Fysiikan laeilla on erittäin tärkeä rooli suoritettaessa laskelmia tietyn strategian suunnittelusta minkä tahansa tuotteen tuotantoa varten tai laadittaessa projektia rakenteiden rakentamiseksi eri tarkoituksiin. Monet arvot lasketaan, joten mittaukset ja laskelmat tehdään ennen suunnittelutyön aloittamista. Esimerkiksi lasin taitekerroin on yhtä suuri kuin tulokulman sinin suhde taitekulman siniin.

Joten ensin suoritetaan kulmien mittausprosessi, sitten lasketaan niiden sini, ja vasta sitten saat halutun arvon. Taulukkotietojen saatavuudesta huolimatta kannattaa tehdä lisälaskelmia joka kerta, koska hakuteoksissa käytetään usein ihanteellisia olosuhteita, joita on lähes mahdoton saavuttaa tosielämässä. Siksi todellisuudessa indikaattori eroaa välttämättä taulukosta, ja joissakin tilanteissa tämä on olennaisen tärkeää.

Absoluuttinen indikaattori

Absoluuttinen taitekerroin riippuu lasin merkistä, koska käytännössä on olemassa valtava määrä vaihtoehtoja, jotka eroavat koostumuksesta ja läpinäkyvyysasteesta. Keskimäärin se on 1,5 ja vaihtelee tämän arvon ympärillä 0,2 suuntaan tai toiseen. Harvinaisissa tapauksissa tästä luvusta voi olla poikkeamia.

Jälleen, jos tarkka indikaattori on tärkeä, lisämittaukset ovat välttämättömiä. Mutta nekään eivät anna 100% luotettavaa tulosta, koska auringon sijainti taivaalla ja pilvisyys mittauspäivänä vaikuttavat lopulliseen arvoon. Onneksi 99,99 %:ssa tapauksista riittää pelkkä tieto, että lasin kaltaisen materiaalin taitekerroin on suurempi kuin yksi ja pienempi kuin kaksi, ja muilla kymmenesosilla ja sadasosilla ei ole merkitystä.

Foorumeilla, jotka auttavat ratkaisemaan fysiikan ongelmia, herää usein kysymys, mikä on lasin ja timantin taitekerroin? Monet ihmiset ajattelevat, että koska nämä kaksi ainetta ovat ulkonäöltään samanlaisia, niiden ominaisuuksien tulisi olla suunnilleen samat. Mutta tämä on harhaa.

Lasin maksimi taitekerroin on noin 1,7, kun taas timantilla tämä luku on 2,42. Tämä jalokivi on yksi harvoista materiaaleista maan päällä, jonka taitekerroin ylittää 2. Tämä johtuu sen kiderakenteesta ja valonsäteiden laajasta leviämisestä. Fasetoinnin rooli taulukon arvon muutoksissa on minimaalinen.

Suhteellinen indikaattori

Joidenkin ympäristöjen suhteellinen indikaattori voidaan luonnehtia seuraavasti:

• - lasin taitekerroin suhteessa veteen on noin 1,18;
• - saman materiaalin taitekerroin suhteessa ilmaan on 1,5;
• - taitekerroin suhteessa alkoholiin - 1.1.

Indikaattorin mittaus ja suhteellisen arvon laskenta suoritetaan tunnetun algoritmin mukaan. Suhteellisen parametrin löytämiseksi sinun on jaettava yksi taulukon arvo toisella. Tai tee kokeellisia laskelmia kahdelle ympäristölle ja jaa sitten saadut tiedot. Tällaisia ​​operaatioita suoritetaan usein fysiikan laboratoriotunneilla.

Taitekertoimen määritys

Lasin taitekertoimen määrittäminen käytännössä on melko vaikeaa, koska lähtötietojen mittaamiseen tarvitaan erittäin tarkkoja instrumentteja. Kaikki virheet lisääntyvät, koska laskennassa käytetään monimutkaisia ​​kaavoja, jotka edellyttävät virheiden puuttumista.

Yleensä tämä kerroin osoittaa, kuinka monta kertaa valonsäteiden etenemisnopeus hidastuu tietyn esteen ohittaessa. Siksi se on tyypillistä vain läpinäkyville materiaaleille. Viitearvoksi eli yksiköksi otetaan kaasujen taitekerroin. Tämä tehtiin, jotta laskelmissa voitaisiin aloittaa jostain arvosta.

