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 ტოლია არეკვლის კუთხის .

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:

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

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:

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 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. მეორადი პრიზმის დაწევით, მიაღწიეთ ხედვის ველის საუკეთესო განათებას და დააყენეთ ოკულარი ისე, რომ ჯვარი და რეფრაქციული 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 თან 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 ეწოდება სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი. 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.

შემზღუდველი კუთხის მნიშვნელობა იპოვება ურთიერთობიდან 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 ოპტიკურამდე და მის ფარგლებს გარეთ, 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.

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.

რეფრაქციული ინდექსი

რეფრაქციული ინდექსინივთიერებები - მნიშვნელობა, რომელიც უდრის სინათლის ფაზური სიჩქარის თანაფარდობას (ელექტრომაგნიტური ტალღები) ვაკუუმში და მოცემულ გარემოში. გარდა ამისა, გარდატეხის ინდექსზე ხანდახან საუბრობენ სხვა ტალღებზე, მაგალითად, ბგერაზე, თუმცა ასეთ შემთხვევებში, როგორც ეს უკანასკნელი, განმარტება, რა თქმა უნდა, რაღაცნაირად უნდა შეიცვალოს.

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

ბმულები

• RefractiveIndex.INFO რეფრაქციული ინდექსის მონაცემთა ბაზა

ფონდი ვიკიმედია. 2010 წ.

ნახეთ, რა არის "გარდატეხის ინდექსი" სხვა ლექსიკონებში:

ორ მედიასთან შედარებით n21, ოპტიკური გამოსხივების გავრცელების სიჩქარის განზომილებიანი თანაფარდობა (c veta a) პირველ (c1) და მეორე (c2) მედიაში: n21=c1/c2. ამავე დროს ეხება. P. p. არის g სინუსების თანაფარდობა და j-ის დაცემა და g l ... ... ფიზიკური ენციკლოპედია

იხილეთ რეფრაქციული ინდექსი...

იხილეთ გარდატეხის ინდექსი. * * * გარდატეხის ინდექსი რეფრაქციული ინდექსი, იხილეთ რეფრაქციული ინდექსი (იხ. რეფრაქციული ინდექსი) ... ენციკლოპედიური ლექსიკონი- რეფრაქციული ინდექსი, სიდიდე, რომელიც ახასიათებს საშუალოს და უდრის სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას ვაკუუმში სინათლის სიჩქარესა და გარემოში (აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსი). გარდატეხის ინდექსი n დამოკიდებულია დიელექტრიკულ e-ზე და მაგნიტურ გამტარიანობაზე m ... ... ილუსტრირებული ენციკლოპედიური ლექსიკონი

- (იხ. რეფრაქციული ინდიკატორი). ფიზიკური ენციკლოპედიური ლექსიკონი. მოსკოვი: საბჭოთა ენციკლოპედია. მთავარი რედაქტორი A.M. პროხოროვი. 1983... ფიზიკური ენციკლოპედია

იხილეთ რეფრაქციული ინდექსი... დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია

ვაკუუმში სინათლის სიჩქარის თანაფარდობა გარემოში სინათლის სიჩქარესთან (აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი). 2 მედიის ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი არის სინათლის სიჩქარის თანაფარდობა გარემოში, საიდანაც სინათლე ეცემა ინტერფეისზე სინათლის სიჩქარეს მეორე ... ... დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი

სინათლის რეფრაქცია- ფენომენი, რომლის დროსაც სინათლის სხივი, რომელიც გადადის ერთი საშუალოდან მეორეზე, იცვლის მიმართულებას ამ მედიის საზღვარზე.

სინათლის გარდატეხა ხდება შემდეგი კანონის მიხედვით:
შემხვედრი და გარდატეხილი სხივები და პერპენდიკულარული პერპენდიკულარული ორ მედიას შორის სხივის დაცემის წერტილში მდებარეობს იმავე სიბრტყეში. დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა ორი მედიისთვის:
,
სადაც α - დაცემის კუთხე,
β - გარდატეხის კუთხე
ნ - დაცემის კუთხიდან დამოუკიდებელი მუდმივი მნიშვნელობა.

როდესაც დაცემის კუთხე იცვლება, იცვლება გარდატეხის კუთხეც. რაც უფრო დიდია დაცემის კუთხე, მით უფრო დიდია გარდატეხის კუთხე.
თუ სინათლე გადადის ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივი გარემოდან უფრო მკვრივ გარემოში, მაშინ გარდატეხის კუთხე ყოველთვის ნაკლებია დაცემის კუთხეზე: β < α.
სინათლის სხივი, რომელიც მიმართულია ორ მედიას შორის ინტერფეისის პერპენდიკულარულად, ერთი საშუალოდან მეორეზე გადადის გატეხვის გარეშე.

