ფიზიკის კანონები ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ გამოთვლების განხორციელებაში რაიმე პროდუქტის წარმოებისთვის კონკრეტული სტრატეგიის დაგეგმვისას ან სხვადასხვა მიზნებისთვის სტრუქტურების მშენებლობის პროექტის შედგენაში. ბევრი მნიშვნელობა გამოითვლება, ამიტომ გაზომვები და გამოთვლები ხდება დაგეგმვის სამუშაოების დაწყებამდე. მაგალითად, შუშის გარდატეხის ინდექსი უდრის დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდებას გარდატეხის კუთხის სინუსთან.

ასე რომ, ჯერ ხდება კუთხეების გაზომვის პროცესი, შემდეგ გამოითვლება მათი სინუსი და მხოლოდ ამის შემდეგ შეგიძლიათ მიიღოთ სასურველი მნიშვნელობა. ცხრილის მონაცემების ხელმისაწვდომობის მიუხედავად, ღირს ყოველ ჯერზე დამატებითი გამოთვლების ჩატარება, რადგან საცნობარო წიგნები ხშირად იყენებენ იდეალურ პირობებს, რომელთა მიღწევა თითქმის შეუძლებელია რეალურ ცხოვრებაში. ამიტომ, სინამდვილეში, ინდიკატორი აუცილებლად განსხვავდება ცხრილისგან და ზოგიერთ სიტუაციაში ამას ფუნდამენტური მნიშვნელობა აქვს.

აბსოლუტური მაჩვენებელი

აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი დამოკიდებულია შუშის ბრენდზე, რადგან პრაქტიკაში არსებობს უამრავი ვარიანტი, რომლებიც განსხვავდება შემადგენლობითა და გამჭვირვალობის ხარისხით. საშუალოდ, ეს არის 1.5 და ამ მნიშვნელობის გარშემო 0.2-ით მერყეობს ამა თუ იმ მიმართულებით. იშვიათ შემთხვევებში შეიძლება იყოს გადახრები ამ მაჩვენებლიდან.

კიდევ ერთხელ, თუ ზუსტი მაჩვენებელი მნიშვნელოვანია, მაშინ დამატებითი გაზომვები შეუცვლელია. მაგრამ ისინიც კი არ იძლევიან 100% საიმედო შედეგს, რადგან მზის პოზიცია ცაში და ღრუბლიანობა გაზომვის დღეს გავლენას მოახდენს საბოლოო მნიშვნელობაზე. საბედნიეროდ, შემთხვევების 99,99%-ში საკმარისია უბრალოდ ვიცოდეთ, რომ ისეთი მასალის, როგორიცაა მინა, გარდატეხის ინდექსი ერთზე მეტია და ორზე ნაკლები, ხოლო დანარჩენი მეათედი და მეასედი არ თამაშობს როლს.

ფორუმებზე, რომლებიც ეხმარება ფიზიკაში პრობლემების გადაჭრას, ხშირად ჩნდება კითხვა, რა არის მინის და ალმასის რეფრაქციული ინდექსი? ბევრი ფიქრობს, რომ რადგან ეს ორი ნივთიერება გარეგნულად მსგავსია, მათი თვისებები დაახლოებით იგივე უნდა იყოს. მაგრამ ეს არის ბოდვა.

მინის მაქსიმალური გარდატეხა იქნება დაახლოებით 1,7, ხოლო ალმასისთვის ეს მაჩვენებელი 2,42-ს აღწევს. ეს ძვირფასი ქვა არის ერთ-ერთი იმ მცირერიცხოვან მასალათაგანი დედამიწაზე, რომლის გარდატეხის ინდექსი აღემატება 2-ს. ეს გამოწვეულია მისი კრისტალური სტრუქტურით და სინათლის სხივების დიდი გავრცელებით. ცხრილის მნიშვნელობის ცვლილებებში მინიმალურ როლს ასრულებს ფეისინგი.

შედარებითი მაჩვენებელი

ფარდობითი მაჩვენებელი ზოგიერთი გარემოსთვის შეიძლება დახასიათდეს შემდეგნაირად:

• - შუშის რეფრაქციული ინდექსი წყალთან შედარებით არის დაახლოებით 1,18;
• - იგივე მასალის გარდატეხის ინდექსი ჰაერთან მიმართებაში უდრის 1,5-ს;
• - რეფრაქციული ინდექსი ალკოჰოლთან შედარებით - 1.1.

ინდიკატორის გაზომვა და ფარდობითი მნიშვნელობის გამოთვლა ხდება ცნობილი ალგორითმის მიხედვით. ფარდობითი პარამეტრის მოსაძებნად, თქვენ უნდა გაყოთ ცხრილის ერთი მნიშვნელობა მეორეზე. ან გააკეთეთ ექსპერიმენტული გამოთვლები ორი გარემოსთვის და შემდეგ გაყავით მიღებული მონაცემები. ასეთი ოპერაციები ხშირად ტარდება ფიზიკის ლაბორატორიულ კლასებში.

რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრა

პრაქტიკაში საკმაოდ რთულია მინის გარდატეხის ინდექსის დადგენა, რადგან საწყისი მონაცემების გასაზომად საჭიროა მაღალი სიზუსტის ინსტრუმენტები. ნებისმიერი შეცდომა გაიზრდება, რადგან გაანგარიშება იყენებს რთულ ფორმულებს, რომლებიც მოითხოვს შეცდომების არარსებობას.

ზოგადად, ეს კოეფიციენტი გვიჩვენებს, რამდენჯერ იკლებს სინათლის სხივების გავრცელების სიჩქარე გარკვეული დაბრკოლების გავლისას. ამიტომ დამახასიათებელია მხოლოდ გამჭვირვალე მასალებისთვის. საცნობარო მნიშვნელობისთვის, ანუ ერთეულისთვის, აღებულია აირების რეფრაქციული ინდექსი. ეს გაკეთდა იმისთვის, რომ გამოთვლებში გარკვეული მნიშვნელობიდან დაწყება შემეძლო.

თუ მზის სხივი ეცემა მინის ზედაპირზე, გარდატეხის ინდექსით, რომელიც უდრის ცხრილის მნიშვნელობას, მაშინ ის შეიძლება შეიცვალოს რამდენიმე გზით:

• 1. ზემოდან დააწებეთ ფილმი, რომელშიც რეფრაქციული ინდექსი უფრო მაღალი იქნება ვიდრე მინის. ეს პრინციპი გამოიყენება მანქანის ფანჯრების შეფერილობისას, რათა გაუმჯობესდეს მგზავრის კომფორტი და მძღოლს გზა უფრო ნათლად დაინახოს. ასევე, ფილმი შეაკავებს და ულტრაიისფერ გამოსხივებას.
• 2. შეღებეთ შუშა საღებავით. ეს არის ის, რასაც იაფფასიანი სათვალეების მწარმოებლები აკეთებენ, მაგრამ გაითვალისწინეთ, რომ ეს შეიძლება საზიანო იყოს თქვენი მხედველობისთვის. კარგ მოდელებში სათვალეები დაუყოვნებლივ იწარმოება ფერადი სპეციალური ტექნოლოგიის გამოყენებით.
• 3. ჩაყარეთ ჭიქა სითხეში. ეს გამოსადეგია მხოლოდ ექსპერიმენტებისთვის.

თუ სინათლის სხივი გადის მინიდან, შემდეგ მასალაზე გარდატეხის ინდექსი გამოითვლება ფარდობითი კოეფიციენტის გამოყენებით, რომელიც შეიძლება მიღებულ იქნეს ცხრილის მნიშვნელობების ერთმანეთთან შედარებით. ეს გამოთვლები ძალიან მნიშვნელოვანია ოპტიკური სისტემების დიზაინში, რომლებიც ატარებენ პრაქტიკულ ან ექსპერიმენტულ დატვირთვას. შეცდომები აქ დაუშვებელია, რადგან ისინი გამოიწვევს მთელი მოწყობილობის გაუმართაობას და შემდეგ მასთან მიღებული ნებისმიერი მონაცემი უსარგებლო იქნება.

გარდატეხის ინდექსის მქონე მინაში სინათლის სიჩქარის დასადგენად, თქვენ უნდა გაყოთ სიჩქარის აბსოლუტური მნიშვნელობა ვაკუუმში გარდატეხის ინდექსით. ვაკუუმი გამოიყენება როგორც საცნობარო საშუალება, რადგან რეფრაქცია იქ არ მოქმედებს რაიმე ნივთიერების არარსებობის გამო, რამაც შეიძლება ხელი შეუშალოს სინათლის სხივების შეუფერხებელ მოძრაობას მოცემული ტრაექტორიის გასწვრივ.

ნებისმიერ გამოთვლილ ინდიკატორში, სიჩქარე ნაკლები იქნება, ვიდრე საცნობარო გარემოში, რადგან რეფრაქციული ინდექსი ყოველთვის ერთზე მეტია.

მე-8 კლასის ფიზიკის კურსზე თქვენ გაეცანით სინათლის გარდატეხის ფენომენს. ახლა თქვენ იცით, რომ სინათლე არის გარკვეული სიხშირის დიაპაზონის ელექტრომაგნიტური ტალღები. სინათლის ბუნების შესახებ ცოდნის საფუძველზე, თქვენ შეძლებთ გაიგოთ რეფრაქციის ფიზიკური მიზეზი და ახსნათ მასთან დაკავშირებული მრავალი სხვა სინათლის ფენომენი.

ბრინჯი. 141. ერთი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას სხივი ირღვევა, ანუ იცვლის გავრცელების მიმართულებას.

სინათლის გარდატეხის კანონის მიხედვით (სურ. 141):

• სხივები ჩავარდნილი, გარდატეხილი და პერპენდიკულურად მიზიდული ორ მედიას შორის სხივის დაცემის წერტილში ერთსა და იმავე სიბრტყეში; დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა ამ ორი მედიისთვის

სადაც n 21 არის მეორე გარემოს ფარდობითი რეფრაქციული მაჩვენებელი პირველთან შედარებით.

თუ სხივი ვაკუუმიდან რომელიმე გარემოში გადადის, მაშინ

სადაც n არის მეორე გარემოს აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი (ან უბრალოდ გარდატეხის მაჩვენებელი). ამ შემთხვევაში, პირველი „გარემო“ არის ვაკუუმი, რომლის აბსოლუტური მაჩვენებელი აღებულია როგორც ერთი.

სინათლის გარდატეხის კანონი ემპირიულად აღმოაჩინა ჰოლანდიელმა მეცნიერმა ვილბორდ სნელიუსმა 1621 წელს. კანონი ჩამოყალიბდა ტრაქტატში ოპტიკაზე, რომელიც აღმოაჩინეს მეცნიერის ნაშრომებში მისი სიკვდილის შემდეგ.

სნელის აღმოჩენის შემდეგ, რამდენიმე მეცნიერმა წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ სინათლის გარდატეხა გამოწვეულია მისი სიჩქარის ცვლილებით, როდესაც ის გადის ორი მედიის საზღვარზე. ამ ჰიპოთეზის მართებულობა დაადასტურა ფრანგმა მათემატიკოსმა პიერ ფერმამ (1662 წელს) და ჰოლანდიელმა ფიზიკოსმა კრისტიან ჰიუგენსმა (1690 წელს) დამოუკიდებლად განხორციელებული თეორიული მტკიცებულებებით. სხვადასხვა გზით ისინი მივიდნენ ერთსა და იმავე შედეგამდე, რაც ამას ადასტურებს

• დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა ამ ორი მედიისთვის, რომელიც უდრის სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას ამ მედიაში:

(3)

(3) განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ თუ გარდატეხის კუთხე β ნაკლებია დაცემის კუთხეზე a, მაშინ მოცემული სიხშირის შუქი მეორე გარემოში უფრო ნელა ვრცელდება, ვიდრე პირველში, ანუ V 2.

