De absolute brekingsindex van licht. Brekingsindex van licht

De wetten van de natuurkunde spelen een zeer belangrijke rol bij het uitvoeren van berekeningen om een ​​specifieke strategie te plannen voor de productie van een product of bij het opstellen van een project voor de constructie van constructies voor verschillende doeleinden. Er worden veel hoeveelheden berekend, dus metingen en berekeningen worden gemaakt voordat de planningswerkzaamheden beginnen. De brekingsindex van glas is bijvoorbeeld gelijk aan de verhouding van de sinus van de invalshoek tot de sinus van de brekingshoek.

Dus eerst is er het proces van het meten van de hoeken, daarna wordt hun sinus berekend, en pas dan kan de gewenste waarde worden verkregen. Ondanks de beschikbaarheid van tabelgegevens is het de moeite waard om elke keer aanvullende berekeningen uit te voeren, omdat naslagwerken vaak ideale omstandigheden gebruiken die kunnen worden bereikt in echte leven bijna onmogelijk. Daarom zal de indicator in werkelijkheid noodzakelijkerwijs afwijken van de tabel, en in sommige situaties is dit van fundamenteel belang.

Absolute indicator

De absolute brekingsindex is afhankelijk van het merk glas, omdat er in de praktijk enorm veel opties zijn die verschillen in samenstelling en mate van transparantie. Gemiddeld is deze 1,5 en schommelt rond deze waarde met 0,2 in de ene of de andere richting. In zeldzame gevallen kunnen er afwijkingen van dit cijfer optreden.

Nogmaals, als een nauwkeurige indicator belangrijk is, kunnen aanvullende metingen niet worden vermeden. Maar ze geven ook geen 100% betrouwbaar resultaat, aangezien de uiteindelijke waarde wordt beïnvloed door de stand van de zon aan de hemel en de bewolking op de dag van meting. Gelukkig is het in 99,99% van de gevallen voldoende om simpelweg te weten dat de brekingsindex van een materiaal zoals glas groter is dan één en kleiner dan twee, en dat alle andere tienden en honderdsten er niet toe doen.

Op forums die natuurkundige problemen helpen oplossen, komt vaak de vraag naar voren: wat is de brekingsindex van glas en diamant? Veel mensen denken dat, aangezien deze twee stoffen qua uiterlijk vergelijkbaar zijn, hun eigenschappen ongeveer hetzelfde zouden moeten zijn. Maar dit is een misvatting.

De maximale breking van glas zal rond de 1,7 liggen, terwijl deze indicator voor diamant 2,42 bedraagt. Gegeven juweeltje is een van de weinige materialen op aarde waarvan de brekingsindex groter is dan 2. Dit komt door de kristallijne structuur en de hoge mate van verstrooiing van lichtstralen. De snede speelt een minimale rol bij veranderingen in de tabelwaarde.

Relatieve indicator

De relatieve indicator voor sommige omgevingen kan als volgt worden gekarakteriseerd:

• - de brekingsindex van glas ten opzichte van water bedraagt ​​circa 1,18;
• - de brekingsindex van hetzelfde materiaal ten opzichte van lucht is gelijk aan 1,5;
• - brekingsindex ten opzichte van alcohol - 1.1.

Metingen van de indicator en berekeningen van de relatieve waarde worden uitgevoerd volgens een bekend algoritme. Om een ​​relatieve parameter te vinden, moet u de ene tabelwaarde door de andere delen. Of maak experimentele berekeningen voor twee omgevingen en verdeel vervolgens de verkregen gegevens. Dergelijke operaties worden vaak uitgevoerd op laboratorium lessen in de natuurkunde.

Bepaling van de brekingsindex

Het bepalen van de brekingsindex van glas in de praktijk is vrij moeilijk, omdat er uiterst nauwkeurige instrumenten nodig zijn om de initiële gegevens te meten. Elke fout zal toenemen, omdat bij de berekening gebruik wordt gemaakt van complexe formules die de afwezigheid van fouten vereisen.

Over het algemeen laat deze coëfficiënt zien hoe vaak de voortplantingssnelheid van lichtstralen afneemt bij het passeren van een bepaald obstakel. Daarom is het alleen typisch voor transparante materialen. De brekingsindex van gassen wordt als referentiewaarde genomen, dat wil zeggen als eenheid. Dit werd gedaan zodat het mogelijk was om bij het maken van berekeningen uit te gaan van een bepaalde waarde.

Als zonnestraal valt op het glasoppervlak met een brekingsindex die gelijk is aan de tabelwaarde, dan kan deze op verschillende manieren worden gewijzigd:

• 1. Plak er een film op waarvan de brekingsindex hoger zal zijn dan die van glas. Dit principe wordt gebruikt bij het tinten van autoruiten om het comfort van de passagiers te verbeteren en de bestuurder een duidelijker zicht op de verkeersomstandigheden te geven. De film zal ook ultraviolette straling remmen.
• 2. Verf het glas met verf. Fabrikanten van goedkope zonnebrillen doen dit, maar het is de moeite waard om te bedenken dat dit schadelijk kan zijn voor het gezichtsvermogen. IN goede modellen Het glas wordt met behulp van een speciale technologie direct gekleurd geproduceerd.
• 3. Dompel het glas onder in wat vloeistof. Dit is alleen nuttig voor experimenten.

Als een lichtstraal door glas passeert, wordt de brekingsindex op het volgende materiaal berekend met behulp van een relatieve coëfficiënt, die kan worden verkregen door tabelwaarden te vergelijken. Deze berekeningen zijn erg belangrijk bij het ontwerp van optische systemen die praktische of experimentele belastingen dragen. Fouten zijn hier onaanvaardbaar, omdat ze zullen leiden tot een onjuiste werking van het hele apparaat, en dan zijn alle gegevens die met behulp hiervan worden verkregen nutteloos.

Om de snelheid van het licht in glas met een brekingsindex te bepalen, moet je de absolute waarde van de snelheid in een vacuüm delen door de brekingsindex. Vacuüm wordt als referentiemedium gebruikt omdat breking daar niet werkt vanwege de afwezigheid van stoffen die de soepele beweging van lichtstralen langs een bepaald pad zouden kunnen verstoren.

