Hukum fisika memainkan peran yang sangat penting dalam melakukan perhitungan untuk merencanakan strategi khusus untuk produksi produk apa pun atau dalam menyusun proyek untuk konstruksi struktur untuk berbagai tujuan. Banyak nilai yang dihitung, sehingga pengukuran dan perhitungan dilakukan sebelum memulai pekerjaan perencanaan. Misalnya, indeks bias kaca sama dengan rasio sinus sudut datang dengan sinus sudut bias.

Jadi pertama ada proses pengukuran sudut, lalu sinusnya dihitung, dan baru kemudian Anda bisa mendapatkan nilai yang diinginkan. Terlepas dari ketersediaan data tabular, ada baiknya melakukan perhitungan tambahan setiap kali, karena buku referensi sering menggunakan kondisi ideal yang hampir tidak mungkin dicapai dalam kehidupan nyata. Oleh karena itu, pada kenyataannya, indikatornya tentu akan berbeda dari yang tabel, dan dalam beberapa situasi ini sangat penting.

Indikator mutlak

Indeks bias absolut tergantung pada merek kaca, karena dalam praktiknya ada sejumlah besar opsi yang berbeda dalam komposisi dan tingkat transparansi. Rata-rata, itu adalah 1,5 dan berfluktuasi di sekitar nilai ini sebesar 0,2 dalam satu arah atau lainnya. Dalam kasus yang jarang terjadi, mungkin ada penyimpangan dari angka ini.

Sekali lagi, jika indikator yang tepat penting, maka pengukuran tambahan sangat diperlukan. Tetapi bahkan mereka tidak memberikan hasil yang dapat diandalkan 100%, karena posisi matahari di langit dan kekeruhan pada hari pengukuran akan mempengaruhi nilai akhir. Untungnya, dalam 99,99% kasus, cukup mengetahui bahwa indeks bias bahan seperti kaca lebih besar dari satu dan kurang dari dua, dan semua persepuluhan dan perseratus lainnya tidak berperan.

Di forum-forum yang membantu menyelesaikan soal-soal fisika sering muncul pertanyaan, berapa indeks bias kaca dan berlian? Banyak orang berpikir bahwa karena kedua zat ini memiliki penampilan yang mirip, maka sifat-sifatnya harus kira-kira sama. Tapi ini adalah delusi.

Pembiasan maksimum untuk kaca akan menjadi sekitar 1,7, sedangkan untuk berlian angka ini mencapai 2,42. Permata ini adalah salah satu dari sedikit bahan di Bumi yang indeks biasnya melebihi 2. Ini karena struktur kristalnya dan penyebaran sinar cahaya yang besar. Faceting memainkan peran minimal dalam perubahan nilai tabel.

Indikator relatif

Indikator relatif untuk beberapa lingkungan dapat dicirikan sebagai berikut:

• - indeks bias kaca relatif terhadap air kira-kira 1,18;
• - indeks bias bahan yang sama relatif terhadap udara sama dengan 1,5;
• - indeks bias relatif terhadap alkohol - 1.1.

Pengukuran indikator dan perhitungan nilai relatif dilakukan sesuai dengan algoritma yang terkenal. Untuk menemukan parameter relatif, Anda perlu membagi satu nilai tabel dengan nilai lainnya. Atau membuat perhitungan eksperimental untuk dua lingkungan, dan kemudian membagi data yang diperoleh. Operasi semacam itu sering dilakukan di kelas laboratorium dalam fisika.

Penentuan indeks bias

Cukup sulit untuk menentukan indeks bias kaca dalam praktek, karena instrumen presisi tinggi diperlukan untuk mengukur data awal. Kesalahan apa pun akan meningkat, karena perhitungan menggunakan rumus kompleks yang membutuhkan tidak adanya kesalahan.

Secara umum koefisien ini menunjukkan berapa kali kecepatan rambat sinar cahaya melambat ketika melewati rintangan tertentu. Oleh karena itu, tipikal hanya untuk bahan transparan. Untuk nilai referensi, yaitu, untuk unit, indeks bias gas diambil. Hal ini dilakukan agar dapat memulai dari beberapa nilai dalam perhitungan.

Jika sinar matahari jatuh pada permukaan kaca dengan indeks bias yang sama dengan nilai tabel, maka dapat diubah dengan beberapa cara:

• 1. Rekatkan film di atas, di mana indeks bias akan lebih tinggi dari kaca. Prinsip ini digunakan dalam pewarnaan kaca mobil untuk meningkatkan kenyamanan penumpang dan memungkinkan pengemudi melihat jalan dengan lebih jelas. Juga, film akan menahan radiasi dan ultraviolet.
• 2. Cat kaca dengan cat. Inilah yang dilakukan oleh produsen kacamata hitam murah, tetapi perlu diketahui bahwa itu bisa berbahaya bagi penglihatan Anda. Dalam model yang baik, kacamata segera diproduksi berwarna menggunakan teknologi khusus.
• 3. Benamkan gelas dalam cairan. Ini hanya berguna untuk eksperimen.

Jika berkas cahaya melewati kaca, maka indeks bias pada bahan berikutnya dihitung menggunakan koefisien relatif, yang dapat diperoleh dengan membandingkan nilai tabel satu sama lain. Perhitungan ini sangat penting dalam desain sistem optik yang membawa beban praktis atau eksperimental. Kesalahan tidak diperbolehkan di sini, karena itu akan menyebabkan seluruh perangkat tidak berfungsi, dan kemudian data apa pun yang diterima dengannya tidak akan berguna.

Untuk menentukan kecepatan cahaya dalam kaca dengan indeks bias, Anda perlu membagi nilai absolut dari kecepatan dalam ruang hampa dengan indeks bias. Vakum digunakan sebagai media referensi, karena pembiasan tidak bekerja di sana karena tidak adanya zat apa pun yang dapat mengganggu pergerakan sinar cahaya tanpa hambatan di sepanjang lintasan tertentu.

Dalam setiap indikator yang dihitung, kecepatannya akan lebih kecil daripada di media referensi, karena indeks bias selalu lebih besar dari satu.

Pada mata kuliah Fisika kelas 8, Anda berkenalan dengan fenomena pembiasan cahaya. Sekarang Anda tahu bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik dari rentang frekuensi tertentu. Berdasarkan pengetahuan tentang sifat cahaya, Anda akan dapat memahami penyebab fisis pembiasan dan menjelaskan banyak fenomena cahaya lain yang terkait dengannya.

Beras. 141. Lewat dari satu medium ke medium lain, berkas dibiaskan, yaitu, mengubah arah rambat

Menurut hukum pembiasan cahaya (Gbr. 141):

• sinar datang, dibiaskan dan ditarik tegak lurus pada antarmuka antara dua media pada titik datang sinar terletak pada bidang yang sama; rasio sinus sudut datang dengan sinus sudut bias adalah nilai konstan untuk kedua media ini

di mana n 21 adalah indeks bias relatif dari media kedua relatif terhadap yang pertama.

Jika sinar melewati suatu medium dari ruang hampa, maka

di mana n adalah indeks bias mutlak (atau hanya indeks bias) dari medium kedua. Dalam hal ini, "lingkungan" pertama adalah vakum, yang indeks absolutnya diambil sebagai satu.

Hukum pembiasan cahaya ditemukan secara empiris oleh ilmuwan Belanda Willebord Snellius pada tahun 1621. Hukum ini dirumuskan dalam sebuah risalah tentang optik, yang ditemukan dalam makalah ilmuwan setelah kematiannya.