(3) განტოლებაში შემავალი რაოდენობების ურთიერთობა კარგი მიზეზი იყო ფარდობითი გარდატეხის ინდექსის განმარტების სხვა ფორმულირების გამოჩენისთვის:

• მეორე გარემოს ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი პირველთან შედარებით არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ტოლია სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას ამ გარემოში:

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

ნება მიეცით სინათლის სხივმა გაიაროს ვაკუუმიდან რომელიმე საშუალოზე. ვ1 განტოლებაში (4) შევცვლით სინათლის სიჩქარით c ვაკუუმში და v 2 სინათლის სიჩქარით ვ საშუალოში, ვიღებთ განტოლებას (5), რომელიც არის აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსის განმარტება:

• გარემოს აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსი არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც უდრის ვაკუუმში სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას მოცემულ გარემოში სინათლის სიჩქარესთან:

(4) და (5) განტოლების მიხედვით, n 21 გვიჩვენებს, რამდენჯერ იცვლება სინათლის სიჩქარე ერთი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას და n - როცა ვაკუუმიდან საშუალოზე გადადის. ეს არის რეფრაქციული მაჩვენებლების ფიზიკური მნიშვნელობა.

ნებისმიერი ნივთიერების აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსის მნიშვნელობა n ერთიანობაზე მეტია (ეს დასტურდება ფიზიკური საცნობარო წიგნების ცხრილებში მოცემული მონაცემებით). შემდეგ, განტოლების (5) მიხედვით, c/v > 1 და c > v, ანუ, სინათლის სიჩქარე ნებისმიერ ნივთიერებაში ნაკლებია სინათლის სიჩქარეზე ვაკუუმში.

მკაცრი დასაბუთების გარეშე (ისინი რთული და რთულია), ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ სინათლის სიჩქარის შემცირების მიზეზი ვაკუუმიდან მატერიაზე გადასვლისას არის სინათლის ტალღის ურთიერთქმედება ატომებთან და მატერიის მოლეკულებთან. რაც უფრო დიდია ნივთიერების ოპტიკური სიმკვრივე, მით უფრო ძლიერია ეს ურთიერთქმედება, მით უფრო დაბალია სინათლის სიჩქარე და მით მეტია გარდატეხის ინდექსი. ამრიგად, სინათლის სიჩქარე გარემოში და აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსი განისაზღვრება ამ გარემოს თვისებებით.

ნივთიერებების რეფრაქციული მაჩვენებლების რიცხვითი მნიშვნელობების მიხედვით, შეიძლება შევადაროთ მათი ოპტიკური სიმკვრივე. მაგალითად, სხვადასხვა ტიპის შუშის გარდატეხის მაჩვენებლები მერყეობს 1,470-დან 2,040-მდე, ხოლო წყლის გარდატეხის ინდექსი არის 1,333. ეს ნიშნავს, რომ მინა ოპტიკურად უფრო მკვრივი გარემოა ვიდრე წყალი.

მოდით მივმართოთ 142 სურათს, რომლის დახმარებით შეგვიძლია ავხსნათ, თუ რატომ იცვლება ორი მედიის საზღვარზე, სიჩქარის ცვლილებით, სინათლის ტალღის გავრცელების მიმართულებაც.

ბრინჯი. 142. როდესაც სინათლის ტალღები ჰაერიდან წყალში გადადიან, სინათლის სიჩქარე მცირდება, ტალღის წინა მხარე და მასთან ერთად სიჩქარე იცვლის მიმართულებას.

ნახატზე ნაჩვენებია მსუბუქი ტალღა, რომელიც გადადის ჰაერიდან წყალში და ეცემა ამ მედიას შორის ინტერფეისზე a კუთხით. ჰაერში სინათლე ვრცელდება v 1 სიჩქარით, წყალში კი უფრო ნელი სიჩქარით v 2.

ტალღის A წერტილი პირველ რიგში აღწევს საზღვარს. გარკვეული პერიოდის განმავლობაში Δt წერტილი B, რომელიც მოძრაობს ჰაერში იმავე სიჩქარით v 1, მიაღწევს B წერტილს. ”ამ დროს A წერტილი, რომელიც წყალში მოძრაობს დაბალი სიჩქარით v 2, დაფარავს უფრო მოკლე მანძილს. , მიაღწია მხოლოდ A წერტილს". ამ შემთხვევაში წყალში ეგრეთ წოდებული ტალღის ფრონტი A "B" გარკვეული კუთხით შემობრუნდება ჰაერში AB ტალღის ფრონტის მიმართ. ხოლო სიჩქარის ვექტორი (რომელიც ყოველთვის პერპენდიკულარულია ტალღის ფრონტზე და ემთხვევა მისი გავრცელების მიმართულებას) ბრუნავს, უახლოვდება ოო სწორ ხაზს", პერპენდიკულურად მედიას შორის ინტერფეისზე. ამ შემთხვევაში, გარდატეხის კუთხე β ნაკლებია. ვიდრე დაცემის კუთხე α. ასე ხდება სინათლის გარდატეხა.

ნახატიდან ასევე ჩანს, რომ სხვა გარემოზე გადასვლისას და ტალღის ფრონტის ბრუნვისას იცვლება ტალღის სიგრძეც: ოპტიკურად მკვრივ გარემოზე გადასვლისას სიჩქარე მცირდება, ტალღის სიგრძეც მცირდება (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.

კითხვები

1. ამ ორი ნივთიერებიდან რომელია ოპტიკურად მკვრივი?
2. როგორ განისაზღვრება რეფრაქციული ინდექსები მედიაში სინათლის სიჩქარის მიხედვით?
3. სად მოძრაობს სინათლე ყველაზე სწრაფად?
4. რა არის სინათლის სიჩქარის შემცირების ფიზიკური მიზეზი, როდესაც ის ვაკუუმიდან საშუალოზე გადადის ან უფრო დაბალი ოპტიკური სიმკვრივის მქონე გარემოდან უფრო მაღალი სიმკვრივის გარემოში?
5. რა განსაზღვრავს (ანუ რაზე არიან ისინი დამოკიდებულნი) გარემოს აბსოლუტურ რეფრაქციულ ინდექსს და მასში სინათლის სიჩქარეს?
6. ახსენით, რას ასახავს სურათი 142.

Ვარჯიში

მოდით მივმართოთ გარდატეხის კანონის ფორმულირებისას ჩვენს მიერ შემოღებულ § 81-ში შეტანილი რეფრაქციული ინდექსის უფრო დეტალურ განხილვას.

გარდატეხის ინდექსი დამოკიდებულია ოპტიკურ თვისებებზე და გარემოზე, საიდანაც სხივი ვარდება და გარემოზე, რომელშიც ის აღწევს. გარდატეხის ინდექსს, რომელიც მიიღება, როდესაც ვაკუუმიდან შუქი ეცემა გარემოზე, ეწოდება ამ გარემოს აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი.

ბრინჯი. 184. ორი მედიის ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი:

პირველი გარემოს აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსი იყოს, ხოლო მეორე - . პირველი და მეორე მედიის საზღვარზე რეფრაქციის გათვალისწინებით, ჩვენ დავრწმუნდებით, რომ გარდატეხის ინდექსი პირველი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას, ეგრეთ წოდებული ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი, უდრის აბსოლუტური გარდატეხის მაჩვენებლების თანაფარდობას. მეორე და პირველი მედია:

(სურ. 184). პირიქით, მეორე გარემოდან პირველზე გადასვლისას გვაქვს შედარებითი რეფრაქციული ინდექსი

დადგენილი კავშირი ორი მედიის ფარდობითი გარდატეხის ინდექსსა და მათ აბსოლუტურ რეფრაქციულ მაჩვენებლებს შორის თეორიულადაც შეიძლება იყოს მიღებული, ახალი ექსპერიმენტების გარეშე, ისევე როგორც ეს შეიძლება გაკეთდეს შექცევადობის კანონისთვის (§ 82).

უფრო მაღალი რეფრაქციული ინდექსის მქონე გარემო ოპტიკურად უფრო მკვრივია. ჩვეულებრივ იზომება სხვადასხვა მედიის რეფრაქციული ინდექსი ჰაერთან მიმართებაში. ჰაერის აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი არის. ამრიგად, ნებისმიერი გარემოს აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი დაკავშირებულია მის რეფრაქციულ ინდექსთან ჰაერთან მიმართებაში ფორმულით.

ცხრილი 6. სხვადასხვა ნივთიერების რეფრაქციული ინდექსი ჰაერთან მიმართებაში

გარდატეხის ინდექსი დამოკიდებულია სინათლის ტალღის სიგრძეზე, ანუ მის ფერზე. სხვადასხვა ფერები შეესაბამება სხვადასხვა რეფრაქციულ მაჩვენებელს. ეს ფენომენი, რომელსაც დისპერსიას უწოდებენ, მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ოპტიკაში. ამ ფენომენს არაერთხელ განვიხილავთ მომდევნო თავებში. მონაცემები მოცემულია ცხრილში. 6, მიმართეთ ყვითელ შუქს.

საინტერესოა აღინიშნოს, რომ ასახვის კანონი ფორმალურად შეიძლება დაიწეროს იმავე ფორმით, როგორც გარდატეხის კანონი. შეგახსენებთ, რომ ჩვენ შევთანხმდით, რომ ყოველთვის გავზომოთ კუთხეები პერპენდიკულარიდან შესაბამის სხივამდე. ამიტომ დაცემის კუთხე და არეკვლის კუთხე უნდა მივიჩნიოთ საპირისპირო ნიშნების მქონედ, ე.ი. ასახვის კანონი შეიძლება დაიწეროს როგორც

თუ შევადარებთ (83.4) გარდატეხის კანონს, ვხედავთ, რომ ასახვის კანონი შეიძლება ჩაითვალოს გარდატეხის კანონის განსაკუთრებულ შემთხვევად. ასახვისა და რეფრაქციის კანონებს შორის ეს ფორმალური მსგავსება ძალიან სასარგებლოა პრაქტიკული პრობლემების გადასაჭრელად.

წინა პრეზენტაციაში, გარდატეხის ინდექსს ჰქონდა საშუალო მუდმივის მნიშვნელობა, მასში გამავალი სინათლის ინტენსივობისგან დამოუკიდებელი. რეფრაქციული ინდექსის ასეთი ინტერპრეტაცია სავსებით ბუნებრივია, თუმცა თანამედროვე ლაზერების გამოყენებით მიღწეული რადიაციის მაღალი ინტენსივობის შემთხვევაში ეს არ არის გამართლებული. გარემოს თვისებები, რომლითაც გადის ძლიერი სინათლის გამოსხივება, ამ შემთხვევაში, დამოკიდებულია მის ინტენსივობაზე. როგორც ამბობენ, საშუალო ხდება არაწრფივი. საშუალების არაწრფივობა გამოიხატება, კერძოდ, იმაში, რომ მაღალი ინტენსივობის მსუბუქი ტალღა ცვლის რეფრაქციულ ინდექსს. რეფრაქციული ინდექსის დამოკიდებულებას გამოსხივების ინტენსივობაზე აქვს ფორმა

აქ არის ჩვეულებრივი გარდატეხის ინდექსი, a არის არაწრფივი გარდატეხის ინდექსი და არის პროპორციულობის ფაქტორი. ამ ფორმულაში დამატებითი ტერმინი შეიძლება იყოს დადებითი ან უარყოფითი.

რეფრაქციული ინდექსის შედარებითი ცვლილებები შედარებით მცირეა. ზე არაწრფივი რეფრაქციული ინდექსი. თუმცა, რეფრაქციული ინდექსის ასეთი მცირე ცვლილებებიც კი შესამჩნევია: ისინი ვლინდება სინათლის თვითკონცენტრაციის თავისებურ ფენომენში.