Bij alle berekende indicatoren zal de snelheid lager zijn dan in het referentiemedium, omdat de brekingsindex altijd groter is dan één.

Les 25/III-1 Voortplanting van licht in verschillende media. Breking van licht op het grensvlak tussen twee media.

Nieuw materiaal leren.

Tot nu toe hebben we, zoals gewoonlijk, de voortplanting van licht in één medium overwogen: in de lucht. Licht kan zich in verschillende media voortplanten: van het ene medium naar het andere gaan; Op de invalspunten worden de stralen niet alleen gereflecteerd door het oppervlak, maar gaan ze er ook gedeeltelijk doorheen. Dergelijke overgangen veroorzaken veel mooie en interessante verschijnselen.

Het veranderen van de voortplantingsrichting van licht dat door de grens van twee media gaat, wordt breking van licht genoemd.

Een deel van de lichtbundel die op het grensvlak tussen twee transparante media valt, wordt gereflecteerd en een deel gaat over in het andere medium. In dit geval verandert de richting van de lichtbundel die in een ander medium is terechtgekomen. Daarom wordt het fenomeen breking genoemd en wordt de straal gebroken genoemd.

1 – invallende straal

2 – gereflecteerde straal

3 – gebroken straal α β

OO 1 – interface tussen twee media

MN - loodrecht O O 1

De hoek gevormd door de straal en loodrecht op het grensvlak tussen twee media, verlaagd tot het punt van inval van de straal, wordt de brekingshoek genoemd. γ (gamma).

Licht in een vacuüm plant zich voort met een snelheid van 300.000 km/s. In elk medium is de lichtsnelheid altijd lager dan in vacuüm. Wanneer licht van het ene medium naar het andere gaat, neemt de snelheid ervan af en dit veroorzaakt de breking van het licht. Hoe lager de snelheid van de lichtvoortplanting in een bepaald medium, hoe groter de optische dichtheid van dit medium. Lucht heeft bijvoorbeeld een hogere optische dichtheid dan vacuüm, omdat de lichtsnelheid in lucht iets lager is dan in vacuüm. De optische dichtheid van water is groter dan de optische dichtheid van lucht, omdat de lichtsnelheid in lucht groter is dan in water.

Hoe meer de optische dichtheden van twee media verschillen, des te meer licht wordt gebroken op hun grensvlak. Hoe meer de snelheid van het licht verandert op het grensvlak tussen twee media, hoe meer het breekt.

Voor elke transparante substantie is er zo'n belangrijke fysieke eigenschap, als de brekingsindex van licht N. Het laat zien hoe vaak de lichtsnelheid in een bepaalde stof kleiner is dan in vacuüm.

Brekingsindex van licht

De verhouding tussen de invalshoek en de brekingshoek hangt af van de optische dichtheid van elk medium. Als een lichtstraal van een medium met een lagere optische dichtheid naar een medium met een hogere optische dichtheid gaat, zal de brekingshoek kleiner zijn dan de invalshoek. Als een lichtstraal afkomstig is van een medium met een hogere optische dichtheid, zal de brekingshoek kleiner zijn dan de invalshoek. Als een lichtstraal van een medium met een hogere optische dichtheid naar een medium met een lagere optische dichtheid gaat, is de brekingshoek groter dan de invalshoek.

Dat wil zeggen, als n 1 γ; als n 1 > n 2 dan α<γ.

Wet van lichtbreking :

De invallende straal, de gebroken straal en de loodlijn op het grensvlak tussen de twee media op het invalspunt van de straal liggen in hetzelfde vlak.

De relatie tussen de invalshoek en de brekingshoek wordt bepaald door de formule.

waar is de sinus van de invalshoek en de sinus van de brekingshoek.

De waarde van sinussen en raaklijnen voor hoeken 0 – 900

De wet van lichtbreking werd voor het eerst geformuleerd door de Nederlandse astronoom en wiskundige W. Snelius rond 1626, hoogleraar aan de Universiteit Leiden (1613).

Voor de 16e eeuw was optica een ultramoderne wetenschap. Uit een glazen bol gevuld met water, die als lens werd gebruikt, ontstond een vergrootglas. En daaruit vonden ze een telescoop en een microscoop uit. Nederland had destijds telescopen nodig om de kust te kunnen zien en tijdig aan vijanden te kunnen ontsnappen. Het waren de optica die het succes en de betrouwbaarheid van de navigatie garandeerden. Daarom waren in Nederland veel wetenschappers geïnteresseerd in optica. De Nederlander Skel Van Rooyen (Snelius) observeerde hoe een dunne lichtstraal in de spiegel werd gereflecteerd. Hij mat de invalshoek en de reflectiehoek en stelde vast: de reflectiehoek is gelijk aan de invalshoek. Hij bezit ook de wetten van lichtreflectie. Hij leidde de wet van de breking van het licht af.

Laten we eens kijken naar de wet van lichtbreking.

Het bevat de relatieve brekingsindex van het tweede medium ten opzichte van het eerste, in het geval dat het tweede een hogere optische dichtheid heeft. Als licht wordt gebroken en door een medium met een lagere optische dichtheid gaat, dan is α< γ, тогда

Als het eerste medium vacuüm is, dan is n 1 =1 dan .

Deze indicator wordt genoemd absolute indicator breking van het tweede medium:

waar is de lichtsnelheid in een vacuüm, de lichtsnelheid in een bepaald medium.

Een gevolg van de breking van het licht in de atmosfeer van de aarde is het feit dat we de zon en de sterren iets hoger zien dan hun werkelijke positie. De breking van licht kan het verschijnen van luchtspiegelingen, regenbogen verklaren... Het fenomeen lichtbreking is de basis van het werkingsprincipe van numerieke optische apparaten: microscoop, telescoop, camera.

Bij het oplossen van problemen op het gebied van de optica moet u vaak de brekingsindex van glas, water of een andere stof kennen. Bovendien kunnen in verschillende situaties zowel absolute als relatieve waarden van deze hoeveelheid worden gebruikt.