Jos auringonsäde putoaa lasipinnalle, jonka taitekerroin on yhtä suuri kuin taulukon arvo, sitä voidaan muuttaa useilla tavoilla:

• 1. Liimaa päälle kalvo, jonka taitekerroin on suurempi kuin lasin. Tätä periaatetta käytetään auton ikkunoiden sävytyksessä parantamaan matkustajan mukavuutta ja antamaan kuljettajalle mahdollisuus nähdä tie selkeämmin. Lisäksi kalvo estää ultraviolettisäteilyä.
• 2. Maalaa lasi maalilla. Näin halpojen aurinkolasien valmistajat tekevät, mutta muista, että se voi olla haitallista näköllesi. Hyvissä malleissa lasit valmistetaan välittömästi värillisinä erikoistekniikalla.
• 3. Upota lasi nesteeseen. Tästä on hyötyä vain kokeissa.

Jos valonsäde kulkee lasista, lasketaan seuraavan materiaalin taitekerroin suhteellisella kertoimella, joka saadaan vertaamalla taulukkoarvoja toisiinsa. Nämä laskelmat ovat erittäin tärkeitä suunniteltaessa optisia järjestelmiä, jotka kantavat käytännön tai kokeellisen kuorman. Virheet eivät ole sallittuja täällä, koska ne aiheuttavat koko laitteen toimintahäiriön, jolloin kaikki sen mukana saadut tiedot ovat hyödyttömiä.

Valon nopeuden määrittämiseksi lasissa, jolla on taitekerroin, sinun on jaettava tyhjiönopeuden itseisarvo taitekertoimella. Tyhjiötä käytetään vertailuväliaineena, koska taittuminen ei vaikuta siellä, koska siinä ei ole aineita, jotka voisivat häiritä valonsäteiden esteetöntä liikettä tietyllä liikeradalla.

Kaikissa lasketuissa indikaattoreissa nopeus on pienempi kuin vertailuväliaineessa, koska taitekerroin on aina suurempi kuin yksi.

8. luokan fysiikan kurssilla tutustuit valon taittumisen ilmiöön. Nyt tiedät, että valo on tietyn taajuusalueen sähkömagneettisia aaltoja. Valon luonteesta saamasi tiedon perusteella pystyt ymmärtämään taittumisen fyysisen syyn ja selittämään monia muita siihen liittyviä valoilmiöitä.

Riisi. 141. Väliaineesta toiseen siirtyessään säde taittuu, eli se muuttaa etenemissuuntaa

Valon taittumislain mukaan (kuva 141):

• kahden aineen väliseen rajapintaan säteen tulopisteessä tulevat, taittuneet ja kohtisuorassa vedet säteet ovat samassa tasossa; tulokulman sinin suhde taitekulman siniin on vakioarvo näille kahdelle väliaineelle

missä n21 on toisen väliaineen suhteellinen taitekerroin suhteessa ensimmäiseen.

Jos säde siirtyy tyhjiöstä mihin tahansa väliaineeseen, niin

missä n on toisen väliaineen absoluuttinen taitekerroin (tai yksinkertaisesti taitekerroin). Tässä tapauksessa ensimmäinen "ympäristö" on tyhjiö, jonka absoluuttinen indeksi otetaan yhdeksi.

Hollantilainen tiedemies Willebord Snellius löysi valon taittumisen lain empiirisesti vuonna 1621. Laki muotoiltiin optiikkaa käsittelevässä tutkielmassa, joka löydettiin tiedemiehen kirjoista hänen kuolemansa jälkeen.

Snellin löytämisen jälkeen useat tutkijat esittivät hypoteesin, että valon taittuminen johtuu sen nopeuden muutoksesta, kun se kulkee kahden väliaineen rajan läpi. Tämän hypoteesin paikkansapitävyyden vahvistivat teoreettiset todistukset, jotka ranskalainen matemaatikko Pierre Fermat (vuonna 1662) ja hollantilainen fyysikko Christian Huygens (1690) suorittivat itsenäisesti. Eri polkuja pitkin he päätyivät samaan tulokseen, mikä todistaa sen

• tulokulman sinin suhde taitekulman siniin on vakioarvo näille kahdelle väliaineelle, joka on yhtä suuri kuin valonnopeuksien suhde näissä väliaineissa:

(3)

Yhtälöstä (3) seuraa, että jos taitekulma β on pienempi kuin tulokulma a, niin tietyn taajuuden valo toisessa väliaineessa etenee hitaammin kuin ensimmäisessä, eli V 2

Yhtälöön (3) sisältyvien suureiden suhde oli hyvä syy suhteellisen taitekertoimen määritelmän toisenlaisen muotoilun ilmestymiseen:

• toisen väliaineen suhteellinen taitekerroin suhteessa ensimmäiseen on fysikaalinen määrä, joka on yhtä suuri kuin valonnopeuksien suhde näissä väliaineissa:

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

Anna valonsäteen siirtyä tyhjiöstä johonkin väliaineeseen. Korvaamalla v1 yhtälössä (4) valon nopeudella tyhjiössä c ja v 2 valon nopeudella väliaineessa v, saadaan yhtälö (5), joka on absoluuttisen taitekertoimen määritelmä:

• väliaineen absoluuttinen taitekerroin on fysikaalinen suure, joka on yhtä suuri kuin tyhjiössä olevan valon nopeuden suhde valon nopeuteen tietyssä väliaineessa:

Yhtälöiden (4) ja (5) mukaan n 21 osoittaa kuinka monta kertaa valon nopeus muuttuu, kun se siirtyy väliaineesta toiseen, ja n - kun se siirtyy tyhjiöstä väliaineeseen. Tämä on taitekertoimien fyysinen merkitys.