განვიხილოთ გარემო დადებითი არაწრფივი რეფრაქციული ინდექსით. ამ შემთხვევაში, გაზრდილი სინათლის ინტენსივობის სფეროები არის გაზრდილი რეფრაქციული ინდექსის ერთდროული უბნები. ჩვეულებრივ, რეალურ ლაზერულ გამოსხივებაში, ინტენსივობის განაწილება სხივის კვეთაზე არაერთგვაროვანია: ინტენსივობა მაქსიმალურია ღერძის გასწვრივ და შეუფერხებლად მცირდება სხივის კიდეებისკენ, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 185 მყარი მრუდი. მსგავსი განაწილება ასევე აღწერს გარდატეხის ინდექსის ცვლილებას უჯრედის კვეთაზე არაწრფივი გარემოთი, რომლის ღერძის გასწვრივ ლაზერის სხივი ვრცელდება. რეფრაქციული ინდექსი, რომელიც ყველაზე დიდია უჯრედის ღერძის გასწვრივ, თანდათან მცირდება მისი კედლებისკენ (დატეხილი მრუდები ნახ. 185).

სხივების სხივი, რომელიც გამოდის ლაზერიდან ღერძის პარალელურად, ეცემა გარემოში ცვლადი გარდატეხის ინდექსით, გადაიხრება იმ მიმართულებით, სადაც ის უფრო დიდია. ამრიგად, OSP უჯრედის სიახლოვეს გაზრდილი ინტენსივობა იწვევს სინათლის სხივების კონცენტრაციას ამ რეგიონში, რაც სქემატურად არის ნაჩვენები ჯვარედინი სექციებში და ნახ. 185, და ეს იწვევს შემდგომ ზრდას. საბოლოო ჯამში, სინათლის სხივის ეფექტური განივი კვეთა, რომელიც გადის არაწრფივ გარემოში, მნიშვნელოვნად მცირდება. სინათლე გადის ვიწრო არხში გაზრდილი რეფრაქციული ინდექსით. ამრიგად, ლაზერის სხივი ვიწროვდება და არაწრფივი გარემო მოქმედებს როგორც კონვერტაციული ლინზა ინტენსიური გამოსხივების მოქმედებით. ამ ფენომენს თვით ფოკუსირება ეწოდება. ის შეიძლება შეინიშნოს, მაგალითად, თხევად ნიტრობენზოლში.

ბრინჯი. 185. გამოსხივების ინტენსივობის და გარდატეხის ინდექსის განაწილება ლაზერის სხივების კვეთაზე კუვეტის შესასვლელთან (a), შეყვანის ბოლოსთან (), შუაში (), კუვეტის გამომავალი ბოლოსთან (). )

გამჭვირვალე მყარი ნივთიერებების გარდატეხის ინდექსის განსაზღვრა

და სითხეები

ინსტრუმენტები და აქსესუარები: მიკროსკოპი სინათლის ფილტრით, სიბრტყე-პარალელური ფირფიტა AB ნიშნით ჯვრის სახით; რეფრაქტომეტრი ბრენდი "RL"; სითხეების ნაკრები.

მიზანი:განსაზღვრეთ მინის და სითხეების გარდატეხის მაჩვენებლები.

მინის რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრა მიკროსკოპის გამოყენებით

გამჭვირვალე მყარის გარდატეხის ინდექსის დასადგენად გამოიყენება ამ მასალისგან დამზადებული სიბრტყე-პარალელური ფირფიტა ნიშნით.

ნიშანი შედგება ორი ორმხრივი პერპენდიკულარული ნაკაწრისგან, რომელთაგან ერთი (A) გამოიყენება ბოლოში, ხოლო მეორე (B) - ფირფიტის ზედა ზედაპირზე. ფირფიტა განათებულია მონოქრომატული შუქით და განიხილება მიკროსკოპის ქვეშ. Ზე
ბრინჯი. 4.7 გვიჩვენებს გამოკვლეული ფირფიტის მონაკვეთს ვერტიკალური სიბრტყით.

სხივები AD და AE გარდატეხის შემდეგ მინა-ჰაერის ინტერფეისზე მიდიან DD1 და EE1 მიმართულებებში და ხვდებიან მიკროსკოპის ობიექტში.

დამკვირვებელი, რომელიც ზემოდან უყურებს ფირფიტას, ხედავს A წერტილს DD1 და EE1 სხივების გაგრძელების გადაკვეთაზე, ე.ი. C წერტილში.

ამრიგად, წერტილი A ეჩვენება C წერტილში მდებარე დამკვირვებელს. მოდით ვიპოვოთ კავშირი ფირფიტის მასალის n გარდატეხის ინდექსს, d სისქესა და ფირფიტის აშკარა სისქეს d1 შორის.

4.7 ჩანს, რომ VD \u003d BCtgi, BD \u003d ABtgr, საიდანაც

tgi/tgr = AB/BC,

სადაც AB = d არის ფირფიტის სისქე; BC = d1 აშკარა ფირფიტის სისქე.

თუ კუთხეები i და r მცირეა, მაშინ

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4.5)

იმათ. Sini/Sinr = d/d1.

სინათლის გარდატეხის კანონის გათვალისწინებით ვიღებთ

d/d1-ის გაზომვა ხდება მიკროსკოპის გამოყენებით.

მიკროსკოპის ოპტიკური სქემა შედგება ორი სისტემისგან: დაკვირვების სისტემა, რომელიც მოიცავს მილში დამაგრებულ ობიექტს და ოკულარებს, და განათების სისტემა, რომელიც შედგება სარკისა და მოსახსნელი სინათლის ფილტრისგან. გამოსახულების ფოკუსირება ხორციელდება მილის ორივე მხარეს მდებარე სახელურების ბრუნვით.

მარჯვენა სახელურის ღერძზე არის დისკი კიდურის სასწორით.

კიდურზე b მაჩვენებელი ფიქსირებულ მაჩვენებელთან მიმართებაში განსაზღვრავს მანძილს h ობიექტიდან მიკროსკოპის სტადიამდე:

კოეფიციენტი k მიუთითებს რა სიმაღლეზე მოძრაობს მიკროსკოპის მილი, როდესაც სახელური ბრუნავს 1°-ით.

ობიექტის დიამეტრი ამ კონფიგურაციაში მცირეა h მანძილთან შედარებით, ამიტომ ყველაზე გარე სხივი, რომელიც შედის ობიექტში, მიკროსკოპის ოპტიკურ ღერძთან ქმნის მცირე i კუთხეს.

სინათლის r გარდატეხის კუთხე ფირფიტაში ნაკლებია i კუთხეზე, ე.ი. ასევე მცირეა, რაც შეესაბამება მდგომარეობას (4.5).

სამუშაო შეკვეთა

1. დადეთ ფირფიტა მიკროსკოპის სტადიაზე ისე, რომ A და B დარტყმების გადაკვეთის წერტილი (იხ.

რეფრაქციული ინდექსი

4.7) იყო ხედვის არეში.

2. შემოატრიალეთ ამწევი მექანიზმის სახელური, რათა მილი აწიოთ ზედა პოზიციაზე.

3. ოკულარში ჩახედვით, ნელა ჩამოწიეთ მიკროსკოპის მილი სახელურის როტაციით, სანამ მხედველობის ველში არ მიიღება ნაკაწრის B ნათელი გამოსახულება, რომელიც დატანილია ფირფიტის ზედა ზედაპირზე. ჩაწერეთ კიდურის b1 ჩვენება, რომელიც პროპორციულია h1 მანძილისა მიკროსკოპის ობიექტივიდან ფირფიტის ზედა კიდემდე: h1 = kb1 (ნახ.

4. განაგრძეთ მილის შეუფერხებლად დაწევა მანამ, სანამ არ მიიღება A ნაკაწრის მკაფიო გამოსახულება, რომელიც ეჩვენება C წერტილში მდებარე დამკვირვებელს. ჩაწერეთ ლიმბუსის ახალი მაჩვენებელი b2. მანძილი h1 ობიექტიდან ფირფიტის ზედა ზედაპირამდე პროპორციულია b2-ის:
h2 = kb2 (ნახ. 4.8, ბ).

მანძილი B და C წერტილებიდან ობიექტივამდე თანაბარია, რადგან დამკვირვებელი მათ თანაბრად ნათლად ხედავს.

h1-h2 მილის გადაადგილება უდრის ფირფიტის აშკარა სისქეს (ნახ.

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

5. გაზომეთ ფირფიტის სისქე d შტრიხების გადაკვეთაზე. ამისათვის მოათავსეთ დამხმარე შუშის ფირფიტა 2 სატესტო ფირფიტის ქვეშ 1 (ნახ. 4.9) და ჩამოწიეთ მიკროსკოპის მილი, სანამ ობიექტივი არ შეეხოს (ოდნავ) საცდელ ფირფიტას. დააკვირდით a1 კიდურის მითითებას. ამოიღეთ შესასწავლი ფირფიტა და ჩაწიეთ მიკროსკოპის მილი, სანამ ობიექტი არ შეეხება ფირფიტას 2.

გაითვალისწინეთ მითითება a2.

ამავდროულად, მიკროსკოპის ობიექტივი დაეცემა შესასწავლი ფირფიტის სისქის ტოლ სიმაღლეზე, ე.ი.

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

6. გამოთვალეთ ფირფიტის მასალის გარდატეხის ინდექსი ფორმულის გამოყენებით

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

7. გაიმეორეთ ყველა ზემოაღნიშნული გაზომვა 3-5-ჯერ, გამოთვალეთ საშუალო მნიშვნელობა n, აბსოლუტური და ფარდობითი შეცდომები rn და rn/n.

სითხეების რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრა რეფრაქტომეტრის გამოყენებით

ინსტრუმენტებს, რომლებიც გამოიყენება რეფრაქციული ინდექსების დასადგენად, რეფრაქტომეტრებს უწოდებენ.

RL რეფრაქტომეტრის ზოგადი ხედი და ოპტიკური სქემა ნაჩვენებია ნახ. 4.10 და 4.11.

სითხეების რეფრაქციული ინდექსის გაზომვა RL რეფრაქტომეტრის გამოყენებით ემყარება სინათლის გარდატეხის ფენომენს, რომელმაც გაიარა ინტერფეისი ორ მედიას შორის სხვადასხვა რეფრაქციული მაჩვენებლით.

სინათლის სხივი (ნახ.

4.11) 1-ლი წყაროდან (ინკანდესენტური ნათურა ან დიფუზური დღის შუქი) სარკის 2-ის დახმარებით, ინსტრუმენტის სათავსოში არსებული ფანჯრის მეშვეობით მიმართულია ორმაგ პრიზმაზე, რომელიც შედგება 3 და 4 პრიზმებისგან, რომლებიც დამზადებულია მინისგან, გარდატეხის ინდექსით. 1.540-დან.

ზედა განათების პრიზმის 3 ზედაპირი AA (ნახ.

4.12, ა) არის მქრქალი და ემსახურება სითხის განათებას დიფუზური შუქით, რომელიც დეპონირებულია თხელ ფენად 3 და 4 პრიზმებს შორის არსებულ უფსკრულით. მქრქალი ზედაპირით 3 გაფანტული სინათლე გადის შესასწავლი სითხის სიბრტყე პარალელურ ფენაში და ეცემა ქვედა პრიზმის 4 ფეთქებადი ნივთიერების დიაგონალურ სახეზე სხვადასხვა
კუთხეები ნულიდან 90°-მდე.

ფეთქებადი ზედაპირზე სინათლის მთლიანი შინაგანი არეკვლის ფენომენის თავიდან ასაცილებლად, გამოკვლეული სითხის გარდატეხის ინდექსი უნდა იყოს ნაკლები პრიზმის 4-ის მინის გარდატეხის მაჩვენებელზე, ე.ი.

1540-ზე ნაკლები.

სინათლის სხივს 90° დაცემის კუთხით ეწოდება სრიალის სხივი.