Twee soorten brekingsindex

Laten we eerst eens kijken naar wat dit getal laat zien: hoe de richting van de voortplanting van licht verandert in een of ander transparant medium. Bovendien kan een elektromagnetische golf uit een vacuüm komen, en dan wordt de brekingsindex van glas of een andere substantie absoluut genoemd. In de meeste gevallen ligt de waarde in het bereik van 1 tot 2. Slechts in zeer zeldzame gevallen is de brekingsindex groter dan twee.

Als er zich vóór het object een medium bevindt dat dichter is dan vacuüm, dan spreken ze van een relatieve waarde. En het wordt berekend als de verhouding van twee absolute waarden. De relatieve brekingsindex van waterglas zal bijvoorbeeld gelijk zijn aan het quotiënt van de absolute waarden voor glas en water.

Het is in ieder geval aangewezen Latijnse brief"nl" - z. Deze waarde wordt verkregen door dezelfde waarden door elkaar te delen, daarom is het eenvoudigweg een coëfficiënt die geen naam heeft.

Welke formule kun je gebruiken om de brekingsindex te berekenen?

Als we de invalshoek als “alpha” nemen en de brekingshoek als “beta”, dan ziet de formule voor de absolute waarde van de brekingsindex er als volgt uit: n = sin α/sin β. In de Engelstalige literatuur vind je vaak een andere benaming. Wanneer de invalshoek i is en de brekingshoek r.

Er is nog een formule voor het berekenen van de brekingsindex van licht in glas en andere transparante media. Het houdt verband met de snelheid van het licht in een vacuüm en hetzelfde, maar dan in de stof in kwestie.

Dan ziet het er zo uit: n = c/νλ. Hier is c de snelheid van het licht in een vacuüm, ν de snelheid in een transparant medium en λ de golflengte.

Waar hangt de brekingsindex van af?

Het wordt bepaald door de snelheid waarmee licht zich voortplant in het beschouwde medium. Lucht bevindt zich in dit opzicht heel dicht bij een vacuüm, dus lichtgolven planten zich daarin vrijwel voort zonder van hun oorspronkelijke richting af te wijken. Als daarom de brekingsindex van glas-lucht of een andere stof die aan lucht grenst wordt bepaald, wordt deze laatste gewoonlijk als vacuüm genomen.

Elke andere omgeving heeft zijn eigen kenmerken. Ze hebben verschillende dichtheden, ze hebben hun eigen temperatuur, evenals elastische spanningen. Dit alles beïnvloedt het resultaat van lichtbreking door de substantie.

De eigenschappen van licht spelen een belangrijke rol bij het veranderen van de richting van golfvoortplanting. Wit licht bestaat uit vele kleuren, van rood tot violet. Elk deel van het spectrum wordt op zijn eigen manier gebroken. Bovendien zal de waarde van de indicator voor de golf van het rode deel van het spectrum altijd kleiner zijn dan die van de andere. De brekingsindex van TF-1-glas varieert bijvoorbeeld van respectievelijk 1,6421 tot 1,67298, van het rode tot violette deel van het spectrum.

Voorbeelden van waarden voor verschillende stoffen

Hier zijn de waarden van absolute waarden, dat wil zeggen de brekingsindex wanneer een straal vanuit een vacuüm (wat gelijkwaardig is aan lucht) door een andere substantie gaat.

Deze cijfers zijn nodig als het nodig is om de brekingsindex van glas ten opzichte van andere media te bepalen.

Welke andere hoeveelheden worden gebruikt bij het oplossen van problemen?

Totale reflectie. Het wordt waargenomen wanneer licht van een dichter medium naar een minder dicht medium gaat. Hier vindt bij een bepaalde invalshoek breking plaats onder een rechte hoek. Dat wil zeggen dat de straal langs de grens van twee media glijdt.

De beperkende hoek van totale reflectie is de minimale waarde waarbij licht niet naar een minder dicht medium ontsnapt. Minder ervan betekent breking, en meer betekent reflectie in hetzelfde medium waaruit het licht bewoog.

Taak nr. 1

Voorwaarde. De brekingsindex van glas heeft een waarde van 1,52. Het is noodzakelijk om de grenshoek te bepalen waaronder licht volledig wordt gereflecteerd door het grensvlak van oppervlakken: glas met lucht, water met lucht, glas met water.

U zult de brekingsindexgegevens voor water uit de tabel moeten gebruiken. Voor lucht wordt aangenomen dat dit gelijk is aan eenheid.

De oplossing komt in alle drie de gevallen neer op berekeningen met de formule:

sin α 0 /sin β = n 1 /n 2, waarbij n 2 verwijst naar het medium van waaruit het licht zich voortplant, en n 1 waar het doordringt.

De letter α 0 geeft de grenshoek aan. De waarde van hoek β is 90 graden. Dat wil zeggen, de sinus zal één zijn.

Voor het eerste geval: sin α 0 = 1 /n glas, dan blijkt de grenshoek gelijk te zijn aan de boogsinus van 1 /n glas. 1/1,52 = 0,6579. De hoek bedraagt ​​41,14º.

In het tweede geval moet u bij het bepalen van de boogsinus de waarde van de brekingsindex van water vervangen. De fractie 1 /n water krijgt de waarde 1/1,33 = 0,7519. Dit is de boogsinus van de hoek 48,75°.

Het derde geval wordt beschreven door de verhouding van n water en n glas. De boogsinus moet worden berekend voor de breuk: 1,33/1,52, dat wil zeggen het getal 0,875. We vinden de waarde van de grenshoek door zijn boogsinus: 61,05º.

Antwoord: 41,14º, 48,75º, 61,05º.

Probleem nr. 2

Voorwaarde. Een glazen prisma wordt ondergedompeld in een vat met water. De brekingsindex is 1,5. Een prisma is gebaseerd op een rechthoekige driehoek. Het grotere been bevindt zich loodrecht op de bodem en het tweede is evenwijdig daaraan. Normaal valt een lichtstraal op de bovenzijde van het prisma. Wat moet de kleinste hoek zijn tussen een horizontaal been en de hypotenusa zodat het licht het been bereikt dat loodrecht op de bodem van het vat staat en het prisma verlaat?