ნივთიერების აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი- სიდიდე, რომელიც უდრის სინათლის ფაზური სიჩქარის თანაფარდობას (ელექტრომაგნიტური ტალღები) ვაკუუმში და მოცემულ გარემოში n=c/v
n მნიშვნელობას, რომელიც შედის გარდატეხის კანონში, ეწოდება ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი მედიის წყვილისთვის.

მნიშვნელობა n არის B საშუალო რეფრაქციული ინდექსი A საშუალოსთან მიმართებაში, ხოლო n" = 1/n არის A საშუალო რეფრაქციული მაჩვენებელი B საშუალოსთან მიმართებაში.
ეს მნიშვნელობა, ceteris paribus, აღემატება ერთიანობას, როდესაც სხივი გადადის უფრო მკვრივი გარემოდან ნაკლებად მკვრივ გარემოზე და ნაკლებია ერთიანობაზე, როდესაც სხივი გადადის ნაკლებად მკვრივი გარემოდან უფრო მკვრივ გარემოზე (მაგალითად, გაზიდან ან ვაკუუმი თხევადი ან მყარი). ამ წესიდან არის გამონაკლისები და, შესაბამისად, ჩვეულებრივ უნდა ვუწოდოთ საშუალო ოპტიკურად მეტ-ნაკლებად მკვრივი, ვიდრე სხვა.
სხივი, რომელიც ეცემა უჰაერო სივრციდან რომელიმე გარემოს B ზედაპირზე, უფრო ძლიერად ირღვევა, ვიდრე მასზე ვარდნისას სხვა A საშუალოდან; უჰაერო სივრციდან სხივის დაცემის რეფრაქციულ ინდექსს ეწოდება მისი აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი.

(აბსოლუტური - ვაკუუმთან შედარებით.
ნათესავი - ნებისმიერი სხვა ნივთიერების მიმართ (იგივე ჰაერი, მაგალითად).
ორი ნივთიერების ფარდობითი მაჩვენებელი არის მათი აბსოლუტური მაჩვენებლების თანაფარდობა.)

სულ შიდა ასახვა- შიდა ასახვა, იმ პირობით, რომ დაცემის კუთხე აღემატება გარკვეულ კრიტიკულ კუთხეს. ამ შემთხვევაში, ინციდენტის ტალღა მთლიანად აისახება და ასახვის კოეფიციენტის მნიშვნელობა აღემატება მის უმაღლეს მნიშვნელობებს გაპრიალებული ზედაპირებისთვის. მთლიანი შიდა ასახვის ასახვის კოეფიციენტი არ არის დამოკიდებული ტალღის სიგრძეზე.

ოპტიკაში ეს ფენომენი შეინიშნება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ფართო სპექტრისთვის, რენტგენის დიაპაზონის ჩათვლით.

გეომეტრიულ ოპტიკაში ფენომენი აიხსნება სნელის კანონით. იმის გათვალისწინებით, რომ გარდატეხის კუთხე არ შეიძლება აღემატებოდეს 90°-ს, მივიღებთ, რომ დაცემის კუთხით, რომლის სინუსი უფრო დიდია, ვიდრე ქვედა გარდატეხის ინდექსის თანაფარდობა უფრო დიდ ინდექსთან, ელექტრომაგნიტური ტალღა მთლიანად უნდა აისახოს პირველ გარემოში.

ფენომენის ტალღური თეორიის შესაბამისად, ელექტრომაგნიტური ტალღა მაინც შეაღწევს მეორე გარემოში - იქ ვრცელდება ეგრეთ წოდებული "არაერთგვაროვანი ტალღა", რომელიც ექსპონენტურად იშლება და ენერგიას არ ატარებს. მეორე გარემოში არაჰომოგენური ტალღის შეღწევის დამახასიათებელი სიღრმე არის ტალღის სიგრძის რიგი.

სინათლის გარდატეხის კანონები.

ყოველივე ნათქვამიდან ჩვენ დავასკვნათ:
1 . სხვადასხვა ოპტიკური სიმკვრივის ორ მედიას შორის ინტერფეისზე, სინათლის სხივი იცვლის მიმართულებას ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას.
2. როდესაც სინათლის სხივი გადადის უფრო მაღალი ოპტიკური სიმკვრივის გარემოში, გარდატეხის კუთხე ნაკლებია დაცემის კუთხეზე; როდესაც სინათლის სხივი გადადის ოპტიკურად უფრო მკვრივი გარემოდან ნაკლებად მკვრივ გარემოში, გარდატეხის კუთხე უფრო დიდია, ვიდრე დაცემის კუთხე.
სინათლის გარდატეხას თან ახლავს არეკვლა და დაცემის კუთხის მატებასთან ერთად იზრდება არეკლილი სხივის სიკაშკაშე, ხოლო გარდატეხილი სუსტდება. ეს ჩანს ნახატზე ნაჩვენები ექსპერიმენტის ჩატარებით. შესაბამისად, არეკლილი სხივი თან ატარებს რაც უფრო მეტ სინათლის ენერგიას, მით უფრო დიდია დაცემის კუთხე.