თხევადი შუშის ინტერფეისზე გარდატეხილი მოცურების სხივი წავა პრიზმაში 4 გარდატეხის შემზღუდველი კუთხით. რდა ა.შ< 90о.

მოცურების სხივის გარდატეხა D წერტილში (იხ. სურათი 4.12, ა) ემორჩილება კანონს.

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

ან nzh = nstsinrpr, (4.12)

ვინაიდან sinipr = 1.

პრიზმის 4-ის BC ზედაპირზე, სინათლის სხივები ხელახლა ირღვევა და შემდეგ

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a, (4.14)

სადაც a არის პრიზმის გამხსნელი სხივი 4.

განტოლებათა სისტემის (4.12), (4.13), (4.14) ერთად ამოხსნით, ჩვენ შეგვიძლია მივიღოთ ფორმულა, რომელიც აკავშირებს შესწავლილი სითხის გარდატეხის ინდექსს nzh სხივიდან გამოსული სხივის გარდატეხის შეზღუდვის კუთხესთან. პრიზმა 4:

თუ პრიზმა 4-დან გამომავალი სხივების გზაზე მოთავსებულია ლაქების დიაპაზონი, მაშინ მისი ხედვის ველის ქვედა ნაწილი განათდება, ხოლო ზედა ნაწილი მუქი. შუქსა და ბნელ ველებს შორის ინტერფეისი იქმნება სხივების მიერ შეზღუდვის გარდატეხის კუთხით r¢pr. ამ სისტემაში არ არის r¢pr-ზე მცირე გარდატეხის კუთხის სხივები (ნახ.

შესაბამისად, r¢pr-ის მნიშვნელობა და ქიაროსკუროს საზღვრის პოზიცია დამოკიდებულია მხოლოდ შესწავლილი სითხის რეფრაქციულ ინდექსზე nzh, რადგან nst და a არის მუდმივი მნიშვნელობები ამ მოწყობილობაში.

თუ იცის nst, a და r¢pr, შესაძლებელია nzh-ის გამოთვლა ფორმულის გამოყენებით (4.15). პრაქტიკაში, ფორმულა (4.15) გამოიყენება რეფრაქტომეტრის მასშტაბის დასაკალიბრებლად.

მე-9 სკალაზე (იხ

ბრინჯი. 4.11), რეფრაქციული ინდექსის მნიშვნელობები ld = 5893 Å გამოსახულია მარცხნივ. ოკულარი 10 - 11 წინ არის ფირფიტა 8 ნიშნით (--).

ოკულარი მე-8 ფირფიტასთან ერთად სასწორის გასწვრივ გადაადგილებით, შესაძლებელია მივაღწიოთ ნიშნის გასწორებას ბნელ და ნათელ ველებს შორის გამყოფ ხაზთან.

გრადუირებული მასშტაბის 9-ის დაყოფა, რომელიც ემთხვევა ნიშანს, იძლევა შესწავლილი სითხის რეფრაქციული ინდექსის nzh მნიშვნელობას. ობიექტი 6 და ოკულარი 10-11 ქმნიან ტელესკოპს.

მბრუნავი პრიზმა 7 ცვლის სხივის კურსს, მიმართავს მას ოკულარში.

შუშისა და შესასწავლი სითხის დისპერსიის გამო, ბნელ და ნათელ ველებს შორის მკაფიო გამყოფი ხაზის ნაცვლად, თეთრ შუქზე დაკვირვებისას, მიიღება მოლურჯო ზოლი. ამ ეფექტის აღმოსაფხვრელად, დისპერსიული კომპენსატორი 5 დამონტაჟებულია ტელესკოპის ლინზის წინ. კომპენსატორის ძირითადი ნაწილი არის პრიზმა, რომელიც წებოვანია სამი პრიზმიდან და შეუძლია ბრუნოს ტელესკოპის ღერძთან შედარებით.

პრიზმის რეფრაქციული კუთხეები და მათი მასალა ისეა არჩეული, რომ ყვითელი შუქი ტალღის სიგრძით ld = 5893 Å გაივლის მათში გარდატეხის გარეშე. თუ ფერადი სხივების გზაზე დამონტაჟდება კომპენსატორული პრიზმა ისე, რომ მისი დისპერსია სიდიდით ტოლია, მაგრამ საზომი პრიზმისა და სითხის დისპერსიის საპირისპირო ნიშნით, მაშინ მთლიანი დისპერსია ნულის ტოლი იქნება. ამ შემთხვევაში სინათლის სხივების სხივი შეიკრიბება თეთრ სხივად, რომლის მიმართულება ემთხვევა შემზღუდველი ყვითელი სხივის მიმართულებას.

ამრიგად, როდესაც კომპენსატორული პრიზმა ბრუნავს, ფერის ჩრდილის ფერი აღმოფხვრილია. პრიზმასთან 5-თან ერთად, დისპერსიული კიდური 12 ბრუნავს ფიქსირებულ მაჩვენებელთან შედარებით (იხ. ნახ. 4.10). კიდურის ბრუნვის კუთხე Z შესაძლებელს ხდის გამოკვლეული სითხის საშუალო დისპერსიის მნიშვნელობის მსჯელობას.

ციფერბლატის მასშტაბი უნდა იყოს გრადუირებული. განრიგი თან ერთვის ინსტალაციას.

სამუშაო შეკვეთა

1. აწიეთ პრიზმა 3, მოათავსეთ 2-3 წვეთი საცდელი სითხე პრიზმის 4 ზედაპირზე და დაწიეთ პრიზმა 3 (იხ. სურ. 4.10).

3. თვალის დამიზნების გამოყენებით, მიაღწიეთ მასშტაბის მკვეთრ გამოსახულებას და ხედვის ველებს შორის ინტერფეისს.

4. 5-ის კომპენსატორის 12 სახელურის შემობრუნება, მხედველობის ველებს შორის ინტერფეისის ფერადი შეფერილობა გაანადგურეთ.

გადაადგილეთ ოკულარი სასწორის გასწვრივ, გაასწორეთ ნიშანი (—-) მუქი და ღია ველების საზღვართან და ჩაწერეთ თხევადი ინდექსის მნიშვნელობა.

6. გამოიკვლიეთ შემოთავაზებული სითხეების ნაკრები და შეაფასეთ გაზომვის შეცდომა.

7. ყოველი გაზომვის შემდეგ პრიზმების ზედაპირი გაწურეთ გამოხდილ წყალში დასველებული ფილტრის ქაღალდით.

ტესტის კითხვები

ვარიანტი 1

განსაზღვრეთ გარემოს აბსოლუტური და ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსები.

2. დახაზეთ სხივების გზა ორი მედიის ინტერფეისის გავლით (n2> n1 და n2< n1).

3. მიიღეთ კავშირი, რომელიც აკავშირებს გარდატეხის ინდექსს n d სისქესთან და ფირფიტის აშკარა სისქესთან d¢.

4. დავალება.ზოგიერთი ნივთიერებისთვის მთლიანი შიდა ასახვის შემზღუდველი კუთხეა 30°.

იპოვეთ ამ ნივთიერების რეფრაქციული ინდექსი.

პასუხი: n=2.

ვარიანტი 2

1. რა არის ტოტალური შინაგანი ასახვის ფენომენი?

2. აღწერეთ RL-2 რეფრაქტომეტრის დიზაინი და მუშაობის პრინციპი.

3. ახსენით კომპენსატორის როლი რეფრაქტომეტრში.

4. დავალება. ნათურა ჩამოშვებულია მრგვალი რაფის ცენტრიდან 10 მ სიღრმეზე. იპოვეთ რაფის მინიმალური რადიუსი, მაშინ როცა ნათურის არც ერთი სხივი არ უნდა მიაღწიოს ზედაპირს.

პასუხი: R = 11,3 მ.

რეფრაქციული ინდექსი, ან რეფრაქციული კოეფიციენტი, არის აბსტრაქტული რიცხვი, რომელიც ახასიათებს გამჭვირვალე გარემოს რეფრაქციულ ძალას. გარდატეხის ინდექსი აღინიშნება ლათინური ასოთ π და განისაზღვრება, როგორც დაცემის კუთხის სინუსის თანაფარდობა სიცარიელიდან მოცემულ გამჭვირვალე გარემოში შემავალი სხივის გარდატეხის კუთხის სინუსთან:

n = sin α/sin β = const ან როგორც სიცარიელეში სინათლის სიჩქარის თანაფარდობა მოცემულ გამჭვირვალე გარემოში სინათლის სიჩქარესთან: n = c/νλ სიცარიელიდან მოცემულ გამჭვირვალე გარემომდე.

გარდატეხის ინდექსი განიხილება გარემოს ოპტიკური სიმკვრივის საზომად

ამ გზით განსაზღვრულ რეფრაქციულ მაჩვენებელს ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსისგან განსხვავებით, აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი ეწოდება.

ე. გვიჩვენებს რამდენჯერ იკლებს სინათლის გავრცელების სიჩქარე მისი გარდატეხის ინდექსის გავლისას, რაც განისაზღვრება დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდებით გარდატეხის კუთხის სინუსთან, როდესაც სხივი გადის ერთი საშუალოდან. სიმკვრივე სხვა სიმკვრივის საშუალოზე. ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი უდრის აბსოლუტური გარდატეხის მაჩვენებლების თანაფარდობას: n = n2/n1, სადაც n1 და n2 არის პირველი და მეორე მედიის აბსოლუტური რეფრაქციული მაჩვენებლები.

ყველა სხეულის - მყარი, თხევადი და აირისებრი აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი ერთზე მეტია და მერყეობს 1-დან 2-მდე და მხოლოდ იშვიათ შემთხვევებში აღემატება 2-ის მნიშვნელობას.

გარდატეხის ინდექსი დამოკიდებულია როგორც გარემოს თვისებებზე, ასევე სინათლის ტალღის სიგრძეზე და იზრდება ტალღის სიგრძის კლებასთან ერთად.

ამიტომ, ინდექსი ენიჭება ასო p-ს, რომელიც მიუთითებს ტალღის რომელ სიგრძეზე მიუთითებს ინდიკატორი.

რეფრაქციული ინდექსი

მაგალითად, TF-1 შუშისთვის, სპექტრის წითელ ნაწილში გარდატეხის ინდექსი არის nC=1,64210, ხოლო იისფერ ნაწილში nG’=1,67298.

ზოგიერთი გამჭვირვალე სხეულის რეფრაქციული ინდექსები

ჰაერი - 1.000292

წყალი - 1,334

ეთერი - 1358

ეთილის სპირტი - 1,363

გლიცერინი - 1, 473

ორგანული მინა (პლექსიგლასი) - 1, 49

ბენზოლი - 1,503

(გვირგვინის მინა - 1,5163

ნაძვი (კანადური), ბალზამი 1.54

მძიმე გვირგვინის მინა - 1, 61 26

კაჟის მინა - 1,6164

ნახშირბადის დისულფიდი - 1,629

შუშის მძიმე კაჟი - 1, 64 75

მონობრომონაფტალინი - 1,66

მინა ყველაზე მძიმე კაჟაა - 1,92

ბრილიანტი - 2.42

სპექტრის სხვადასხვა ნაწილისთვის რეფრაქციული ინდექსის განსხვავება არის ქრომატიზმის მიზეზი, ე.ი.

თეთრი სინათლის დაშლა, როდესაც ის გადის გამამტეხ ნაწილებში - ლინზები, პრიზმები და ა.შ.

ლაბორატორია #41

სითხეების რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრა რეფრაქტომეტრის გამოყენებით

სამუშაოს მიზანი: სითხეების რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრა მთლიანი შიდა ასახვის მეთოდით რეფრაქტომეტრის გამოყენებით. IRF-454B; ხსნარის რეფრაქციული ინდექსის დამოკიდებულების შესწავლა მის კონცენტრაციაზე.