Om ervoor te zorgen dat de straal het prisma op de beschreven manier verlaat, moet deze onder een maximale hoek op het binnenvlak vallen (degene die de hypotenusa is van de driehoek in de dwarsdoorsnede van het prisma). Deze grenshoek blijkt gelijk te zijn aan de gewenste hoek van de rechthoekige driehoek. Uit de wet van lichtbreking blijkt dat de sinus van de grenshoek gedeeld door de sinus van 90 graden gelijk is aan de verhouding van twee brekingsindices: water tot glas.

Berekeningen leiden tot de volgende waarde voor de grenshoek: 62º30´.

Laten we ons wenden tot een meer gedetailleerde beschouwing van de brekingsindex, die we in §81 hebben geïntroduceerd bij het formuleren van de brekingswet.

De brekingsindex hangt af van de optische eigenschappen van zowel het medium waaruit de bundel valt als het medium waarin deze doordringt. De brekingsindex die wordt verkregen wanneer licht uit een vacuüm op een medium valt, wordt de absolute brekingsindex van dat medium genoemd.

Rijst. 184. Relatieve brekingsindex van twee media:

Laat de absolute brekingsindex van het eerste medium zijn en die van het tweede medium -. Rekening houdend met de breking op de grens van het eerste en tweede medium, zorgen we ervoor dat de brekingsindex tijdens de overgang van het eerste medium naar het tweede, de zogenaamde relatieve brekingsindex, gelijk is aan de verhouding van de absolute brekingsindices van het tweede medium. tweede en eerste medium:

(Afb. 184). Integendeel, bij de overgang van het tweede medium naar het eerste hebben we een relatieve brekingsindex

Het vastgestelde verband tussen de relatieve brekingsindex van twee media en hun absolute brekingsindices zou theoretisch kunnen worden afgeleid, zonder nieuwe experimenten, net zoals dit kan worden gedaan voor de wet van omkeerbaarheid (§82),

Een medium met een hogere brekingsindex wordt optisch dichter genoemd. Meestal wordt de brekingsindex van verschillende media ten opzichte van lucht gemeten. De absolute brekingsindex van lucht is . De absolute brekingsindex van elk medium is dus volgens de formule gerelateerd aan de brekingsindex ten opzichte van lucht

Tabel 6. Brekingsindex van verschillende stoffen ten opzichte van lucht

De brekingsindex hangt af van de golflengte van het licht, dat wil zeggen van de kleur ervan. Verschillende kleuren komen overeen met verschillende brekingsindices. Dit fenomeen, dispersie genoemd, speelt een belangrijke rol in de optica. In de volgende hoofdstukken zullen we dit fenomeen herhaaldelijk behandelen. De gegevens in tabel. 6, zie geel licht.

Het is interessant om op te merken dat de wet van reflectie formeel in dezelfde vorm kan worden geschreven als de wet van breking. Laten we niet vergeten dat we hebben afgesproken om altijd de hoeken te meten vanaf de loodlijn tot de overeenkomstige straal. Daarom moeten we ervan uitgaan dat de invalshoek en de reflectiehoek tegengestelde tekens hebben, d.w.z. de wet van reflectie kan worden geschreven als

Als we (83.4) vergelijken met de brekingswet, zien we dat de wet van reflectie kan worden beschouwd als een speciaal geval van de brekingswet bij . Deze formele gelijkenis van de wetten van reflectie en breking is van groot voordeel bij het oplossen van praktische problemen.

In de vorige presentatie had de brekingsindex de betekenis van een constante van het medium, onafhankelijk van de intensiteit van het licht dat er doorheen ging. Deze interpretatie van de brekingsindex is heel natuurlijk, maar in het geval van hoge stralingsintensiteiten die haalbaar zijn met moderne lasers, is dit niet gerechtvaardigd. De eigenschappen van het medium waar sterke lichtstraling doorheen gaat, zijn in dit geval afhankelijk van de intensiteit ervan. Zoals ze zeggen, wordt de omgeving niet-lineair. De niet-lineariteit van het medium komt vooral tot uiting in het feit dat een lichtgolf met hoge intensiteit de brekingsindex verandert. De afhankelijkheid van de brekingsindex van de stralingsintensiteit heeft de vorm

Hier is de gebruikelijke brekingsindex, de niet-lineaire brekingsindex en de evenredigheidsfactor. De aanvullende term in deze formule kan positief of negatief zijn.

De relatieve veranderingen in de brekingsindex zijn relatief klein. Bij niet-lineaire brekingsindex. Zelfs zulke kleine veranderingen in de brekingsindex zijn echter merkbaar: ze manifesteren zich in een eigenaardig fenomeen van zelffocussering van licht.

Laten we een medium beschouwen met een positieve niet-lineaire brekingsindex. In dit geval zijn gebieden met verhoogde lichtintensiteit tegelijkertijd gebieden met verhoogde brekingsindex. Bij echte laserstraling is de intensiteitsverdeling over de dwarsdoorsnede van een stralenbundel doorgaans niet-uniform: de intensiteit is maximaal langs de as en neemt geleidelijk af naar de randen van de straal toe, zoals weergegeven in figuur 2. 185 stevige rondingen. Een soortgelijke verdeling beschrijft ook de verandering in de brekingsindex over de dwarsdoorsnede van een cel met een niet-lineair medium langs de as waarvan de laserstraal zich voortplant. De brekingsindex, die het grootst is langs de as van de cuvet, neemt geleidelijk af naar de wanden toe (stippellijnen in figuur 185).

Een straal stralen die de laser evenwijdig aan de as verlaat en een medium met een variabele brekingsindex binnentreedt, wordt afgebogen in de richting waarin deze groter is. Daarom leidt de verhoogde intensiteit nabij de cuvet tot een concentratie van lichtstralen in dit gebied, schematisch weergegeven in dwarsdoorsneden en in Fig. 185, en dit leidt tot een verdere stijging. Uiteindelijk wordt de effectieve dwarsdoorsnede van een lichtbundel die door een niet-lineair medium gaat aanzienlijk verminderd. Licht gaat door een smal kanaal met een hoge brekingsindex. De laserstraal wordt dus versmald en het niet-lineaire medium werkt, onder invloed van intense straling, als een verzamellens. Dit fenomeen wordt zelffocussering genoemd. Het kan bijvoorbeeld worden waargenomen in vloeibaar nitrobenzeen.