დაე იყოს MN- ინტერფეისი ორ გამჭვირვალე მედიას შორის, მაგალითად, ჰაერი და წყალი, სს- ცვივა სხივი OV- რეფრაქციული სხივი, - დაცემის კუთხე, - გარდატეხის კუთხე, - სინათლის გავრცელების სიჩქარე პირველ გარემოში, - სინათლის გავრცელების სიჩქარე მეორე გარემოში.

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, როდესაც ის ერთი გარემოდან მეორეზე გადადის, რაც 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 C ტემპერატურაზე

ტემპერატურის გავლენა აირების 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 ეფუძნება რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრას შემზღუდველი კუთხის მეთოდით (შუქის მთლიანი არეკვლის კუთხე).

ხელის რეფრაქტომეტრი

რეფრაქტომეტრი Abbe

ოპტიკა ფიზიკის ერთ-ერთი უძველესი დარგია. ძველი საბერძნეთიდან მოყოლებული, ბევრი ფილოსოფოსი დაინტერესდა სინათლის მოძრაობისა და გავრცელების კანონებით სხვადასხვა გამჭვირვალე მასალებში, როგორიცაა წყალი, მინა, ბრილიანტი და ჰაერი. ამ სტატიაში განიხილება სინათლის გარდატეხის ფენომენი, ყურადღება გამახვილებულია ჰაერის რეფრაქციულ ინდექსზე.

სინათლის სხივის გარდატეხის ეფექტი

ყველას ცხოვრებაში ასეულჯერ შეხვედრია ასეთი ეფექტი, როცა უყურებს წყალსაცავის ფსკერს ან ჭიქა წყალს მასში მოთავსებული ნივთით. ამავდროულად, წყალსაცავი არ ჩანდა ისეთი ღრმა, როგორიც სინამდვილეში იყო და წყლის ჭიქაში მყოფი ობიექტები დეფორმირებული ან გატეხილი ჩანდა.

გარდატეხის ფენომენი შედგება მისი სწორხაზოვანი ტრაექტორიის რღვევაში, როდესაც ის კვეთს ორ გამჭვირვალე მასალას შორის. დიდი რაოდენობით ექსპერიმენტული მონაცემების შეჯამებით, მე-17 საუკუნის დასაწყისში, ჰოლანდიელმა ვილბრორდ სნელმა მიიღო მათემატიკური გამოთქმა, რომელიც ზუსტად აღწერდა ამ ფენომენს. ეს გამოთქმა იწერება შემდეგი ფორმით:

n 1 *sin(θ 1) = n 2 *sin(θ 2) = const.

აქ n 1 , n 2 არის სინათლის გარდატეხის აბსოლუტური ინდექსები შესაბამის მასალაში, θ 1 და θ 2 არის კუთხეები შევარდნილ და გატეხილ სხივებს შორის და ინტერფეისის სიბრტყეზე პერპენდიკულარული, რომელიც დახატულია სხივის გადაკვეთის წერტილში. და ეს თვითმფრინავი.

ამ ფორმულას უწოდებენ სნელის ან სნელ-დეკარტის კანონს (ეს იყო ფრანგი, ვინც დაწერა იგი წარმოდგენილი ფორმით, ჰოლანდიელი კი იყენებდა არა სინუსებს, არამედ სიგრძის ერთეულებს).

გარდა ამ ფორმულისა, გარდატეხის ფენომენი აღწერილია სხვა კანონით, რომელიც გეომეტრიული ხასიათისაა. ის მდგომარეობს იმაში, რომ მონიშნული პერპენდიკულარული სიბრტყეზე და ორი სხივი (გატეხილი და შემხვედრი) დევს ერთ სიბრტყეში.

აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი

ეს მნიშვნელობა შედის სნელის ფორმულაში და მისი მნიშვნელობა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს. მათემატიკურად, გარდატეხის ინდექსი n შეესაბამება ფორმულას:

სიმბოლო c არის ელექტრომაგნიტური ტალღების სიჩქარე ვაკუუმში. ეს არის დაახლოებით 3*10 8 მ/წმ. მნიშვნელობა v არის სინათლის სიჩქარე გარემოში. ამრიგად, რეფრაქციული ინდექსი ასახავს გარემოში სინათლის შენელების რაოდენობას უჰაერო სივრცესთან მიმართებაში.

