ოპტიკაში პრობლემების გადაჭრისას ხშირად საჭიროა ვიცოდეთ შუშის, წყლის ან სხვა ნივთიერების რეფრაქციული ინდექსი. უფრო მეტიც, სხვადასხვა სიტუაციებში შეიძლება ჩართული იყოს ამ რაოდენობის როგორც აბსოლუტური, ასევე ფარდობითი მნიშვნელობები.

რეფრაქციული ინდექსის ორი ტიპი

ჯერ იმაზე, თუ რას აჩვენებს ეს რიცხვი: როგორ ცვლის ესა თუ ის გამჭვირვალე გარემო სინათლის გავრცელების მიმართულებას. უფრო მეტიც, ელექტრომაგნიტური ტალღა შეიძლება გამოვიდეს ვაკუუმიდან და შემდეგ მინის ან სხვა ნივთიერების რეფრაქციულ ინდექსს ეწოდოს აბსოლუტური. უმეტეს შემთხვევაში, მისი მნიშვნელობა 1-დან 2-მდეა. მხოლოდ ძალიან იშვიათ შემთხვევებში არის რეფრაქციული ინდექსი ორზე მეტი.

თუ ობიექტის წინ არის საშუალო სიმკვრივე ვიდრე ვაკუუმი, მაშინ საუბარია შედარებით მნიშვნელობაზე. და ის გამოითვლება როგორც ორი აბსოლუტური მნიშვნელობის თანაფარდობა. მაგალითად, წყლის მინის ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი ტოლი იქნება მინისა და წყლის აბსოლუტური მნიშვნელობების კოეფიციენტის.

ნებისმიერ შემთხვევაში, იგი აღინიშნება ლათინური ასოებით "en" - n. ეს მნიშვნელობა მიიღება ერთიდაიმავე სახელის მნიშვნელობების ერთმანეთზე გაყოფით, ამიტომ ის უბრალოდ კოეფიციენტია, რომელსაც სახელი არ აქვს.

რა არის რეფრაქციული ინდექსის გამოთვლის ფორმულა?

თუ დაცემის კუთხეს ავიღებთ როგორც „ალფა“ და აღვნიშნავთ გარდატეხის კუთხეს, როგორც „ბეტა“, მაშინ რეფრაქციული ინდექსის აბსოლუტური მნიშვნელობის ფორმულა ასე გამოიყურება: n = sin α / sin β. ინგლისურენოვან ლიტერატურაში ხშირად შეგიძლიათ იპოვოთ განსხვავებული აღნიშვნა. როდესაც დაცემის კუთხე არის i, ხოლო გარდატეხა - r.

არსებობს კიდევ ერთი ფორმულა, თუ როგორ გამოვთვალოთ სინათლის გარდატეხის ინდექსი მინაში და სხვა გამჭვირვალე მედიაში. იგი დაკავშირებულია სინათლის სიჩქარესთან ვაკუუმში და მასთან, მაგრამ უკვე განსახილველ ნივთიერებაში.

შემდეგ ასე გამოიყურება: n = c/νλ. აქ c არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში, ν არის მისი სიჩქარე გამჭვირვალე გარემოში და λ არის ტალღის სიგრძე.

რაზეა დამოკიდებული გარდატეხის ინდექსი?

იგი განისაზღვრება განსახილველ გარემოში სინათლის გავრცელების სიჩქარით. ჰაერი ამ მხრივ ძალიან ახლოს არის ვაკუუმთან, ამიტომ სინათლის ტალღები მასში ვრცელდება, პრაქტიკულად, არ გადაიხრება თავდაპირველი მიმართულებიდან. მაშასადამე, თუ დადგინდა მინა-ჰაერის ან ჰაერის მიმდებარე სხვა ნივთიერების რეფრაქციული ინდექსი, მაშინ ეს უკანასკნელი პირობითად მიიღება ვაკუუმად.

ნებისმიერ სხვა საშუალებას აქვს თავისი მახასიათებლები. მათ აქვთ სხვადასხვა სიმკვრივე, აქვთ საკუთარი ტემპერატურა, ასევე ელასტიური სტრესები. ეს ყველაფერი გავლენას ახდენს ნივთიერების მიერ სინათლის გარდატეხის შედეგზე.

ტალღის გავრცელების მიმართულების შეცვლაში არანაკლებ როლს ასრულებს სინათლის მახასიათებლები. თეთრი შუქი შედგება მრავალი ფერისგან, წითელიდან მეწამულამდე. სპექტრის თითოეული ნაწილი თავისებურად ირღვევა. უფრო მეტიც, სპექტრის წითელი ნაწილის ტალღისთვის ინდიკატორის მნიშვნელობა ყოველთვის ნაკლები იქნება, ვიდრე დანარჩენი. მაგალითად, TF-1 მინის რეფრაქციული ინდექსი მერყეობს 1,6421-დან 1,67298-მდე, შესაბამისად, სპექტრის წითელიდან იისფერ ნაწილამდე.

მაგალითები სხვადასხვა ნივთიერებებისთვის

აქ არის აბსოლუტური სიდიდეების მნიშვნელობები, ანუ გარდატეხის ინდექსი, როდესაც სხივი ვაკუუმიდან (რომელიც ჰაერის ექვივალენტურია) გადის სხვა ნივთიერებით.

ეს მაჩვენებლები საჭირო იქნება, თუ საჭიროა მინის რეფრაქციული ინდექსის დადგენა სხვა მედიასთან შედარებით.

რა სხვა რაოდენობები გამოიყენება პრობლემების გადასაჭრელად?

სრული ანარეკლი. ეს ხდება მაშინ, როდესაც სინათლე გადადის უფრო მკვრივი გარემოდან ნაკლებად მკვრივზე. აქ, დაცემის კუთხის გარკვეული მნიშვნელობისას, გარდატეხა ხდება სწორი კუთხით. ანუ, სხივი სრიალებს ორი მედიის საზღვრის გასწვრივ.

მთლიანი ასახვის შემზღუდველი კუთხე არის მისი მინიმალური მნიშვნელობა, რომლის დროსაც სინათლე არ გადის ნაკლებად მკვრივ გარემოში. მასზე ნაკლები - ხდება გარდატეხა და მეტი - ასახვა იმავე გარემოში, საიდანაც შუქი გადავიდა.

დავალება #1

მდგომარეობა. შუშის გარდატეხის ინდექსი არის 1,52. აუცილებელია განისაზღვროს შეზღუდვის კუთხე, რომლითაც სინათლე მთლიანად აისახება ზედაპირებს შორის ინტერფეისიდან: მინა ჰაერით, წყალი ჰაერით, მინა წყლით.

თქვენ უნდა გამოიყენოთ ცხრილში მოცემული წყლის გარდატეხის ინდექსის მონაცემები. იგი მიღებულია ჰაერისთვის ერთიანობის ტოლფასი.

გამოსავალი სამივე შემთხვევაში მცირდება გამოთვლებით ფორმულის გამოყენებით:

sin α 0 / sin β = n 1 / n 2, სადაც n 2 აღნიშნავს გარემოს, საიდანაც სინათლე ვრცელდება და n 1 სადაც ის აღწევს.

ასო α 0 აღნიშნავს შემზღუდველ კუთხეს. β კუთხის მნიშვნელობა არის 90 გრადუსი. ანუ მისი სინუსი იქნება ერთიანობა.

პირველი შემთხვევისთვის: sin α 0 = 1/n მინა, მაშინ შემზღუდველი კუთხე უდრის 1/n მინის რკალს. 1/1.52 = 0.6579. კუთხე არის 41,14º.

მეორე შემთხვევაში, რკალის განსაზღვრისას, თქვენ უნდა შეცვალოთ წყლის რეფრაქციული ინდექსის მნიშვნელობა. წყლის ფრაქცია 1/n მიიღებს მნიშვნელობას 1/1.33 \u003d 0. 7519. ეს არის კუთხის რკალი 48.75º.

მესამე შემთხვევა აღწერილია n წყლისა და n შუშის თანაფარდობით. რკალი უნდა გამოითვალოს წილადისთვის: 1.33 / 1.52, ანუ რიცხვი 0.875. ჩვენ ვპოულობთ შემზღუდველი კუთხის მნიშვნელობას მისი რკალით: 61,05º.

პასუხი: 41.14º, 48.75º, 61.05º.

დავალება #2

მდგომარეობა. მინის პრიზმა ჩაეფლო წყლით სავსე ჭურჭელში. მისი რეფრაქციული ინდექსი არის 1,5. პრიზმა დაფუძნებულია მართკუთხა სამკუთხედზე. უფრო დიდი ფეხი მდებარეობს ფსკერზე პერპენდიკულარულად, მეორე კი მის პარალელურად. სინათლის სხივი ჩვეულებრივ ეცემა პრიზმის ზედა მხარეს. რა უნდა იყოს უმცირესი კუთხე ჰორიზონტალურ ფეხსა და ჰიპოტენუზას შორის, რომ შუქმა მიაღწიოს ჭურჭლის ფსკერის პერპენდიკულარულ ფეხს და გამოვიდეს პრიზმიდან?

იმისათვის, რომ სხივმა დატოვოს პრიზმა აღწერილი წესით, ის უნდა დაეცეს შეზღუდვის კუთხით შიდა სახეზე (ის, რომელიც არის პრიზმის მონაკვეთში სამკუთხედის ჰიპოტენუზა). კონსტრუქციით, ეს შემზღუდველი კუთხე ტოლია მართკუთხა სამკუთხედის საჭირო კუთხით. სინათლის გარდატეხის კანონიდან ირკვევა, რომ შემზღუდველი კუთხის სინუსი, გაყოფილი 90 გრადუსიან სინუსზე, უდრის ორი გარდატეხის ინდექსის თანაფარდობას: წყალი და მინა.

გამოთვლები მიგვიყვანს ასეთ მნიშვნელობამდე შემზღუდველი კუთხისთვის: 62º30´.

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 განზომილება 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. ნახ.). მოდით შევთანხმდეთ, რომ საშუალო II-ს აქვს უფრო დიდი გარდატეხის ძალა და, შესაბამისად, n 1და n 2- 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. ასევე შეიძლება განისაზღვროს, როგორც განსახილველი მედიის რეფრაქციული მაჩვენებლების თანაფარდობა.

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

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. ჩვეულებრივ განსაზღვრა ხდება 20±0,3 0 С ტემპერატურაზე.

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

ტემპერატურის კორექტირება გამოითვლება შემდეგი ფორმულით:

n t \u003d n 20 + (20-t) 0.0002, სადაც

n t -ნახვამდის რეფრაქციული ინდექსი მოცემულ ტემპერატურაზე,

n 20 - რეფრაქციული ინდექსი 20 0 С

ტემპერატურის გავლენა გაზების 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 20 0 C ტემპერატურაზე და სინათლის ტალღის სიგრძე 589,3 ნმ, მითითებულია ინდექსით n D 20

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=n o +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 n 0 \u003d 1.33299, პრაქტიკაში, ეს მაჩვენებელი იღებს მითითებას, როგორც n 0 =1,333.

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

ხელის რეფრაქტომეტრი

რეფრაქტომეტრი Abbe

ბილეთი 75.