Rijst. 185. Verdeling van de stralingsintensiteit en brekingsindex over de dwarsdoorsnede van een laserstraal bij de ingang van de cuvet (a), nabij het invoeruiteinde (), in het midden (), nabij het uitvoeruiteinde van de cuvet ( )

Bepaling van de brekingsindex van transparant vaste stoffen

En vloeistoffen

Apparaten en accessoires: microscoop met lichtfilter, plan-parallelle plaat met merkteken AB in de vorm van een kruis; refractometermerk "RL"; set vloeistoffen.

Doel van het werk: bepaal de brekingsindices van glas en vloeistoffen.

Bepalen van de brekingsindex van glas met behulp van een microscoop

Om de brekingsindex van een transparante vaste stof te bepalen, wordt een plan-parallelle plaat van dit materiaal met een markering gebruikt.

Het merkteken bestaat uit twee onderling loodrechte krassen, waarvan er één (A) op de onderkant is aangebracht en de tweede (B) op het bovenoppervlak van de plaat. De plaat wordt verlicht met monochromatisch licht en bekeken door een microscoop. Op
rijst. Figuur 4.7 toont een dwarsdoorsnede van de onderzochte plaat met een verticaal vlak.

Stralen AD en AE bewegen zich, na breking op het grensvlak tussen glas en lucht, in de richtingen DD1 en EE1 en dringen de microscooplens binnen.

Een waarnemer die van bovenaf naar de plaat kijkt, ziet punt A op het snijpunt van de voortzetting van stralen DD1 en EE1, d.w.z. op punt C.

Het lijkt dus voor de waarnemer dat punt A zich in punt C bevindt. Laten we de relatie vinden tussen de brekingsindex n van het plaatmateriaal, de dikte d en de schijnbare dikte d1 van de plaat.

4.7 het is duidelijk dat VD = VСtgi, BD = АВtgr, vandaar

tgi/tgr = AB/BC,

waarbij AB = d – plaatdikte; BC = d1 schijnbare dikte van de plaat.

Als de hoeken i en r klein zijn, dan

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4,5)

die. Sini/Sinr = d/d1.

Rekening houdend met de wet van lichtbreking, krijgen we

De d/d1-meting wordt uitgevoerd met behulp van een microscoop.

Het optische ontwerp van de microscoop bestaat uit twee systemen: een observatiesysteem, bestaande uit een lens en een oculair gemonteerd in een buis, en een verlichtingssysteem, bestaande uit een spiegel en een verwijderbaar filter. Het beeld wordt scherpgesteld door de handvatten aan beide zijden van de buis te draaien.

Op de as van de rechter handgreep is een schijf met een schaalverdeling gemonteerd.

De aflezing b langs de wijzerplaat ten opzichte van de vaste wijzer bepaalt de afstand h van de lens tot de microscooptafel:

De k-coëfficiënt geeft aan tot welke hoogte de microscoopbuis beweegt als de hendel 1° wordt gedraaid.

De diameter van de lens is in deze opstelling klein vergeleken met de afstand h, waardoor de extreme straal die de lens binnenkomt een kleine hoek i vormt met de optische as van de microscoop.

De brekingshoek r van het licht in de plaat is kleiner dan de hoek i, d.w.z. is ook klein, wat overeenkomt met voorwaarde (4.5).

Werkorder

1. Plaats de plaat zo op de microscooptafel dat het snijpunt van de lijnen A en B (zie afb.

Brekingsindex

4.7) in zicht was.

2. Draai de hendel van het hefmechanisme om de buis naar de bovenste positie te brengen.

3. Kijk door het oculair en draai aan de hendel om de microscoopbuis soepel te laten zakken totdat een duidelijk beeld van kras B op het bovenoppervlak van de plaat zichtbaar is in het gezichtsveld. Noteer de aflezing b1 van het ledemaat, die evenredig is met de afstand h1 van de microscooplens tot de bovenrand van de plaat: h1 = kb1 (Fig.

4. Ga door met het langzaam laten zakken van de buis totdat u een duidelijk beeld krijgt van kras A, die zich voor de waarnemer op punt C lijkt te bevinden. Noteer een nieuwe aflezing b2 van de wijzerplaat. De afstand h1 van de lens tot het bovenoppervlak van de plaat is evenredig met b2:
h2 = kb2 (Fig. 4.8, b).

De afstanden van de punten B en C tot de lens zijn gelijk, omdat de waarnemer ze even duidelijk ziet.

De verplaatsing van de buis h1-h2 is gelijk aan de schijnbare dikte van de plaat (Fig.

d1 = h1-h2 = (b1-b2)k. (4,8)

5. Meet de dikte van de plaat d op het snijpunt van de lijnen. Plaats hiervoor een extra glasplaat 2 onder de te bestuderen plaat 1 (Fig. 4.9) en laat de microscoopbuis zakken totdat de lens (licht) de te bestuderen plaat raakt. Let op de aanduiding van wijzerplaat a1. Verwijder de te onderzoeken plaat en laat de microscoopbuis zakken totdat de lens plaat 2 raakt.

Let op het lezen van a2.

De microscooplens zal dan zakken tot een hoogte gelijk aan de dikte van de onderzochte plaat, d.w.z.

d = (a1-a2)k. (4,9)

6. Bereken de brekingsindex van het plaatmateriaal met behulp van de formule

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

7. Herhaal alle bovenstaande metingen 3 - 5 keer, bereken de gemiddelde waarde n, absolute en relatieve fouten rn en rn/n.

Bepaling van de brekingsindex van vloeistoffen met behulp van een refractometer

Instrumenten die worden gebruikt om brekingsindices te bepalen, worden refractometers genoemd.

Het algemene aanzicht en het optische ontwerp van de RL-refractometer worden getoond in Fig. 4.10 en 4.11.