Minkä tahansa aineen absoluuttisen taitekertoimen n arvo on suurempi kuin yksikkö (tämän vahvistavat fysikaalisten hakukirjojen taulukoissa olevat tiedot). Tällöin yhtälön (5) mukaan c/v > 1 ja c > v, eli valon nopeus missä tahansa aineessa on pienempi kuin valon nopeus tyhjiössä.

Antamatta tiukkoja perusteluja (ne ovat monimutkaisia ​​ja hankalia), huomaamme, että syy valon nopeuden laskuun sen siirtyessä tyhjiöstä aineeseen on valoaallon vuorovaikutus atomien ja ainemolekyylien kanssa. Mitä suurempi aineen optinen tiheys on, sitä vahvempi tämä vuorovaikutus, sitä pienempi valon nopeus ja suurempi taitekerroin. Siten valon nopeus väliaineessa ja absoluuttinen taitekerroin määräytyvät tämän väliaineen ominaisuuksien mukaan.

Aineiden taitekertoimien numeeristen arvojen mukaan voidaan verrata niiden optisia tiheyksiä. Esimerkiksi erityyppisten lasien taitekertoimet vaihtelevat välillä 1,470-2,040, kun taas veden taitekerroin on 1,333. Tämä tarkoittaa, että lasi on optisesti tiheämpi väliaine kuin vesi.

Siirrytään kuvaan 142, jonka avulla voimme selittää, miksi kahden väliaineen rajalla nopeuden muuttuessa myös valoaallon etenemissuunta muuttuu.

Riisi. 142. Kun valoaallot siirtyvät ilmasta veteen, valon nopeus pienenee, aallon etuosa ja sen mukana sen nopeus muuttaa suuntaa

Kuvassa valoaalto, joka kulkee ilmasta veteen ja osuu näiden välineiden väliseen rajapintaan kulmassa a. Ilmassa valo etenee nopeudella v 1 ja vedessä hitaammalla nopeudella v 2 .

Aallon piste A saavuttaa rajan ensimmäisenä. Ajan Δt aikana piste B, joka liikkuu ilmassa samalla nopeudella v 1, saavuttaa pisteen B. "Saman ajan piste A, joka liikkuu vedessä pienemmällä nopeudella v 2, kulkee lyhyemmän matkan , saavuttaa vain pisteen A". Tässä tapauksessa vedessä oleva ns. aallonrintama A "B" kiertyy tietyssä kulmassa ilmassa olevan AB-aallon etuosaan nähden. Ja nopeusvektori (joka on aina kohtisuorassa aaltorintamaa vastaan ​​ja osuu yhteen sen etenemissuunnan kanssa) pyörii lähestyen suoraa OO", kohtisuorassa väliaineen rajapintaan nähden. Tässä tapauksessa taitekulma β on pienempi kuin tulokulma α. Näin tapahtuu valon taittuminen.

Kuvasta näkyy myös, että siirryttäessä toiseen väliaineeseen ja käännettäessä aaltorintamaa, myös aallonpituus muuttuu: optisesti tiheämpään väliaineeseen siirtyessään nopeus pienenee, aallonpituus myös pienenee (λ 2< λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.

Kysymyksiä

1. Kumpi kahdesta aineesta on optisesti tiheämpi?
2. Miten taitekertoimet määritetään valonnopeudella väliaineissa?
3. Missä valo kulkee nopeimmin?
4. Mikä on fyysinen syy valon nopeuden alenemiseen, kun se siirtyy tyhjiöstä väliaineeseen tai väliaineesta, jonka optinen tiheys on pienempi, väliaineeseen, jossa on suurempi?
5. Mikä määrittää (eli mistä ne riippuvat) väliaineen absoluuttisen taitekertoimen ja valon nopeuden siinä?
6. Selitä, mitä kuva 142 esittää.

Harjoitus

Tarkastellaanpa tarkemmin 81 §:ssä esittämäämme taitekerrointa muotoiltaessamme taittumislakia.