სინათლის არეკვლის კანონი: ჩავარდნილი და არეკლილი სხივები, ისევე როგორც პერპენდიკულარული ორ მედიას შორის ინტერფეისის, აღდგენილი სხივის დაცემის წერტილში, მდებარეობს იმავე სიბრტყეში (დაცემის სიბრტყე). არეკვლის კუთხე γ უდრის α დაცემის კუთხეს.

სინათლის გარდატეხის კანონი: ინციდენტი და გარდატეხილი სხივები, ისევე როგორც პერპენდიკულარული ორ მედიას შორის ინტერფეისის, აღდგენილი სხივის დაცემის წერტილში, მდებარეობს იმავე სიბრტყეში. α დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება β გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა ორი მოცემული მედიისთვის:

არეკვლისა და გარდატეხის კანონები ახსნილია ტალღის ფიზიკაში. ტალღის კონცეფციების მიხედვით, გარდატეხა არის ტალღის გავრცელების სიჩქარის ცვლილების შედეგი ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას. რეფრაქციული ინდექსის ფიზიკური მნიშვნელობაარის პირველ გარემოში υ 1 ტალღის გავრცელების სიჩქარის თანაფარდობა მეორე გარემოში υ 2 მათი გავრცელების სიჩქარესთან:

ნახაზი 3.1.1 ასახავს სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონებს.

დაბალი აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსის მქონე გარემოს ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივი ეწოდება.

როდესაც სინათლე გადადის ოპტიკურად უფრო მჭიდრო გარემოდან ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივ გარემოში n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать მთლიანი ასახვის ფენომენი, ანუ გარდატეხილი სხივის გაქრობა. ეს ფენომენი შეინიშნება დაცემის კუთხეებში, რომლებიც აღემატება გარკვეულ კრიტიკულ კუთხეს α pr, რომელსაც ე.წ მთლიანი შიდა ასახვის შემზღუდველი კუთხე(იხ. სურ. 3.1.2).

დაცემის კუთხისთვის α = α pr sin β = 1; მნიშვნელობა sin α pr \u003d n 2 / n 1< 1.

თუ მეორე გარემო არის ჰაერი (n 2 ≈ 1), მაშინ მოსახერხებელია ფორმულის გადაწერა როგორც

მთლიანი შიდა ასახვის ფენომენი გამოიყენება ბევრ ოპტიკურ მოწყობილობაში. ყველაზე საინტერესო და პრაქტიკულად მნიშვნელოვანი აპლიკაციაა ბოჭკოვანი სინათლის გიდების შექმნა, რომლებიც არის თხელი (რამდენიმე მიკრომეტრიდან მილიმეტრამდე) თვითნებურად მოხრილი ძაფები ოპტიკურად გამჭვირვალე მასალისგან (მინა, კვარცი). ბოჭკოს ბოლოზე დაცემული სინათლე შეიძლება გავრცელდეს მის გასწვრივ დიდ მანძილზე გვერდითი ზედაპირებიდან მთლიანი შიდა არეკვლის გამო (ნახ. 3.1.3). სამეცნიერო და ტექნიკურ მიმართულებას, რომელიც მონაწილეობს ოპტიკური სინათლის გიდების შემუშავებასა და გამოყენებაში, ეწოდება ბოჭკოვანი ოპტიკა.

დისპე "რსიას შუქი" (სინათლის დაშლა)- ეს არის ფენომენი, რომელიც გამოწვეულია ნივთიერების აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსის დამოკიდებულებით სინათლის სიხშირეზე (ან ტალღის სიგრძეზე) (სიხშირის დისპერსიაზე), ან, იგივე, ნივთიერების სინათლის ფაზური სიჩქარის დამოკიდებულებით. ტალღის სიგრძე (ან სიხშირე). ექსპერიმენტულად აღმოაჩინა ნიუტონმა დაახლოებით 1672 წელს, თუმცა თეორიულად კარგად ახსნა ბევრად მოგვიანებით.

სივრცითი დისპერსიაარის საშუალო ნებადართულობის ტენზორის დამოკიდებულება ტალღის ვექტორზე. ეს დამოკიდებულება იწვევს უამრავ ფენომენს, რომელსაც ეწოდება სივრცითი პოლარიზაციის ეფექტი.

დისპერსიის ერთ-ერთი ყველაზე ნათელი მაგალითი - თეთრი სინათლის დაშლაპრიზმაში გავლისას (ნიუტონის ექსპერიმენტი). დისპერსიის ფენომენის არსი არის სხვადასხვა სიგრძის სინათლის სხივების გავრცელების სიჩქარის განსხვავება გამჭვირვალე ნივთიერებაში - ოპტიკურ გარემოში (მაშინ, როცა ვაკუუმში სინათლის სიჩქარე ყოველთვის ერთნაირია, მიუხედავად ტალღის სიგრძისა და, შესაბამისად, ფერისა) . ჩვეულებრივ, რაც უფრო მაღალია სინათლის ტალღის სიხშირე, მით უფრო დიდია მისთვის საშუალების გარდატეხის ინდექსი და მით უფრო დაბალია ტალღის სიჩქარე გარემოში:

ნიუტონის ექსპერიმენტები ექსპერიმენტი თეთრი სინათლის სპექტრად დაშლის შესახებ: ნიუტონმა მზის სინათლის სხივი პატარა ხვრელში მინის პრიზმაზე გაატარა. პრიზმაზე მოხვედრისას, სხივი გადაიხრჩო და მოპირდაპირე კედელზე მისცა წაგრძელებული გამოსახულება ფერების მოლურჯო მონაცვლეობით - სპექტრით. ექსპერიმენტი მონოქრომატული სინათლის პრიზმაში გავლის შესახებ: ნიუტონმა მზის სხივის გზაზე მოათავსა წითელი მინა, რომლის უკან მიიღო მონოქრომატული სინათლე (წითელი), შემდეგ პრიზმა და ეკრანზე მხოლოდ წითელ ლაქას აკვირდებოდა სინათლის სხივიდან. თეთრი სინათლის სინთეზის (მიღების) გამოცდილება:ჯერ ნიუტონმა მზის სხივი პრიზმისკენ მიმართა. შემდეგ, შეკრიბა ფერადი სხივები, რომლებიც პრიზმიდან გამოვიდა კონვერგენტული ლინზის დახმარებით, ნიუტონმა ფერადი ზოლის ნაცვლად თეთრ კედელზე ხვრელის თეთრი გამოსახულება მიიღო. ნიუტონის დასკვნები:- პრიზმა არ ცვლის სინათლეს, არამედ მხოლოდ ანაწილებს მას კომპონენტებად - სინათლის სხივები, რომლებიც განსხვავდება ფერით, განსხვავდება გარდატეხის ხარისხით; იისფერი სხივები ყველაზე მძაფრად ირღვევა, წითელი შუქი ნაკლებად ძლიერად ირღვევა - წითელ შუქს, რომელიც ნაკლებად ირღვევა, აქვს ყველაზე მაღალი სიჩქარე, ხოლო იისფერს აქვს ყველაზე დაბალი, ამიტომ პრიზმა ანადგურებს სინათლეს. სინათლის გარდატეხის ინდექსის დამოკიდებულებას მის ფერზე ეწოდება დისპერსია.

დასკვნები:- პრიზმა ანადგურებს სინათლეს - თეთრი სინათლე რთულია (კომპოზიტური) - იისფერი სხივები უფრო მეტად ირღვევა, ვიდრე წითელი. სინათლის სხივის ფერი განისაზღვრება მისი რხევის სიხშირით. ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას სინათლის სიჩქარე და ტალღის სიგრძე იცვლება, მაგრამ სიხშირე, რომელიც განსაზღვრავს ფერს, რჩება მუდმივი. თეთრი სინათლის დიაპაზონის საზღვრები და მისი კომპონენტები ჩვეულებრივ ხასიათდება მათი ტალღის სიგრძით ვაკუუმში. თეთრი შუქი არის ტალღის სიგრძის კოლექცია 380-დან 760 ნმ-მდე.

ბილეთი 77.

სინათლის შთანთქმა. ბუგერის კანონი

ნივთიერებაში სინათლის შთანთქმა დაკავშირებულია ტალღის ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიის გადაქცევასთან ნივთიერების თერმულ ენერგიად (ან მეორადი ფოტოლუმინესცენტური გამოსხივების ენერგიად). სინათლის შთანთქმის კანონს (ბუგერის კანონი) აქვს ფორმა:

მე=მე 0 exp(- x),(1)

სადაც მე 0 , მე- შეყვანის სინათლის ინტენსივობა (x=0)და გამოდით საშუალო სისქის ფენიდან X, - შთანთქმის კოეფიციენტი, ეს დამოკიდებულია .

დიელექტრიკებისთვის  =10 -1  10 -5 მ -1 , ლითონებისთვის =10 5  10 7 მ -1 , ამიტომ ლითონები გაუმჭვირვალეა სინათლის მიმართ.

დამოკიდებულება  ( ) ხსნის შთამნთქმელი სხეულების შეფერილობას. მაგალითად, მინა, რომელიც შთანთქავს მცირე წითელ შუქს, გამოჩნდება წითელი, როდესაც განათდება თეთრი შუქით.

სინათლის გაფანტვა. რეილის კანონი

სინათლის დიფრაქცია შეიძლება მოხდეს ოპტიკურად არაერთგვაროვან გარემოში, მაგალითად, ბუნდოვან გარემოში (კვამლი, ნისლი, მტვრიანი ჰაერი და ა.შ.). დიფრაქციით, სინათლის ტალღები გარემოს არაერთგვაროვნებაზე ქმნიან დიფრაქციულ ნიმუშს, რომელიც ხასიათდება საკმაოდ ერთგვაროვანი ინტენსივობის განაწილებით ყველა მიმართულებით.

მცირე არაჰომოგენურობით ასეთ დიფრაქციას ე.წ სინათლის გაფანტვა.

ეს ფენომენი შეინიშნება, თუ მზის ვიწრო სხივი გადის მტვრიან ჰაერში, იფანტება მტვრის ნაწილაკებზე და ხილული ხდება.

თუ არაერთგვაროვნების ზომები მცირეა ტალღის სიგრძესთან შედარებით (არაუმეტეს 0,1  ), მაშინ გაფანტული სინათლის ინტენსივობა უკუპროპორციულია ტალღის სიგრძის მეოთხე ხარისხთან, ე.ი.

მე ჯიშის ~ 1/  4 , (2)

ამ ურთიერთობას რეილის კანონი ჰქვია.

სინათლის გაფანტვა ასევე შეინიშნება სუფთა გარემოში, რომელიც არ შეიცავს უცხო ნაწილაკებს. მაგალითად, ეს შეიძლება მოხდეს სიმკვრივის, ანიზოტროპიის ან კონცენტრაციის რყევებზე (შემთხვევითი გადახრები). ასეთ გაფანტვას მოლეკულური ეწოდება. ის ხსნის, მაგალითად, ცის ლურჯ ფერს. მართლაც, (2) მიხედვით, ლურჯი და ლურჯი სხივები უფრო ძლიერად არის მიმოფანტული, ვიდრე წითელი და ყვითელი, რადგან აქვთ უფრო მოკლე ტალღის სიგრძე, რაც იწვევს ცის ლურჯ ფერს.

ბილეთი 78.