Setelah penemuan Snell, beberapa ilmuwan mengajukan hipotesis bahwa pembiasan cahaya disebabkan oleh perubahan kecepatannya ketika melewati batas dua media. Validitas hipotesis ini dikonfirmasi oleh bukti teoretis yang dilakukan secara independen oleh matematikawan Prancis Pierre Fermat (tahun 1662) dan fisikawan Belanda Christian Huygens (tahun 1690). Dengan jalan yang berbeda mereka sampai pada hasil yang sama, membuktikan bahwa

• rasio sinus sudut datang dengan sinus sudut bias adalah nilai konstan untuk kedua media ini, sama dengan rasio kecepatan cahaya di media ini:

(3)

Dari persamaan (3) dapat disimpulkan bahwa jika sudut bias lebih kecil dari sudut datang a, maka cahaya dengan frekuensi tertentu dalam medium kedua merambat lebih lambat daripada medium pertama, yaitu V 2

Hubungan besaran yang termasuk dalam persamaan (3) menjadi alasan yang baik untuk munculnya formulasi lain dari definisi indeks bias relatif:

• indeks bias relatif dari media kedua relatif terhadap yang pertama adalah kuantitas fisik yang sama dengan rasio kecepatan cahaya di media ini:

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

Biarkan seberkas cahaya lewat dari ruang hampa ke suatu medium. Mengganti v1 dalam persamaan (4) dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa c, dan v2 dengan kecepatan cahaya dalam media v, kita memperoleh persamaan (5), yang merupakan definisi indeks bias mutlak:

• indeks bias mutlak suatu medium adalah besaran fisis yang sama dengan perbandingan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa dengan cepat rambat cahaya dalam medium tertentu:

Menurut persamaan (4) dan (5), n 21 menunjukkan berapa kali kecepatan cahaya berubah ketika berpindah dari satu medium ke medium lainnya, dan n - ketika berpindah dari ruang hampa ke medium. Ini adalah arti fisik dari indeks bias.

Nilai indeks bias absolut n dari zat apa pun lebih besar dari satu (ini dikonfirmasi oleh data yang terkandung dalam tabel buku referensi fisik). Kemudian, menurut persamaan (5), c/v > 1 dan c > v, yaitu, kecepatan cahaya dalam zat apa pun lebih kecil dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Tanpa memberikan pembenaran yang ketat (mereka rumit dan tidak praktis), kami mencatat bahwa alasan penurunan kecepatan cahaya selama transisi dari vakum ke materi adalah interaksi gelombang cahaya dengan atom dan molekul materi. Semakin besar kerapatan optik zat, semakin kuat interaksi ini, semakin rendah kecepatan cahaya dan semakin besar indeks bias. Dengan demikian, kecepatan cahaya dalam medium dan indeks bias mutlak ditentukan oleh sifat-sifat medium ini.

Menurut nilai numerik dari indeks bias zat, seseorang dapat membandingkan kepadatan optiknya. Misalnya, indeks bias berbagai jenis kaca berkisar antara 1,470 hingga 2,040, sedangkan indeks bias air adalah 1,333. Ini berarti bahwa kaca adalah media optik yang lebih padat daripada air.

Mari kita beralih ke Gambar 142, yang dengannya kita dapat menjelaskan mengapa, pada batas dua media, dengan perubahan kecepatan, arah rambat gelombang cahaya juga berubah.

Beras. 142. Ketika gelombang cahaya melewati dari udara ke air, kecepatan cahaya berkurang, bagian depan gelombang, dan dengan itu kecepatannya, berubah arah

Gambar tersebut menunjukkan gelombang cahaya yang merambat dari udara ke air dan datang pada antarmuka antara media ini dengan sudut a. Di udara, cahaya merambat dengan kecepatan v 1 , dan di air dengan kecepatan lebih lambat v 2 .

Titik A gelombang mencapai batas terlebih dahulu. Selama periode waktu t, titik B, yang bergerak di udara dengan kecepatan v 1 yang sama, akan mencapai titik B. "Selama waktu yang sama, titik A, yang bergerak di air dengan kecepatan lebih rendah v 2, akan menempuh jarak yang lebih pendek , hanya mencapai titik A". Dalam hal ini, yang disebut muka gelombang A "B" di dalam air akan diputar pada sudut tertentu terhadap muka gelombang AB di udara. Dan vektor kecepatan (yang selalu tegak lurus muka gelombang dan berimpit dengan arah rambatnya) berputar, mendekati garis lurus OO", tegak lurus antar muka antara media. Dalam hal ini, sudut bias ternyata menjadi kurang dari sudut datang . Ini adalah bagaimana pembiasan cahaya terjadi.

Dapat juga dilihat dari gambar bahwa pada transisi ke medium lain dan rotasi muka gelombang, panjang gelombang juga berubah: pada transisi ke medium yang lebih rapat secara optik, kecepatannya berkurang, panjang gelombangnya juga berkurang (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.

pertanyaan

1. Manakah dari dua zat yang lebih rapat secara optik?
2. Bagaimana indeks bias ditentukan dalam hal kecepatan cahaya dalam media?
3. Kemanakah perjalanan cahaya paling cepat?
4. Apa alasan fisika untuk penurunan kecepatan cahaya ketika berpindah dari ruang hampa ke media atau dari media dengan kerapatan optik yang lebih rendah ke media dengan yang lebih tinggi?
5. Apa yang menentukan (yaitu, bergantung pada apa) indeks bias mutlak medium dan kecepatan cahaya di dalamnya?
6. Jelaskan apa yang diilustrasikan Gambar 142.

Sebuah latihan

Mari kita beralih ke pertimbangan yang lebih rinci dari indeks bias yang diperkenalkan oleh kami di 81 ketika merumuskan hukum pembiasan.

Indeks bias tergantung pada sifat optik dan media dari mana sinar jatuh dan media yang menembusnya. Indeks bias yang diperoleh ketika cahaya dari ruang hampa jatuh pada media disebut indeks bias mutlak media ini.

Beras. 184. Indeks bias relatif dua media:

Misalkan indeks bias mutlak medium pertama dan medium kedua - . Mengingat pembiasan pada batas media pertama dan kedua, kami memastikan bahwa indeks bias selama transisi dari media pertama ke kedua, yang disebut indeks bias relatif, sama dengan rasio indeks bias absolut dari media kedua dan pertama:

(Gbr. 184). Sebaliknya, ketika berpindah dari medium kedua ke medium pertama, kita memiliki indeks bias relatif

Hubungan yang mapan antara indeks bias relatif dua media dan indeks bias absolutnya juga dapat diturunkan secara teoritis, tanpa eksperimen baru, seperti yang dapat dilakukan untuk hukum reversibilitas (§ 82),

Medium dengan indeks bias yang lebih tinggi dikatakan lebih rapat secara optik. Indeks bias berbagai media relatif terhadap udara biasanya diukur. Indeks bias mutlak udara adalah . Jadi, indeks bias absolut dari media apa pun terkait dengan indeks biasnya relatif terhadap udara dengan rumus:

Tabel 6. Indeks bias berbagai zat relatif terhadap udara

Indeks bias tergantung pada panjang gelombang cahaya, yaitu pada warnanya. Warna yang berbeda sesuai dengan indeks bias yang berbeda. Fenomena ini, yang disebut dispersi, memainkan peran penting dalam optik. Kita akan membahas fenomena ini berulang kali di bab-bab selanjutnya. Data yang diberikan dalam tabel. 6, lihat lampu kuning.

Sangat menarik untuk dicatat bahwa hukum pemantulan dapat ditulis secara formal dalam bentuk yang sama dengan hukum pembiasan. Ingatlah bahwa kita sepakat untuk selalu mengukur sudut dari tegak lurus terhadap sinar yang bersesuaian. Oleh karena itu, kita harus mempertimbangkan sudut datang dan sudut pantul memiliki tanda yang berlawanan, yaitu. hukum pemantulan dapat ditulis sebagai

Membandingkan (83.4) dengan hukum pembiasan, kita melihat bahwa hukum pemantulan dapat dianggap sebagai kasus khusus dari hukum pembiasan di . Kesamaan formal antara hukum pemantulan dan pembiasan ini sangat berguna dalam memecahkan masalah praktis.

Pada pemaparan sebelumnya, indeks bias memiliki arti konstanta medium, tidak tergantung pada intensitas cahaya yang melewatinya. Interpretasi indeks bias semacam itu cukup alami; namun, dalam kasus intensitas radiasi tinggi yang dapat dicapai dengan menggunakan laser modern, itu tidak dibenarkan. Sifat-sifat medium yang dilalui radiasi cahaya kuat, dalam hal ini, bergantung pada intensitasnya. Seperti yang mereka katakan, media menjadi non-linear. Nonlinier media memanifestasikan dirinya, khususnya, dalam kenyataan bahwa gelombang cahaya dengan intensitas tinggi mengubah indeks bias. Ketergantungan indeks bias pada intensitas radiasi berbentuk:

Di sini, adalah indeks bias biasa, a adalah indeks bias non-linier, dan merupakan faktor proporsionalitas. Istilah tambahan dalam rumus ini bisa positif atau negatif.