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

Riisi. 184. Kahden väliaineen suhteellinen taitekerroin:

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

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

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

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

Taulukko 6. Eri aineiden taitekerroin suhteessa ilmaan

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

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

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

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

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

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

Tarkastellaan väliainetta, jolla on positiivinen epälineaarinen taitekerroin. Tässä tapauksessa lisääntyneen valon intensiteetin alueet ovat samanaikaisia ​​​​alueita, joilla on lisääntynyt taitekerroin. Yleensä todellisessa lasersäteilyssä intensiteettijakauma säteen poikkileikkaukselle on epätasainen: intensiteetti on suurin akselin suuntaisesti ja vähenee tasaisesti säteen reunoja kohti, kuten kuvassa 2 näkyy. 185 kiinteää käyrää. Samanlainen jakauma kuvaa myös taitekertoimen muutosta solun poikkileikkauksella epälineaarisella väliaineella, jonka akselia pitkin lasersäde etenee. Taitekerroin, joka on suurin solun akselilla, pienenee vähitellen sen seinämiä kohti (katkoviivakäyrät kuvassa 185).

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

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

Läpinäkyvien kiinteiden aineiden taitekertoimen määritys

Ja nesteitä

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

Tavoite: määrittää lasin ja nesteiden taitekertoimet.

Lasin taitekertoimen määritys mikroskoopilla

Läpinäkyvän kiinteän aineen taitekertoimen määrittämiseksi käytetään tästä materiaalista valmistettua tasasuuntaista levyä, jossa on merkki.

Merkki koostuu kahdesta keskenään kohtisuorasta naarmusta, joista toinen (A) on levitetty levyn pohjalle ja toinen (B) - levyn yläpintaan. Levyä valaistaan ​​monokromaattisella valolla ja sitä tutkitaan mikroskoopilla. Käytössä
riisi. 4.7 esittää poikkileikkauksen tutkitusta levystä pystytasolla.

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

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

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

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

tgi/tgr = AB/BC,

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

Jos kulmat i ja r ovat pieniä, niin

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4.5)

nuo. Sini/Sinr = d/d1.

Ottaen huomioon valon taittumisen lain saamme

D/d1-mittaus tehdään mikroskoopilla.

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

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

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

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

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

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

Työmääräys

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

Taitekerroin

4.7) oli näkökentässä.

2. Pyöritä nostomekanismin kahvaa nostaaksesi putken yläasentoon.

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

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

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

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

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

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

Huomautus a2.

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

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

6. Laske levymateriaalin taitekerroin kaavalla

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

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

Nesteiden taitekertoimen määritys refraktometrillä

Laitteita, joita käytetään taitekertoimien määrittämiseen, kutsutaan refraktometreiksi.

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

Nesteiden taitekertoimen mittaus RL-refraktometrillä perustuu valon taittumisilmiöön, joka on kulkenut kahden eri taitekertoimen omaavan väliaineen rajapinnan läpi.

Valonsäde (kuva.

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

Ylemmän valaistusprisman 3 pinta AA (kuva 1).

4.12, a) on mattapintainen ja valaisee nestettä hajavalolla, joka on kerrostunut ohueksi kerrokseksi prismien 3 ja 4 väliseen rakoon. Mattapinnan 3 siroama valo kulkee tutkittavan nesteen tasossa yhdensuuntaisen kerroksen läpi ja putoaa alemman prisman 4 räjähteen diagonaalipinnalle eri alla
kulmat i vaihtelevat nollasta 90°:een.

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

alle 1540.

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

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

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

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

tai nzh = nstsinrpr, (4.12)

koska sinipr = 1.

Prisman 4 pinnalla BC valonsäteet taittuvat uudelleen ja sitten

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

missä a on prisman 4 taittava säde.

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

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

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

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

Asteikolla 9 (ks

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

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

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

Pyörivä prisma 7 muuttaa säteen kulkua suuntaamalla sen okulaariin.

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

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

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

Kellotaulun on oltava asteikolla. Aikataulu on asennuksen liitteenä.

Työmääräys

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

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

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

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

6. Tutki ehdotettua nestesarjaa ja arvioi mittausvirhe.

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

testikysymykset

Vaihtoehto 1

Määritä väliaineen absoluuttinen ja suhteellinen taitekerroin.

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

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

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

Etsi tämän aineen taitekerroin.

Vastaus: n=2.

Vaihtoehto 2

1. Mikä on täydellisen sisäisen heijastuksen ilmiö?

2. Kuvaa RL-2 refraktometrin rakenne ja toimintaperiaate.

3. Selitä kompensaattorin rooli refraktometrissä.

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

Vastaus: R = 11,3 m.