მსუბუქი პოლარიზაცია- ტალღური ოპტიკის ფენომენების ერთობლიობა, რომელშიც ვლინდება ელექტრომაგნიტური სინათლის ტალღების განივი ბუნება. განივი ტალღა- საშუალო ნაწილაკები ირხევა ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულარული მიმართულებით ( ნახ.1).

ნახ.1 განივი ტალღა

ელექტრომაგნიტური სინათლის ტალღა თვითმფრინავი პოლარიზებულია(წრფივი პოლარიზაცია), თუ ვექტორების E და B რხევის მიმართულებები მკაცრად არის დაფიქსირებული და დევს გარკვეულ სიბრტყეებზე ( ნახ.1). თვითმფრინავის პოლარიზებული სინათლის ტალღა ეწოდება თვითმფრინავი პოლარიზებულია(წრფივი პოლარიზებული) სინათლე. არაპოლარიზებული(ბუნებრივი) ტალღა - ელექტრომაგნიტური სინათლის ტალღა, რომელშიც ვექტორების E და B რხევის მიმართულებები ამ ტალღაში შეიძლება მდებარეობდეს სიჩქარის ვექტორის პერპენდიკულარულ ნებისმიერ სიბრტყეში. არაპოლარიზებული შუქი- სინათლის ტალღები, რომლებშიც E და B ვექტორების რხევების მიმართულებები შემთხვევით იცვლება ისე, რომ ტალღის გავრცელების სხივზე პერპენდიკულარულ სიბრტყეებში რხევების ყველა მიმართულება თანაბრად სავარაუდოა ( ნახ.2).

ნახ.2 არაპოლარიზებული შუქი

პოლარიზებული ტალღები- რომელშიც E და B ვექტორების მიმართულებები უცვლელი რჩება სივრცეში ან იცვლება გარკვეული კანონის მიხედვით. გამოსხივება, რომლის დროსაც ვექტორის E მიმართულება იცვლება შემთხვევით - არაპოლარიზებული. ასეთი გამოსხივების მაგალითი შეიძლება იყოს თერმული გამოსხივება (შემთხვევით განაწილებული ატომები და ელექტრონები). პოლარიზაციის სიბრტყე- ეს არის E ვექტორის რხევის მიმართულების პერპენდიკულარული სიბრტყე. პოლარიზებული გამოსხივების წარმოქმნის მთავარი მექანიზმია ელექტრონების, ატომების, მოლეკულების და მტვრის ნაწილაკების მიერ გამოსხივების გაფანტვა.

1.2. პოლარიზაციის სახეებიპოლარიზაციის სამი ტიპი არსებობს. მოდით განვსაზღვროთ ისინი. 1. ხაზოვანი ჩნდება, თუ ელექტრული ვექტორი E ინარჩუნებს თავის პოზიციას სივრცეში. ის ერთგვარად ხაზს უსვამს იმ სიბრტყეს, რომელშიც ვექტორი E ირხევა. 2. წრიული ეს არის პოლარიზაცია, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც ელექტრული ვექტორი E ბრუნავს ტალღის გავრცელების მიმართულების გარშემო ტალღის კუთხური სიხშირის ტოლი კუთხური სიჩქარით და ინარჩუნებს მის აბსოლუტურ მნიშვნელობას. ეს პოლარიზაცია ახასიათებს E ვექტორის ბრუნვის მიმართულებას მხედველობის ხაზის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში. ამის მაგალითია ციკლოტრონის გამოსხივება (ელექტრონების სისტემა, რომელიც ბრუნავს მაგნიტურ ველში). 3. ელიფსური ხდება მაშინ, როდესაც ელექტრული ვექტორის E სიდიდე იცვლება ისე, რომ იგი აღწერს ელიფსს (ვექტორის E ბრუნვა). ელიფსური და წრიული პოლარიზაცია არის სწორი (E ვექტორის ბრუნვა ხდება საათის ისრის მიმართულებით, თუ გამავრცელებელ ტალღას უყურებთ) და მარცხნივ (ვექტორის E ბრუნი ხდება საათის ისრის საწინააღმდეგოდ, თუ გამავრცელებელ ტალღას უყურებთ).

სინამდვილეში, ყველაზე გავრცელებული ნაწილობრივი პოლარიზაცია (ნაწილობრივ პოლარიზებული ელექტრომაგნიტური ტალღები). რაოდენობრივად მას ახასიათებს გარკვეული რაოდენობა ე.წ პოლარიზაციის ხარისხი რ, რომელიც განისაზღვრება როგორც: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin)სადაც იმაქს,მინ- ყველაზე მაღალი და ყველაზე დაბალი ელექტრომაგნიტური ენერგიის ნაკადის სიმკვრივე ანალიზატორის მეშვეობით (პოლაროიდი, ნიკოლის პრიზმა…). პრაქტიკაში, რადიაციული პოლარიზაცია ხშირად აღწერილია სტოკსის პარამეტრებით (განისაზღვრება რადიაციული ნაკადები პოლარიზაციის მოცემული მიმართულებით).

ბილეთი 79.

თუ ბუნებრივი სინათლე ეცემა ორ დიელექტრიკას შორის ინტერფეისზე (მაგალითად, ჰაერი და მინა), მაშინ მისი ნაწილი აირეკლება, ნაწილი კი ირღვევა და ვრცელდება მეორე გარემოში. ასახული და გატეხილი სხივების გზაზე ანალიზატორის (მაგალითად, ტურმალინის) დაყენებით, ჩვენ დავრწმუნდებით, რომ არეკლილი და გატეხილი სხივები ნაწილობრივ პოლარიზებულია: როდესაც ანალიზატორი ბრუნავს სხივების გარშემო, სინათლის ინტენსივობა პერიოდულად იზრდება და მცირდება ( სრული გადაშენება არ შეინიშნება!). შემდგომმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ასახულ სხივში ჭარბობს დაცემის სიბრტყის პერპენდიკულარული რხევები (ნახ. 275-ზე ისინი წერტილებითაა მითითებული), გადახურულ სხივში - რხევები დაცემის სიბრტყის პარალელურად (ნაჩვენებია ისრებით).

პოლარიზაციის ხარისხი (ელექტრული (და მაგნიტური) ვექტორის გარკვეული ორიენტაციის მქონე სინათლის ტალღების განცალკევების ხარისხი) დამოკიდებულია სხივების დაცემის კუთხეზე და გარდატეხის ინდექსზე. შოტლანდიელი ფიზიკოსი დ.ბრუსტერი(1781-1868) დაარსდა კანონი, რომლის მიხედვითაც დაცემის კუთხით მე B (ბრუსტერის კუთხე), განსაზღვრული მიმართებით

(ნ 21 - მეორე გარემოს რეფრაქციული ინდექსი პირველთან შედარებით), არეკლილი სხივი სიბრტყით პოლარიზებულია(შეიცავს მხოლოდ დაცემის სიბრტყის პერპენდიკულარულ რხევებს) (სურ. 276). რეფრაქციული სხივი დაცემის კუთხითმებ პოლარიზებული მაქსიმუმ, მაგრამ არა მთლიანად.

თუ სინათლე ეცემა ინტერფეისს ბრუსტერის კუთხით, მაშინ არეკლილი და გარდატეხილი სხივები ორმხრივი პერპენდიკულარული(ტგ მე B=ცოდვა მებ/ქოს მებ, ნ 21 = ცოდვა მებ / ცოდვა მე 2 (მე 2 - გარდატეხის კუთხე), საიდანაც cos მე B=ცოდვა მე 2). შესაბამისად, მებ + მე 2 =  /2, მაგრამ მე’ B= მე B (ასახვის კანონი), ასე მე’ B+ მე 2 =  /2.

არეკლილი და გარდატეხილი სინათლის პოლარიზაციის ხარისხი დაცემის სხვადასხვა კუთხით შეიძლება გამოითვალოს მაქსველის განტოლებებიდან, თუ გავითვალისწინებთ ელექტრომაგნიტური ველის სასაზღვრო პირობებს ორ იზოტროპულ დიელექტრიკს შორის (ე.წ. ფრენელის ფორმულები).

რეფრაქციული სინათლის პოლარიზაციის ხარისხი შეიძლება მნიშვნელოვნად გაიზარდოს (განმეორებითი რეფრაქციით, იმ პირობით, რომ სინათლე ყოველ ჯერზე ეცემა ინტერფეისზე ბრუსტერის კუთხით). თუ, მაგალითად, მინისთვის ( n= 1.53), რეფრაქციული სხივის პოლარიზაციის ხარისხი არის 15%, შემდეგ 8-10 ერთმანეთზე გადაფენილი შუშის ფირფიტით გარდატეხის შემდეგ, ასეთი სისტემიდან გამომავალი სინათლე თითქმის მთლიანად პოლარიზდება. ფირფიტების ამ კომპლექტს ე.წ ფეხი.ფეხი შეიძლება გამოყენებულ იქნას პოლარიზებული სინათლის გასაანალიზებლად, როგორც მის ასახვაში, ასევე რეფრაქციაში.

ბილეთი 79 (სპურისთვის)

როგორც გამოცდილება გვიჩვენებს, სინათლის გარდატეხისა და არეკვლის დროს, რეფრაქციული და არეკლილი სინათლე აღმოჩნდება პოლარიზებული და ანარეკლი. სინათლე შეიძლება იყოს მთლიანად პოლარიზებული დაცემის გარკვეული კუთხით, მაგრამ სინათლე ყოველთვის ნაწილობრივ პოლარიზებულია.ფრინელის ფორმულებზე დაყრდნობით შეიძლება აჩვენოს, რომ ასახავს. სინათლე პოლარიზებულია დაცემის სიბრტყის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში და გარდატეხის სიბრტყეზე. სინათლე პოლარიზებულია დაცემის სიბრტყის პარალელურად სიბრტყეში.

დაცემის კუთხე, რომელზეც ანარეკლია სინათლეს სრულად პოლარიზებული ეწოდება ბრუსტერის კუთხე.ბრუსტერის კუთხე განისაზღვრება ბრიუსტერის კანონით: -ბრუსტერის კანონი.ამ შემთხვევაში კუთხე არეკვლას შორის. და შესვენება. სხივები ტოლი იქნება ჰაერ-მინის სისტემისთვის ბრუსტერის კუთხე ტოლია კარგი პოლარიზაციის მისაღებად ე.ი. , სინათლის გარდატეხისას გამოიყენება ბევრი გატეხილი ზედაპირი, რომელსაც სტოლეტოვის ტერფს უწოდებენ.

ბილეთი 80.

გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ სინათლის მატერიასთან ურთიერთქმედებისას ძირითადი მოქმედება (ფიზიოლოგიური, ფოტოქიმიური, ფოტოელექტრული და ა.შ.) გამოწვეულია ვექტორის რხევებით, რომელსაც ამასთან დაკავშირებით ზოგჯერ სინათლის ვექტორსაც უწოდებენ. ამიტომ, სინათლის პოლარიზაციის ნიმუშების აღსაწერად, ვექტორის ქცევის მონიტორინგი ხდება.

სიბრტყე ჩამოყალიბებულია ვექტორებით და ეწოდება პოლარიზაციის სიბრტყე.

