitig wird eine Skala in die Linse projiziert (Abbildung 3). Für die Analyse reichen 0,05 ml Flüssigkeit aus.

Abbildung 3 – Blick durch das Okular des Refraktometers. (Die rechte Skala spiegelt wider

Konzentration der gemessenen Komponente in ppm)

Neben der Analyse von Einzelkomponentenproben gibt es auch weitreichende Analysen

Zweikomponentensysteme (wässrige Lösungen, Lösungen von Stoffen, in denen

oder Lösungsmittel). In idealen Zweikomponentensystemen (Form-

ohne Veränderung des Volumens und der Polarisierbarkeit der Komponenten) wird die Abhängigkeit dargestellt

Der Brechungsindex der Zusammensetzung ist nahezu linear, wenn die Zusammensetzung als ausgedrückt wird

Volumenanteile (Prozent)

wobei: n, n1, n2 – Brechungsindizes der Mischung und Komponenten,

V1 und V2 sind die Volumenanteile der Komponenten (V1 + V2 = 1).

Der Einfluss der Temperatur auf den Brechungsindex wird durch zwei bestimmt

Faktoren: eine Änderung der Anzahl flüssiger Partikel pro Volumeneinheit und

Abhängigkeit der Polarisierbarkeit von Molekülen von der Temperatur. Der zweite Faktor wurde

wird erst bei sehr großen Temperaturänderungen signifikant.

Der Temperaturkoeffizient des Brechungsindex ist proportional zum Temperaturkoeffizienten der Dichte. Da sich alle Flüssigkeiten bei Erwärmung ausdehnen, nimmt ihr Brechungsindex mit steigender Temperatur ab. Der Temperaturkoeffizient hängt von der Temperatur der Flüssigkeit ab, kann aber in kleinen Temperaturintervallen als konstant angesehen werden. Aus diesem Grund verfügen die meisten Refraktometer nicht über eine Temperaturregelung, einige Ausführungen verfügen jedoch über eine solche

Wassertemperaturregelung.

Bei kleinen Temperaturunterschieden (10 - 20 °C) ist eine lineare Extrapolation des Brechungsindex mit Temperaturänderungen akzeptabel.

Die genaue Bestimmung des Brechungsindex in weiten Temperaturbereichen erfolgt nach empirischen Formeln der Form:

nt=n0+at+bt2+…

Für die Lösungsrefraktometrie über weite Konzentrationsbereiche

Verwenden Sie Tabellen oder empirische Formeln. Abhängigkeit anzeigen-

Brechungsindex wässriger Lösungen bestimmter Stoffe in Abhängigkeit von der Konzentration

ist nahezu linear und ermöglicht die Bestimmung der Konzentrationen dieser Stoffe in

Wasser in einem breiten Konzentrationsbereich (Abbildung 4) mithilfe der Brechung

tometer.

Abbildung 4 – Brechungsindex einiger wässriger Lösungen

Normalerweise werden n flüssige und feste Körper mit Refraktometern präzise bestimmt

bis 0,0001. Am gebräuchlichsten sind Abbe-Refraktometer (Abbildung 5) mit Prismenblöcken und Dispersionskompensatoren, die es ermöglichen, nD in „weißem“ Licht auf einer Skala oder einem digitalen Anzeigegerät zu bestimmen.

Abbildung 5 – Abbe-Refraktometer (IRF-454; IRF-22)

Labor arbeit

Lichtbrechung. Messung des Brechungsindex einer Flüssigkeit

mit einem Refraktometer

Ziel der Arbeit: Vertiefung der Vorstellungen über das Phänomen der Lichtbrechung; Untersuchung von Methoden zur Messung des Brechungsindex flüssiger Medien; Untersuchung des Funktionsprinzips mit einem Refraktometer.

Ausrüstung: Refraktometer, Salzlösungen, Pipette, weiches Tuch zum Abwischen der optischen Teile von Geräten.

Theorie

Gesetze der Reflexion und Brechung von Licht. Brechungsindex.

An der Grenzfläche zwischen Medien ändert Licht die Richtung seiner Ausbreitung. Ein Teil der Lichtenergie kehrt zum ersten Medium zurück, d.h. Licht wird reflektiert. Ist das zweite Medium transparent, so gelangt unter bestimmten Bedingungen ein Teil des Lichts durch die Grenzfläche zwischen den Medien und ändert dabei in der Regel die Ausbreitungsrichtung. Dieses Phänomen wird Lichtbrechung genannt. (Abb. 1).