Perubahan relatif dalam indeks bias relatif kecil. Pada indeks bias nonlinier. Namun, bahkan perubahan kecil dalam indeks bias seperti itu terlihat: mereka memanifestasikan dirinya dalam fenomena aneh pemfokusan diri cahaya.

Pertimbangkan media dengan indeks bias nonlinier positif. Dalam hal ini, area dengan intensitas cahaya yang meningkat adalah area simultan dari peningkatan indeks bias. Biasanya, dalam radiasi laser nyata, distribusi intensitas di atas penampang balok tidak seragam: intensitas maksimum sepanjang sumbu dan menurun dengan mulus ke arah tepi balok, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 185 kurva padat. Distribusi serupa juga menjelaskan perubahan indeks bias pada penampang sel dengan media nonlinier, sepanjang sumbu yang merambatkan sinar laser. Indeks bias, yang terbesar sepanjang sumbu sel, secara bertahap menurun ke arah dindingnya (kurva putus-putus pada Gambar. 185).

Seberkas sinar yang muncul dari laser sejajar dengan sumbu, jatuh ke dalam media dengan indeks bias variabel, dibelokkan ke arah yang lebih besar. Oleh karena itu, peningkatan intensitas di sekitar sel OSP mengarah ke konsentrasi sinar cahaya di wilayah ini, yang ditunjukkan secara skematis pada penampang dan pada Gambar. 185, dan ini mengarah pada peningkatan lebih lanjut dalam . Pada akhirnya, penampang efektif berkas cahaya yang melewati media nonlinier berkurang secara signifikan. Cahaya melewati seolah-olah melalui saluran sempit dengan indeks bias yang meningkat. Dengan demikian, sinar laser menyempit, dan media nonlinier bertindak sebagai lensa konvergen di bawah aksi radiasi intens. Fenomena ini disebut self-focusing. Ini dapat diamati, misalnya, dalam nitrobenzena cair.

Beras. 185. Distribusi intensitas radiasi dan indeks bias di atas penampang sinar laser di pintu masuk kuvet (a), dekat ujung input (), di tengah (), dekat ujung output kuvet ()

Penentuan indeks bias padatan transparan

Dan cairan

Instrumen dan aksesoris: mikroskop dengan filter cahaya, pelat bidang-sejajar dengan tanda AB berbentuk salib; refraktometer merek "RL"; kumpulan cairan.

Objektif: menentukan indeks bias kaca dan cairan.

Penentuan indeks bias kaca menggunakan mikroskop

Untuk menentukan indeks bias padatan transparan, digunakan pelat bidang-sejajar yang terbuat dari bahan ini dengan tanda.

Tanda tersebut terdiri dari dua goresan yang saling tegak lurus, salah satunya (A) diterapkan ke bagian bawah, dan yang kedua (B) ke permukaan atas pelat. Pelat disinari dengan cahaya monokromatik dan diperiksa di bawah mikroskop. pada
Nasi. 4.7 menunjukkan bagian pelat yang diselidiki oleh bidang vertikal.

Sinar AD dan AE setelah dibiaskan pada antarmuka kaca-udara menuju ke arah DD1 dan EE1 dan jatuh ke objektif mikroskop.

Seorang pengamat yang melihat pelat dari atas melihat titik A pada perpotongan lanjutan sinar DD1 dan EE1, yaitu di titik C

Jadi, titik A tampak bagi pengamat yang terletak di titik C. Mari kita cari hubungan antara indeks bias n bahan pelat, tebal d dan tebal semu d1 pelat.

4.7 dapat dilihat bahwa VD \u003d BCtgi, BD \u003d ABtgr, dari mana

tgi/tgr = AB/BC,

dimana AB = d adalah tebal pelat; BC = d1 tebal pelat semu.

Jika sudut i dan r kecil, maka

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4.5)

itu. Sini/Sinr = d/d1.

Dengan memperhatikan hukum pembiasan cahaya, kita peroleh

Pengukuran d/d1 dilakukan dengan menggunakan mikroskop.

Skema optik mikroskop terdiri dari dua sistem: sistem pengamatan, yang mencakup lensa objektif dan lensa okuler yang dipasang dalam tabung, dan sistem penerangan, yang terdiri dari cermin dan filter cahaya yang dapat dilepas. Pemfokusan gambar dilakukan dengan memutar pegangan yang terletak di kedua sisi tabung.

Pada sumbu pegangan kanan ada disk dengan skala tungkai.

Pembacaan b pada tungkai relatif terhadap penunjuk tetap menentukan jarak h dari tujuan ke tahap mikroskop:

Koefisien k menunjukkan seberapa tinggi tabung mikroskop bergerak ketika gagangnya diputar 1°.

Diameter lensa objektif pada pengaturan ini kecil dibandingkan dengan jarak h, sehingga berkas terluar yang masuk ke objektif membentuk sudut kecil i dengan sumbu optik mikroskop.

Sudut bias r cahaya pada pelat lebih kecil dari sudut i, yaitu juga kecil, yang sesuai dengan kondisi (4,5).

Perintah kerja

1. Letakkan pelat di atas panggung mikroskop sehingga menjadi titik potong garis A dan B (lihat Gambar.

Indeks bias

4.7) berada di bidang pandang.

2. Putar pegangan mekanisme pengangkatan untuk menaikkan tabung ke posisi teratas.

3. Melihat ke dalam lensa okuler, turunkan tabung mikroskop secara perlahan dengan memutar gagangnya sampai gambar yang jelas dari goresan B, diterapkan pada permukaan atas pelat, diperoleh di bidang pandang. Catat indikasi b1 anggota badan, yang sebanding dengan jarak h1 dari tujuan mikroskop ke tepi atas pelat: h1 = kb1 (Gbr.

4. Lanjutkan menurunkan tabung dengan lancar sampai diperoleh gambar goresan A yang jelas, yang tampaknya bagi pengamat terletak di titik C. Catat pembacaan b2 baru pada limbus. Jarak h1 dari objektif ke permukaan atas pelat sebanding dengan b2:
h2 = kb2 (Gbr. 4.8, b).

Jarak dari titik B dan C ke lensa adalah sama, karena pengamat melihatnya dengan jelas.

Perpindahan tabung h1-h2 sama dengan ketebalan pelat yang tampak (Gbr.

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

5. Ukur tebal pelat d pada perpotongan guratan. Untuk melakukan ini, letakkan pelat kaca tambahan 2 di bawah pelat uji 1 (Gbr. 4.9) dan turunkan tabung mikroskop sampai lensa menyentuh (sedikit) pelat uji. Perhatikan indikasi anggota badan a1. Keluarkan cawan yang diteliti dan turunkan tabung mikroskop sampai lensa objektif menyentuh cawan 2.

Indikasi catatan a2.

Pada saat yang sama, tujuan mikroskop akan turun ke ketinggian yang sama dengan ketebalan pelat yang diteliti, yaitu.

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

6. Hitung indeks bias bahan pelat menggunakan rumus

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

7. Ulangi semua pengukuran di atas 3-5 kali, hitung nilai rata-rata n, kesalahan absolut dan relatif rn dan rn/n.

Penentuan indeks bias zat cair menggunakan refraktometer

Alat yang digunakan untuk menentukan indeks bias disebut refraktometer.

Tampilan umum dan skema optik refraktometer RL ditunjukkan pada gambar. 4.10 dan 4.11.

Pengukuran indeks bias zat cair menggunakan refraktometer RL didasarkan pada fenomena pembiasan cahaya yang melewati antarmuka antara dua media yang berbeda indeks biasnya.

Sinar cahaya (Gbr.

4.11) dari sumber 1 (lampu pijar atau sinar matahari yang menyebar) dengan bantuan cermin 2 diarahkan melalui jendela di rumah instrumen ke prisma ganda yang terdiri dari prisma 3 dan 4, yang terbuat dari kaca dengan indeks bias dari 1,540.

Permukaan AA dari prisma iluminasi atas 3 (Gbr.

4.12, a) adalah matte dan berfungsi untuk menerangi cairan dengan cahaya menyebar yang disimpan dalam lapisan tipis di celah antara prisma 3 dan 4. Cahaya yang dihamburkan oleh permukaan matte 3 melewati lapisan bidang-paralel cairan yang diteliti dan jatuh pada permukaan diagonal ledakan prisma bawah 4 di bawah yang berbeda
sudut i mulai dari nol sampai 90°.