თუ ვექტორული რხევები ხდება ერთ ფიქსირებულ სიბრტყეში, მაშინ ასეთ სინათლეს (სხივს) უწოდებენ წრფივად პოლარიზებულს. იგი თვითნებურად არის მითითებული შემდეგნაირად. თუ სხივი პოლარიზებულია პერპენდიკულარულ სიბრტყეში (სიბრტყეში xz, იხილეთ ნახ. 2 მეორე ლექციაში), შემდეგ აღინიშნება.

ბუნებრივი სინათლე (ჩვეულებრივი წყაროებიდან, მზე) შედგება ტალღებისგან, რომლებსაც აქვთ პოლარიზაციის სხვადასხვა, შემთხვევით განაწილებული სიბრტყეები (იხ. სურ. 3).

ბუნებრივ შუქს ზოგჯერ ჩვეულებრივ უწოდებენ ამას. მას ასევე უწოდებენ არაპოლარიზებულს.

თუ ტალღის გავრცელებისას ვექტორი ბრუნავს და ამავდროულად ვექტორის ბოლო აღწერს წრეს, მაშინ ასეთ სინათლეს წრიულად პოლარიზებული ეწოდება, ხოლო პოლარიზაცია არის წრიული ან წრიული (მარჯვნივ ან მარცხნივ). ასევე არსებობს ელიფსური პოლარიზაცია.

არის ოპტიკური მოწყობილობები (ფილმები, ფირფიტები და ა.შ.) - პოლარიზატორები, რომლებიც ასხივებენ ხაზოვან პოლარიზებულ სინათლეს ან ნაწილობრივ პოლარიზებულ შუქს ბუნებრივი სინათლისგან.

პოლარიზატორები, რომლებიც გამოიყენება სინათლის პოლარიზაციის გასაანალიზებლად, ეწოდება ანალიზატორები.

პოლარიზატორის (ან ანალიზატორის) სიბრტყე არის პოლარიზატორის (ან ანალიზატორის) მიერ გადაცემული სინათლის პოლარიზაციის სიბრტყე.

მოდით, პოლარიზატორი (ან ანალიზატორი) იყოს წრფივი პოლარიზებული სინათლეზე ამპლიტუდით ე 0 . გადაცემული სინათლის ამპლიტუდა იქნება E=E 0 cos ჯდა ინტენსივობა მე=მე 0 co 2 ჯ.

ეს ფორმულა გამოხატავს მალუსის კანონი:

ანალიზატორში გამავალი წრფივი პოლარიზებული სინათლის ინტენსივობა პროპორციულია კუთხის კოსინუსის კვადრატის ჯდაცემის სინათლის რხევების სიბრტყესა და ანალიზატორის სიბრტყეს შორის.

ბილეთი 80 (სპარსებისთვის)

პოლარიზატორები არის მოწყობილობები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის პოლარიზებული სინათლის მიღებას. ანალიზატორები არის მოწყობილობები, რომლითაც შეგიძლიათ გაანალიზოთ სინათლე პოლარიზებული თუ არა. სტრუქტურულად, პოლარიზატორი და ანალიზატორი ერთნაირია. -ე, მაშინ ვექტორის E ყველა მიმართულება ტოლია. ყოველი ვექტორი შეიძლება დაიყოს ორ ურთიერთ პერპენდიკულარულ კომპონენტად: ერთი პარალელურია პოლარიზატორის პოლარიზაციის სიბრტყის პარალელურად, ხოლო მეორე პერპენდიკულარულია მის მიმართ.

ცხადია, პოლარიზატორიდან გამოსული სინათლის ინტენსივობა ტოლი იქნება, პოლარიზატორიდან გამოსული სინათლის ინტენსივობა ავღნიშნოთ ()-ით, თუ პოლარიზატორის გზაზე მოთავსებულია ანალიზატორი, რომლის მთავარი სიბრტყე ქმნის კუთხეს. პოლარიზატორის მთავარი სიბრტყე, მაშინ ანალიზატორიდან გამოსული სინათლის ინტენსივობა განისაზღვრება კანონით.

ბილეთი 81.

რადიუმის სხივების ზემოქმედების ქვეშ ურანის მარილების ლუმინესცენციის შესწავლისას საბჭოთა ფიზიკოსმა პ.ა. ჩერენკოვმა ყურადღება გაამახვილა იმ ფაქტზე, რომ თავად წყალი ანათებს, რომელშიც არ არის ურანის მარილები. აღმოჩნდა, რომ როდესაც სხივები (იხ. გამა გამოსხივება) გადის სუფთა სითხეებში, ისინი ყველა იწყებენ ნათებას. S. I. Vavilov, რომლის ხელმძღვანელობით მუშაობდა P.A. Cherenkov, წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ სიკაშკაშე ასოცირდება ატომებიდან რადიუმის კვანტების მიერ ამოღებული ელექტრონების მოძრაობასთან. მართლაც, სიკაშკაშე ძლიერ იყო დამოკიდებული სითხეში მაგნიტური ველის მიმართულებაზე (ეს ვარაუდობს, რომ მისი მიზეზი ელექტრონების მოძრაობა იყო).

მაგრამ რატომ ასხივებენ სითხეში მოძრავი ელექტრონები? ამ კითხვაზე სწორი პასუხი გასცეს 1937 წელს საბჭოთა ფიზიკოსებმა I. E. Tamm-მა და I. M. Frank-მა.

ნივთიერებაში მოძრავი ელექტრონი ურთიერთქმედებს მიმდებარე ატომებთან. მისი ელექტრული ველის მოქმედებით ატომური ელექტრონები და ბირთვები გადაადგილდებიან საპირისპირო მიმართულებით - გარემო პოლარიზებულია. პოლარიზებული და შემდეგ საწყის მდგომარეობას უბრუნდება, ელექტრონის ტრაექტორიის გასწვრივ მდებარე საშუალო ატომები ასხივებენ ელექტრომაგნიტურ სინათლის ტალღებს. თუ ელექტრონის სიჩქარე v ნაკლებია საშუალოზე სინათლის გავრცელების სიჩქარეზე (- გარდატეხის ინდექსი), მაშინ ელექტრომაგნიტური ველი გადალახავს ელექტრონს და ნივთიერებას ექნება დრო, რომ პოლარიზდეს სივრცეში ელექტრონის წინ. ელექტრონის წინ და მის უკან საშუალების პოლარიზაცია საპირისპიროა მიმართულებით, ხოლო საპირისპირო პოლარიზებული ატომების გამოსხივება, „შემატება“, „ჩაქრება“ ერთმანეთს. როდესაც ატომებს, რომლებსაც ელექტრონი ჯერ არ მიუღწევია, არ აქვთ დრო პოლარიზაციისთვის და ჩნდება გამოსხივება, რომელიც მიმართულია ვიწრო კონუსური შრის გასწვრივ, წვეროთი, რომელიც ემთხვევა მოძრავ ელექტრონს და კუთხე c წვეროზე. მსუბუქი „კონუსის“ გარეგნობა და გამოსხივების მდგომარეობა შეიძლება მივიღოთ ტალღის გავრცელების ზოგადი პრინციპებიდან.

ბრინჯი. 1. ტალღის ფრონტის ფორმირების მექანიზმი

მიეცით ელექტრონმა გადაადგილება OE ღერძის გასწვრივ (იხ. ნახაზი 1) ძალიან ვიწრო ცარიელი არხის ერთგვაროვან გამჭვირვალე ნივთიერებაში, გარდატეხის ინდექსით (საჭიროა ცარიელი არხი, რათა მხედველობაში არ მივიღოთ ელექტრონის შეჯახება ატომებთან თეორიული განხილვა). OE ხაზის ნებისმიერი წერტილი, რომელიც თანმიმდევრულად დაიკავებს ელექტრონს, იქნება სინათლის ემისიის ცენტრი. თანმიმდევრული O, D, E წერტილებიდან გამომავალი ტალღები ერევა ერთმანეთში და ძლიერდება, თუ მათ შორის ფაზის სხვაობა ნულის ტოლია (იხ. ჩარევა). ეს პირობა დაკმაყოფილებულია მიმართულებისთვის, რომელიც ქმნის 0-ის კუთხეს ელექტრონის ტრაექტორიასთან. კუთხე 0 განისაზღვრება თანაფარდობით:.

მართლაც, განვიხილოთ ორი ტალღა, რომელიც გამოსხივებულია მიმართულებით 0 კუთხით ელექტრონის სიჩქარის მიმართ ტრაექტორიის ორი წერტილიდან - წერტილი O და წერტილი D, დაშორებული მანძილით. B წერტილში, რომელიც დევს BE სწორ ხაზზე, OB-ზე პერპენდიკულარულად, პირველი ტალღა - დროში F წერტილში, რომელიც დევს BE სწორ ხაზზე, წერტილიდან გამოსხივებული ტალღა მოვა დროის მომენტში ემისიის შემდეგ. ტალღა O წერტილიდან. ეს ორი ტალღა იქნება ფაზაში, ანუ სწორი ხაზი იქნება ტალღის ფრონტი, თუ ეს ჯერ ტოლია:. რომ როგორც დროთა თანასწორობის პირობა იძლევა. ყველა მიმართულებით, რისთვისაც შუქი ჩაქრება ტრაექტორიის D მანძილით გამოყოფილი ტალღების გამოსხივებული ტალღების ჩარევის გამო. D-ის მნიშვნელობა განისაზღვრება აშკარა განტოლებით, სადაც T არის სინათლის რხევების პერიოდი. ამ განტოლებას ყოველთვის აქვს გამოსავალი თუ.

თუ , მაშინ მიმართულება, რომლითაც გამოსხივებული ტალღები, რომლებიც ერევა, ძლიერდება, არ არსებობს, არ შეიძლება იყოს 1-ზე მეტი.

ბრინჯი. 2. ხმოვანი ტალღების განაწილება და დარტყმითი ტალღის წარმოქმნა სხეულის მოძრაობის დროს

რადიაცია შეინიშნება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ .

ექსპერიმენტულად, ელექტრონები დაფრინავენ სასრულ მყარ კუთხით, გარკვეული სიჩქარით გავრცელებით და შედეგად, რადიაცია ვრცელდება კონუსურ შრეში, კუთხით განსაზღვრული ძირითადი მიმართულების მახლობლად.

ჩვენი აზრით, ჩვენ უგულებელვყავით ელექტრონის შენელება. ეს სავსებით მისაღებია, ვინაიდან ვავილოვ-ჩერენკოვის გამოსხივების შედეგად დანაკარგები მცირეა და, პირველი მიახლოებით, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ელექტრონის მიერ დაკარგული ენერგია გავლენას არ ახდენს მის სიჩქარეზე და ის ერთნაირად მოძრაობს. ეს არის ვავილოვ-ჩერენკოვის გამოსხივების ფუნდამენტური განსხვავება და უჩვეულოობა. ჩვეულებრივ, მუხტები ასხივებენ, განიცდიან მნიშვნელოვან აჩქარებას.

ელექტრონი, რომელიც აჭარბებს საკუთარ სინათლეს, ჰგავს თვითმფრინავს, რომელიც დაფრინავს ბგერის სიჩქარეზე მეტი სიჩქარით. ამ შემთხვევაში, კონუსური დარტყმითი ტალღა ასევე ვრცელდება თვითმფრინავის წინ (იხ. სურ. 2).