Het meten van de brekingsindex van vloeistoffen met behulp van een RL-refractometer is gebaseerd op het fenomeen van breking van licht dat door het grensvlak tussen twee media met verschillende brekingsindices gaat.

Lichtstraal (afb.

4.11) van bron 1 (gloeilamp of daglicht diffuus licht) wordt met behulp van spiegel 2 door een venster in de behuizing van het apparaat naar een dubbel prisma geleid, bestaande uit prisma's 3 en 4, die zijn gemaakt van glas met een brekingsindex van 1,540 .

Oppervlak AA van het bovenste verlichtingsprisma 3 (Fig.

4.12, a) mat en dient om de vloeistof te verlichten met verstrooid licht, afgezet in een dunne laag in de opening tussen prisma's 3 en 4. Licht verstrooid door het matte oppervlak 3 gaat door de vlak-parallelle laag van de onderzochte vloeistof en valt op het diagonale vlak BB van het onderste prisma 4 onder verschillende
hoeken i variërend van nul tot 90°.

Om het fenomeen van totale interne reflectie van licht op het oppervlak van het explosief te vermijden, moet de brekingsindex van de onderzochte vloeistof kleiner zijn dan de brekingsindex van het glas van prisma 4, d.w.z.

minder dan 1.540.

Een lichtstraal met een invalshoek van 90° wordt grazen genoemd.

De glijdende straal, die breekt op het grensvlak tussen vloeistof en glas, zal zich in prisma 4 voortbewegen met de maximale brekingshoek R pr< 90о.

De breking van een glijdende straal in punt D (zie figuur 4.12, a) voldoet aan de wet

nst/nl = sinipr/sinrpr (4.11)

of nf = nst sinrpr, (4.12)

aangezien sinipr = 1.

Op het oppervlak BC van prisma 4 vindt breking van lichtstralen plaats

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/nst, (4,13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

waarbij a de brekende straal van prisma 4 is.

Door het stelsel vergelijkingen (4.12), (4.13), (4.14) gezamenlijk op te lossen, kunnen we een formule verkrijgen die de brekingsindex nj van de onderzochte vloeistof in verband brengt met de beperkende brekingshoek r'pr van de straal die uit het prisma komt. 4:

Als een telescoop in het pad wordt geplaatst van de stralen die uit prisma 4 komen, zal het onderste deel van zijn gezichtsveld verlicht zijn en het bovenste deel donker. Het grensvlak tussen het lichte en donkere veld wordt gevormd door stralen met een beperkte brekingshoek r¢pr. Er zijn in dit systeem geen stralen met een brekingshoek kleiner dan r¢pr (fig.

De waarde van r¢pr en de positie van de clair-obscur-grens hangen daarom alleen af ​​van de brekingsindex nf van de onderzochte vloeistof, aangezien nst en a constante waarden zijn in dit apparaat.

Als je nst, a en r¢pr kent, kun je nl berekenen met formule (4.15). In de praktijk wordt formule (4.15) gebruikt om de schaal van de refractometer te kalibreren.

Tot schaal 9 (zie.

rijst. 4.11) aan de linkerkant staan ​​de brekingsindexwaarden voor ld = 5893 Å. Voor het oculair 10 - 11 bevindt zich een plaatje 8 met een markering (--).

Door het oculair samen met plaat 8 langs de schaal te bewegen, is het mogelijk om de markering uit te lijnen met het grensvlak tussen het donkere en lichte gezichtsveld.

De verdeling van de schaalverdeling 9, die samenvalt met het merkteken, geeft de waarde aan van de brekingsindex nl van de onderzochte vloeistof. Lens 6 en oculair 10 - 11 vormen een telescoop.

Roterend prisma 7 verandert de richting van de straal en richt deze in het oculair.

Door de verspreiding van glas en de onderzochte vloeistof wordt, in plaats van een duidelijke grens tussen het donkere en lichte veld, bij waarneming in wit licht een regenboogstreep verkregen. Om dit effect te elimineren wordt dispersiecompensator 5 gebruikt, die vóór de telescooplens is geïnstalleerd. Het grootste deel van de compensator is een prisma, dat uit drie prisma's aan elkaar is gelijmd en kan roteren ten opzichte van de as van de telescoop.

De brekingshoeken van het prisma en hun materiaal zijn zo gekozen dat geel licht met een golflengte lд =5893 Å er zonder breking doorheen gaat. Als een compenserend prisma op de baan van de gekleurde stralen wordt geïnstalleerd, zodat de spreiding ervan even groot is, maar tegengesteld van teken aan de spreiding van het meetprisma en de vloeistof, dan zal de totale spreiding nul zijn. In dit geval wordt de lichtbundel verzameld in een witte straal, waarvan de richting samenvalt met de richting van de beperkende gele straal.

Wanneer het compensatieprisma wordt geroteerd, wordt de kleurzweem dus geëlimineerd. Samen met prisma 5 roteert de spreidingsknop 12 ten opzichte van de stationaire wijzer (zie figuur 4.10). De rotatiehoek Z van het ledemaat maakt het mogelijk om de waarde van de gemiddelde verspreiding van de onderzochte vloeistof te beoordelen.

De schaalverdeling moet een schaalverdeling hebben. Bij de installatie wordt een schema meegeleverd.

Werkorder

1. Breng prisma 3 omhoog, plaats 2-3 druppels van de testvloeistof op het oppervlak van prisma 4 en laat prisma 3 zakken (zie Fig. 4.10).

3. Zorg met behulp van oculair richten voor een scherp beeld van de schaal en het grensvlak tussen de gezichtsvelden.

4. Door de hendel 12 van de compensator 5 te draaien, vernietigt u de kleur van het grensvlak tussen de gezichtsvelden.

Beweeg het oculair langs de schaal, lijn de markering (—-) uit met de grens van de donkere en lichte velden en noteer de waarde van de vloeistofindicator.

6. Onderzoek de voorgestelde set vloeistoffen en evalueer de meetfout.

7. Veeg na elke meting het oppervlak van de prisma's af met filtreerpapier gedrenkt in gedestilleerd water.

Beveiligingsvragen

Optie 1

Definieer de absolute en relatieve brekingsindices van een medium.