Untuk menghindari fenomena pemantulan internal total cahaya pada permukaan ledakan, indeks bias cairan yang diselidiki harus lebih kecil dari indeks bias kaca prisma 4, yaitu.

kurang dari 1.540.

Seberkas cahaya dengan sudut datang 90° disebut sinar meluncur.

Balok geser, dibiaskan pada antarmuka kaca-cair, akan masuk prisma 4 pada sudut bias pembatas r dll.< 90о.

Pembiasan balok geser di titik D (lihat Gambar 4.12, a) mematuhi hukum

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

atau nzh = nstsinrpr, (4.12)

karena sinipr = 1.

Pada permukaan BC prisma 4, sinar cahaya dibiaskan kembali dan kemudian

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

di mana a adalah sinar bias prisma 4.

Memecahkan bersama-sama sistem persamaan (4.12), (4.13), (4.14), kita dapat memperoleh rumus yang menghubungkan indeks bias nzh cairan yang diteliti dengan sudut bias r'pr balok yang muncul dari prisma 4:

Jika spotting scope ditempatkan pada jalur sinar yang muncul dari prisma 4, maka bagian bawah bidang pandangnya akan diterangi, dan bagian atasnya gelap. Antarmuka antara bidang terang dan gelap dibentuk oleh sinar dengan sudut bias terbatas r¢pr. Tidak ada sinar dengan sudut bias lebih kecil dari r¢pr dalam sistem ini (Gbr.

Oleh karena itu, nilai r¢pr dan posisi batas chiaroscuro hanya bergantung pada indeks bias nzh cairan yang diteliti, karena nst dan a adalah nilai konstan dalam perangkat ini.

Mengetahui nst, a dan r¢pr, dimungkinkan untuk menghitung nzh menggunakan rumus (4.15). Dalam prakteknya, rumus (4.15) digunakan untuk mengkalibrasi skala refraktometer.

Pada skala 9 (lihat

Nasi. 4.11), nilai indeks bias untuk ld = 5893 diplot di sebelah kiri. Di depan lensa okuler 10 - 11 terdapat plat 8 dengan tanda (--).

Dengan menggerakkan lensa mata bersama dengan pelat 8 di sepanjang skala, dimungkinkan untuk mencapai keselarasan tanda dengan garis pemisah antara bidang pandang gelap dan terang.

Pembagian skala lulus 9, bertepatan dengan tanda, memberikan nilai indeks bias nzh cairan yang diteliti. Objektif 6 dan lensa okuler 10-11 membentuk teleskop.

Prisma putar 7 mengubah arah sinar, mengarahkannya ke lensa okuler.

Karena dispersi kaca dan cairan yang diteliti, alih-alih garis pemisah yang jelas antara bidang gelap dan terang, ketika diamati dalam cahaya putih, diperoleh garis warna-warni. Untuk menghilangkan efek ini, kompensator dispersi 5 dipasang di depan lensa teleskop. Bagian utama dari kompensator adalah prisma, yang direkatkan dari tiga prisma dan dapat berputar relatif terhadap sumbu teleskop.

Sudut bias prisma dan bahannya dipilih sehingga cahaya kuning dengan panjang gelombang ld = 5893 melewatinya tanpa pembiasan. Jika prisma kompensasi dipasang di jalur sinar berwarna sehingga dispersinya sama besarnya, tetapi berlawanan tanda dengan dispersi prisma pengukur dan cairan, maka dispersi total akan sama dengan nol. Dalam hal ini, berkas sinar cahaya akan berkumpul menjadi sinar putih, yang arahnya bertepatan dengan arah sinar kuning pembatas.

Jadi, ketika prisma kompensasi berputar, warna bayangan warna dihilangkan. Bersama dengan prisma 5, cabang dispersi (12) berputar relatif terhadap penunjuk tetap (lihat Gambar 4.10). Sudut rotasi Z dari tungkai memungkinkan untuk menilai nilai dispersi rata-rata dari cairan yang diselidiki.

Skala dial harus lulus. Jadwal terlampir pada instalasi.

Perintah kerja

1. Angkat prisma 3, letakkan 2-3 tetes cairan uji pada permukaan prisma 4 dan turunkan prisma 3 (lihat Gambar 4.10).

3. Menggunakan bidikan okular, dapatkan gambar skala yang tajam dan antarmuka antara bidang pandang.

4. Memutar pegangan 12 dari kompensator 5, menghancurkan pewarnaan berwarna antarmuka antara bidang pandang.

Pindahkan lensa mata di sepanjang skala, sejajarkan tanda (—-) dengan batas bidang gelap dan terang dan catat nilai indeks cairan.

6. Selidiki set cairan yang diusulkan dan evaluasi kesalahan pengukuran.

7. Setelah setiap pengukuran, bersihkan permukaan prisma dengan kertas saring yang direndam dalam air suling.

pertanyaan tes

Pilihan 1

Menentukan indeks bias mutlak dan relatif suatu medium.

2. Gambarkan jalur sinar melalui antarmuka dua media (n2> n1, dan n2< n1).

3. Dapatkan hubungan yang menghubungkan indeks bias n dengan ketebalan d dan ketebalan semu d¢ pelat.

4. Tugas. Sudut pembatas total refleksi internal untuk beberapa zat adalah 30°.

Temukan indeks bias zat ini.

Jawaban: n=2.

pilihan 2

1. Apa fenomena refleksi internal total?

2. Jelaskan desain dan prinsip pengoperasian refraktometer RL-2.

3. Jelaskan peran kompensator dalam refraktometer.

4. Tugas. Sebuah bola lampu diturunkan dari pusat rakit bundar hingga kedalaman 10 m. Temukan jari-jari minimum rakit, sementara tidak ada satu sinar pun dari bola lampu yang harus mencapai permukaan.

Jawaban: R = 11,3 m.

INDEKS BIAS, atau KOEFISIEN REFRAKTIF, adalah bilangan abstrak yang mencirikan daya bias medium transparan. Indeks bias dilambangkan dengan huruf Latin dan didefinisikan sebagai rasio sinus sudut datang dengan sinus sudut bias sinar yang masuk dari ruang hampa ke dalam media transparan yang diberikan:

n = sin /sin = const atau sebagai rasio kecepatan cahaya dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya dalam media transparan yang diberikan: n = c/νλ dari ruang kosong ke media transparan yang diberikan.

Indeks bias dianggap sebagai ukuran kerapatan optik suatu medium

Indeks bias yang ditentukan dengan cara ini disebut indeks bias absolut, berbeda dengan indeks bias relatif.

e. menunjukkan berapa kali kecepatan rambat cahaya diperlambat ketika indeks biasnya lewat, yang ditentukan oleh rasio sinus sudut datang dengan sinus sudut bias ketika berkas melewati dari media satu kepadatan ke media kepadatan lain. Indeks bias relatif sama dengan rasio indeks bias absolut: n = n2/n1, di mana n1 dan n2 adalah indeks bias mutlak media pertama dan kedua.

Indeks bias mutlak semua benda - padat, cair dan gas - lebih besar dari satu dan berkisar dari 1 hingga 2, melebihi nilai 2 hanya dalam kasus yang jarang terjadi.

Indeks bias tergantung baik pada sifat medium dan panjang gelombang cahaya dan meningkat dengan penurunan panjang gelombang.

Oleh karena itu, indeks ditetapkan ke huruf p, yang menunjukkan panjang gelombang mana yang dirujuk oleh indikator.

INDEKS BIAS

Misalnya, untuk kaca TF-1, indeks bias di bagian merah spektrum adalah nC=1.64210, dan di bagian ungu nG’=1.67298.

Indeks bias dari beberapa benda transparan

Udara - 1,000292

Air - 1,334

Eter - 1,358

Etil alkohol - 1,363

Gliserin - 1, 473

Gelas organik (plexiglass) - 1, 49

Benzena - 1,503

(Kaca mahkota - 1,5163

Cemara (Kanada), balsam 1,54

Kaca mahkota berat - 1, 61 26

Kaca batu - 1,6164

Karbon disulfida - 1,629

Batu kaca berat - 1, 64 75

Monobromonaftalena - 1,66

Kaca adalah batu terberat - 1,92

Berlian - 2.42

Perbedaan indeks bias untuk bagian spektrum yang berbeda adalah penyebab kromatisme, yaitu.

dekomposisi cahaya putih ketika melewati bagian pembiasan - lensa, prisma, dll.