რეფრაქტომეტრიის გამოყენების სფეროები.

IRF-22 რეფრაქტომეტრის მოწყობილობა და მუშაობის პრინციპი.

რეფრაქციული ინდექსის კონცეფცია.

Გეგმა

რეფრაქტომეტრია. მეთოდის მახასიათებლები და არსი.

ნივთიერებების იდენტიფიცირებისთვის და მათი სისუფთავის შესამოწმებლად გამოიყენეთ

რეფრაქტორი.

ნივთიერების რეფრაქციული ინდექსი- მნიშვნელობა უდრის სინათლის ფაზური სიჩქარის თანაფარდობას (ელექტრომაგნიტური ტალღები) ვაკუუმში და ხილულ გარემოში.

რეფრაქციული ინდექსი დამოკიდებულია ნივთიერების თვისებებზე და ტალღის სიგრძეზე

ელექტრომაგნიტური რადიაცია. დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება შედარებით

სხივის გარდატეხის სიბრტყისკენ (α) მიზიდული ნორმა გარდატეხის კუთხის სინუსამდე

გარდატეხას (β) სხივის A საშუალოდან B-ზე გადასვლისას ამ წყვილი მედიის ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი ეწოდება.

მნიშვნელობა n არის B გარემოს შედარებითი გარდატეხის მაჩვენებელი

A გარემოსთან მიმართებაში და

A საშუალო რეფრაქციული ინდექსის მიმართ

სხივის გარდატეხის ინდექსი უჰაერო გარემოზე

იმ სივრცეს ეწოდება მისი აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი ან

უბრალოდ მოცემული გარემოს რეფრაქციული ინდექსი (ცხრილი 1).

ცხრილი 1 - სხვადასხვა მედიის რეფრაქციული ინდექსები

სითხეებს აქვთ რეფრაქციული ინდექსი 1,2-1,9 დიაპაზონში. Მყარი

ნივთიერებები 1.3-4.0. ზოგიერთ მინერალს არ აქვს ინდიკატორის ზუსტი მნიშვნელობა

რეფრაქციისთვის. მისი ღირებულება გარკვეულ „ჩანგალშია“ და განსაზღვრავს

ბროლის სტრუქტურაში მინარევების არსებობის გამო, რაც განსაზღვრავს ფერს

ბროლის.

მინერალის ამოცნობა „ფერის“ მიხედვით რთულია. ასე რომ, მინერალური კორუნდი არსებობს ლალის, საფირის, ლეიკოზაფირის სახით, რომელიც განსხვავდება

რეფრაქციული ინდექსი და ფერი. წითელ კორუნდებს ლალი ეწოდება

(ქრომის ნაზავი), უფერო ლურჯი, ღია ცისფერი, ვარდისფერი, ყვითელი, მწვანე,

იისფერი - საფირონები (კობალტის, ტიტანის და ა.შ. მინარევები). ღია ფერის

ნაი საფირონს ან უფერო კორუნდს ლეიკოსაფირს უწოდებენ (ფართოდ

გამოიყენება ოპტიკაში, როგორც სინათლის ფილტრი). ამ კრისტალების რეფრაქციული ინდექსი

სადგომი 1,757-1,778 დიაპაზონშია და არის იდენტიფიკაციის საფუძველი

სურათი 3.1 - ლალისფერი ფიგურა 3.2 - საფირონის ლურჯი

ორგანულ და არაორგანულ სითხეებს ასევე აქვთ დამახასიათებელი რეფრაქციული ინდექსი, რაც მათ ახასიათებს, როგორც ქიმიურს.

nye ნაერთები და მათი სინთეზის ხარისხი (ცხრილი 2):

ცხრილი 2 - ზოგიერთი სითხის რეფრაქციული ინდექსები 20 °C-ზე

4.2. რეფრაქტომეტრია: კონცეფცია, პრინციპი.

ინდიკატორის განსაზღვრაზე დამყარებული ნივთიერებების შესწავლის მეთოდი

რეფრაქციის (რეფრაქციის) (კოეფიციენტს) რეფრაქტომეტრია (გან

ლათ. refractus - გატეხილი და ბერძ. მეტრეო - ვზომავ). რეფრაქტომეტრია

(რეფრაქტომეტრიული მეთოდი) გამოიყენება ქიმიური ნივთიერების იდენტიფიცირებისთვის

ნაერთები, რაოდენობრივი და სტრუქტურული ანალიზი, განსაზღვრა ფიზიკო-

ნივთიერებების ქიმიური პარამეტრები. დანერგილია რეფრაქტომეტრიის პრინციპი

Abbe-ს რეფრაქტომეტრებში, ილუსტრირებულია სურათი 1-ით.

სურათი 1 - რეფრაქტომეტრიის პრინციპი

Abbe პრიზმის ბლოკი შედგება ორი მართკუთხა პრიზმისგან: illuminating

სხეული და საზომი, დაკეცილი ჰიპოტენუზის სახეებით. ილუმინატორი -

პრიზმას აქვს უხეში (მქრქალი) ჰიპოტენუზის სახე და განკუთვნილია

ჩენა პრიზმებს შორის მოთავსებული თხევადი ნიმუშის გასანათებლად.

გაფანტული სინათლე გადის გამოკვლეული სითხის სიბრტყე პარალელურ ფენაში და სითხეში გარდატეხის შემდეგ ეცემა საზომ პრიზმაზე. საზომი პრიზმა დამზადებულია ოპტიკურად მკვრივი მინისგან (მძიმე კაჟი) და აქვს გარდატეხის ინდექსი 1.7-ზე მეტი. ამ მიზეზით, Abbe რეფრაქტომეტრი ზომავს n მნიშვნელობას 1.7-ზე ნაკლებს. გარდატეხის ინდექსის საზომი დიაპაზონის ზრდა შესაძლებელია მხოლოდ საზომი პრიზმის შეცვლით.

ტესტის ნიმუშს ასხამენ საზომი პრიზმის ჰიპოტენუზაზე და დაჭერით მანათობელ პრიზმას. ამ შემთხვევაში, 0,1-0,2 მმ უფსკრული რჩება პრიზმებს შორის, რომლებშიც მდებარეობს ნიმუში და

რომელიც გადის სინათლის გარდატეხით. რეფრაქციული ინდექსის გასაზომად

გამოიყენეთ მთლიანი შინაგანი ასახვის ფენომენი. იგი შედგება

შემდეგი.

თუ სხივები 1, 2, 3 ეცემა ორ მედიას შორის ინტერფეისზე, მაშინ დამოკიდებულია

დაცემის კუთხე რეფრაქციულ გარემოში მათზე დაკვირვებისას იქნება

შეინიშნება სხვადასხვა განათების უბნების გადასვლის არსებობა. დაკავშირებულია

სინათლის ზოგიერთი ნაწილის დაცემით გარდატეხის საზღვარზე კუთხით დაახლ.

kim 90°-მდე ნორმალურის მიმართ (სხივი 3). (სურათი 2).

სურათი 2 - რეფრაქციული სხივების გამოსახულება

სხივების ეს ნაწილი არ აირეკლება და ამიტომ ქმნის უფრო მსუბუქ ობიექტს.

რეფრაქცია. სხივები მცირე კუთხით განიცდიან და ასახავს

და რეფრაქცია. ამრიგად, იქმნება ნაკლები განათების არეალი. მოცულობაში

მთლიანი შიდა ასახვის სასაზღვრო ხაზი ჩანს ობიექტივზე, პოზიციაზე

რაც დამოკიდებულია ნიმუშის რეფრაქციულ თვისებებზე.

დისპერსიის ფენომენის აღმოფხვრა (განათების ორ უბანს შორის ინტერფეისის შეღებვა ცისარტყელას ფერებში რთული თეთრი სინათლის გამოყენების გამო Abbe-ს რეფრაქტომეტრებში) მიიღწევა კომპენსატორში ორი Amici პრიზმის გამოყენებით, რომლებიც დამონტაჟებულია ტელესკოპი. ამავდროულად, სასწორი დაპროექტებულია ობიექტივში (სურათი 3). ანალიზისთვის საკმარისია 0,05 მლ სითხე.

სურათი 3 - ხედი რეფრაქტომეტრის ოკულარით. (სწორი მასშტაბი ასახავს

გაზომილი კომპონენტის კონცენტრაცია ppm-ში)

ერთკომპონენტიანი ნიმუშების ანალიზის გარდა, ფართოდ არის გაანალიზებული

ორკომპონენტიანი სისტემები (წყლიანი ხსნარები, ნივთიერებების ხსნარები, რომლებშიც

ან გამხსნელი). იდეალურ ორკომპონენტიან სისტემებში (ფორმირება-

კომპონენტების მოცულობის და პოლარიზადობის შეცვლის გარეშე), ნაჩვენებია დამოკიდებულება

შემადგენლობაზე რეფრაქციული ინდექსი ახლოს არის წრფივთან, თუ შემადგენლობა გამოხატულია მნიშვნელობით

მოცულობითი წილადები (პროცენტი)

სადაც: n, n1, n2 - ნარევის და კომპონენტების რეფრაქციული მაჩვენებლები,

V1 და V2 არის კომპონენტების მოცულობითი ფრაქციები (V1 + V2 = 1).

ტემპერატურის გავლენა რეფრაქციულ მაჩვენებელზე განისაზღვრება ორით

ფაქტორები: თხევადი ნაწილაკების რაოდენობის ცვლილება ერთეულ მოცულობაზე და

მოლეკულების პოლარიზებადობის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. მეორე ფაქტორი გახდა

მნიშვნელოვანი ხდება მხოლოდ ძალიან დიდი ტემპერატურის ცვლილებების დროს.

გარდატეხის ინდექსის ტემპერატურული კოეფიციენტი სიმკვრივის ტემპერატურული კოეფიციენტის პროპორციულია. ვინაიდან ყველა სითხე გაცხელებისას ფართოვდება, მათი რეფრაქციული ინდექსები მცირდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. ტემპერატურის კოეფიციენტი დამოკიდებულია სითხის ტემპერატურაზე, მაგრამ მცირე ტემპერატურულ ინტერვალებში შეიძლება ჩაითვალოს მუდმივი. ამ მიზეზით, რეფრაქტომეტრების უმეტესობას არ აქვს ტემპერატურის კონტროლი, თუმცა ზოგიერთი დიზაინი უზრუნველყოფს

წყლის ტემპერატურის კონტროლი.

რეფრაქციული ინდექსის ხაზოვანი ექსტრაპოლაცია ტემპერატურის ცვლილებებით მისაღებია მცირე ტემპერატურული განსხვავებებისთვის (10 - 20°C).

ფართო ტემპერატურის დიაპაზონში რეფრაქციული ინდექსის ზუსტი განსაზღვრა ხორციელდება ფორმის ემპირიული ფორმულების მიხედვით:

nt=n0+at+bt2+…

ხსნარის რეფრაქტომეტრიისთვის კონცენტრაციის ფართო დიაპაზონში

გამოიყენეთ ცხრილები ან ემპირიული ფორმულები. დამოკიდებულების ჩვენება -

გარკვეული ნივთიერებების წყალხსნარების რეფრაქციული ინდექსი კონცენტრაციაზე

ახლოს არის წრფივთან და შესაძლებელს ხდის ამ ნივთიერებების კონცენტრაციების განსაზღვრას

წყალი კონცენტრაციების ფართო დიაპაზონში (სურათი 4) რეფრაქციის გამოყენებით

ტომეტრები.