Reis. 1. Reflexion und Brechung von Licht an einer ebenen Grenzfläche zwischen zwei Medien.

Die Richtung der reflektierten und gebrochenen Strahlen beim Durchgang des Lichts durch eine ebene Grenzfläche zwischen zwei transparenten Medien wird durch die Gesetze der Lichtreflexion und -brechung bestimmt.

Das Gesetz der Lichtreflexion. Der reflektierte Strahl liegt in derselben Ebene wie der einfallende Strahl und die Normale wird am Einfallspunkt zur Grenzflächenebene wiederhergestellt. Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel
.

Das Gesetz der Lichtbrechung. Der gebrochene Strahl liegt in derselben Ebene wie der einfallende Strahl und die Normale wird am Einfallspunkt zur Grenzflächenebene wiederhergestellt. Das Verhältnis des Sinus zum Einfallswinkel α zum Sinus des Brechungswinkels β Für diese beiden Medien gibt es einen konstanten Wert, den sogenannten relativen Brechungsindex des zweiten Mediums im Verhältnis zum ersten:

Relativer Brechungsindex zwei Medien ist gleich dem Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im ersten Medium v 1 zur Lichtgeschwindigkeit im zweiten Medium v 2:

Wenn Licht vom Vakuum in ein Medium gelangt, dann wird der Brechungsindex des Mediums relativ zum Vakuum als absoluter Brechungsindex dieses Mediums bezeichnet und ist gleich dem Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum Mit zur Lichtgeschwindigkeit in einem gegebenen Medium v:

Absolute Brechungsindizes sind immer größer als eins; für Luft N als Einheit genommen.

Der relative Brechungsindex zweier Medien kann durch ihre absoluten Indizes ausgedrückt werden N 1 Und N 2 :

Bestimmung des Brechungsindex einer Flüssigkeit

Zur schnellen und bequemen Bestimmung des Brechungsindex von Flüssigkeiten gibt es spezielle optische Instrumente – Refraktometer, deren Hauptbestandteil zwei Prismen sind (Abb. 2): Hilfsprismen Usw. 1 und messen Bsp. 2. Die Prüfflüssigkeit wird in den Spalt zwischen den Prismen gegossen.

Bei der Messung von Indikatoren können zwei Methoden verwendet werden: die Streiflichtmethode (für transparente Flüssigkeiten) und die Methode der Totalreflexion (für dunkle, trübe und farbige Lösungen). In dieser Arbeit wird die erste davon verwendet.

Bei der Streiflichtmethode dringt Licht von einer externen Quelle durch das Gesicht AB Prismen Bsp. 1, verteilt sich auf seiner matten Oberfläche Wechselstrom und dann dringt die untersuchte Flüssigkeit durch die Schicht in das Prisma ein Bsp. 2. Die matte Oberfläche wird zu einer Strahlenquelle aus allen Richtungen, sodass sie durch das Gesicht hindurch beobachtet werden kann EF Prismen Bsp. 2. Allerdings ist die Linie Wechselstrom durchschaubar ist EF nur in einem Winkel, der größer als ein bestimmter Grenzminimumwinkel ist ich. Der Wert dieses Winkels hängt eindeutig mit dem Brechungsindex der zwischen den Prismen befindlichen Flüssigkeit zusammen, was zufällig die Hauptidee des Refraktometerdesigns sein wird.

Betrachten Sie den Lichtdurchgang durch ein Gesicht EF unteres Messprisma Bsp. 2. Wie aus Abb. ersichtlich ist. 2 Wenn wir das Doppelte des Lichtbrechungsgesetzes anwenden, können wir zwei Beziehungen erhalten:

(1)

(2)

Wenn man dieses Gleichungssystem löst, kommt man leicht zu dem Schluss, dass der Brechungsindex der Flüssigkeit

(3)

hängt von vier Größen ab: Q, R, R 1 Und ich. Allerdings sind nicht alle von ihnen unabhängig. Zum Beispiel,

R+ S= R , (4)

Wo R - Brechungswinkel eines Prismas Bsp. 2. Darüber hinaus durch die Winkeleinstellung Q der Maximalwert beträgt 90°, aus Gleichung (1) ergibt sich:

(5)

Aber der Maximalwert des Winkels R , wie aus Abb. ersichtlich ist. 2 und die Beziehungen (3) und (4) entsprechen den Mindestwerten der Winkel ich Und R 1 , diese. ich Mindest Und R Mindest .