Lab #41

Penentuan indeks bias zat cair menggunakan refraktometer

Tujuan dari pekerjaan: penentuan indeks bias cairan dengan metode refleksi internal total menggunakan refraktometer IRF-454B; mempelajari ketergantungan indeks bias larutan pada konsentrasinya.

Deskripsi instalasi

Ketika cahaya non-monokromatik dibiaskan, itu didekomposisi menjadi komponen warna menjadi spektrum.

Fenomena ini disebabkan oleh ketergantungan indeks bias suatu zat pada frekuensi (panjang gelombang) cahaya dan disebut dispersi cahaya.

Merupakan kebiasaan untuk mengkarakterisasi daya bias suatu medium dengan indeks bias pada panjang gelombang λ \u003d 589,3 nm (rata-rata panjang gelombang dari dua garis kuning dekat dalam spektrum uap natrium).

60. Metode apa untuk menentukan konsentrasi zat dalam larutan yang digunakan dalam analisis serapan atom?

Indeks bias ini dilambangkan nD.

Ukuran varians adalah varians rata-rata, yang didefinisikan sebagai perbedaan ( nF-nC), di mana nF adalah indeks bias suatu zat pada panjang gelombang λ = 486,1 nm (garis biru dalam spektrum hidrogen), nC adalah indeks bias suatu zat λ - 656,3 nm (garis merah dalam spektrum hidrogen).

Pembiasan suatu zat ditandai dengan nilai dispersi relatif:
Buku pegangan biasanya memberikan kebalikan dari dispersi relatif, yaitu

e.
,di mana adalah koefisien dispersi, atau bilangan Abbe.

Alat untuk menentukan indeks bias zat cair terdiri dari refraktometer IRF-454B dengan batas pengukuran indikator; pembiasan nD dalam kisaran dari 1,2 hingga 1,7; cairan uji, tisu untuk menyeka permukaan prisma.

Refraktometer IRF-454B adalah alat uji yang dirancang untuk mengukur indeks bias cairan secara langsung, serta untuk menentukan rata-rata dispersi cairan di laboratorium.

Prinsip pengoperasian perangkat IRF-454B berdasarkan fenomena pemantulan internal total cahaya.

Diagram skema perangkat ditunjukkan pada gambar. satu.

Cairan yang diselidiki ditempatkan di antara dua permukaan prisma 1 dan 2. Prisma 2 dengan permukaan yang dipoles dengan baik AB mengukur, dan prisma 1 memiliki wajah matte TETAPI1 PADA1 - Petir. Sinar dari sumber cahaya jatuh di tepi TETAPI1 Dengan1 , membiaskan, jatuh pada permukaan matte TETAPI1 PADA1 dan tersebar oleh permukaan ini.

Kemudian mereka melewati lapisan cairan yang diselidiki dan jatuh ke permukaan. AB prisma 2.

Menurut hukum pembiasan
, di mana
dan adalah sudut bias sinar dalam cairan dan prisma, masing-masing.

Ketika sudut datang meningkat
sudut bias juga meningkat dan mencapai nilai maksimumnya
, Kapan
, t.

e. ketika balok dalam cairan meluncur di atas permukaan AB. Karena itu,
. Dengan demikian, sinar yang muncul dari prisma 2 terbatas pada sudut tertentu
.

Sinar datang dari cairan ke prisma 2 pada sudut besar mengalami refleksi internal total pada antarmuka AB dan tidak melewati prisma.

Perangkat yang dipertimbangkan digunakan untuk mempelajari cairan, indeks bias yang lebih kecil dari indeks bias prisma 2, oleh karena itu, sinar segala arah, dibiaskan pada batas cairan dan kaca, akan memasuki prisma.

Jelas, bagian prisma yang sesuai dengan sinar yang tidak ditransmisikan akan digelapkan. Dalam teleskop 4, yang terletak di jalur sinar yang muncul dari prisma, seseorang dapat mengamati pembagian bidang pandang menjadi bagian terang dan gelap.

Dengan memutar sistem prisma 1-2, batas antara bidang terang dan gelap digabungkan dengan persilangan benang lensa mata teleskop. Sistem prisma 1-2 dikaitkan dengan skala yang dikalibrasi dalam nilai indeks bias.

Skala terletak di bagian bawah bidang pandang pipa dan, ketika bagian bidang pandang digabungkan dengan persilangan benang, memberikan nilai indeks bias cairan yang sesuai. .

Karena dispersi, antarmuka bidang pandang dalam cahaya putih akan diwarnai. Untuk menghilangkan pewarnaan, serta untuk menentukan dispersi rata-rata zat uji, kompensator 3 digunakan, yang terdiri dari dua sistem prisma penglihatan langsung yang direkatkan (prisma Amici).

Prisma dapat diputar secara bersamaan ke arah yang berbeda menggunakan perangkat mekanis putar yang presisi, sehingga mengubah dispersi intrinsik kompensator dan menghilangkan warna bidang pandang yang diamati melalui sistem optik 4. Drum dengan skala terhubung ke kompensator , yang menentukan parameter dispersi, yang memungkinkan penghitungan zat dispersi rata-rata.

Perintah kerja

Sesuaikan perangkat sehingga cahaya dari sumber (lampu pijar) memasuki prisma yang menerangi dan menerangi bidang pandang secara merata.

2. Buka prisma pengukur.

Oleskan beberapa tetes air ke permukaannya dengan batang kaca dan tutup prisma dengan hati-hati. Celah antara prisma harus diisi secara merata dengan lapisan tipis air (perhatikan ini).

Menggunakan sekrup perangkat dengan skala, hilangkan warna bidang pandang dan dapatkan batas tajam antara cahaya dan bayangan. Sejajarkan, dengan bantuan sekrup lain, dengan salib referensi lensa mata perangkat. Tentukan indeks bias air pada skala lensa okuler hingga seperseribu terdekat.

Bandingkan hasil yang diperoleh dengan data referensi untuk air. Jika perbedaan antara indeks bias yang diukur dan yang ditabulasi tidak melebihi ± 0,001, maka pengukuran dilakukan dengan benar.

Latihan 1

1. Siapkan larutan garam dapur ( NaCl) dengan konsentrasi yang mendekati batas kelarutan (misalnya, C = 200 g/liter).

Ukur indeks bias larutan yang dihasilkan.

3. Dengan mengencerkan solusi dengan bilangan bulat beberapa kali, dapatkan ketergantungan indikatornya; pembiasan dari konsentrasi larutan dan mengisi tabel. satu.

Tabel 1

Sebuah latihan. Bagaimana cara mendapatkan hanya dengan pengenceran konsentrasi larutan, sama dengan 3/4 maksimum (awal)?

Plot grafik ketergantungan n=n(C). Pengolahan lebih lanjut dari data eksperimen harus dilakukan seperti yang diarahkan oleh guru.

Pengolahan data percobaan

a) Metode grafik

Dari grafik tentukan kemiringannya PADA, yang di bawah kondisi percobaan akan mencirikan zat terlarut dan pelarut.

2. Tentukan konsentrasi larutan menggunakan grafik NaCl diberikan oleh asisten laboratorium.

b) Metode analisis

Hitung dengan kuadrat terkecil TETAPI, PADA dan SB.

Menurut nilai yang ditemukan TETAPI dan PADA tentukan rata-ratanya
konsentrasi larutan NaCl diberikan oleh asisten laboratorium

pertanyaan tes

dispersi cahaya. Apa perbedaan antara dispersi normal dan abnormal?

2. Apa fenomena refleksi internal total?

3. Mengapa tidak mungkin mengukur indeks bias zat cair lebih besar dari indeks bias prisma menggunakan pengaturan ini?

4. Mengapa wajah prisma? TETAPI1 PADA1 membuat matte?

Degradasi, Indeks

Ensiklopedia Psikologi

Sebuah cara untuk menilai tingkat degradasi mental! fungsi diukur dengan tes Wexler-Bellevue. Indeks ini didasarkan pada pengamatan bahwa tingkat perkembangan beberapa kemampuan yang diukur dengan tes menurun seiring bertambahnya usia, sementara yang lain tidak.

Indeks

Ensiklopedia Psikologi

- indeks, daftar nama, gelar, dll. Dalam psikologi - indikator digital untuk mengukur, mengkarakterisasi fenomena.