სურათი 4 - ზოგიერთი წყალხსნარის რეფრაქციული ინდექსი

ჩვეულებრივ, n თხევადი და მყარი სხეული განისაზღვრება რეფრაქტომეტრებით სიზუსტით

0.0001-მდე. ყველაზე გავრცელებულია Abbe-ს რეფრაქტომეტრები (სურათი 5) პრიზმული ბლოკებით და დისპერსიის კომპენსატორებით, რაც შესაძლებელს ხდის nD-ს განსაზღვრას "თეთრ" შუქზე მასშტაბით ან ციფრული ინდიკატორით.

სურათი 5 - Abbe რეფრაქტომეტრი (IRF-454; IRF-22)

ლაბორატორიული სამუშაო

სინათლის რეფრაქცია. სითხის რეფრაქციული ინდექსის გაზომვა

რეფრაქტომეტრით

ობიექტური: იდეების გაღრმავება სინათლის გარდატეხის ფენომენის შესახებ; თხევადი გარემოს რეფრაქციული ინდექსის გაზომვის მეთოდების შესწავლა; მოქმედების პრინციპის შესწავლა რეფრაქტომეტრით.

აღჭურვილობა: რეფრაქტომეტრი, მარილიანი ხსნარები, პიპეტი, რბილი ქსოვილი მოწყობილობების ოპტიკური ნაწილების გასაწმენდად.

თეორია

სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონები. რეფრაქციული ინდექსი.

მედიას შორის ინტერფეისში სინათლე ცვლის მისი გავრცელების მიმართულებას. სინათლის ენერგიის ნაწილი უბრუნდება პირველ გარემოს, ე.ი. სინათლე აირეკლება. თუ მეორე გარემო გამჭვირვალეა, მაშინ სინათლის ნაწილი, გარკვეულ პირობებში, გადის მედიას შორის ინტერფეისით, იცვლის, როგორც წესი, გავრცელების მიმართულებას. ამ მოვლენას სინათლის რეფრაქცია ეწოდება. (ნახ. 1).

ბრინჯი. 1. სინათლის ანარეკლი და გარდატეხა ორ მედიას შორის ბრტყელ ინტერფეისზე.

ორ გამჭვირვალე მედიას შორის ბრტყელი ინტერფეისით სინათლის გავლისას არეკლილი და გარდატეხილი სხივების მიმართულება განისაზღვრება სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონებით.

სინათლის ასახვის კანონი.არეკლილი სხივი დევს იმავე სიბრტყეში, როგორც შემხვედრი სხივი და ნორმალური აღდგენილია ინტერფეისის სიბრტყეში დაცემის წერტილში. დაცემის კუთხე არეკვლის კუთხის ტოლი
.

სინათლის გარდატეხის კანონი.რეფრაქციული სხივი დევს იმავე სიბრტყეში, როგორც დაცემის სხივი და ნორმალური აღდგენილია ინტერფეისის სიბრტყეში დაცემის წერტილში. დაცემის კუთხის სინუსის თანაფარდობა α გარდატეხის კუთხის სინუსამდე β ამ ორი მედიისთვის არის მუდმივი მნიშვნელობა, რომელსაც ეწოდება მეორე გარემოს შედარებითი რეფრაქციული ინდექსი პირველთან მიმართებაში:

ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი ორი მედია უდრის პირველ გარემოში სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას v 1 მეორე გარემოში სინათლის სიჩქარესთან v 2:

თუ სინათლე ვაკუუმიდან საშუალოზე გადადის, მაშინ გარემოს გარდატეხის ინდექსს ვაკუუმთან მიმართებაში ეწოდება ამ გარემოს აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსი და უდრის სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას ვაკუუმში. თანსინათლის სიჩქარე მოცემულ გარემოში v:

აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსები ყოველთვის ერთზე მეტია; ჰაერისთვის ნერთეულად აღებული.

ორი მედიის ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი შეიძლება გამოიხატოს მათი აბსოლუტური მაჩვენებლების მიხედვით ნ 1 და ნ 2 :

სითხის რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრა

სითხეების გარდატეხის ინდექსის სწრაფი და მოსახერხებელი განსაზღვრისათვის არსებობს სპეციალური ოპტიკური ხელსაწყოები - რეფრაქტომეტრები, რომელთა ძირითადი ნაწილია ორი პრიზმა (ნახ. 2): დამხმარე. და ა.შ. ერთიდა გაზომვა მაგ. 2.საცდელი სითხე ასხამენ პრიზმებს შორის არსებულ უფსკრული.

ინდიკატორების გაზომვისას შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორი მეთოდი: ძოვების სხივის მეთოდი (გამჭვირვალე სითხეებისთვის) და მთლიანი შიდა ასახვის მეთოდი (მუქი, მოღრუბლული და ფერადი ხსნარებისთვის). ამ ნამუშევარში გამოყენებულია პირველი მათგანი.

ძოვების სხივის მეთოდით, გარე წყაროს სინათლე გადის სახეზე ABპრიზმები ყოფილი 1,ვრცელდება მის მქრქალ ზედაპირზე ACდა შემდეგ ფენის მეშვეობით გამოკვლეული სითხე აღწევს პრიზმაში მაგ. 2.მქრქალი ზედაპირი ხდება სხივების წყარო ყველა მხრიდან, ამიტომ მისი დაკვირვება შესაძლებელია სახის საშუალებით ეფ პრიზმები მაგ. 2.თუმცა, ხაზი ACმეშვეობით ჩანს ეფმხოლოდ ზოგიერთ შემზღუდველ მინიმალურ კუთხეზე მეტი კუთხით მე. ამ კუთხის მნიშვნელობა ცალსახად არის დაკავშირებული პრიზმებს შორის მდებარე სითხის რეფრაქციულ ინდექსთან, რაც იქნება რეფრაქტომეტრის დიზაინის მთავარი იდეა.

განვიხილოთ სინათლის გავლა სახეზე EFქვედა საზომი პრიზმა მაგ. 2.როგორც ჩანს ნახ. 2, სინათლის გარდატეხის კანონის ორჯერ გამოყენებით, შეგვიძლია მივიღოთ ორი მიმართება:

(1)

(2)

განტოლებათა ამ სისტემის ამოხსნით, ადვილია დასკვნამდე მისვლა, რომ სითხის რეფრაქციული ინდექსი

(3)

დამოკიდებულია ოთხ რაოდენობაზე: ქ, რ, რ 1 და მე. თუმცა, ყველა მათგანი არ არის დამოუკიდებელი. Მაგალითად,

რ+ ს= რ , (4)

სადაც რ - პრიზმის რეფრაქციული კუთხე მაგ. 2. გარდა ამისა, კუთხის დაყენებით ქმაქსიმალური მნიშვნელობა არის 90°, განტოლებიდან (1) ვიღებთ:

(5)

მაგრამ კუთხის მაქსიმალური მნიშვნელობა რ , როგორც ჩანს ნახ. 2 და ურთიერთობები (3) და (4), შეესაბამება კუთხეების მინიმალურ მნიშვნელობებს მე და რ 1 , იმათ. მე წთ და რ წთ .

ამრიგად, სითხის რეფრაქციული ინდექსი "სრიალო" სხივების შემთხვევაში დაკავშირებულია მხოლოდ კუთხესთან. მე. ამ შემთხვევაში, არის კუთხის მინიმალური მნიშვნელობა მე, როდესაც ზღვარზე ACჯერ კიდევ შეიმჩნევა, ანუ ხედვის ველში, როგორც ჩანს, სარკისებური თეთრია. მცირე ხედვის კუთხისთვის კიდე არ ჩანს და ხედვის ველში ეს ადგილი შავი ჩანს. ვინაიდან ინსტრუმენტის ტელესკოპი იჭერს შედარებით ფართო კუთხოვან ზონას, სინათლის და შავი უბნები ერთდროულად შეინიშნება ხედვის ველში, რომელთა შორის საზღვარი შეესაბამება დაკვირვების მინიმალურ კუთხეს და ცალსახად არის დაკავშირებული სითხის გარდატეხის ინდექსთან. საბოლოო გაანგარიშების ფორმულის გამოყენებით:

(მისი დასკვნა გამოტოვებულია) და მრავალი სითხე, რომელსაც აქვს ცნობილი გარდატეხის მაჩვენებლები, შესაძლებელია მოწყობილობის დაკალიბრება, ანუ სითხეებისა და კუთხეების გარდატეხის მაჩვენებლებს შორის ერთ-ერთი შესაბამისობის დადგენა. მე წთ . ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი ფორმულა მიღებულია ნებისმიერი ტალღის სიგრძის სხივებისთვის.

სხვადასხვა ტალღის სიგრძის შუქი გარდაიქმნება პრიზმის დისპერსიის გათვალისწინებით. ამრიგად, როდესაც პრიზმა განათებულია თეთრი შუქით, ინტერფეისი ბუნდოვანი და ფერადი იქნება სხვადასხვა ფერებში დისპერსიის გამო. ამიტომ, თითოეულ რეფრაქტომეტრს აქვს კომპენსატორი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ აღმოფხვრათ დისპერსიის შედეგი. ის შეიძლება შედგებოდეს ერთი ან ორი პირდაპირი ხედვის პრიზმისგან - Amici პრიზმებისგან. ყოველი Amici პრიზმა შედგება სამი მინის პრიზმისგან, სხვადასხვა რეფრაქციული ინდექსით და განსხვავებული დისპერსიით, მაგალითად, გარე პრიზმები დამზადებულია გვირგვინის მინისგან, ხოლო შუა პრიზმა დამზადებულია კაჟის მინისგან (გვირგვინიანი მინა და კაჟის მინა არის მინის ტიპები). კომპენსატორის პრიზმის გადაბრუნებით სპეციალური ხელსაწყოს დახმარებით, მიიღწევა ინტერფეისის მკვეთრი, უფერო გამოსახულება, რომლის პოზიცია შეესაბამება ყვითელი ნატრიუმის ხაზის რეფრაქციული ინდექსის მნიშვნელობას. λ \u003d 5893 Å (პრიზები შექმნილია ისე, რომ 5893 Å ტალღის სიგრძის სხივები არ განიცდიან გადახრებს მათში).

კომპენსატორში გავლილი სხივები შედიან ტელესკოპის ობიექტში, შემდეგ გადადიან საპირისპირო პრიზმის გავლით ტელესკოპის ოკულარით დამკვირვებლის თვალში. სხივების სქემატური მიმდინარეობა ნაჩვენებია ნახ. 3.

რეფრაქტომეტრის სასწორი დაკალიბრებულია რეფრაქციული ინდექსის და წყალში საქაროზას ხსნარის კონცენტრაციის მიხედვით და განლაგებულია თვალის ფოკუსურ სიბრტყეში.

ექსპერიმენტული ნაწილი

ამოცანა 1. რეფრაქტომეტრის შემოწმება.