ინსტალაციის აღწერა

როდესაც არამონოქრომატული სინათლე ირღვევა, ის იშლება კომპონენტ ფერებად სპექტრად.

ეს ფენომენი განპირობებულია ნივთიერების გარდატეხის ინდექსის დამოკიდებულებით სინათლის სიხშირეზე (ტალღის სიგრძეზე) და მას სინათლის დისპერსიას უწოდებენ.

ჩვეულებრივია გარემოს გარდატეხის სიმძლავრის დახასიათება ტალღის სიგრძეზე რეფრაქციული ინდექსით. λ \u003d 589.3 ნმ (ნატრიუმის ორთქლის სპექტრში ორი ახლო ყვითელი ხაზის ტალღის სიგრძის საშუალო).

60. ხსნარში ნივთიერებების კონცენტრაციის განსაზღვრის რა მეთოდებს იყენებენ ატომური შთანთქმის ანალიზისას?

ეს რეფრაქციული ინდექსი აღინიშნება ნდ.

დისპერსიის საზომი არის საშუალო დისპერსია, რომელიც განისაზღვრება, როგორც განსხვავება ( ნფ-ნC), სადაც ნფარის ნივთიერების გარდატეხის მაჩვენებელი ტალღის სიგრძეზე λ = 486.1 ნმ (ლურჯი ხაზი წყალბადის სპექტრში), ნCარის ნივთიერების რეფრაქციული მაჩვენებელი λ - 656,3 ნმ (წითელი ხაზი წყალბადის სპექტრში).

ნივთიერების რეფრაქცია ხასიათდება ფარდობითი დისპერსიის მნიშვნელობით:
სახელმძღვანელოები, როგორც წესი, იძლევა ფარდობითი დისპერსიის საპასუხოდ, ე.ი.

ე.
, სად არის დისპერსიის კოეფიციენტი, ან Abbe ნომერი.

სითხეების რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრის მოწყობილობა შედგება რეფრაქტომეტრისგან. IRF-454Bინდიკატორის საზომი ლიმიტებით; რეფრაქცია ნდ 1.2-დან 1.7-მდე დიაპაზონში; საცდელი სითხე, ტილოები პრიზმების ზედაპირების გასაწმენდად.

რეფრაქტომეტრი IRF-454Bარის საცდელი ინსტრუმენტი, რომელიც შექმნილია სითხეების რეფრაქციული ინდექსის უშუალოდ გასაზომად, ასევე ლაბორატორიაში სითხეების საშუალო დისპერსიის დასადგენად.

მოწყობილობის მუშაობის პრინციპი IRF-454Bსინათლის მთლიანი შინაგანი არეკვლის ფენომენზე დაფუძნებული.

მოწყობილობის სქემატური დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. ერთი.

გამოკვლეული სითხე მოთავსებულია პრიზმების 1 და 2 ორ სახეს შორის. პრიზმა 2 კარგად გაპრიალებული პირით. ABარის საზომი და პრიზმა 1 აქვს მქრქალი სახე მაგრამ1 AT1 - განათება. სინათლის წყაროს სხივები კიდეზე ეცემა მაგრამ1 თან1 , იფეთქება, ვარდება მქრქალი ზედაპირზე მაგრამ1 AT1 და მიმოფანტული ამ ზედაპირით.

შემდეგ ისინი გადიან გამოკვლეული სითხის ფენას და ეცემა ზედაპირზე. ABპრიზები 2.

გარდატეხის კანონის მიხედვით
, სად
და არის სხივების გარდატეხის კუთხეები სითხეში და პრიზმაში.

კლების კუთხე იზრდება
გარდატეხის კუთხე ასევე იზრდება და აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას
, როდესაც
, ტ.

ე) როდესაც სითხეში სხივი სრიალებს ზედაპირზე AB. აქედან გამომდინარე,
. ამრიგად, პრიზმიდან 2 გამომავალი სხივები შემოიფარგლება გარკვეული კუთხით
.

სითხიდან 2 პრიზმაში დიდი კუთხით შემომავალი სხივები მთლიან შიდა ასახვას განიცდის ინტერფეისზე ABდა არ გაიაროს პრიზმაში.

განსახილველი მოწყობილობა გამოიყენება სითხეების, რეფრაქციული ინდექსის შესასწავლად რაც რეფრაქციულ ინდექსზე ნაკლებია პრიზმა 2, შესაბამისად, სითხისა და შუშის საზღვარზე გარდატეხილი ყველა მიმართულების სხივები შევა პრიზმაში.

ცხადია, პრიზმის ის ნაწილი, რომელიც შეესაბამება არაგადამდები სხივებს, ჩაბნელდება. ტელესკოპში 4, რომელიც მდებარეობს პრიზმიდან გამომავალი სხივების გზაზე, შეგიძლიათ დააკვირდეთ ხედვის ველის დაყოფას ნათელ და ბნელ ნაწილებად.

პრიზმების სისტემის 1-2 შემობრუნებით, ნათელ და ბნელ ველებს შორის საზღვარი შერწყმულია ტელესკოპის ოკულარული ძაფების ჯვართან. პრიზმების 1-2 სისტემა ასოცირდება მასშტაბთან, რომელიც დაკალიბრებულია რეფრაქციული ინდექსის მნიშვნელობებში.

სასწორი მდებარეობს მილის ხედვის ველის ქვედა ნაწილში და, როდესაც ხედვის ველის მონაკვეთი შერწყმულია ძაფების ჯვართან, იძლევა სითხის რეფრაქციული ინდექსის შესაბამის მნიშვნელობას. .

დისპერსიის გამო, თეთრ შუქზე ხედვის ველის ინტერფეისი ფერადი იქნება. შეფერილობის აღმოსაფხვრელად, ისევე როგორც ტესტის ნივთიერების საშუალო დისპერსიის დასადგენად, გამოიყენება კომპენსატორი 3, რომელიც შედგება წებოვანი პირდაპირი ხედვის პრიზმების ორი სისტემისგან (Amici prisms).

პრიზმები შეიძლება ერთდროულად შემობრუნდეს სხვადასხვა მიმართულებით ზუსტი მბრუნავი მექანიკური მოწყობილობის გამოყენებით, რითაც იცვლება კომპენსატორის შინაგანი დისპერსია და აღმოფხვრის ოპტიკური სისტემის მეშვეობით დაკვირვებული ხედვის ველის შეფერილობას. 4. სასწორი დაკავშირებულია კომპენსატორთან. , რომელიც განსაზღვრავს დისპერსიის პარამეტრს, რომელიც იძლევა საშუალო დისპერსიული ნივთიერებების გამოთვლის საშუალებას.

სამუშაო შეკვეთა

დაარეგულირეთ მოწყობილობა ისე, რომ წყაროდან (ინკანდესენტური ნათურა) შუქი შევიდეს მანათობელ პრიზმაში და თანაბრად ანათებს ხედვის ველს.

2. გახსენით საზომი პრიზმა.

მის ზედაპირზე მინის ჯოხით დაასხით რამდენიმე წვეთი წყალი და ფრთხილად დახურეთ პრიზმა. პრიზმებს შორის უფსკრული თანაბრად უნდა იყოს სავსე წყლის თხელი ფენით (ამას განსაკუთრებული ყურადღება მიაქციეთ).

მოწყობილობის ხრახნიანი სასწორის გამოყენებით, აღმოფხვრა ხედვის ველის შეფერილობა და მიიღე მკვეთრი საზღვარი შუქსა და ჩრდილს შორის. სხვა ხრახნის დახმარებით გაასწორეთ იგი მოწყობილობის ოკულარული ჯვარედინით. დაადგინეთ წყლის გარდატეხის ინდექსი თვალის შკალაზე მეათასედამდე.

შეადარეთ მიღებული შედეგები წყლის საცნობარო მონაცემებთან. თუ განსხვავება გაზომილ და ცხრილის რეფრაქციულ ინდექსს შორის არ აღემატება ± 0,001, მაშინ გაზომვა შესრულებულია სწორად.

სავარჯიშო 1

1. მოამზადეთ სუფრის მარილის ხსნარი ( NaCl) ხსნადობის ზღვართან ახლოს კონცენტრაციით (მაგალითად, C = 200 გ/ლ).

გაზომეთ მიღებული ხსნარის რეფრაქციული ინდექსი.

3. ხსნარის განზავებით მთელი რიცხვით, მიიღეთ ინდიკატორის დამოკიდებულება; რეფრაქცია ხსნარის კონცენტრაციიდან და შეავსეთ ცხრილი. ერთი.

ცხრილი 1

Ვარჯიში.როგორ მივიღოთ მხოლოდ განზავების გზით ხსნარის კონცენტრაცია, უდრის მაქსიმალური (საწყისის) 3/4-ს?

ნაკვეთის დამოკიდებულების გრაფიკი n=n(C). ექსპერიმენტული მონაცემების შემდგომი დამუშავება უნდა განხორციელდეს მასწავლებლის მითითებით.

ექსპერიმენტული მონაცემების დამუშავება

ა) გრაფიკული მეთოდი

გრაფიკიდან განსაზღვრეთ დახრილობა AT, რომელიც ექსპერიმენტის პირობებში დაახასიათებს გამხსნელს და გამხსნელს.

2. გრაფიკის გამოყენებით განსაზღვრეთ ხსნარის კონცენტრაცია NaClმოცემულია ლაბორანტის მიერ.

ბ) ანალიტიკური მეთოდი

გამოთვალეთ უმცირესი კვადრატებით მაგრამ, ATდა სბ.

ნაპოვნი ღირებულებების მიხედვით მაგრამდა ATგანსაზღვრეთ საშუალო
ხსნარის კონცენტრაცია NaClმოცემულია ლაბორანტის მიერ

ტესტის კითხვები

სინათლის გაფანტვა. რა განსხვავებაა ნორმალურ და არანორმალურ დისპერსიას შორის?

2. რა არის ტოტალური შინაგანი ასახვის ფენომენი?

3. რატომ არის შეუძლებელი სითხის გარდატეხის ინდექსის გაზომვა, რომელიც აღემატება პრიზმის გარდატეხის ინდექსს ამ პარამეტრის გამოყენებით?

4. რატომ პრიზმის სახე მაგრამ1 AT1 გააკეთე მქრქალი?

დეგრადაცია, ინდექსი

ფსიქოლოგიური ენციკლოპედია

გონებრივი დეგრადაციის ხარისხის შეფასების საშუალება! ფუნქციები, რომლებიც იზომება Wexler-Belevue ტესტით. ინდექსი ეფუძნება დაკვირვებას, რომ ტესტით გაზომილი ზოგიერთი უნარების განვითარების დონე ასაკთან ერთად მცირდება, ზოგი კი არა.

ინდექსი

ფსიქოლოგიური ენციკლოპედია

- ინდექსი, სახელების, წოდებების რეესტრი და ა.შ. ფსიქოლოგიაში - ციფრული ინდიკატორი ფენომენების რაოდენობრივი გაზომვის, დამახასიათებელი.

რაზეა დამოკიდებული ნივთიერების რეფრაქციული ინდექსი?

ინდექსი

ფსიქოლოგიური ენციკლოპედია

1. ყველაზე ზოგადი მნიშვნელობა: ყველაფერი, რაც გამოიყენება აღსანიშნავად, იდენტიფიცირებისთვის ან მიმართულებისთვის; მითითება, წარწერები, ნიშნები ან სიმბოლოები. 2. ფორმულა ან რიცხვი, რომელიც ხშირად გამოიხატება როგორც ფაქტორი, რომელიც აჩვენებს გარკვეულ ურთიერთობას მნიშვნელობებს ან გაზომვებს შორის, ან შორის…

კომუნიკაბელურობა, ინდექსი

ფსიქოლოგიური ენციკლოპედია

მახასიათებელი, რომელიც გამოხატავს პიროვნების კომუნიკაბელურობას. მაგალითად, სოციოგრამა, სხვა გაზომვებთან ერთად, იძლევა ჯგუფის სხვადასხვა წევრის კომუნიკაბელურობის შეფასებას.