Somit hängt der Brechungsindex einer Flüssigkeit bei „gleitenden“ Strahlen nur vom Winkel ab ich. In diesem Fall gibt es einen Mindestwert des Winkels ich, wenn der Rand Wechselstrom weiterhin beobachtet, d. h. im Sichtfeld erscheint es spiegelweiß. Bei kleineren Betrachtungswinkeln ist die Kante nicht sichtbar und im Sichtfeld erscheint diese Stelle schwarz. Da das Teleskop des Geräts einen relativ weiten Winkelbereich erfasst, werden gleichzeitig helle und schwarze Bereiche im Sichtfeld beobachtet, deren Grenze dem minimalen Beobachtungswinkel entspricht und eindeutig mit dem Brechungsindex der Flüssigkeit zusammenhängt. Verwendung der endgültigen Berechnungsformel:

(auf dessen Schlussfolgerung wird verzichtet) und einer Reihe von Flüssigkeiten mit bekannten Brechungsindizes ist es möglich, das Gerät zu kalibrieren, d. h. eine Eins-zu-eins-Entsprechung zwischen den Brechungsindizes von Flüssigkeiten und Winkeln herzustellen ich Mindest . Alle oben genannten Formeln werden für Strahlen einer beliebigen Wellenlänge abgeleitet.

Licht unterschiedlicher Wellenlänge wird unter Berücksichtigung der Dispersion des Prismas gebrochen. Wenn das Prisma also mit weißem Licht beleuchtet wird, wird die Grenzfläche aufgrund der Dispersion unscharf und in verschiedenen Farben eingefärbt. Daher verfügt jedes Refraktometer über einen Kompensator, mit dem Sie das Ergebnis der Dispersion eliminieren können. Es kann aus einem oder zwei Direktsichtprismen – Amici-Prismen – bestehen. Jedes Amici-Prisma besteht aus drei Glasprismen mit unterschiedlichen Brechungsindizes und unterschiedlichen Dispersionen, beispielsweise bestehen die äußeren Prismen aus Kronglas und das mittlere Prisma aus Flintglas (Kronglas und Flintglas sind Glasarten). Durch Drehen des Kompensatorprismas mit Hilfe einer speziellen Vorrichtung wird ein scharfes, farbloses Bild der Grenzfläche erreicht, dessen Lage dem Brechungsindexwert für die gelbe Natriumlinie entspricht λ \u003d 5893 Å (Prismen sind so konstruiert, dass Strahlen mit einer Wellenlänge von 5893 Å in ihnen keine Abweichungen erfahren).

Die Strahlen, die den Kompensator passiert haben, gelangen in das Objektiv des Teleskops und gelangen dann durch das Umkehrprisma durch das Okular des Teleskops in das Auge des Beobachters. Der schematische Strahlenverlauf ist in Abb. dargestellt. 3.

Die Skala des Refraktometers ist anhand des Brechungsindex und der Konzentration der Saccharoselösung in Wasser kalibriert und befindet sich in der Brennebene des Okulars.

experimenteller Teil

Aufgabe 1. Überprüfung des Refraktometers.

Richten Sie das Licht mit einem Spiegel auf das Hilfsprisma des Refraktometers. Pipettieren Sie bei angehobenem Hilfsprisma einige Tropfen destilliertes Wasser auf das Messprisma. Durch Absenken des Sekundärprismas erreichen Sie eine optimale Ausleuchtung des Sichtfeldes und stellen das Okular so ein, dass Fadenkreuz und Brechungsindexskala deutlich zu erkennen sind. Durch Drehen der Kamera des Messprismas erhalten Sie die Grenze von Licht und Schatten im Sichtfeld. Durch Drehen des Kompensatorkopfes wird die Verfärbung der Licht- und Schattengrenze beseitigt. Richten Sie die Grenze von Licht und Schatten am Fadenkreuzpunkt aus und messen Sie den Brechungsindex von Wasser N Ismus . Wenn das Refraktometer funktioniert, sollte der Wert für destilliertes Wasser gelten N 0 = 1,333, wenn die Messwerte von diesem Wert abweichen, müssen Sie die Korrektur ermitteln Δn= N Ismus - 1,333, was dann bei der weiteren Arbeit mit dem Refraktometer berücksichtigt werden sollte. Nehmen Sie Korrekturen in Tabelle 1 vor.