Indeks bias suatu zat bergantung pada apa?

Indeks

Ensiklopedia Psikologi

1. Arti paling umum: segala sesuatu yang digunakan untuk menandai, mengidentifikasi, atau mengarahkan; indikasi, prasasti, tanda atau simbol. 2. Rumus atau angka, sering dinyatakan sebagai faktor, menunjukkan beberapa hubungan antara nilai atau pengukuran, atau antara…

Sosiabilitas, Indeks

Ensiklopedia Psikologi

Sebuah karakteristik yang mengekspresikan keramahan seseorang. Sosiogram, misalnya, memberikan, di antara pengukuran lainnya, penilaian tentang kemampuan bersosialisasi anggota kelompok yang berbeda.

Seleksi, Indeks

Ensiklopedia Psikologi

Rumus untuk mengevaluasi kekuatan tes atau item tes tertentu dalam membedakan individu satu sama lain.

Keandalan, Indeks

Ensiklopedia Psikologi

Statistik yang memberikan perkiraan korelasi antara nilai aktual yang diperoleh dari tes dan nilai yang benar secara teoritis.

Indeks ini diberikan sebagai nilai r, di mana r adalah faktor keamanan yang dihitung.

Efisiensi Peramalan, Indeks

Ensiklopedia Psikologi

Ukuran sejauh mana pengetahuan tentang satu variabel dapat digunakan untuk membuat prediksi tentang variabel lain, mengingat korelasi variabel-variabel tersebut diketahui. Biasanya dalam bentuk simbolik ini dinyatakan sebagai E, indeks direpresentasikan sebagai 1 - ((...

Kata-kata, Indeks

Ensiklopedia Psikologi

Istilah umum untuk setiap frekuensi sistematis kemunculan kata-kata dalam bahasa tertulis dan/atau lisan.

Seringkali indeks tersebut terbatas pada bidang linguistik tertentu, misalnya buku pelajaran kelas satu, interaksi orang tua-anak. Namun, perkiraan diketahui ...

Struktur Tubuh, Indeks

Ensiklopedia Psikologi

Pengukuran tubuh yang diusulkan oleh Eysenck berdasarkan rasio tinggi badan terhadap lingkar dada.

Mereka yang nilainya dalam kisaran "normal" disebut mesomorph, yang berada dalam standar deviasi atau di atas rata-rata disebut leptomorph, dan yang berada dalam standar deviasi atau ...

UNTUK KULIAH 24

"METODE ANALISIS INSTRUMENTAL"

REFRAKTOMETRI.

Literatur:

1. V.D. Ponomarev "Kimia Analitik" 1983 246-251

2. A A. Ishchenko "Kimia Analitik" 2004 hlm 181-184

REFRAKTOMETRI.

Refraktometri adalah salah satu metode analisis fisika yang paling sederhana, membutuhkan jumlah analit yang minimum, dan dilakukan dalam waktu yang sangat singkat.

Refraktometri- metode yang didasarkan pada fenomena pembiasan atau pembiasan yaitu

perubahan arah rambat cahaya ketika melewati dari satu medium ke medium lainnya.

Pembiasan, serta penyerapan cahaya, adalah konsekuensi dari interaksinya dengan medium.

Kata refraktometri berarti pengukuran pembiasan cahaya, yang diperkirakan dengan nilai indeks bias.

Nilai indeks bias n bergantung

1) tentang komposisi zat dan sistem,

2) dari pada konsentrasi berapa dan molekul apa yang ditemui berkas cahaya dalam perjalanannya, karena

Di bawah aksi cahaya, molekul zat yang berbeda terpolarisasi dengan cara yang berbeda. Pada ketergantungan inilah metode refraktometri didasarkan.

Metode ini memiliki sejumlah keunggulan, sebagai akibatnya telah ditemukan aplikasi yang luas baik dalam penelitian kimia maupun dalam pengendalian proses teknologi.

1) Pengukuran indeks bias adalah proses yang sangat sederhana yang dilakukan secara akurat dan dengan investasi waktu dan jumlah zat yang minimum.

2) Biasanya, refraktometer memberikan akurasi hingga 10% dalam menentukan indeks bias cahaya dan kandungan analit

Metode refraktometri digunakan untuk mengontrol keaslian dan kemurnian, untuk mengidentifikasi zat individu, untuk menentukan struktur senyawa organik dan anorganik dalam studi larutan.

Refraktometri digunakan untuk menentukan komposisi larutan dua komponen dan untuk sistem terner.

Dasar fisik dari metode ini

INDIKATOR REFRAKTIF.

Penyimpangan berkas cahaya dari arah aslinya selama transisi dari satu medium ke medium lain lebih besar, semakin besar perbedaan kecepatan rambat cahaya di dua

lingkungan ini.

Pertimbangkan pembiasan berkas cahaya pada batas dua media transparan I dan II (Lihat Gambar.

Beras.). Mari kita setuju bahwa medium II memiliki kekuatan bias yang lebih besar dan, oleh karena itu, n1 dan n2- menunjukkan pembiasan media yang sesuai. Jika medium I bukan ruang hampa atau udara, maka perbandingan sin sudut datang berkas cahaya dengan sin sudut bias akan memberikan nilai indeks bias relatif n rel. Nilai n rel.

Berapa indeks bias kaca? Dan kapan perlu tahu?

juga dapat didefinisikan sebagai rasio indeks bias media yang dipertimbangkan.

nrel. = —— = —

Nilai indeks bias tergantung pada

1) sifat zat

Sifat suatu zat dalam hal ini ditentukan oleh tingkat deformabilitas molekulnya di bawah aksi cahaya - tingkat polarisasi.

Semakin kuat polarisasi, semakin kuat pembiasan cahaya.

2)panjang gelombang cahaya datang

Pengukuran indeks bias dilakukan pada panjang gelombang cahaya 589,3 nm (garis D spektrum natrium).

Ketergantungan indeks bias pada panjang gelombang cahaya disebut dispersi.

Semakin pendek panjang gelombang, semakin besar pembiasan. Oleh karena itu, sinar dengan panjang gelombang yang berbeda dibiaskan secara berbeda.

3)suhu dimana pengukuran dilakukan. Prasyarat untuk menentukan indeks bias adalah kepatuhan dengan rezim suhu. Biasanya, penentuan dilakukan pada 20±0.30C.

Ketika suhu naik, indeks bias menurun, dan ketika suhu turun, itu meningkat..

Koreksi suhu dihitung menggunakan rumus berikut:

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

t- Selamat tinggal indeks bias pada suhu tertentu,

n20 - indeks bias pada 200C

Pengaruh suhu pada nilai indeks bias gas dan cairan terkait dengan nilai koefisien ekspansi volumetriknya.

Volume semua gas dan cairan meningkat ketika dipanaskan, kepadatan berkurang dan, akibatnya, indikator berkurang

Indeks bias yang diukur pada 200C dan panjang gelombang cahaya 589,3 nm ditunjukkan oleh indeks nD20

Ketergantungan indeks bias sistem dua komponen homogen pada keadaannya ditetapkan secara eksperimental dengan menentukan indeks bias untuk sejumlah sistem standar (misalnya, larutan), kandungan komponen yang diketahui.

4) konsentrasi suatu zat dalam larutan.

Untuk banyak larutan berair zat, indeks bias pada konsentrasi dan suhu yang berbeda telah diukur dengan andal, dan dalam kasus ini data referensi dapat digunakan. tabel refraktometri.

Praktek menunjukkan bahwa ketika kandungan zat terlarut tidak melebihi 10-20%, bersama dengan metode grafis, dalam banyak kasus dimungkinkan untuk menggunakan persamaan linear seperti:

n=tidak+FC,

n- indeks bias larutan,

Tidak adalah indeks bias pelarut murni,

C— konsentrasi zat terlarut,%

F-koefisien empiris, yang nilainya ditemukan

dengan menentukan indeks bias larutan yang konsentrasinya diketahui.

REFRAKTOMETER.

Refraktometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur indeks bias.

Ada 2 jenis instrumen ini: refraktometer tipe Abbe dan tipe Pulfrich. Baik pada itu maupun pada yang lain, pengukuran didasarkan pada penentuan besarnya sudut pembatas bias. Dalam praktiknya, refraktometer dari berbagai sistem digunakan: laboratorium-RL, RLU universal, dll.