მიმართეთ სინათლე სარკის საშუალებით რეფრაქტომეტრის დამხმარე პრიზმაზე. აწეული დამხმარე პრიზმით, პიპეტით გადაიტანეთ რამდენიმე წვეთი გამოხდილი წყალი საზომ პრიზმაზე. დამხმარე პრიზმის დაშვებით, მიაღწიეთ ხედვის ველის საუკეთესო განათებას და დააყენეთ ოკულარი ისე, რომ ჯვარი და გარდატეხის ინდექსის სკალა ნათლად ჩანს. ატრიალეთ საზომი პრიზმის კამერა, მიიღეთ შუქისა და ჩრდილის საზღვარი ხედვის ველში. კომპენსატორის თავის მობრუნებით, მიაღწიეთ სინათლისა და ჩრდილის საზღვრის შეფერილობის აღმოფხვრას. გაასწორეთ სინათლისა და ჩრდილის საზღვარი ჯვარედინი წერტილთან და გაზომეთ წყლის რეფრაქციული ინდექსი ნ ისმ . თუ რეფრაქტომეტრი მუშაობს, მაშინ გამოხდილი წყლის მნიშვნელობა უნდა იყოს ნ 0 = 1.333, თუ ჩვენებები განსხვავდება ამ მნიშვნელობიდან, თქვენ უნდა დაადგინოთ კორექტირება Δn= ნ ისმ - 1.333, რომელიც შემდეგ უნდა იქნას გათვალისწინებული რეფრაქტომეტრთან შემდგომი მუშაობისას. შეიტანეთ შესწორებები ცხრილში 1.

ცხრილი 1.

	ნ 0	ნ ისმ	Δ ნ
ჰ 2 ო

ამოცანა 2. სითხის გარდატეხის ინდექსის განსაზღვრა.

განსაზღვრეთ ცნობილი კონცენტრაციების ხსნარების გარდატეხის მაჩვენებლები, აღმოჩენილი კორექტირების გათვალისწინებით.

ცხრილი 2.

C, დაახლოებით. %	ნ ისმ	ნ ისტ

მიღებული შედეგების მიხედვით დახაზეთ ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარების რეფრაქციული ინდექსის დამოკიდებულება კონცენტრაციაზე. დასკვნის გაკეთება n-ის C-ზე დამოკიდებულების შესახებ; გამოიტანეთ დასკვნები რეფრაქტომეტრზე გაზომვების სიზუსტის შესახებ.

მიიღეთ უცნობი კონცენტრაციის მარილის ხსნარი FROM x , განსაზღვრეთ მისი გარდატეხის ინდექსი და იპოვეთ ხსნარის კონცენტრაცია გრაფიკიდან.

გაასუფთავეთ სამუშაო ადგილი, ფრთხილად გაწმინდეთ რეფრაქტომეტრების პრიზმები ნესტიანი სუფთა ქსოვილით.

ტესტის კითხვები

სინათლის ანარეკლი და გარდატეხა.

გარემოს აბსოლუტური და ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსები.

რეფრაქტომეტრის მუშაობის პრინციპი. მოცურების სხივის მეთოდი.

სხივების სქემატური მიმდინარეობა პრიზმაში. რატომ არის საჭირო კომპენსატორული პრიზები?

სინათლის გავრცელება, არეკვლა და გარდატეხა

სინათლის ბუნება ელექტრომაგნიტურია. ამის ერთ-ერთი დასტურია ელექტრომაგნიტური ტალღების და სინათლის სიჩქარის დამთხვევა ვაკუუმში.

ერთგვაროვან გარემოში სინათლე ვრცელდება სწორი ხაზით. ამ განცხადებას სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი ეწოდება. ამ კანონის ექსპერიმენტული დადასტურებაა მკვეთრი ჩრდილები, რომლებიც მოცემულია სინათლის წერტილოვანი წყაროებით.

გეომეტრიულ ხაზს, რომელიც მიუთითებს სინათლის გავრცელების მიმართულებას, ეწოდება სინათლის სხივი. იზოტროპულ გარემოში სინათლის სხივები მიმართულია ტალღის ფრონტის პერპენდიკულურად.

ერთსა და იმავე ფაზაში რხევადი გარემოს წერტილების ადგილს ტალღის ზედაპირი ეწოდება, ხოლო წერტილთა სიმრავლეს, რომლებზეც რხევამ მიაღწია დროის მოცემულ წერტილს, ეწოდება ტალღის ფრონტი. ტალღის ფრონტის ტიპებიდან გამომდინარე, განასხვავებენ სიბრტყეს და სფერულ ტალღებს.

სინათლის გავრცელების პროცესის ასახსნელად გამოყენებულია ჰოლანდიელი ფიზიკოსის ჰ.ჰუგენსის მიერ შემოთავაზებული ტალღის თეორიის ზოგადი პრინციპი სივრცეში ტალღის ფრონტის მოძრაობის შესახებ. ჰაიგენსის პრინციპის მიხედვით, გარემოს თითოეული წერტილი, სადაც სინათლის აგზნება აღწევს, არის სფერული მეორადი ტალღების ცენტრი, რომლებიც ასევე ვრცელდება სინათლის სიჩქარით. ამ მეორადი ტალღების ფრონტის ზედაპირული გარსი იძლევა რეალურად გავრცელებული ტალღის ფრონტის პოზიციას დროის იმ მომენტში.

აუცილებელია განასხვავოთ სინათლის სხივები და სინათლის სხივები. სინათლის სხივი არის სინათლის ტალღის ნაწილი, რომელიც ატარებს სინათლის ენერგიას მოცემული მიმართულებით. სინათლის სხივის ჩანაცვლებისას სინათლის სხივით, რომელიც აღწერს, ეს უკანასკნელი უნდა მივიჩნიოთ, რომ ემთხვევა საკმაოდ ვიწრო, მაგრამ სასრული სიგანის ღერძს (ჯვარედინი მონაკვეთის ზომები ტალღის სიგრძეზე გაცილებით დიდია), სინათლის სხივი.

არსებობს განსხვავებული, კონვერგენტული და კვაზი-პარალელური სინათლის სხივები. ხშირად გამოიყენება ტერმინები სინათლის სხივები ან უბრალოდ სინათლის სხივები, რაც ნიშნავს სინათლის სხივების ერთობლიობას, რომელიც აღწერს ნამდვილ სინათლის სხივს.

სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში c = 3 108 მ/წმ არის უნივერსალური მუდმივი და არ არის დამოკიდებული სიხშირეზე. პირველად სინათლის სიჩქარე ექსპერიმენტულად ასტრონომიული მეთოდით დანიელმა მეცნიერმა ო.რომერმა დაადგინა. ა.მიკელსონმა უფრო ზუსტად გაზომა სინათლის სიჩქარე.

სინათლის სიჩქარე მატერიაში ნაკლებია ვიდრე ვაკუუმში. სინათლის სიჩქარის თანაფარდობა ვაკუუმში მის სიჩქარესთან მოცემულ გარემოში ეწოდება გარემოს აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსი:

სადაც c არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში, v არის სინათლის სიჩქარე მოცემულ გარემოში. ყველა ნივთიერების აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსები ერთიანობაზე მეტია.

როდესაც სინათლე ვრცელდება გარემოში, ის შეიწოვება და იფანტება, ხოლო მედიას შორის ინტერფეისზე ის აირეკლება და ირღვევა.

სინათლის არეკვლის კანონი: დაცემის სხივი, არეკლილი სხივი და ორ მედიას შორის ინტერფეისის პერპენდიკულარული, აღდგენილი სხივის დაცემის წერტილში, მდებარეობს იმავე სიბრტყეში; არეკვლის კუთხე g უდრის a დაცემის კუთხეს (ნახ. 1). ეს კანონი ემთხვევა ნებისმიერი ბუნების ტალღების ასახვის კანონს და შეიძლება მიღებულ იქნას ჰიუგენსის პრინციპის შედეგად.

სინათლის გარდატეხის კანონი: დაცემის სხივი, გარდატეხილი სხივი და ორ მედიას შორის ინტერფეისის პერპენდიკულარული, აღდგენილი სხივის დაცემის წერტილში, მდებარეობს იმავე სიბრტყეში; დაცემის კუთხის სინუსის თანაფარდობა გარდატეხის კუთხის სინუსთან სინათლის მოცემული სიხშირისთვის არის მუდმივი მნიშვნელობა, რომელსაც ეწოდება მეორე გარემოს ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი პირველთან შედარებით:

სინათლის გარდატეხის ექსპერიმენტულად დადგენილი კანონი ახსნილია ჰაიგენსის პრინციპის საფუძველზე. ტალღის კონცეფციების მიხედვით, გარდატეხა არის ტალღის გავრცელების სიჩქარის ცვლილების შედეგი ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას, ხოლო ფარდობითი გარდატეხის ინდექსის ფიზიკური მნიშვნელობა არის ტალღის გავრცელების სიჩქარის თანაფარდობა პირველ გარემოში v1-თან. მათი გავრცელების სიჩქარე მეორე გარემოში

n1 და n2 აბსოლუტური რეფრაქციული მაჩვენებლების მქონე მედიისთვის, მეორე გარემოს ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი პირველთან შედარებით უდრის მეორე გარემოს აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსის შეფარდებას პირველი გარემოს აბსოლუტურ რეფრაქციულ ინდექსთან:

გარემოს, რომელსაც აქვს უფრო მაღალი გარდატეხის ინდექსი, ეწოდება ოპტიკურად მკვრივი, მასში სინათლის გავრცელების სიჩქარე უფრო დაბალია. თუ სინათლე გადადის ოპტიკურად უფრო მკვრივი გარემოდან ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივ გარემოში, მაშინ დაცემის გარკვეული კუთხით a0 გარდატეხის კუთხე უნდა გახდეს p/2-ის ტოლი. გარდატეხილი სხივის ინტენსივობა ამ შემთხვევაში ხდება ნულის ტოლი. სინათლის ინციდენტი ორ მედიას შორის ინტერფეისზე მთლიანად აისახება მისგან.

დაცემის კუთხეს a0, რომლის დროსაც ხდება სინათლის მთლიანი შიდა არეკვლა, ეწოდება მთლიანი შიდა არეკვლის შემზღუდველი კუთხე. დაცემის ყველა კუთხით, რომელიც ტოლია ან მეტია a0-ზე, ხდება სინათლის მთლიანი არეკვლა.

შეზღუდვის კუთხის მნიშვნელობა აღმოჩენილია მიმართებიდან თუ n2 = 1 (ვაკუუმი), მაშინ

2 ნივთიერების გარდატეხის ინდექსი არის მნიშვნელობა, რომელიც უდრის სინათლის ფაზური სიჩქარის თანაფარდობას (ელექტრომაგნიტური ტალღები) ვაკუუმში და მოცემულ გარემოში. ისინი ასევე საუბრობენ გარდატეხის ინდექსზე ნებისმიერი სხვა ტალღისთვის, მაგალითად, ბგერით

გარდატეხის ინდექსი დამოკიდებულია ნივთიერების თვისებებზე და გამოსხივების ტალღის სიგრძეზე, ზოგიერთი ნივთიერებისთვის რეფრაქციული ინდექსი საკმაოდ მკვეთრად იცვლება, როდესაც ელექტრომაგნიტური ტალღების სიხშირე იცვლება დაბალი სიხშირიდან ოპტიკურზე და შემდგომში, ასევე შეიძლება უფრო მკვეთრად შეიცვალოს ზოგიერთში. სიხშირის მასშტაბის სფეროები. ნაგულისხმევი ჩვეულებრივ არის ოპტიკური დიაპაზონი, ან კონტექსტით განსაზღვრული დიაპაზონი.