Tabelle 1.

	N 0	N Ismus	Δ N
H 2 UM

Aufgabe 2. Bestimmung des Brechungsindex einer Flüssigkeit.

Bestimmen Sie die Brechungsindizes von Lösungen bekannter Konzentration unter Berücksichtigung der gefundenen Korrektur.

Tabelle 2.

C, ungefähr. %	N Ismus	N ist

Zeichnen Sie anhand der erhaltenen Ergebnisse die Abhängigkeit des Brechungsindex von Natriumchloridlösungen von der Konzentration auf. Machen Sie eine Schlussfolgerung über die Abhängigkeit von n von C; Rückschlüsse auf die Genauigkeit von Messungen am Refraktometer ziehen.

Nehmen Sie eine Salzlösung unbekannter Konzentration MIT X , Bestimmen Sie den Brechungsindex und ermitteln Sie die Konzentration der Lösung aus der Grafik.

Reinigen Sie den Arbeitsplatz, wischen Sie die Prismen der Refraktometer vorsichtig mit einem feuchten, sauberen Tuch ab.

Kontrollfragen

Reflexion und Brechung von Licht.

Absolute und relative Brechungsindizes des Mediums.

Das Funktionsprinzip des Refraktometers. Schiebebalkenmethode.

Schematischer Strahlenverlauf in einem Prisma. Warum werden Kompensatorprismen benötigt?

Ausbreitung, Reflexion und Brechung von Licht

Die Natur des Lichts ist elektromagnetisch. Ein Beweis dafür ist das Zusammentreffen der Geschwindigkeiten elektromagnetischer Wellen und Licht im Vakuum.

In einem homogenen Medium breitet sich Licht geradlinig aus. Diese Aussage wird als Gesetz der geradlinigen Ausbreitung von Licht bezeichnet. Ein experimenteller Beweis für dieses Gesetz sind die scharfen Schatten, die punktförmige Lichtquellen erzeugen.

Eine geometrische Linie, die die Ausbreitungsrichtung des Lichts angibt, wird als Lichtstrahl bezeichnet. In einem isotropen Medium werden Lichtstrahlen senkrecht zur Wellenfront gerichtet.

Der Ort der Punkte des Mediums, die in derselben Phase schwingen, wird Wellenoberfläche genannt, und die Menge der Punkte, an denen die Schwingung zu einem bestimmten Zeitpunkt angekommen ist, wird Wellenfront genannt. Je nach Art der Wellenfront werden ebene und sphärische Wellen unterschieden.

Um den Prozess der Lichtausbreitung zu erklären, wird das allgemeine Prinzip der Wellentheorie über die Bewegung der Wellenfront im Raum verwendet, das vom niederländischen Physiker H. Huygens vorgeschlagen wurde. Nach dem Huygens-Prinzip ist jeder Punkt des Mediums, den die Lichtanregung erreicht, das Zentrum kugelförmiger Sekundärwellen, die sich ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Die Oberflächenhülle der Fronten dieser Sekundärwellen gibt die Position der Front der sich tatsächlich ausbreitenden Welle zu diesem Zeitpunkt an.

Es muss zwischen Lichtstrahlen und Lichtstrahlen unterschieden werden. Ein Lichtstrahl ist ein Teil einer Lichtwelle, die Lichtenergie in eine bestimmte Richtung transportiert. Wenn man einen Lichtstrahl durch einen ihn beschreibenden Lichtstrahl ersetzt, muss man davon ausgehen, dass dieser mit der Achse eines ziemlich schmalen, aber endlichen Lichtstrahls (die Abmessungen des Querschnitts sind viel größer als die Wellenlänge) zusammenfällt.

Es gibt divergente, konvergierende und quasiparallele Lichtstrahlen. Häufig werden auch die Begriffe Lichtstrahlenbündel oder einfach Lichtstrahlen verwendet, womit eine Reihe von Lichtstrahlen gemeint ist, die einen realen Lichtstrahl beschreiben.