შერჩევა, ინდექსი

ფსიქოლოგიური ენციკლოპედია

ფორმულა კონკრეტული ტესტის ან საცდელი ელემენტის ძალის შესაფასებლად ინდივიდების ერთმანეთისგან გარჩევისას.

სანდოობა, ინდექსი

ფსიქოლოგიური ენციკლოპედია

სტატისტიკა, რომელიც უზრუნველყოფს ტესტიდან მიღებულ რეალურ მნიშვნელობებსა და თეორიულად სწორ მნიშვნელობებს შორის კორელაციის შეფასებას.

ეს ინდექსი მოცემულია r-ის მნიშვნელობად, სადაც r არის უსაფრთხოების გამოთვლილი ფაქტორი.

პროგნოზირების ეფექტურობა, ინდექსი

ფსიქოლოგიური ენციკლოპედია

საზომი, თუ რამდენად შეიძლება გამოყენებულ იქნას ცოდნა ერთი ცვლადის შესახებ სხვა ცვლადის შესახებ პროგნოზის გასაკეთებლად, იმის გათვალისწინებით, რომ ამ ცვლადების კორელაცია ცნობილია. ჩვეულებრივ სიმბოლური ფორმით ეს გამოიხატება როგორც E, ინდექსი წარმოდგენილია როგორც 1 - ((...

სიტყვები, ინდექსი

ფსიქოლოგიური ენციკლოპედია

ზოგადი ტერმინი წერილობით და/ან სალაპარაკო ენაში სიტყვების გაჩენის ნებისმიერი სიხშირისთვის.

ხშირად ასეთი ინდექსები შემოიფარგლება კონკრეტული ენობრივი სფეროებით, მაგალითად, პირველი კლასის სახელმძღვანელოებით, მშობლისა და ბავშვის ურთიერთქმედებით. თუმცა შეფასებები ცნობილია...

სხეულის სტრუქტურები, ინდექსი

ფსიქოლოგიური ენციკლოპედია

აიზენკის მიერ შემოთავაზებული სხეულის გაზომვა სიმაღლისა და მკერდის გარშემოწერილობის თანაფარდობის საფუძველზე.

"ნორმალურ" დიაპაზონში მყოფებს ეძახდნენ მეზომორფები, სტანდარტული გადახრის ან საშუალოზე მაღლა მყოფებს ლეპტომორფები, ხოლო სტანდარტული გადახრის ან ...

ლექციაზე №24

"ანალიზის ინსტრუმენტული მეთოდები"

რეფრაქტომეტრია.

ლიტერატურა:

1. ვ.დ. პონომარევი "ანალიტიკური ქიმია" 1983 246-251

2. ᲐᲐ. იშჩენკო "ანალიტიკური ქიმია" 2004 გვ. 181-184

რეფრაქტომეტრია.

რეფრაქტომეტრია არის ანალიზის ერთ-ერთი უმარტივესი ფიზიკური მეთოდი, რომელიც მოითხოვს მინიმალურ ანალიზს და ტარდება ძალიან მოკლე დროში.

რეფრაქტომეტრია- მეთოდი, რომელიც დაფუძნებულია რეფრაქციის ან რეფრაქციის ფენომენზე ე.ი.

სინათლის გავრცელების მიმართულების ცვლილება ერთი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას.

გარდატეხა, ისევე როგორც სინათლის შთანთქმა, არის გარემოსთან მისი ურთიერთქმედების შედეგი.

სიტყვა რეფრაქტომეტრია ნიშნავს გაზომვა სინათლის რეფრაქცია, რომელიც ფასდება გარდატეხის ინდექსის მნიშვნელობით.

რეფრაქციული ინდექსის მნიშვნელობა ნდამოკიდებულია

1) ნივთიერებებისა და სისტემების შემადგენლობაზე,

2)-დან რა კონცენტრაციით და რა მოლეკულებს ხვდება სინათლის სხივი გზაზე, რადგან

სინათლის ზემოქმედებით, სხვადასხვა ნივთიერების მოლეკულები პოლარიზებულია სხვადასხვა გზით. სწორედ ამ დამოკიდებულებაზეა დაფუძნებული რეფრაქტომეტრიული მეთოდი.

ამ მეთოდს აქვს მთელი რიგი უპირატესობები, რის შედეგადაც მას ჰპოვა ფართო გამოყენება როგორც ქიმიურ კვლევაში, ასევე ტექნოლოგიური პროცესების კონტროლში.

1) რეფრაქციული მაჩვენებლების გაზომვა არის ძალიან მარტივი პროცესი, რომელიც ხორციელდება ზუსტად და დროისა და ნივთიერების რაოდენობის მინიმალური ინვესტიციით.

2) როგორც წესი, რეფრაქტომეტრები უზრუნველყოფენ 10%-მდე სიზუსტეს სინათლის რეფრაქციული ინდექსის და ანალიზის შემცველობის განსაზღვრაში.

რეფრაქტომეტრიის მეთოდი გამოიყენება ავთენტურობისა და სისუფთავის გასაკონტროლებლად, ცალკეული ნივთიერებების იდენტიფიცირებისთვის, ხსნარების შესწავლისას ორგანული და არაორგანული ნაერთების სტრუქტურის დასადგენად.

რეფრაქტომეტრია გამოიყენება ორკომპონენტიანი ხსნარების შემადგენლობის დასადგენად და სამჯერადი სისტემებისთვის.

მეთოდის ფიზიკური საფუძველი

რეფრაქციული ინდიკატორი.

სინათლის სხივის გადახრა თავდაპირველი მიმართულებიდან ერთი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას უფრო დიდია, მით მეტია განსხვავება სინათლის გავრცელების სიჩქარეებში ორში.

ამ გარემოში.

განვიხილოთ სინათლის სხივის გარდატეხა ნებისმიერი ორი გამჭვირვალე მედიის I და II საზღვარზე (იხ.

ბრინჯი.). მოდით შევთანხმდეთ, რომ საშუალო II-ს აქვს უფრო დიდი გარდატეხის ძალა და, შესაბამისად, N1და N2- აჩვენებს შესაბამისი მედიის რეფრაქციას. თუ მედიუმი I არც ვაკუუმია და არც ჰაერი, მაშინ სინათლის სხივის დაცემის კუთხის შეფარდება და გარდატეხის კუთხის sin თანაფარდობა მისცემს ფარდობითი გარდატეხის ინდექსის მნიშვნელობას n rel. ღირებულება n rel.

რა არის მინის გარდატეხის ინდექსი? და როდის არის საჭირო ამის ცოდნა?

ასევე შეიძლება განისაზღვროს, როგორც განსახილველი მედიის რეფრაქციული მაჩვენებლების თანაფარდობა.

nrel. = —— = —

რეფრაქციული ინდექსის მნიშვნელობა დამოკიდებულია

1) ნივთიერებების ბუნება

ნივთიერების ბუნება ამ შემთხვევაში განისაზღვრება მისი მოლეკულების დეფორმაციის ხარისხით სინათლის მოქმედებით - პოლარიზების ხარისხით.

რაც უფრო ინტენსიურია პოლარიზება, მით უფრო ძლიერია სინათლის გარდატეხა.

2)შემთხვევის სინათლის ტალღის სიგრძე

რეფრაქციული ინდექსის გაზომვა ხორციელდება სინათლის ტალღის სიგრძეზე 589,3 ნმ (ნატრიუმის სპექტრის ხაზი D).

გარდატეხის ინდექსის დამოკიდებულებას სინათლის ტალღის სიგრძეზე ეწოდება დისპერსია.

რაც უფრო მოკლეა ტალღის სიგრძე, მით მეტია გარდატეხა. ამიტომ, სხვადასხვა სიგრძის ტალღის სხივები განსხვავებულად ირღვევა.

3)ტემპერატურა რომლის დროსაც ხდება გაზომვა. გარდატეხის ინდექსის განსაზღვრის წინაპირობაა ტემპერატურის რეჟიმის დაცვა. როგორც წესი, განსაზღვრა ხდება 20±0.30C ტემპერატურაზე.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად რეფრაქციული ინდექსი მცირდება, ხოლო ტემპერატურის კლებასთან ერთად იზრდება..

ტემპერატურის კორექტირება გამოითვლება შემდეგი ფორმულით:

nt=n20+ (20-t) 0.0002, სადაც

nt-Ნახვამდის რეფრაქციული ინდექსი მოცემულ ტემპერატურაზე,

n20 - გარდატეხის ინდექსი 200С-ზე

ტემპერატურის გავლენა გაზებისა და სითხეების რეფრაქციული მაჩვენებლების მნიშვნელობებზე დაკავშირებულია მათი მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტების მნიშვნელობებთან.

გაცხელებისას ყველა აირისა და სითხის მოცულობა იზრდება, სიმკვრივე მცირდება და, შესაბამისად, მცირდება მაჩვენებელი.

გარდატეხის ინდექსი, რომელიც იზომება 200C ტემპერატურაზე და სინათლის ტალღის სიგრძე 589,3 ნმ, მითითებულია ინდექსით nD20

ჰომოგენური ორკომპონენტიანი სისტემის რეფრაქციული ინდექსის დამოკიდებულება მის მდგომარეობაზე დადგენილია ექსპერიმენტულად, რიგი სტანდარტული სისტემებისთვის (მაგალითად, ხსნარებისთვის) რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრით, რომლებშიც ცნობილია კომპონენტების შინაარსი.

4) ნივთიერების კონცენტრაცია ხსნარში.

ნივთიერებების მრავალი წყალხსნარისთვის, რეფრაქციული ინდექსები სხვადასხვა კონცენტრაციებსა და ტემპერატურაზე საიმედოდ იქნა გაზომილი და ამ შემთხვევებში შეიძლება გამოყენებულ იქნას საცნობარო მონაცემები. რეფრაქტომეტრიული მაგიდები.

პრაქტიკა გვიჩვენებს, რომ როდესაც გახსნილი ნივთიერების შემცველობა არ აღემატება 10-20%-ს, გრაფიკულ მეთოდთან ერთად, ძალიან ხშირ შემთხვევაში შესაძლებელია გამოყენება. წრფივი განტოლება, როგორიცაა:

n=არა+FC,

n-ხსნარის რეფრაქციული ინდექსი,

არაარის სუფთა გამხსნელის რეფრაქციული ინდექსი,

C- გახსნილი ნივთიერების კონცენტრაცია,%

ფ-ემპირიული კოეფიციენტი, რომლის მნიშვნელობაც არის ნაპოვნი

ცნობილი კონცენტრაციის ხსნარების გარდატეხის მაჩვენებლების განსაზღვრით.

რეფრაქტომეტრები.

რეფრაქტომეტრები არის მოწყობილობები, რომლებიც გამოიყენება რეფრაქციული ინდექსის გასაზომად.

ამ ინსტრუმენტების 2 ტიპი არსებობს: Abbe ტიპის რეფრაქტომეტრი და Pulfrich ტიპის. როგორც ამ, ასევე სხვებში, გაზომვები ეფუძნება გარდატეხის შემზღუდველი კუთხის სიდიდის განსაზღვრას. პრაქტიკაში გამოიყენება სხვადასხვა სისტემის რეფრაქტომეტრები: ლაბორატორია-RL, უნივერსალური RLU და ა.შ.

გამოხდილი წყლის რეფრაქციული ინდექსი n0 = 1,33299, პრაქტიკაში, ეს მაჩვენებელი აღებულია როგორც n0 =1,333.

რეფრაქტომეტრებზე მუშაობის პრინციპი ეფუძნება რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრას შემზღუდველი კუთხის მეთოდით (შუქის მთლიანი არეკვლის კუთხე).