TAITEKERROIN, tai Taitekerroin, on abstrakti luku, joka kuvaa läpinäkyvän väliaineen taitevoimaa. Taitekerroin merkitään latinalaisella kirjaimella π, ja se määritellään tulokulman sinin ja säteen taitekulman sinin väliseksi suhteeksi tyhjöstä tiettyyn läpinäkyvään väliaineeseen:

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

Taitekerrointa pidetään väliaineen optisen tiheyden mittana

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

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

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

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

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

TAITEKERROIN

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

Joidenkin läpinäkyvien kappaleiden taitekertoimet

Ilma - 1,000292

Vesi - 1 334

Eetteri - 1 358

Etyylialkoholi - 1,363

Glyseriini - 1 473

Orgaaninen lasi (pleksilasi) - 1, 49

Bentseeni - 1,503

(kruunulasi - 1,5163

Kuusi (kanadalainen), balsami 1,54

Raskas kruunulasi - 1, 61 26

Piikivilasi - 1,6164

Hiilidisulfidi - 1,629

Lasi raskas piikivi - 1, 64 75

Monobromonaftaleeni - 1,66

Lasi on painavin piikivi - 1,92

Timantti - 2,42

Taitekertoimen ero spektrin eri osissa on syy kromatismiin, ts.

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

Laboratorio nro 41

Nesteiden taitekertoimen määritys refraktometrillä

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

Asennuskuvaus

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

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

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

60. Mitä menetelmiä aineen pitoisuuden määrittämiseen liuoksessa käytetään atomiabsorptioanalyysissä?

Tämä taitekerroin on merkitty nD.

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

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

e.
,missä on dispersiokerroin tai Abbe-luku.

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

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

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

Laitteen kaaviokuva on esitetty kuvassa. yksi.

Tutkittu neste asetetaan prisman 1 ja 2 kahden pinnan väliin. Prisma 2 hyvin kiillotetulla pinnalla AB mittaa, ja prismassa 1 on mattapintainen pinta MUTTA1 AT1 - valaistus. Valonlähteestä tulevat säteet putoavat reunalle MUTTA1 Kanssa1 , taittuu, putoaa mattapinnalle MUTTA1 AT1 ja hajallaan tämän pinnan kautta.

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

Taittumislain mukaan
, missä
ja ovat nesteen ja prisman säteiden taitekulmat, vastaavasti.

Kun tulokulma kasvaa
taitekulma myös kasvaa ja saavuttaa maksimiarvonsa
, kun
, t.

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

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

Tarkasteltavana olevalla laitteella tutkitaan nesteitä, taitekerrointa joka on pienempi kuin taitekerroin prisma 2, siksi kaikkien suuntien säteet, jotka taittuvat nesteen ja lasin rajalla, tulevat prismaan.

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

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

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

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

Prismoja voidaan pyörittää samanaikaisesti eri suuntiin tarkalla pyörivällä mekaanisella laitteella, mikä muuttaa kompensaattorin luontaista hajontaa ja eliminoi optisen järjestelmän kautta havaittavan näkökentän värjäytymisen 4. Kompensaattoriin on kytketty rumpu, jossa on vaaka. , joka määrittää dispersioparametrin, jonka avulla voidaan laskea keskimääräiset dispersioaineet.

Työmääräys

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

2. Avaa mittausprisma.

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

Käytä laitteen ruuvia ja asteikkoa, poista näkökentän värjäytyminen ja saavuta terävä raja valon ja varjon välille. Kohdista se toisen ruuvin avulla laitteen okulaarin vertailuristin kanssa. Määritä veden taitekerroin okulaarin asteikolla lähimpään tuhannesosaan.

Vertaa saatuja tuloksia veden vertailutietoihin. Jos ero mitatun ja taulukoidun taitekertoimen välillä ei ylitä ± 0,001, niin mittaus suoritettiin oikein.

Harjoitus 1

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

Mittaa tuloksena olevan liuoksen taitekerroin.

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

pöytä 1

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

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

Kokeellisten tietojen käsittely

a) Graafinen menetelmä

Määritä kaltevuus kaaviosta AT, joka kokeen olosuhteissa luonnehtii liuennutta ainetta ja liuotinta.

2. Määritä liuoksen pitoisuus käyrän avulla NaCl laborantin antama.

b) Analyyttinen menetelmä

Laske pienimmän neliösumman avulla MUTTA, AT ja SB.

Löytyneiden arvojen mukaan MUTTA ja AT määrittää keskiarvon
liuoksen pitoisuus NaCl laborantin antama

testikysymykset

valon hajoaminen. Mitä eroa on normaalilla ja epänormaalilla dispersiolla?