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c = 3 · 108 m/s ist eine universelle Konstante und hängt nicht von der Frequenz ab. Erstmals wurde die Lichtgeschwindigkeit experimentell mit der astronomischen Methode des dänischen Wissenschaftlers O. Römer bestimmt. A. Michelson hat die Lichtgeschwindigkeit genauer gemessen.

Die Lichtgeschwindigkeit ist in der Materie geringer als im Vakuum. Das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu seiner Geschwindigkeit in einem bestimmten Medium wird als absoluter Brechungsindex des Mediums bezeichnet:

Dabei ist c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und v die Lichtgeschwindigkeit in einem bestimmten Medium. Die absoluten Brechungsindizes aller Stoffe sind größer als eins.

Wenn sich Licht in einem Medium ausbreitet, wird es absorbiert und gestreut und an der Grenzfläche zwischen den Medien reflektiert und gebrochen.

Das Gesetz der Lichtreflexion: Der einfallende Strahl, der reflektierte Strahl und die Senkrechte zur Grenzfläche zwischen zwei Medien, die am Einfallspunkt des Strahls wiederhergestellt wird, liegen in derselben Ebene; der Reflexionswinkel g ist gleich dem Einfallswinkel a (Abb. 1). Dieses Gesetz stimmt mit dem Reflexionsgesetz für Wellen jeglicher Art überein und kann als Folge des Huygens-Prinzips erhalten werden.

Das Gesetz der Lichtbrechung: Der einfallende Strahl, der gebrochene Strahl und die Senkrechte zur Grenzfläche zwischen zwei Medien, die am Einfallspunkt des Strahls wiederhergestellt wird, liegen in derselben Ebene; Das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zum Sinus des Brechungswinkels für eine bestimmte Lichtfrequenz ist ein konstanter Wert, der als relativer Brechungsindex des zweiten Mediums relativ zum ersten bezeichnet wird:

Das experimentell festgestellte Gesetz der Lichtbrechung wird anhand des Huygens-Prinzips erklärt. Nach Wellenkonzepten ist die Brechung eine Folge einer Änderung der Wbeim Übergang von einem Medium in ein anderes, und die physikalische Bedeutung des relativen Brechungsindex ist das Verhältnis der Wim ersten Medium v1 zu die Geschwindigkeit ihrer Ausbreitung im zweiten Medium

Für Medien mit den absoluten Brechungsindizes n1 und n2 ist der relative Brechungsindex des zweiten Mediums relativ zum ersten gleich dem Verhältnis des absoluten Brechungsindex des zweiten Mediums zum absoluten Brechungsindex des ersten Mediums:

Das Medium mit einem höheren Brechungsindex wird als optisch dichter bezeichnet, die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit darin ist geringer. Wenn Licht von einem optisch dichteren Medium in ein optisch weniger dichtes übergeht, sollte der Brechungswinkel bei einem bestimmten Einfallswinkel a0 gleich p/2 werden. Die Intensität des gebrochenen Strahls wird in diesem Fall gleich Null. An der Grenzfläche zwischen zwei Medien einfallendes Licht wird von dieser vollständig reflektiert.

Der Einfallswinkel a0, bei dem die Totalreflexion des Lichts auftritt, wird als Grenzwinkel der Totalreflexion bezeichnet. Bei allen Einfallswinkeln gleich oder größer als a0 kommt es zur Totalreflexion des Lichts.

Der Wert des Grenzwinkels ergibt sich aus der Beziehung Wenn n2 = 1 (Vakuum), dann

2 Der Brechungsindex einer Substanz ist ein Wert, der dem Verhältnis der Phasengeschwindigkeiten von Licht (elektromagnetischen Wellen) im Vakuum und in einem bestimmten Medium entspricht. Sie sprechen auch über den Brechungsindex für alle anderen Wellen, zum Beispiel Schall

Der Brechungsindex hängt von den Eigenschaften des Stoffes und der Wellenlänge der Strahlung ab, bei manchen Stoffen ändert sich der Brechungsindex recht stark, wenn sich die Frequenz elektromagnetischer Wellen von niedrigen Frequenzen zu optischen und darüber hinaus ändert, und kann sich in bestimmten Fällen auch noch stärker ändern Bereiche der Frequenzskala. Der Standardwert ist normalerweise der optische Bereich oder der durch den Kontext bestimmte Bereich.