2. Teken het pad van stralen over het grensvlak tussen twee media (n2> n1 en n2< n1).

3. Zorg voor een relatie die de brekingsindex n relateert aan de dikte d en de schijnbare dikte d¢ van de plaat.

4. Taak. De grenshoek van de totale interne reflectie voor een bepaalde stof is 30°.

Zoek de brekingsindex van deze stof.

Antwoord: n =2.

Optie 2

1. Wat is het fenomeen van totale interne reflectie?

2. Beschrijf het ontwerp en het werkingsprincipe van de RL-2 refractometer.

3. Verklaar de rol van de compensator in een refractometer.

4. Taak. Een gloeilamp wordt vanuit het midden van een rond vlot neergelaten tot een diepte van 10 meter. Zoek de minimale straal van het vlot, terwijl geen enkele straal van de gloeilamp het oppervlak mag bereiken.

Antwoord: R = 11,3 m.

REFRACTIEVE INDEX, of REFRACTIEVE INDEX, is een abstract getal dat het brekingsvermogen van een transparant medium karakteriseert. De brekingsindex wordt aangegeven met de Latijnse letter π en wordt gedefinieerd als de verhouding van de sinus van de invalshoek tot de sinus van de brekingshoek van een straal die vanuit een leegte een bepaald transparant medium binnenkomt:

n = sin α/sin β = const of als de verhouding van de lichtsnelheid in leegte tot de lichtsnelheid in een gegeven transparant medium: n = c/νλ van leegte naar een gegeven transparant medium.

De brekingsindex wordt beschouwd als een maatstaf voor de optische dichtheid van een medium

De op deze manier bepaalde brekingsindex wordt de absolute brekingsindex genoemd, in tegenstelling tot de zogenaamde relatieve.

e. laat zien hoe vaak de voortplantingssnelheid van het licht vertraagt ​​wanneer de brekingsindex verandert, wat wordt bepaald door de verhouding van de sinus van de invalshoek tot de sinus van de brekingshoek wanneer de straal een medium passeert. één dichtheid naar een medium met een andere dichtheid. De relatieve brekingsindex is gelijk aan de verhouding van de absolute brekingsindices: n = n2/n1, waarbij n1 en n2 de absolute brekingsindices zijn van het eerste en tweede medium.

De absolute brekingsindex van alle lichamen - vast, vloeibaar en gasvormig - is groter dan één en varieert van 1 tot 2, en overschrijdt slechts in zeldzame gevallen de 2.

De brekingsindex is afhankelijk van zowel de eigenschappen van het medium als de golflengte van het licht en neemt toe met afnemende golflengte.

Daarom wordt aan de letter p een index toegewezen, die aangeeft tot welke golflengte de indicator behoort.

REFRACTIEVE INDEX

Voor TF-1-glas is de brekingsindex in het rode deel van het spectrum bijvoorbeeld nC = 1,64210, en in het violette deel nG’ = 1,67298.

Brekingsindices van sommige transparante lichamen

Lucht - 1.000292

Water - 1.334

Ether - 1.358

Ethylalcohol - 1.363

Glycerine - 1.473

Organisch glas (plexiglas) - 1, 49

Benzeen - 1.503

(Kroonglas - 1.5163

Spar (Canadees), balsem 1,54

Glazen zware kroon - 1, 61 26

Flintglas - 1.6164

Koolstofdisulfide - 1,629

Glas zware vuursteen - 1, 64 75

Monobroomaftaleen - 1,66

Glas is de zwaarste vuursteen - 1,92

Diamant - 2,42

Het verschil in de brekingsindex voor verschillende delen van het spectrum is de oorzaak van chromatisme, d.w.z.

ontleding van wit licht wanneer het door brekende elementen gaat - lenzen, prisma's, enz.

Laboratoriumwerk nr. 41

Bepaling van de brekingsindex van vloeistoffen met behulp van een refractometer

Doel van het werk: bepaling van de brekingsindex van vloeistoffen door de methode van totale interne reflectie met behulp van een refractometer IRF-454B; studie van de afhankelijkheid van de brekingsindex van een oplossing van de concentratie ervan.

Beschrijving van de installatie

Wanneer niet-monochromatisch licht wordt gebroken, wordt het in zijn samenstellende kleuren opgesplitst in een spectrum.

Dit fenomeen is te wijten aan de afhankelijkheid van de brekingsindex van een stof van de frequentie (golflengte) van licht en wordt lichtverspreiding genoemd.

Het is gebruikelijk om het brekingsvermogen van een medium te karakteriseren aan de hand van de brekingsindex bij de golflengte λ = 589,3 nm (gemiddelde golflengte van twee dicht bij elkaar gelegen gele lijnen in het spectrum van natriumdamp).

60. Welke methoden voor het bepalen van de concentratie van stoffen in een oplossing worden gebruikt bij atomaire absorptieanalyse?

Deze brekingsindex wordt aangegeven ND.

De maatstaf voor spreiding is de gemiddelde spreiding, gedefinieerd als het verschil ( NF-NC), Waar NF- brekingsindex van een stof bij een golflengte λ = 486,1 nm (blauwe lijn in het waterstofspectrum), NC– brekingsindex van de stof λ - 656,3 nm (rode lijn in het waterstofspectrum).

De breking van een stof wordt gekenmerkt door de waarde van de relatieve spreiding:
Naslagwerken geven gewoonlijk het omgekeerde van de relatieve spreiding weer, d.w.z.

e.
,Waar — spreidingscoëfficiënt, of Abbe-getal.

De installatie voor het bepalen van de brekingsindex van vloeistoffen bestaat uit een refractometer IRF-454B met de meetgrenzen van de indicator; breking ND in het bereik van 1,2 tot 1,7; testvloeistof, servetten voor het afvegen van de oppervlakken van prisma's.

Refractometer IRF-454B is een instrument dat is ontworpen om rechtstreeks de brekingsindex van vloeistoffen te meten, en om de gemiddelde dispersie van vloeistoffen in laboratoriumomstandigheden te bepalen.

Werkingsprincipe van het apparaat IRF-454B gebaseerd op het fenomeen van totale interne reflectie van licht.