Indeks bias air suling n0 = 1,33299, dalam prakteknya indikator ini dijadikan acuan sebagai n0 =1,333.

Prinsip pengoperasian refraktometer didasarkan pada penentuan indeks bias dengan metode sudut pembatas (sudut pantul total cahaya).

Refraktometer tangan

Refraktometer Abbe

Proses yang berhubungan dengan cahaya merupakan komponen penting dari fisika dan mengelilingi kita di mana-mana dalam kehidupan kita sehari-hari. Yang paling penting dalam situasi ini adalah hukum pemantulan dan pembiasan cahaya, yang menjadi dasar optik modern. Pembiasan cahaya adalah bagian penting dari ilmu pengetahuan modern.

Efek distorsi

Artikel ini akan memberi tahu Anda apa fenomena pembiasan cahaya, serta seperti apa hukum pembiasan dan apa yang mengikutinya.

Dasar-dasar fenomena fisik

Ketika seberkas sinar jatuh pada permukaan yang dipisahkan oleh dua zat transparan yang memiliki kerapatan optik berbeda (misalnya, gelas yang berbeda atau di dalam air), sebagian sinar akan dipantulkan, dan sebagian lagi akan menembus struktur kedua (misalnya, itu akan merambat dalam air atau gelas). Ketika melewati dari satu medium ke medium lain, sinar ditandai dengan perubahan arahnya. Ini adalah fenomena pembiasan cahaya.
Pemantulan dan pembiasan cahaya dapat dilihat dengan baik terutama di dalam air.

efek distorsi air

Melihat hal-hal di dalam air, mereka tampak terdistorsi. Ini terutama terlihat di perbatasan antara udara dan air. Secara visual tampaknya objek bawah air sedikit dibelokkan. Fenomena fisik yang dijelaskan justru menjadi alasan mengapa semua benda tampak terdistorsi dalam air. Saat sinar menerpa kaca, efek ini kurang terlihat.
Pembiasan cahaya adalah fenomena fisik, yang ditandai dengan perubahan arah sinar matahari pada saat berpindah dari satu medium (struktur) ke medium (struktur) lainnya.
Untuk meningkatkan pemahaman tentang proses ini, perhatikan contoh balok yang jatuh dari udara ke dalam air (seperti halnya kaca). Dengan menggambar garis tegak lurus sepanjang antarmuka, sudut bias dan kembalinya berkas cahaya dapat diukur. Indikator ini (sudut bias) akan berubah ketika aliran menembus ke dalam air (di dalam kaca).
Catatan! Parameter ini dipahami sebagai sudut yang membentuk garis tegak lurus yang ditarik pada pemisahan dua zat ketika sinar menembus dari struktur pertama ke struktur kedua.

Lintasan balok

Indikator yang sama adalah tipikal untuk lingkungan lain. Ditetapkan bahwa indikator ini tergantung pada kepadatan zat. Jika balok datang dari struktur yang kurang rapat ke struktur yang lebih rapat, maka sudut distorsi yang dihasilkan akan lebih besar. Dan jika sebaliknya, maka kurang.
Pada saat yang sama, perubahan kemiringan jatuh juga akan mempengaruhi indikator ini. Tetapi hubungan di antara mereka tidak tetap konstan. Pada saat yang sama, rasio sinus mereka akan tetap konstan, yang ditunjukkan oleh rumus berikut: sinα / sinγ = n, di mana:

• n adalah nilai konstanta yang dijelaskan untuk setiap zat tertentu (udara, kaca, air, dll.). Oleh karena itu, berapa nilai ini dapat ditentukan dari tabel khusus;
• adalah sudut datang;
• adalah sudut bias.

Untuk menentukan fenomena fisik ini, hukum pembiasan dibuat.

hukum fisika

Hukum pembiasan fluks cahaya memungkinkan Anda untuk menentukan karakteristik zat transparan. Hukum itu sendiri terdiri dari dua ketentuan:

• Bagian pertama. Balok (insiden, dimodifikasi) dan tegak lurus, yang dipulihkan pada titik datang di perbatasan, misalnya, udara dan air (kaca, dll.), akan ditempatkan di bidang yang sama;
• bagian kedua. Indikator rasio sinus sudut datang dengan sinus sudut yang sama yang terbentuk ketika melintasi batas akan menjadi nilai konstan.

Deskripsi hukum

Dalam hal ini, pada saat balok keluar dari struktur kedua ke struktur pertama (misalnya, ketika fluks cahaya lewat dari udara, melalui kaca dan kembali ke udara), efek distorsi juga akan terjadi.

Parameter penting untuk objek yang berbeda

Indikator utama dalam situasi ini adalah rasio sinus sudut datang ke parameter serupa, tetapi untuk distorsi. Sebagai berikut dari hukum yang dijelaskan di atas, indikator ini adalah nilai konstan.
Pada saat yang sama, ketika nilai kemiringan penurunan berubah, situasi yang sama akan menjadi tipikal untuk indikator serupa. Parameter ini sangat penting, karena merupakan karakteristik integral dari zat transparan.

Indikator untuk objek yang berbeda

Berkat parameter ini, Anda dapat secara efektif membedakan antara jenis kaca, serta berbagai batu mulia. Hal ini juga penting untuk menentukan kecepatan cahaya di berbagai media.

Catatan! Kecepatan fluks cahaya tertinggi berada di ruang hampa.

Ketika berpindah dari satu zat ke zat lain, kecepatannya akan berkurang. Misalnya, intan, yang memiliki indeks bias tertinggi, akan memiliki kecepatan rambat foton 2,42 kali lebih cepat daripada udara. Di dalam air, mereka akan menyebar 1,33 kali lebih lambat. Untuk berbagai jenis kaca, parameter ini berkisar antara 1,4 hingga 2,2.

Catatan! Beberapa kacamata memiliki indeks bias 2,2, yang sangat dekat dengan berlian (2,4). Oleh karena itu, tidak selalu mungkin untuk membedakan pecahan kaca dari berlian asli.

Kepadatan optik zat

Cahaya dapat menembus zat yang berbeda, yang dicirikan oleh kepadatan optik yang berbeda. Seperti yang kami katakan sebelumnya, dengan menggunakan hukum ini, Anda dapat menentukan karakteristik kepadatan medium (struktur). Semakin padat, semakin lambat kecepatan cahaya merambat di dalamnya. Misalnya, kaca atau air akan lebih rapat secara optik daripada udara.
Selain fakta bahwa parameter ini adalah nilai konstan, itu juga mencerminkan rasio kecepatan cahaya dalam dua zat. Arti fisik dapat ditampilkan sebagai rumus berikut:

Indikator ini menunjukkan bagaimana kecepatan rambat foton berubah ketika berpindah dari satu zat ke zat lain.

Indikator penting lainnya

Saat memindahkan fluks cahaya melalui objek transparan, polarisasinya dimungkinkan. Ini diamati selama perjalanan fluks cahaya dari media isotropik dielektrik. Polarisasi terjadi ketika foton melewati kaca.

efek polarisasi

Polarisasi parsial diamati ketika sudut datang fluks cahaya pada batas dua dielektrik berbeda dari nol. Derajat polarisasi tergantung pada sudut datang (hukum Brewster).

Refleksi internal penuh

Menyimpulkan penyimpangan singkat kami, masih perlu untuk mempertimbangkan efek seperti itu sebagai refleksi internal yang lengkap.

Fenomena Tampilan Penuh

Untuk munculnya efek ini, perlu untuk meningkatkan sudut datang fluks cahaya pada saat transisinya dari media yang lebih padat ke media yang kurang padat pada antarmuka antara zat. Pada keadaan dimana parameter ini melebihi suatu nilai batas tertentu, maka foton yang datang pada batas bagian ini akan dipantulkan seluruhnya. Sebenarnya, ini akan menjadi fenomena yang kita inginkan. Tanpa itu, mustahil membuat serat optik.

Kesimpulan

Aplikasi praktis dari fitur-fitur perilaku fluks cahaya memberi banyak, menciptakan berbagai perangkat teknis untuk meningkatkan kehidupan kita. Pada saat yang sama, cahaya belum membuka semua kemungkinannya bagi umat manusia, dan potensi praktisnya belum sepenuhnya terwujud.