Es gibt optisch anisotrope Stoffe, bei denen der Brechungsindex von der Richtung und Polarisation des Lichts abhängt. Solche Stoffe kommen recht häufig vor, insbesondere handelt es sich hierbei um alle Kristalle mit ausreichend geringer Symmetrie des Kristallgitters sowie um Stoffe, die einer mechanischen Verformung ausgesetzt sind.

Der Brechungsindex kann als Wurzel aus dem Produkt der magnetischen und Permittivitäten des Mediums ausgedrückt werden

(Es muss berücksichtigt werden, dass die Werte der magnetischen Permeabilität und des absoluten Permittivitätsindex für den interessierenden Frequenzbereich – beispielsweise den optischen – stark vom statischen Wert dieser Werte abweichen können.)

Zur Messung des Brechungsindex werden manuelle und automatische Refraktometer verwendet. Wenn ein Refraktometer zur Bestimmung der Zuckerkonzentration in einer wässrigen Lösung verwendet wird, wird das Gerät als Saccharimeter bezeichnet.

Das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels () des Strahls zum Sinus des Brechungswinkels () beim Übergang des Strahls vom Medium A zum Medium B wird als relativer Brechungsindex für dieses Medienpaar bezeichnet.

Die Größe n ist der relative Brechungsindex des Mediums B gegenüber dem Medium A, an" = 1/n ist der relative Brechungsindex des Mediums A gegenüber dem Medium B.

Dieser Wert ist ceteris paribus normalerweise kleiner als eins, wenn der Strahl von einem dichteren Medium in ein weniger dichtes Medium übergeht, und mehr als eins, wenn der Strahl von einem weniger dichten Medium in ein dichteres Medium übergeht (z. B. von einem Gas oder ...). vom Vakuum in eine Flüssigkeit oder einen Feststoff). Es gibt Ausnahmen von dieser Regel, und daher ist es üblich, ein Medium optisch als mehr oder weniger dicht als ein anderes zu bezeichnen (nicht zu verwechseln mit der optischen Dichte als Maß für die Opazität eines Mediums).

Ein Strahl, der aus einem luftleeren Raum auf die Oberfläche eines Mediums B fällt, wird stärker gebrochen, als wenn er von einem anderen Medium A darauf fällt; Der Brechungsindex eines Strahls, der aus einem luftleeren Raum auf ein Medium einfällt, wird als absoluter Brechungsindex oder einfach als Brechungsindex dieses Mediums bezeichnet. Dies ist der Brechungsindex, dessen Definition am Anfang des Artikels angegeben ist. Der Brechungsindex jedes Gases, einschließlich Luft, ist unter normalen Bedingungen viel geringer als der Brechungsindex von Flüssigkeiten oder Feststoffen. Daher kann der absolute Brechungsindex ungefähr (und mit relativ guter Genauigkeit) anhand des Brechungsindex relativ zu Luft beurteilt werden.

Reis. 3. Das Funktionsprinzip des Interferenzrefraktometers. Ein Lichtstrahl wird so geteilt, dass seine beiden Teile durch Küvetten der Länge l laufen, die mit Substanzen unterschiedlichen Brechungsindex gefüllt sind. Beim Austritt aus der Zelle erhalten die Strahlen einen gewissen Gangunterschied und ergeben beim Zusammenführen auf dem Bildschirm ein Bild von Interferenzmaxima und -minima mit k-Ordnungen (rechts schematisch dargestellt). Der Unterschied in den Brechungsindizes Dn=n2 –n1 =kl/2, wobei l die Wellenlänge des Lichts ist.

Refraktometer sind Geräte zur Messung des Brechungsindex von Substanzen. Das Funktionsprinzip eines Refraktometers basiert auf dem Phänomen der Totalreflexion. Fällt ein gestreuter Lichtstrahl auf die Grenzfläche zweier Medien mit Brechungsindizes und aus einem optisch dichteren Medium, so treten die Strahlen ab einem bestimmten Einfallswinkel nicht in das zweite Medium ein, sondern werden an der Grenzfläche vollständig reflektiert das erste Medium. Dieser Winkel wird als Grenzwinkel der Totalreflexion bezeichnet. Abbildung 1 zeigt das Verhalten der Strahlen, wenn sie in eine bestimmte Strömung dieser Oberfläche fallen. Der Strahl verläuft in einem Grenzwinkel. Aus dem Brechungsgesetz können Sie bestimmen:, (weil).