ზემოთ მოყვანილი ფორმულიდან გამომდინარეობს ორი მნიშვნელოვანი დასკვნა:

• n-ის მნიშვნელობა ყოველთვის 1-ზე მეტია (ვაკუუმისთვის ის უდრის ერთს);
• ეს არის განზომილებიანი რაოდენობა.

მაგალითად, ჰაერის გარდატეხის ინდექსი არის 1.00029, ხოლო წყლისთვის არის 1.33.

რეფრაქციული ინდექსი არ არის მუდმივი მნიშვნელობა კონკრეტული საშუალოსთვის. ეს დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. უფრო მეტიც, ელექტრომაგნიტური ტალღის თითოეული სიხშირისთვის მას თავისი მნიშვნელობა აქვს. ასე რომ, ზემოაღნიშნული ფიგურები შეესაბამება 20 o C ტემპერატურას და ხილული სპექტრის ყვითელ ნაწილს (ტალღის სიგრძე - დაახლოებით 580-590 ნმ).

n-ის მნიშვნელობის დამოკიდებულება სინათლის სიხშირეზე ვლინდება პრიზმის მიერ თეთრი სინათლის დაშლაში რამდენიმე ფერად, აგრეთვე ცაში ცისარტყელის წარმოქმნაში ძლიერი წვიმის დროს.

ჰაერში სინათლის რეფრაქციული ინდექსი

მისი ღირებულება (1.00029) უკვე მოცემულია ზემოთ. ვინაიდან ჰაერის გარდატეხის ინდექსი განსხვავდება მხოლოდ მეოთხე ათწილადში ნულიდან, მაშინ პრაქტიკული პრობლემების გადასაჭრელად ის შეიძლება ჩაითვალოს ერთის ტოლად. ჰაერის n-ის უმნიშვნელო განსხვავება ერთიანობისგან მიუთითებს იმაზე, რომ სინათლე პრაქტიკულად არ ანელებს ჰაერის მოლეკულებს, რაც განპირობებულია მისი შედარებით დაბალი სიმკვრივით. ამრიგად, ჰაერის საშუალო სიმკვრივეა 1,225 კგ/მ 3, ანუ ის 800-ჯერ მსუბუქია მტკნარ წყალზე.

ჰაერი ოპტიკურად თხელი საშუალებაა. მასალაში სინათლის სიჩქარის შენელების პროცესი კვანტურ ხასიათს ატარებს და ასოცირდება მატერიის ატომების მიერ ფოტონების შთანთქმის და გამოსხივების აქტებთან.

ჰაერის შემადგენლობის ცვლილება (მაგალითად, მასში წყლის ორთქლის შემცველობის მატება) და ტემპერატურის ცვლილება იწვევს რეფრაქციული ინდექსის მნიშვნელოვან ცვლილებებს. თვალსაჩინო მაგალითია მირაჟის ეფექტი უდაბნოში, რომელიც ხდება ჰაერის ფენების რეფრაქციული მაჩვენებლების განსხვავების გამო სხვადასხვა ტემპერატურის მქონე.

მინა-ჰაერის ინტერფეისი

მინა ჰაერზე ბევრად მკვრივი საშუალებაა. მისი აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი მერყეობს 1,5-დან 1,66-მდე, რაც დამოკიდებულია შუშის ტიპზე. თუ ავიღებთ საშუალო მნიშვნელობას 1.55, მაშინ სხივის გარდატეხა ჰაერ-მინის ინტერფეისზე შეიძლება გამოითვალოს ფორმულის გამოყენებით:

sin (θ 1) / ცოდვა (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1.55.

n 21-ის მნიშვნელობას ეწოდება ჰაერის - მინის ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი. თუ სხივი ჭიქიდან ჰაერში გადის, მაშინ შემდეგი ფორმულა უნდა იქნას გამოყენებული:

sin (θ 1) / ცოდვა (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1 / 1.55 \u003d 0.645.

თუ გადატეხილი სხივის კუთხე ამ უკანასკნელ შემთხვევაში უდრის 90 o-ს, მაშინ შესაბამისს კრიტიკული ეწოდება. მინა-ჰაერის საზღვრისთვის ის უდრის:

θ 1 \u003d რკალი (0,645) \u003d 40,17 o.

თუ სხივი ეცემა მინა-ჰაერის საზღვარზე 40,17 o ზე მეტი კუთხით, მაშინ ის მთლიანად აირეკლება უკან მინაში. ამ ფენომენს „ტოტალური შინაგანი ასახვა“ ეწოდება.

კრიტიკული კუთხე არსებობს მხოლოდ მაშინ, როდესაც სხივი გადადის მკვრივი გარემოდან (მინიდან ჰაერში, მაგრამ არა პირიქით).