Cara membuat lampu kertas dengan tangan Anda sendiri
Cara memeriksa kinerja strip LED

Artikel ini mengungkapkan esensi dari konsep optik seperti indeks bias. Rumus untuk mendapatkan nilai ini diberikan, gambaran singkat tentang penerapan fenomena pembiasan gelombang elektromagnetik diberikan.

Kemampuan melihat dan indeks bias

Pada awal peradaban, orang mengajukan pertanyaan: bagaimana mata melihat? Telah disarankan bahwa seseorang memancarkan sinar yang merasakan benda-benda di sekitarnya, atau, sebaliknya, semua benda memancarkan sinar tersebut. Jawaban atas pertanyaan ini diberikan pada abad ketujuh belas. Itu terkandung dalam optik dan terkait dengan apa indeks bias itu. Memantulkan dari berbagai permukaan buram dan membiaskan di perbatasan dengan yang transparan, cahaya memberi seseorang kesempatan untuk melihat.

Indeks cahaya dan bias

Planet kita diselimuti cahaya matahari. Dan justru dengan sifat gelombang foton itulah konsep seperti indeks bias absolut dikaitkan. Saat merambat dalam ruang hampa, foton tidak menemui hambatan. Di planet ini, cahaya bertemu berbagai media yang lebih padat: atmosfer (campuran gas), air, kristal. Menjadi gelombang elektromagnetik, foton cahaya memiliki kecepatan satu fase dalam ruang hampa (dilambangkan c), dan di lingkungan - lain (dilambangkan v). Perbandingan bilangan pertama dan kedua inilah yang disebut dengan indeks bias mutlak. Rumusnya terlihat seperti ini: n = c / v.

Kecepatan fase

Perlu memberikan definisi kecepatan fase media elektromagnetik. Jika tidak, pahami apa itu indeks bias n, itu dilarang. Foton cahaya adalah gelombang. Jadi, itu dapat direpresentasikan sebagai paket energi yang berosilasi (bayangkan segmen sinusoidal). Fase - ini adalah segmen sinusoidal yang dilalui gelombang pada waktu tertentu (ingat bahwa ini penting untuk memahami besaran seperti indeks bias).

Misalnya, fase dapat berupa maksimum sinusoidal atau beberapa segmen kemiringannya. Kecepatan fase gelombang adalah kecepatan di mana fase tertentu bergerak. Seperti yang dijelaskan oleh definisi indeks bias, untuk ruang hampa dan untuk media, nilai-nilai ini berbeda. Selain itu, setiap lingkungan memiliki nilai kuantitas ini sendiri. Setiap senyawa transparan, apa pun komposisinya, memiliki indeks bias yang berbeda dari semua zat lainnya.

Indeks bias absolut dan relatif

Telah ditunjukkan di atas bahwa nilai absolut diukur relatif terhadap vakum. Namun, ini sulit di planet kita: cahaya lebih sering mengenai perbatasan udara dan air atau kuarsa dan spinel. Untuk masing-masing media tersebut, seperti disebutkan di atas, indeks biasnya berbeda. Di udara, foton cahaya bergerak sepanjang satu arah dan memiliki kecepatan satu fase (v 1), tetapi ketika memasuki air, ia mengubah arah rambat dan kecepatan fase (v 2). Namun, kedua arah ini terletak pada bidang yang sama. Ini sangat penting untuk memahami bagaimana bayangan dunia sekitar terbentuk pada retina mata atau pada matriks kamera. Rasio dari dua nilai absolut memberikan indeks bias relatif. Rumusnya terlihat seperti ini: n 12 \u003d v 1 / v 2.

Tetapi bagaimana jika cahaya, sebaliknya, keluar dari air dan masuk ke udara? Maka nilai ini akan ditentukan dengan rumus n 21 = v 2 / v 1. Saat mengalikan indeks bias relatif, kami mendapatkan n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1. Rasio ini berlaku untuk setiap pasangan media. Indeks bias relatif dapat dicari dari sinus sudut datang dan bias n 12 = sin 1 / sin 2. Jangan lupa bahwa sudut dihitung dari normal ke permukaan. Garis normal adalah garis yang tegak lurus permukaan. Artinya, jika masalah diberikan sudut α jatuh relatif terhadap permukaan itu sendiri, maka sinus (90 - ) harus dipertimbangkan.

Keindahan indeks bias dan aplikasinya

Pada hari yang cerah dan tenang, silau bermain di dasar danau. Es biru tua menutupi batu. Di tangan seorang wanita, berlian menyebarkan ribuan bunga api. Fenomena ini merupakan konsekuensi dari kenyataan bahwa semua batas media transparan memiliki indeks bias relatif. Selain kenikmatan estetis, fenomena ini juga bisa dimanfaatkan untuk aplikasi praktis.

Berikut beberapa contohnya:

• Sebuah lensa kaca mengumpulkan seberkas sinar matahari dan membakar rumput.
• Sinar laser berfokus pada organ yang sakit dan memotong jaringan yang tidak perlu.
• Sinar matahari dibiaskan pada jendela kaca patri kuno, menciptakan suasana khusus.
• Mikroskop memperbesar detail yang sangat kecil
• Lensa spektrofotometer mengumpulkan sinar laser yang dipantulkan dari permukaan zat yang diteliti. Dengan demikian, adalah mungkin untuk memahami struktur, dan kemudian sifat-sifat bahan baru.
• Bahkan ada proyek untuk komputer fotonik, di mana informasi akan ditransmisikan bukan oleh elektron, seperti sekarang, tetapi oleh foton. Untuk perangkat seperti itu, elemen bias pasti akan diperlukan.

panjang gelombang

Namun, Matahari memberi kita foton tidak hanya dalam spektrum yang terlihat. Rentang inframerah, ultraviolet, sinar-X tidak dirasakan oleh penglihatan manusia, tetapi memengaruhi kehidupan kita. Sinar IR membuat kita tetap hangat, foton UV mengionisasi atmosfer bagian atas dan memungkinkan tanaman menghasilkan oksigen melalui fotosintesis.

Dan berapa indeks bias yang sama tergantung tidak hanya pada zat di mana batas terletak, tetapi juga pada panjang gelombang radiasi yang datang. Biasanya jelas dari konteks nilai mana yang dirujuk. Artinya, jika buku mempertimbangkan sinar-X dan efeknya pada seseorang, maka n sana itu didefinisikan untuk kisaran ini. Tetapi biasanya spektrum gelombang elektromagnetik yang terlihat dimaksudkan, kecuali ditentukan lain.

Indeks bias dan refleksi

Seperti menjadi jelas dari atas, kita berbicara tentang lingkungan transparan. Sebagai contoh, kami mengutip udara, air, berlian. Tapi bagaimana dengan kayu, granit, plastik? Apakah ada yang namanya indeks bias untuk mereka? Jawabannya rumit, tetapi secara umum ya.

Pertama-tama, kita harus mempertimbangkan jenis cahaya apa yang kita hadapi. Media yang tidak tembus cahaya terhadap foton yang terlihat dipotong oleh sinar-X atau radiasi gamma. Artinya, jika kita semua adalah manusia super, maka seluruh dunia di sekitar kita akan transparan bagi kita, tetapi pada tingkat yang berbeda-beda. Misalnya, dinding yang terbuat dari beton tidak akan lebih padat dari jeli, dan perlengkapan logam akan terlihat seperti potongan buah yang lebih padat.

Untuk partikel elementer lainnya, muon, planet kita umumnya tembus pandang. Pada suatu waktu, para ilmuwan membawa banyak masalah untuk membuktikan fakta keberadaan mereka. Muon menembus kita dalam jutaan setiap detik, tetapi kemungkinan tabrakan setidaknya satu partikel dengan materi sangat kecil, dan sangat sulit untuk memperbaikinya. Ngomong-ngomong, Baikal akan segera menjadi tempat "menangkap" muon. Airnya yang dalam dan jernih sangat ideal untuk ini - terutama di musim dingin. Yang utama adalah sensor tidak membeku. Jadi, indeks bias beton, misalnya, untuk foton sinar-x masuk akal. Selain itu, penyinaran sinar-X suatu zat adalah salah satu metode yang paling akurat dan penting untuk mempelajari struktur kristal.

Perlu juga diingat bahwa, dalam pengertian matematis, zat yang buram untuk rentang tertentu memiliki indeks bias imajiner. Akhirnya, kita harus memahami bahwa suhu suatu zat juga dapat mempengaruhi transparansinya.