Der Grenzwinkel hängt vom relativen Brechungsindex der beiden Medien ab. Wenn die von der Oberfläche reflektierten Strahlen auf eine Sammellinse gerichtet werden, kann man in der Brennebene der Linse die Grenze von Licht und Halbschatten sehen, und die Position dieser Grenze hängt vom Wert des Grenzwinkels und damit ab , auf dem Brechungsindex. Eine Änderung des Brechungsindex eines der Medien führt zu einer Änderung der Position der Grenzfläche. Die Grenze zwischen Licht und Schatten kann als Indikator zur Bestimmung des Brechungsindex dienen, der in Refraktometern verwendet wird. Diese Methode zur Bestimmung des Brechungsindex wird als Totalreflexionsmethode bezeichnet.

Refraktometer nutzen zusätzlich zur Totalreflexion die Methode des streifenden Strahls. Bei dieser Methode trifft ein gestreuter Lichtstrahl aus einem optisch weniger dichten Medium in allen möglichen Winkeln auf die Grenze (Abb. 2). Der entlang der Oberfläche gleitende Strahl () entspricht - dem Grenzbrechungswinkel (Strahl in Abb. 2). Wenn wir eine Linse in den Strahlengang der an der Oberfläche gebrochenen Strahlen () bringen, dann sehen wir in der Brennebene der Linse auch eine scharfe Grenze zwischen Licht und Schatten.

Reis. 2

Da die Bedingungen, die den Wert des Grenzwinkels bestimmen, bei beiden Methoden gleich sind, ist die Lage der Grenzfläche dieselbe. Beide Methoden sind gleichwertig, mit der Totalreflexionsmethode können Sie jedoch den Brechungsindex undurchsichtiger Substanzen messen

Der Strahlengang in einem dreieckigen Prisma

Abbildung 9 zeigt einen Ausschnitt eines Glasprismas mit einer Ebene senkrecht zu seinen Seitenkanten. Der Strahl im Prisma weicht zur Basis ab und wird an den Flächen OA und 0B gebrochen. Der Winkel j zwischen diesen Flächen wird Brechungswinkel des Prismas genannt. Der Ablenkwinkel q des Strahls hängt vom Brechungswinkel des Prismas j, dem Brechungsindex n des Prismenmaterials und dem Einfallswinkel a ab. Sie kann mit dem Brechungsgesetz (1.4) berechnet werden.

Das Refraktometer verwendet eine weiße Lichtquelle 3. Aufgrund der Streuung beim Durchgang des Lichts durch die Prismen 1 und 2 ist die Grenze zwischen Licht und Schatten farbig. Um dies zu vermeiden, wird vor der Teleskoplinse ein Kompensator 4 angebracht. Er besteht aus zwei identischen Prismen, die jeweils aus drei Prismen mit unterschiedlichem Brechungsindex zusammengeklebt sind. Prismen werden so ausgewählt, dass ein monochromatischer Strahl mit einer Wellenlänge entsteht = 589,3 µm. (Wellenlänge der gelben Natriumlinie) wurde nach Passieren des Durchbiegungskompensators nicht getestet. Strahlen mit anderen Wellenlängen werden durch Prismen in verschiedene Richtungen abgelenkt. Durch das Bewegen der Kompensatorprismen mit Hilfe eines speziellen Griffs wird die Grenze zwischen Hell und Dunkelheit so deutlich wie möglich.

Lichtstrahlen fallen, nachdem sie den Kompensator passiert haben, in die Linse 6 des Teleskops. Das Bild der Licht-Schatten-Grenzfläche wird durch das Okular 7 des Teleskops betrachtet. Gleichzeitig betrachtet man durch das Okular die Skala 8. Da der Grenzbrechungswinkel und der Grenzwinkel der Totalreflexion vom Brechungsindex der Flüssigkeit abhängen, werden die Werte dieses Brechungsindex sofort auf der Skala aufgetragen Skala des Refraktometers.

Das optische System des Refraktometers enthält außerdem ein Drehprisma 5. Damit können Sie die Achse des Teleskops senkrecht zu den Prismen 1 und 2 positionieren, was die Beobachtung komfortabler macht.