არსებობს ოპტიკურად ანიზოტროპული ნივთიერებები, რომლებშიც რეფრაქციული ინდექსი დამოკიდებულია სინათლის მიმართულებასა და პოლარიზაციაზე. ასეთი ნივთიერებები საკმაოდ გავრცელებულია, კერძოდ, ეს არის ყველა კრისტალები კრისტალური მედის საკმარისად დაბალი სიმეტრიით, ისევე როგორც ნივთიერებები, რომლებიც ექვემდებარება მექანიკურ დეფორმაციას.

გარდატეხის ინდექსი შეიძლება გამოისახოს, როგორც გარემოს მაგნიტური და ნებადართული პროდუქტის ფესვი

(უნდა გავითვალისწინოთ, რომ მაგნიტური გამტარიანობის და აბსოლუტური ნებართვის ინდექსის მნიშვნელობები ინტერესის სიხშირის დიაპაზონისთვის - მაგალითად, ოპტიკური, შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს ამ მნიშვნელობების სტატიკური მნიშვნელობიდან).

რეფრაქციული ინდექსის გასაზომად გამოიყენება მექანიკური და ავტომატური რეფრაქტომეტრები. წყალხსნარში შაქრის კონცენტრაციის დასადგენად რეფრაქტომეტრის გამოყენებისას მოწყობილობას ეწოდება საქარიმეტრი.

სხივის დაცემის კუთხის () სინუსის შეფარდებას გარდატეხის კუთხის სინუსთან () სხივის A საშუალოდან B საშუალოზე გადასვლისას ამ წყვილი მედიის ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი ეწოდება.

რაოდენობა n არის გარემო B-ის ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი A გარემოსთან მიმართებაში, an" = 1/n არის A გარემოს ფარდობითი გარდატეხის მაჩვენებელი B საშუალოსთან მიმართებაში.

ეს მნიშვნელობა, ceteris paribus, ჩვეულებრივ ერთიანობაზე ნაკლებია, როდესაც სხივი გადადის უფრო მკვრივი გარემოდან ნაკლებად მკვრივ გარემოზე და ერთიანობაზე მეტი, როდესაც სხივი გადადის ნაკლებად მკვრივი გარემოდან უფრო მკვრივ გარემოზე (მაგალითად, გაზიდან ან ვაკუუმიდან თხევად ან მყარად). არსებობს გამონაკლისები ამ წესიდან და, შესაბამისად, ჩვეულებრივ, საშუალოს ვუწოდოთ ოპტიკურად მეტ-ნაკლებად მკვრივი, ვიდრე სხვა (არ უნდა აგვერიოს ოპტიკურ სიმკვრივეში, როგორც საშუალების გამჭვირვალობის საზომი).

სხივი, რომელიც ეცემა უჰაერო სივრციდან რომელიმე გარემოს B ზედაპირზე, უფრო ძლიერად ირღვევა, ვიდრე მასზე ვარდნისას სხვა A საშუალოდან; უჰაერო სივრციდან გარემოზე მოხვედრილი სხივის რეფრაქციულ ინდექსს უწოდებენ მის აბსოლუტურ რეფრაქციულ ინდექსს ან უბრალოდ ამ საშუალების გარდატეხის ინდექსის, ეს არის გარდატეხის ინდექსი, რომლის განმარტებაც მოცემულია სტატიის დასაწყისში. ნებისმიერი გაზის, მათ შორის ჰაერის, რეფრაქციული ინდექსი ნორმალურ პირობებში გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე სითხეების ან მყარი ნივთიერებების რეფრაქციული მაჩვენებლები, ამიტომ, დაახლოებით (და შედარებით კარგი სიზუსტით) აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსი შეიძლება შეფასდეს ჰაერთან შედარებით რეფრაქციული ინდექსის მიხედვით.

ბრინჯი. 3. ინტერფერენციული რეფრაქტომეტრის მუშაობის პრინციპი. სინათლის სხივი იყოფა ისე, რომ მისი ორი ნაწილი გაივლის l სიგრძის კუვეტებს, რომლებიც სავსეა სხვადასხვა რეფრაქციული ინდექსის მქონე ნივთიერებებით. უჯრედიდან გასასვლელში, სხივები იძენენ გარკვეულ გზაზე განსხვავებას და, ერთად მიყვანისას, ეკრანზე აძლევენ ინტერფერენციის მაქსიმუმს და მინიმუმს k ბრძანებით (სქემურად ნაჩვენებია მარჯვნივ). სხვაობა გარდატეხის ინდექსებში Dn=n2 –n1 =kl/2, სადაც l არის სინათლის ტალღის სიგრძე.

რეფრაქტომეტრები არის მოწყობილობები, რომლებიც გამოიყენება ნივთიერებების რეფრაქციული ინდექსის გასაზომად. რეფრაქტომეტრის მუშაობის პრინციპი ემყარება მთლიანი ასახვის ფენომენს. თუ სინათლის გაფანტული სხივი ეცემა ორ მედიას შორის რეფრაქციული ინდექსით და უფრო ოპტიკურად მკვრივი გარემოდან, მაშინ დაწყებული დაცემის გარკვეული კუთხიდან, სხივები არ შედიან მეორე გარემოში, მაგრამ მთლიანად აირეკლება ინტერფეისიდან. პირველი საშუალო. ამ კუთხეს ეწოდება მთლიანი ასახვის შემზღუდავი კუთხე. სურათი 1 გვიჩვენებს სხივების ქცევას, როდესაც ისინი ხვდებიან ამ ზედაპირის გარკვეულ დენში. სხივი მიდის შეზღუდვის კუთხით. გარდატეხის კანონიდან შეგიძლიათ განსაზღვროთ:, (იმიტომ).

შეზღუდვის კუთხე დამოკიდებულია ორი მედიის ფარდობით რეფრაქციულ ინდექსზე. თუ ზედაპირიდან არეკლილი სხივები მიმართულია კონვერტაციულ ლინზზე, მაშინ ლინზის ფოკუსურ სიბრტყეში შეიძლება დაინახოს სინათლისა და ნახევარმცველის საზღვარი და ამ საზღვრის მდებარეობა დამოკიდებულია შემზღუდველი კუთხის მნიშვნელობაზე და, შესაბამისად, , რეფრაქციულ მაჩვენებელზე. ერთ-ერთი მედიის რეფრაქციული ინდექსის ცვლილება იწვევს ინტერფეისის პოზიციის ცვლილებას. შუქსა და ჩრდილს შორის საზღვარი შეიძლება იყოს ინდიკატორი რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრაში, რომელიც გამოიყენება რეფრაქტომეტრებში. რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრის ამ მეთოდს ეწოდება მთლიანი ასახვის მეთოდი.

მთლიანი ასახვის მეთოდის გარდა, რეფრაქტომეტრები იყენებენ ძოვების სხივის მეთოდს. ამ მეთოდით, გაფანტული სინათლის სხივი ურტყამს საზღვარს ნაკლებად ოპტიკურად მკვრივი გარემოდან ყველა შესაძლო კუთხით (ნახ. 2). ზედაპირის გასწვრივ მოცურების სხივი (), შეესაბამება - გარდატეხის შემზღუდველ კუთხეს (სხივი ნახ. 2-ზე). თუ ზედაპირზე გადატეხილი სხივების () გზაზე დავაყენებთ ლინზას, მაშინ ლინზის კეროვან სიბრტყეში ასევე დავინახავთ მკვეთრ საზღვარს შუქსა და ჩრდილს შორის.

ბრინჯი. 2

ვინაიდან პირობები, რომლებიც განსაზღვრავს შემზღუდველი კუთხის მნიშვნელობას, ორივე მეთოდში ერთნაირია, ინტერფეისის პოზიცია იგივეა. ორივე მეთოდი ექვივალენტურია, მაგრამ მთლიანი ასახვის მეთოდი საშუალებას გაძლევთ გაზომოთ გაუმჭვირვალე ნივთიერებების რეფრაქციული ინდექსი

სხივების გზა სამკუთხა პრიზმაში

ნახაზი 9 გვიჩვენებს მინის პრიზმის მონაკვეთს მისი გვერდითი კიდეების პერპენდიკულარული სიბრტყით. პრიზმაში სხივი გადაიხრება ფუძისკენ, ირღვევა OA და 0B სახეებზე. j კუთხეს ამ სახეებს შორის ეწოდება პრიზმის რეფრაქციული კუთხე. სხივის გადახრის კუთხე q დამოკიდებულია j პრიზმის გარდატეხის კუთხეზე, პრიზმის მასალის n გარდატეხის ინდექსზე და დაცემის კუთხეზე a. მისი გამოთვლა შესაძლებელია გარდატეხის კანონის გამოყენებით (1.4).

რეფრაქტომეტრი იყენებს თეთრი სინათლის წყაროს 3. დისპერსიის გამო, როდესაც სინათლე გადის პრიზმებში 1 და 2, ზღვარი შუქსა და ჩრდილს შორის აღმოჩნდება ფერადი. ამის თავიდან ასაცილებლად ტელესკოპის ლინზას წინ ათავსებენ კომპენსატორს 4. იგი შედგება ორი იდენტური პრიზმისგან, რომელთაგან თითოეული ერთმანეთზეა მიბმული სამი პრიზმისგან განსხვავებული გარდატეხის ინდექსით. პრიზმები შეირჩევა ისე, რომ მონოქრომატული სხივი ტალღის სიგრძით = 589,3 მკმ. (ნატრიუმის ყვითელი ხაზის ტალღის სიგრძე) არ იყო ტესტირება გადახრის კომპენსატორის გავლის შემდეგ. სხვა ტალღის სიგრძის სხივები პრიზმებით გადახრილია სხვადასხვა მიმართულებით. კომპენსატორის პრიზმების სპეციალური სახელურის საშუალებით გადაადგილებით, ზღვარი სინათლესა და სიბნელეს შორის მაქსიმალურად ნათელი ხდება.

კომპენსატორის გავლის შემდეგ სინათლის სხივები ხვდება ტელესკოპის მე-6 ლინზაში. შუქ-ჩრდილის ინტერფეისის გამოსახულება ჩანს ტელესკოპის ოკულარი 7-დან. ამავდროულად, მასშტაბი 8 ჩანს ოკულარით. ვინაიდან გარდატეხის შემზღუდველი კუთხე და მთლიანი არეკვლის შემზღუდველი კუთხე დამოკიდებულია სითხის გარდატეხის მაჩვენებელზე, ამ გარდატეხის ინდექსის მნიშვნელობები დაუყოვნებლივ გამოისახება დიაგრამაზე. რეფრაქტომეტრის მასშტაბი.

რეფრაქტომეტრის ოპტიკური სისტემა ასევე შეიცავს მბრუნავ პრიზმას 5. ის საშუალებას გაძლევთ განათავსოთ ტელესკოპის ღერძი 1 და 2 პრიზმების პერპენდიკულარულად, რაც დაკვირვებას უფრო კომფორტულს ხდის.