2. Mikä on täydellisen sisäisen heijastuksen ilmiö?

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

4. Miksi prisman kasvot MUTTA1 AT1 tehdä mattaksi?

Hajoaminen, indeksi

Psykologinen tietosanakirja

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

Indeksi

Psykologinen tietosanakirja

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

Mistä aineen taitekerroin riippuu?

Indeksi

Psykologinen tietosanakirja

1. Yleisin merkitys: kaikki, jota käytetään merkitsemään, tunnistamaan tai ohjaamaan; merkinnät, kirjoitukset, kyltit tai symbolit. 2. Kaava tai luku, usein ilmaistuna tekijänä, joka osoittaa jonkin verran suhdetta arvojen tai mittausten välillä tai...

Yhteiskunnallisuus, indeksi

Psykologinen tietosanakirja

Ominaisuus, joka ilmaisee henkilön sosiaalisuutta. Esimerkiksi sosiogrammi antaa muun muassa arvion ryhmän eri jäsenten sosiaalisuudesta.

Valinta, hakemisto

Psykologinen tietosanakirja

Kaava tietyn testin tai testikohteen tehon arvioimiseksi yksilöiden erottamisessa toisistaan.

Luotettavuus, indeksi

Psykologinen tietosanakirja

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

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

Ennustetehokkuus, indeksi

Psykologinen tietosanakirja

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

Sanat, hakemisto

Psykologinen tietosanakirja

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

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

Kehon rakenteet, indeksi

Psykologinen tietosanakirja

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

Niitä, joiden pisteet olivat "normaalilla" alueella, kutsuttiin mesomorfeiksi, niitä, jotka olivat keskihajonnan sisällä tai keskiarvon yläpuolella, leptomorfeiksi ja niitä, jotka olivat keskihajonnan sisällä tai...

LUENTOON №24

"INSTRUMENTAALISET ANALYYSIMENETELMÄT"

REFRAKTOMETRIA.

Kirjallisuus:

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

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

REFRAKTOMETRIA.

Refraktometria on yksi yksinkertaisimmista fysikaalisista analyysimenetelmistä, joka vaatii vähimmäismäärän analyyttiä, ja se suoritetaan hyvin lyhyessä ajassa.

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

muuttaa valon etenemissuuntaa siirtyessään väliaineesta toiseen.

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

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

Taitekertoimen arvo n riippuu

1) aineiden ja järjestelmien koostumuksesta,

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

Valon vaikutuksesta eri aineiden molekyylit polarisoituvat eri tavoin. Tähän riippuvuuteen refraktometrinen menetelmä perustuu.

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

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

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

Refraktometriamenetelmää käytetään aitouden ja puhtauden valvomiseen, yksittäisten aineiden tunnistamiseen, orgaanisten ja epäorgaanisten yhdisteiden rakenteen määrittämiseen liuostutkimuksessa.

Refraktometriaa käytetään kaksikomponenttiliuosten koostumuksen määrittämiseen ja kolmikomponenttisiin järjestelmiin.

Menetelmän fyysinen perusta

TAITTEEN INDIKAATTORI.

Valosäteen poikkeama alkuperäisestä suunnastaan ​​sen siirtyessä väliaineesta toiseen on sitä suurempi, mitä suurempi ero valon etenemisnopeuksissa kahdessa

näitä ympäristöjä.

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

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

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

voidaan määritellä myös tarkasteltavana olevien väliaineiden taitekertoimien suhteeksi.

nrel. = —— = —

Taitekertoimen arvo riippuu

1) aineiden luonne

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

Mitä voimakkaampi polarisoituvuus, sitä voimakkaampi valon taittuminen.

2)tulevan valon aallonpituus

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

Taitekertoimen riippuvuutta valon aallonpituudesta kutsutaan dispersioksi.

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

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

Lämpötilan noustessa taitekerroin pienenee, ja kun lämpötila laskee, se kasvaa..

Lämpötilakorjaus lasketaan seuraavalla kaavalla:

nt=n20+ (20-t) 0,0002, missä

nt- Hei hei taitekerroin tietyssä lämpötilassa,

n20 - taitekerroin 200 C:ssa

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

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

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

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

4) aineen pitoisuus liuoksessa.

Monien aineiden vesiliuosten taitekertoimet eri pitoisuuksissa ja lämpötiloissa on mitattu luotettavasti ja näissä tapauksissa voidaan käyttää vertailutietoja. refraktometriset taulukot.

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

n = ei+FC,

n- liuoksen taitekerroin,

ei on puhtaan liuottimen taitekerroin,

C— liuenneen aineen pitoisuus, %

F-empiirinen kerroin, jonka arvo löytyy

määrittämällä tunnetun pitoisuuden omaavien liuosten taitekertoimet.

REFRAKTOMETRIT.

Refraktometrit ovat laitteita, joita käytetään taitekertoimen mittaamiseen.