ხელის რეფრაქტომეტრი

რეფრაქტომეტრი Abbe

პროცესები, რომლებიც დაკავშირებულია სინათლესთან, ფიზიკის მნიშვნელოვანი კომპონენტია და ჩვენს ყოველდღიურ ცხოვრებაში ყველგან გვახვევს. ამ სიტუაციაში ყველაზე მნიშვნელოვანია სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონები, რომლებზეც დაფუძნებულია თანამედროვე ოპტიკა. სინათლის რეფრაქცია თანამედროვე მეცნიერების მნიშვნელოვანი ნაწილია.

დამახინჯების ეფექტი

ეს სტატია გეტყვით, თუ რა არის სინათლის გარდატეხის ფენომენი, ასევე როგორ გამოიყურება გარდატეხის კანონი და რა მომდინარეობს მისგან.

ფიზიკური ფენომენის საფუძვლები

როდესაც სხივი ეცემა ზედაპირზე, რომელიც გამოყოფილია ორი გამჭვირვალე ნივთიერებით, რომლებსაც აქვთ განსხვავებული ოპტიკური სიმკვრივე (მაგალითად, სხვადასხვა ჭიქები ან წყალში), სხივების ნაწილი აირეკლება, ნაწილი კი მეორე სტრუქტურაში შეაღწევს (მაგ. გამრავლდება წყალში ან ჭიქაში). ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას სხივი ხასიათდება მისი მიმართულების ცვლილებით. ეს არის სინათლის რეფრაქციის ფენომენი.
სინათლის ანარეკლი და გარდატეხა განსაკუთრებით კარგად ჩანს წყალში.

წყლის დამახინჯების ეფექტი

წყალში ნივთებს რომ ვუყურებ, ისინი დამახინჯებულები ჩანან. ეს განსაკუთრებით შესამჩნევია ჰაერისა და წყლის საზღვარზე. ვიზუალურად ჩანს, რომ წყალქვეშა ობიექტები ოდნავ გადახრილია. აღწერილი ფიზიკური ფენომენი არის ზუსტად ის მიზეზი, რის გამოც ყველა ობიექტი წყალში დამახინჯებულია. როდესაც სხივები მინაზე მოხვდება, ეს ეფექტი ნაკლებად შესამჩნევია.
სინათლის გარდატეხა არის ფიზიკური ფენომენი, რომელიც ხასიათდება მზის სხივის მიმართულების ცვლილებით ერთი საშუალებიდან (სტრუქტურიდან) მეორეზე გადასვლის მომენტში.
ამ პროცესის გაგების გასაუმჯობესებლად, განვიხილოთ სხივის ჰაერიდან წყალში ჩავარდნის მაგალითი (მსგავსად მინის შემთხვევაში). ინტერფეისის გასწვრივ პერპენდიკულარულის დახატვით შესაძლებელია სინათლის სხივის გარდატეხის და დაბრუნების კუთხის გაზომვა. ეს მაჩვენებელი (გატეხვის კუთხე) შეიცვლება, როდესაც ნაკადი შეაღწევს წყალში (მინის შიგნით).
Შენიშვნა! ეს პარამეტრი გაგებულია, როგორც კუთხე, რომელიც ქმნის პერპენდიკულარს ორი ნივთიერების განცალკევებამდე, როდესაც სხივი შეაღწევს პირველი სტრუქტურიდან მეორეში.

სხივის გადასასვლელი

იგივე მაჩვენებელი დამახასიათებელია სხვა გარემოებისთვის. დადგენილია, რომ ეს მაჩვენებელი დამოკიდებულია ნივთიერების სიმკვრივეზე. თუ სხივი დაეცემა ნაკლებად მკვრივი სტრუქტურიდან უფრო მკვრივ სტრუქტურამდე, მაშინ შექმნილი დამახინჯების კუთხე უფრო დიდი იქნება. და თუ პირიქით, მაშინ ნაკლები.
ამავდროულად, დაცემის ფერდობის ცვლილება ასევე იმოქმედებს ამ მაჩვენებელზე. მაგრამ მათ შორის ურთიერთობა არ რჩება მუდმივი. ამავდროულად, მათი სინუსების თანაფარდობა დარჩება მუდმივი, რაც გამოიხატება შემდეგი ფორმულით: sinα / sinγ = n, სადაც:

• n არის მუდმივი მნიშვნელობა, რომელიც აღწერილია თითოეული კონკრეტული ნივთიერებისთვის (ჰაერი, მინა, წყალი და ა.შ.). აქედან გამომდინარე, რა იქნება ეს მნიშვნელობა, შეიძლება განისაზღვროს სპეციალური ცხრილებიდან;
• α არის დაცემის კუთხე;
• γ არის გარდატეხის კუთხე.

ამ ფიზიკური ფენომენის დასადგენად შეიქმნა გარდატეხის კანონი.

ფიზიკური კანონი

სინათლის ნაკადების გარდატეხის კანონი საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ გამჭვირვალე ნივთიერებების მახასიათებლები. თავად კანონი შედგება ორი დებულებისგან:

• Პირველი ნაწილი. სხივი (შემთხვევა, შეცვლილი) და პერპენდიკულარი, რომელიც აღდგენილია საზღვარზე დაცემის წერტილში, მაგალითად, ჰაერი და წყალი (მინა და ა.შ.), განთავსდება იმავე სიბრტყეში;
• მეორე ნაწილი. დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდების მაჩვენებელი საზღვრის გადაკვეთისას წარმოქმნილი იმავე კუთხის სინუსთან იქნება მუდმივი მნიშვნელობა.

კანონის აღწერა

ამ შემთხვევაში, იმ მომენტში, როდესაც სხივი გამოდის მეორე სტრუქტურიდან პირველში (მაგალითად, როდესაც სინათლის ნაკადი გადის ჰაერიდან, მინის გავლით და ისევ ჰაერში), ასევე მოხდება დამახინჯების ეფექტი.

მნიშვნელოვანი პარამეტრი სხვადასხვა ობიექტებისთვის

ამ სიტუაციაში მთავარი მაჩვენებელია დაცემის კუთხის სინუსის თანაფარდობა მსგავს პარამეტრთან, მაგრამ დამახინჯებისთვის. როგორც ზემოთ აღწერილი კანონიდან ჩანს, ეს მაჩვენებელი მუდმივი მნიშვნელობაა.
ამავდროულად, როდესაც იცვლება დაცემის ფერდობის მნიშვნელობა, იგივე სიტუაცია იქნება დამახასიათებელი მსგავსი ინდიკატორისთვის. ამ პარამეტრს დიდი მნიშვნელობა აქვს, რადგან გამჭვირვალე ნივთიერებების განუყოფელი მახასიათებელია.

ინდიკატორები სხვადასხვა ობიექტებისთვის

ამ პარამეტრის წყალობით, საკმაოდ ეფექტურად შეგიძლიათ განასხვავოთ მინის ტიპები, ასევე ძვირფასი ქვების მრავალფეროვნება. ასევე მნიშვნელოვანია სხვადასხვა მედიაში სინათლის სიჩქარის დასადგენად.

Შენიშვნა! სინათლის ნაკადის ყველაზე მაღალი სიჩქარე ვაკუუმშია.

ერთი ნივთიერებიდან მეორეზე გადასვლისას მისი სიჩქარე იკლებს. მაგალითად, ალმასს, რომელსაც აქვს ყველაზე მაღალი რეფრაქციული ინდექსი, ექნება ფოტონის გავრცელების სიჩქარე ჰაერზე 2,42-ჯერ უფრო სწრაფი. წყალში ისინი 1,33-ჯერ ნელა გავრცელდებიან. სხვადასხვა ტიპის მინისთვის ეს პარამეტრი 1.4-დან 2.2-მდე მერყეობს.

Შენიშვნა! ზოგიერთ სათვალეს აქვს რეფრაქციული ინდექსი 2.2, რაც ძალიან ახლოს არის ბრილიანტთან (2.4). ამიტომ, ყოველთვის არ არის შესაძლებელი შუშის ნაჭერის გარჩევა ნამდვილი ბრილიანტისგან.

ნივთიერებების ოპტიკური სიმკვრივე

სინათლეს შეუძლია შეაღწიოს სხვადასხვა ნივთიერებით, რომლებიც ხასიათდება განსხვავებული ოპტიკური სიმკვრივით. როგორც ადრე ვთქვით, ამ კანონის გამოყენებით შეგიძლიათ განსაზღვროთ საშუალო (სტრუქტურის) სიმკვრივის მახასიათებელი. რაც უფრო მკვრივია, მით უფრო ნელია მასში სინათლის სიჩქარე. მაგალითად, მინა ან წყალი ოპტიკურად უფრო მკვრივი იქნება ვიდრე ჰაერი.
გარდა იმისა, რომ ეს პარამეტრი მუდმივი მნიშვნელობაა, ის ასევე ასახავს სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას ორ ნივთიერებაში. ფიზიკური მნიშვნელობა შეიძლება გამოისახოს შემდეგი ფორმულით:

ეს მაჩვენებელი გვიჩვენებს, თუ როგორ იცვლება ფოტონების გავრცელების სიჩქარე ერთი ნივთიერებიდან მეორეზე გადასვლისას.

კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მაჩვენებელი

გამჭვირვალე ობიექტებში სინათლის ნაკადის გადაადგილებისას შესაძლებელია მისი პოლარიზაცია. იგი შეინიშნება დიელექტრიკული იზოტროპული მედიიდან სინათლის ნაკადის გავლისას. პოლარიზაცია ხდება მაშინ, როდესაც ფოტონები გადიან მინაში.

პოლარიზაციის ეფექტი

ნაწილობრივი პოლარიზაცია შეინიშნება, როდესაც სინათლის ნაკადის დაცემის კუთხე ორი დიელექტრიკის საზღვარზე განსხვავდება ნულიდან. პოლარიზაციის ხარისხი დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორი იყო დაცემის კუთხეები (ბრუსტერის კანონი).

სრული შიდა ასახვა

ჩვენი მოკლე დიგრესიის დასასრულს, ჯერ კიდევ აუცილებელია ასეთი ეფექტის გათვალისწინება, როგორც სრულფასოვანი შიდა ასახვა.

სრული ჩვენების ფენომენი

ამ ეფექტის გამოჩენისთვის აუცილებელია სინათლის ნაკადის დაცემის კუთხის გაზრდა მისი გადასვლის მომენტში ნივთიერებებს შორის ინტერფეისზე მკვრივიდან ნაკლებად მკვრივ გარემოზე. იმ სიტუაციაში, როდესაც ეს პარამეტრი გადააჭარბებს გარკვეულ ზღვრულ მნიშვნელობას, მაშინ ამ მონაკვეთის საზღვარზე მომხდარი ფოტონები მთლიანად აისახება. სინამდვილეში, ეს იქნება ჩვენი სასურველი ფენომენი. მის გარეშე შეუძლებელი იყო ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემის დამზადება.

დასკვნა

სინათლის ნაკადის ქცევის მახასიათებლების პრაქტიკულმა გამოყენებამ ბევრი რამ მისცა, შექმნა სხვადასხვა ტექნიკური მოწყობილობა ჩვენი ცხოვრების გასაუმჯობესებლად. ამავდროულად, სინათლეს არ გაუხსნია კაცობრიობისთვის ყველა თავისი შესაძლებლობა და მისი პრაქტიკული პოტენციალი ჯერ კიდევ არ არის სრულად რეალიზებული.

როგორ გააკეთოთ ქაღალდის ნათურა საკუთარი ხელით
როგორ შევამოწმოთ LED ზოლის მუშაობა

ეს სტატია ავლენს ოპტიკის ისეთი კონცეფციის არსს, როგორიცაა რეფრაქციული ინდექსი. მოცემულია ამ მნიშვნელობის მიღების ფორმულები, მოცემულია ელექტრომაგნიტური ტალღის გარდატეხის ფენომენის გამოყენების მოკლე მიმოხილვა.