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

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

Refraktometrien toimintaperiaate perustuu taitekertoimen määrittämiseen rajoituskulmamenetelmällä (valon kokonaisheijastuskulma).

Käsien refraktometri

Refraktometri Abbe

Valoon liittyvät prosessit ovat tärkeä osa fysiikkaa ja ympäröivät meitä kaikkialla jokapäiväisessä elämässämme. Tärkeimmät tässä tilanteessa ovat valon heijastuksen ja taittumisen lait, joihin moderni optiikka perustuu. Valon taittuminen on tärkeä osa nykyaikaista tiedettä.

Vääristymisvaikutus

Tämä artikkeli kertoo sinulle, mikä valon taittumisen ilmiö on, sekä miltä taittumislaki näyttää ja mitä siitä seuraa.

Fysikaalisen ilmiön perusteet

Kun säde putoaa pinnalle, jonka erottaa kaksi läpinäkyvää ainetta, joilla on eri optinen tiheys (esim. eri lasit tai veteen), osa säteistä heijastuu ja osa tunkeutuu toiseen rakenteeseen (esim. se leviää vedessä tai lasissa). Siirtyessään väliaineesta toiseen, säteelle on ominaista sen suunnan muutos. Tämä on valon taittumisen ilmiö.
Valon heijastuminen ja taittuminen näkyy erityisen hyvin vedessä.

vettä vääristävä vaikutus

Vedessä olevia asioita katsottuna ne näyttävät vääristyneiltä. Tämä on erityisen havaittavissa ilman ja veden rajalla. Visuaalisesti näyttää siltä, ​​että vedenalaiset esineet ovat hieman taipuneita. Kuvattu fysikaalinen ilmiö on juuri se syy, miksi kaikki esineet näyttävät vääristyneiltä vedessä. Kun säteet osuvat lasiin, tämä vaikutus on vähemmän havaittavissa.
Valon taittuminen on fysikaalinen ilmiö, jolle on ominaista auringonsäteen suunnan muutos väliaineesta (rakenteesta) toiseen siirtyessä.
Tämän prosessin ymmärtämisen parantamiseksi harkitse esimerkkiä, jossa säde putoaa ilmasta veteen (samalla tavalla kuin lasi). Piirtämällä kohtisuora rajapintaa pitkin voidaan mitata valonsäteen taittumis- ja paluukulma. Tämä ilmaisin (taitekulma) muuttuu, kun virtaus tunkeutuu veteen (lasin sisään).
Huomautus! Tämä parametri ymmärretään kulmaksi, joka muodostaa kohtisuoran kahden aineen erottamiseen, kun säde tunkeutuu ensimmäisestä rakenteesta toiseen.

Säteen kulku

Sama indikaattori on tyypillinen muille ympäristöille. On todettu, että tämä indikaattori riippuu aineen tiheydestä. Jos säde putoaa vähemmän tiheästä tiheämpään rakenteeseen, muodostuva vääristymäkulma on suurempi. Ja jos päinvastoin, niin vähemmän.
Samanaikaisesti laskun kaltevuuden muutos vaikuttaa myös tähän indikaattoriin. Mutta heidän välinen suhde ei pysy vakiona. Samaan aikaan niiden sinien suhde pysyy vakiona, mikä näytetään seuraavalla kaavalla: sinα / sinγ = n, jossa:

• n on vakioarvo, joka on kuvattu kullekin tietylle aineelle (ilma, lasi, vesi jne.). Siksi, mikä tämä arvo on, voidaan määrittää erityisistä taulukoista;
• α on tulokulma;
• γ on taitekulma.

Tämän fyysisen ilmiön määrittämiseksi luotiin taittumislaki.

fyysinen laki

Valovirtojen taittumislain avulla voit määrittää läpinäkyvien aineiden ominaisuudet. Laki itsessään koostuu kahdesta säännöksestä:

• Ensimmäinen osa. Säde (insidenssi, modifioitu) ja kohtisuora, joka palautettiin tulopisteeseen rajalla, esimerkiksi ilma ja vesi (lasi jne.), sijoitetaan samaan tasoon;
• toinen osa. Rajan ylittämisen yhteydessä muodostuneen tulokulman sinin ja saman kulman sinin suhteen indikaattori on vakioarvo.

Lain kuvaus

Tässä tapauksessa sillä hetkellä, kun säde poistuu toisesta rakenteesta ensimmäiseen (esimerkiksi kun valovirta kulkee ilmasta, lasin läpi ja takaisin ilmaan), syntyy myös vääristymävaikutus.