ნახვის უნარი და რეფრაქციული ინდექსი

ცივილიზაციის გარიჟრაჟზე ადამიანები სვამდნენ კითხვას: როგორ ხედავს თვალი? ვარაუდობენ, რომ ადამიანი ასხივებს სხივებს, რომლებიც გრძნობს ირგვლივ არსებულ ობიექტებს, ან, პირიქით, ყველაფერი ასხივებს ასეთ სხივებს. ამ კითხვაზე პასუხი მეჩვიდმეტე საუკუნეში გაეცა. ის შეიცავს ოპტიკას და უკავშირდება რა არის რეფრაქციული ინდექსი. სხვადასხვა გაუმჭვირვალე ზედაპირებიდან ასახვა და გამჭვირვალე ზედაპირებთან საზღვარზე გარდატეხა ადამიანს აძლევს ნახვის შესაძლებლობას.

მსუბუქი და რეფრაქციული ინდექსი

ჩვენი პლანეტა მზის შუქით არის მოცული. და სწორედ ფოტონების ტალღურ ბუნებასთან არის დაკავშირებული ისეთი კონცეფცია, როგორიცაა აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი. ვაკუუმში გამრავლებისას ფოტონი არ ხვდება დაბრკოლებებს. პლანეტაზე სინათლე ხვდება მრავალ სხვადასხვა მკვრივ მედიას: ატმოსფერო (გაზების ნარევი), წყალი, კრისტალები. როგორც ელექტრომაგნიტური ტალღა, სინათლის ფოტონებს აქვთ ერთი ფაზის სიჩქარე ვაკუუმში (აღნიშნული გ), ხოლო გარემოში - სხვა (აღნიშნა ვ). პირველი და მეორე თანაფარდობა არის ის, რასაც აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი ეწოდება. ფორმულა ასე გამოიყურება: n = c / v.

ფაზის სიჩქარე

ღირს ელექტრომაგნიტური საშუალების ფაზური სიჩქარის განმარტება. წინააღმდეგ შემთხვევაში გაიგე რა არის რეფრაქციული ინდექსი ნ, აკრძალულია. სინათლის ფოტონი არის ტალღა. ასე რომ, ის შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ენერგიის პაკეტი, რომელიც რხევა (წარმოიდგინეთ სინუსოიდის სეგმენტი). ფაზა - ეს არის სინუსოიდის ის სეგმენტი, რომელსაც ტალღა გადის მოცემულ დროს (შეგახსენებთ, რომ ეს მნიშვნელოვანია ისეთი სიდიდის გასაგებად, როგორიც არის გარდატეხის ინდექსი).

მაგალითად, ფაზა შეიძლება იყოს მაქსიმუმ სინუსოიდი ან მისი დახრილობის ზოგიერთი სეგმენტი. ტალღის ფაზის სიჩქარე არის სიჩქარე, რომლითაც მოძრაობს ეს კონკრეტული ფაზა. როგორც რეფრაქციული ინდექსის განმარტება განმარტავს, ვაკუუმისთვის და საშუალოსთვის, ეს მნიშვნელობები განსხვავდება. უფრო მეტიც, თითოეულ გარემოს აქვს ამ რაოდენობის საკუთარი მნიშვნელობა. ნებისმიერ გამჭვირვალე ნაერთს, როგორიც არ უნდა იყოს მისი შემადგენლობა, აქვს რეფრაქციული ინდექსი, რომელიც განსხვავდება ყველა სხვა ნივთიერებისგან.

აბსოლუტური და ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი

ზემოთ უკვე ნაჩვენებია, რომ აბსოლუტური მნიშვნელობა იზომება ვაკუუმთან შედარებით. თუმცა, ეს რთულია ჩვენს პლანეტაზე: სინათლე უფრო ხშირად ხვდება ჰაერისა და წყლის ან კვარცისა და სპინელის საზღვარს. თითოეული ამ მედიისთვის, როგორც ზემოთ აღინიშნა, რეფრაქციული ინდექსი განსხვავებულია. ჰაერში სინათლის ფოტონი მოძრაობს ერთი მიმართულებით და აქვს ერთი ფაზის სიჩქარე (v 1), მაგრამ როდესაც ის წყალში შედის, ის ცვლის გავრცელების მიმართულებას და ფაზის სიჩქარეს (v 2). თუმცა, ორივე ეს მიმართულება ერთსა და იმავე სიბრტყეშია. ეს ძალიან მნიშვნელოვანია იმის გასაგებად, თუ როგორ იქმნება მიმდებარე სამყაროს გამოსახულება თვალის ბადურაზე ან კამერის მატრიცაზე. ორი აბსოლუტური მნიშვნელობის თანაფარდობა იძლევა რეფრაქციულ ინდექსს. ფორმულა ასე გამოიყურება: n 12 \u003d v 1 / v 2.

მაგრამ რა მოხდება, თუ შუქი, პირიქით, წყლიდან გამოდის და ჰაერში შედის? შემდეგ ეს მნიშვნელობა განისაზღვრება ფორმულით n 21 = v 2 / v 1. ფარდობითი გარდატეხის მაჩვენებლების გამრავლებისას მივიღებთ n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1. ეს თანაფარდობა მართალია ნებისმიერი წყვილი მედიისთვის. ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი შეიძლება მოიძებნოს დაცემის და გარდატეხის კუთხეების სინუსებიდან n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. არ დაგავიწყდეთ, რომ კუთხეები დათვლილია ნორმალურიდან ზედაპირამდე. ნორმალური არის ხაზი, რომელიც პერპენდიკულარულია ზედაპირზე. ანუ თუ პრობლემას მიენიჭება კუთხე α ეცემა თავად ზედაპირთან შედარებით, მაშინ გასათვალისწინებელია (90 - α) სინუსი.

რეფრაქციული ინდექსის სილამაზე და მისი გამოყენება

წყნარ მზიან დღეს ტბის ფსკერზე მზერა უკრავს. მუქი ლურჯი ყინული ფარავს კლდეს. ქალის ხელზე ბრილიანტი ათასობით ნაპერწკალს ფანტავს. ეს ფენომენები იმის შედეგია, რომ გამჭვირვალე მედიის ყველა საზღვარს აქვს შედარებითი რეფრაქციული ინდექსი. ესთეტიკური სიამოვნების გარდა, ეს ფენომენი შეიძლება გამოყენებულ იქნას პრაქტიკული გამოყენებისთვისაც.

Აი ზოგიერთი მაგალითი:

• შუშის ლინზა აგროვებს მზის სხივს და ცეცხლს უკიდებს ბალახს.
• ლაზერის სხივი ფოკუსირებულია დაავადებულ ორგანოზე და წყვეტს არასაჭირო ქსოვილს.
• მზის შუქი იფეთქებს უძველეს ვიტრაჟზე და ქმნის განსაკუთრებულ ატმოსფეროს.
• მიკროსკოპი ადიდებს ძალიან მცირე დეტალებს
• სპექტროფოტომეტრის ლინზები აგროვებს ლაზერულ შუქს, რომელიც აირეკლება შესასწავლი ნივთიერების ზედაპირიდან. ამრიგად, შესაძლებელია ახალი მასალების სტრუქტურის, შემდეგ კი თვისებების გაგება.
• არის კიდეც პროექტი ფოტონიკური კომპიუტერისთვის, სადაც ინფორმაცია გადაიცემა არა ელექტრონებით, როგორც ახლა, არამედ ფოტონებით. ასეთი მოწყობილობისთვის აუცილებლად საჭირო იქნება რეფრაქციული ელემენტები.

ტალღის სიგრძე

თუმცა, მზე გვამარაგებს ფოტონებით არა მხოლოდ ხილულ სპექტრში. ინფრაწითელი, ულტრაიისფერი, რენტგენის დიაპაზონი არ აღიქმება ადამიანის ხედვით, მაგრამ ისინი გავლენას ახდენენ ჩვენს ცხოვრებაზე. IR სხივები გვათბობს, ულტრაიისფერი ფოტონები იონიზებენ ზედა ატმოსფეროს და საშუალებას აძლევს მცენარეებს გამოიმუშაონ ჟანგბადი ფოტოსინთეზის გზით.

და თუ რისი ტოლია გარდატეხის ინდექსი, ეს დამოკიდებულია არა მხოლოდ იმ ნივთიერებებზე, რომელთა შორის არის საზღვარი, არამედ ინციდენტის გამოსხივების ტალღის სიგრძეზე. როგორც წესი, კონტექსტიდან ნათელია, რომელ მნიშვნელობაზეა საუბარი. ანუ თუ წიგნი განიხილავს რენტგენის სხივებს და მის გავლენას ადამიანზე, მაშინ ნიქ ის არის განსაზღვრული ამ დიაპაზონისთვის. მაგრამ, როგორც წესი, იგულისხმება ელექტრომაგნიტური ტალღების ხილული სპექტრი, თუ სხვაგვარად არ არის მითითებული.

რეფრაქციული ინდექსი და ანარეკლი

როგორც ზემოაღნიშნულიდან გაირკვა, საუბარია გამჭვირვალე გარემოზე. მაგალითებად მოვიყვანეთ ჰაერი, წყალი, ბრილიანტი. რაც შეეხება ხეს, გრანიტს, პლასტმასს? არსებობს მათთვის რეფრაქციული ინდექსი? პასუხი რთულია, მაგრამ ზოგადად დიახ.

უპირველეს ყოვლისა, უნდა გავითვალისწინოთ, თუ რა სახის შუქთან გვაქვს საქმე. ის მედია, რომელიც გაუმჭვირვალეა ხილული ფოტონებისთვის, იჭრება რენტგენის ან გამა გამოსხივებით. ანუ, ჩვენ რომ ყველა სუპერმენი ვიყოთ, მაშინ მთელი სამყარო ჩვენს ირგვლივ გამჭვირვალე იქნებოდა ჩვენთვის, მაგრამ სხვადასხვა ხარისხით. მაგალითად, ბეტონისგან დამზადებული კედლები არ იქნება უფრო მკვრივი, ვიდრე ჟელე, ხოლო ლითონის ფიტინგები უფრო მკვრივი ხილის ნაჭრებს ჰგავს.

სხვა ელემენტარული ნაწილაკებისთვის, მიონებისთვის, ჩვენი პლანეტა ზოგადად გამჭვირვალეა. ერთ დროს მეცნიერებმა უამრავი უბედურება მოიტანეს მათი არსებობის ფაქტის დასამტკიცებლად. მუონები ყოველ წამში მილიონობით გვხვრევენ, მაგრამ მინიმუმ ერთი ნაწილაკის მატერიასთან შეჯახების ალბათობა ძალიან მცირეა და ამის გამოსწორება ძალიან რთულია. სხვათა შორის, ბაიკალი მალე გახდება მიონების „დაჭერის“ ადგილი. მისი ღრმა და სუფთა წყალი ამისთვის იდეალურია - განსაკუთრებით ზამთარში. მთავარია სენსორები არ იყინებოდეს. ამრიგად, ბეტონის გარდატეხის ინდექსი, მაგალითად, რენტგენის ფოტონებისთვის აზრი აქვს. უფრო მეტიც, ნივთიერების რენტგენის დასხივება არის ერთ-ერთი ყველაზე ზუსტი და მნიშვნელოვანი მეთოდი კრისტალების სტრუქტურის შესასწავლად.

ასევე უნდა გვახსოვდეს, რომ მათემატიკური თვალსაზრისით, ნივთიერებებს, რომლებიც გაუმჭვირვალეა მოცემულ დიაპაზონში, აქვთ წარმოსახვითი რეფრაქციული ინდექსი. დაბოლოს, უნდა გვესმოდეს, რომ ნივთიერების ტემპერატურამ ასევე შეიძლება გავლენა მოახდინოს მის გამჭვირვალობაზე.