Tärkeä parametri eri kohteille

Pääindikaattori tässä tilanteessa on tulokulman sinin suhde samanlaiseen parametriin, mutta vääristymälle. Kuten edellä kuvatusta laista seuraa, tämä indikaattori on vakioarvo.
Samaan aikaan, kun putoamisen kaltevuuden arvo muuttuu, sama tilanne on tyypillinen samanlaiselle indikaattorille. Tämä parametri on erittäin tärkeä, koska se on läpinäkyvien aineiden olennainen ominaisuus.

Indikaattorit eri kohteille

Tämän parametrin ansiosta voit erottaa melko tehokkaasti lasityypit sekä erilaiset jalokivet. Se on tärkeä myös valonnopeuden määrittämisessä eri medioissa.

Huomautus! Valovirran suurin nopeus on tyhjiössä.

Kun siirrytään aineesta toiseen, sen nopeus laskee. Esimerkiksi timantin, jolla on korkein taitekerroin, fotonien etenemisnopeus on 2,42 kertaa ilmaa nopeampi. Vedessä ne leviävät 1,33 kertaa hitaammin. Eri lasityypeille tämä parametri vaihtelee välillä 1,4 - 2,2.

Huomautus! Joidenkin lasien taitekerroin on 2,2, mikä on hyvin lähellä timanttia (2,4). Siksi ei aina ole mahdollista erottaa lasipalaa oikeasta timantista.

Aineiden optinen tiheys

Valo voi tunkeutua erilaisten aineiden läpi, joille on ominaista erilainen optinen tiheys. Kuten aiemmin sanoimme, tämän lain avulla voit määrittää väliaineen (rakenteen) tiheyden ominaisuuden. Mitä tiheämpi se on, sitä hitaammin valon nopeus siinä etenee. Esimerkiksi lasi tai vesi on optisesti tiheämpää kuin ilma.
Sen lisäksi, että tämä parametri on vakioarvo, se heijastaa myös valonnopeuden suhdetta kahdessa aineessa. Fyysinen merkitys voidaan näyttää seuraavalla kaavalla:

Tämä indikaattori kertoo, kuinka fotonien etenemisnopeus muuttuu siirtyessään aineesta toiseen.

Toinen tärkeä indikaattori

Kun valovirtaa siirretään läpinäkyvien esineiden läpi, sen polarisaatio on mahdollista. Se havaitaan dielektrisistä isotrooppisista väliaineista tulevan valovirran aikana. Polarisaatio tapahtuu, kun fotonit kulkevat lasin läpi.

polarisaatiovaikutus

Osittainen polarisaatio havaitaan, kun valovirran tulokulma kahden eristeen rajalla poikkeaa nollasta. Polarisaatioaste riippuu siitä, mitkä tulokulmat olivat (Brewsterin laki).

Täysi sisäinen heijastus

Lyhyen poikkeamamme päätteeksi on silti välttämätöntä pitää tällaista vaikutusta täysimittaisena sisäisenä heijastuksena.

Koko näytön ilmiö

Tämän vaikutuksen ilmaantumista varten on tarpeen lisätä valovirran tulokulmaa sen siirtyessä tiheämmästä väliaineesta vähemmän tiheäksi aineiden välisellä rajapinnalla. Tilanteessa, jossa tämä parametri ylittää tietyn raja-arvon, tämän osan rajalle tulevat fotonit heijastuvat täysin. Itse asiassa tämä on toivomamme ilmiö. Ilman sitä kuituoptiikkaa oli mahdotonta tehdä.

Johtopäätös

Valovirran käyttäytymisen ominaisuuksien käytännön soveltaminen antoi paljon, mikä loi erilaisia ​​teknisiä laitteita elämämme parantamiseksi. Samaan aikaan valo ei ole avannut kaikkia mahdollisuuksiaan ihmiskunnalle, eikä sen käytännön potentiaalia ole vielä täysin toteutunut.

Kuinka tehdä paperilamppu omin käsin
Kuinka tarkistaa LED-nauhan suorituskyky

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

Näkyvyys ja taitekerroin

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

Valo- ja taitekerroin

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

Vaiheen nopeus

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

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

Absoluuttinen ja suhteellinen taitekerroin

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

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

Taitekertoimen kauneus ja sen sovellukset

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

Tässä on joitain esimerkkejä:

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

Aallonpituus

Aurinko kuitenkin toimittaa meille fotoneja paitsi näkyvässä spektrissä. Ihmisen näkö ei havaitse infrapuna-, ultravioletti- tai röntgensäteilyä, mutta ne vaikuttavat elämäämme. IR-säteet pitävät meidät lämpiminä, UV-fotonit ionisoivat yläilmakehän ja antavat kasveille mahdollisuuden tuottaa happea fotosynteesin kautta.

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

Taitekerroin ja heijastus

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

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

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

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