Het schematische diagram van het apparaat wordt getoond in Fig. 1.

De te testen vloeistof wordt tussen de twee zijden van prisma 1 en 2 geplaatst. Prisma 2 met een goed gepolijste rand AB meet, en prisma 1 met een matte rand A1 IN1 - verlichting. Stralen van een lichtbron vallen op de rand A1 MET1 , breken, vallen op een mat oppervlak A1 IN1 en worden verspreid door dit oppervlak.

Vervolgens passeren ze de laag van de onderzochte vloeistof en bereiken ze het oppervlak. AB prisma's 2.

Volgens de wet van breking
, Waar
En zijn de brekingshoeken van stralen in respectievelijk de vloeistof en het prisma.

Naarmate de invalshoek groter wordt
brekingshoek neemt ook toe en bereikt zijn maximale waarde
, Wanneer
, T.

e. wanneer een straal in een vloeistof over een oppervlak glijdt AB. Vandaar,
. De stralen die uit prisma 2 komen, zijn dus beperkt tot een bepaalde hoek
.

Stralen komen uit de vloeistof in prisma 2 onder grote hoeken ondergaan totale interne reflectie op het grensvlak AB en ga niet door het prisma.

Het apparaat in kwestie onderzoekt vloeistoffen, brekingsindex wat kleiner is dan de brekingsindex prisma 2, daarom zullen stralen uit alle richtingen die worden gebroken op de grens van vloeistof en glas het prisma binnendringen.

Het is duidelijk dat het deel van het prisma dat overeenkomt met de stralen die er niet doorheen zijn gegaan, verduisterd zal worden. Via de telescoop 4, die zich bevindt in het pad van de stralen die uit het prisma komen, kan men de verdeling van het gezichtsveld in lichte en donkere delen waarnemen.

Door het systeem van prisma's 1-2 te draaien, wordt het grensvlak tussen de lichte en donkere velden uitgelijnd met het kruis van de draden van het telescoopoculair. Het systeem van prisma's 1-2 is verbonden met een schaal, die is gekalibreerd in brekingsindexwaarden.

De schaal bevindt zich in het onderste deel van het gezichtsveld van de buis en geeft, wanneer een deel van het gezichtsveld wordt gecombineerd met een kruis van draden, de overeenkomstige waarde van de brekingsindex van de vloeistof .

Door dispersie zal het grensvlak van het gezichtsveld bij wit licht gekleurd zijn. Om verkleuring te elimineren en om de gemiddelde dispersie van de teststof te bepalen, wordt compensator 3 gebruikt, bestaande uit twee systemen van gelijmde direct vision-prisma's (Amichi-prisma's).

De prisma's kunnen gelijktijdig worden gedraaid verschillende kanten met behulp van een nauwkeurig roterend mechanisch apparaat, waardoor de eigen spreiding van de compensator wordt gewijzigd en de kleuring van de rand van het gezichtsveld, waargenomen door het optische systeem, wordt geëlimineerd. 4. Een trommel met een schaal is verbonden met de compensator, waardoor de dispersieparameter wordt bepaald, waardoor men de gemiddelde dispersie van de stof kan berekenen.

Werkorder

Pas het apparaat zo aan dat het licht van de bron (gloeilamp) het verlichtingsprisma binnendringt en het gezichtsveld gelijkmatig verlicht.

2. Open het meetlichaam.

Breng met een glazen staaf een paar druppels water aan op het oppervlak en sluit het prisma voorzichtig. De opening tussen de prisma's moet gelijkmatig worden opgevuld met een dunne laag water (let hier speciaal op).

Gebruik de schroef van het apparaat met een schaal om de verkleuring van het gezichtsveld te elimineren en een scherpe grens tussen licht en schaduw te verkrijgen. Lijn het met een andere schroef uit met het referentiekruis van het oculair van het instrument. Bepaal de brekingsindex van water met behulp van de oculairschaal met een nauwkeurigheid van duizendsten.

Vergelijk de verkregen resultaten met referentiegegevens voor water. Als het verschil tussen de gemeten brekingsindex en tabel één niet groter is dan ± 0,001, is de meting correct uitgevoerd.

Taak 1

1. Bereid de oplossing voor keukenzout (NaCl) met een concentratie dichtbij de oplosbaarheidsgrens (bijvoorbeeld C = 200 g/liter).

Meet de brekingsindex van de resulterende oplossing.

3. Verkrijg door de oplossing een geheel aantal keren te verdunnen de afhankelijkheid van de indicator; breking op de concentratie van de oplossing en vul de tabel in. 1.

Tabel 1

Oefening. Hoe kan ik alleen door verdunning een oplossingsconcentratie verkrijgen die gelijk is aan 3/4 van het maximale (aanvankelijke)?

Bouw een afhankelijkheidsgrafiek n=n(C). Verdere verwerking van experimentele gegevens wordt uitgevoerd zoals voorgeschreven door de docent.

Verwerking van experimentele gegevens

a) Grafische methode

Bepaal de helling uit de grafiek IN, die, onder experimentele omstandigheden, de opgeloste stof en het oplosmiddel zal karakteriseren.

2. Bepaal de concentratie van de oplossing met behulp van de grafiek NaCl gegeven door de laboratoriumassistent.

b) Analysemethode

Methode kleinste kwadraten berekenen A, IN En SB.

Op basis van de gevonden waarden A En IN bepaal het gemiddelde
oplossing concentratie NaCl gegeven door de laboratoriumassistent

Beveiligingsvragen

Verspreiding van licht. Wat is het verschil tussen normale spreiding en afwijkende spreiding?

2. Wat is het fenomeen van totale interne reflectie?

3. Waarom kan deze opstelling niet de brekingsindex van een vloeistof meten die groter is dan de brekingsindex van het prisma?

4. Waarom een ​​prismagezicht A1 IN1 maken ze het mat?

Degradatie, index

Psychologische encyclopedie

Een manier om de mate van mentale achteruitgang te beoordelen! functies gemeten door de Wechsler-Bellevue-test. De index is gebaseerd op de observatie dat sommige vaardigheden, gemeten door de test, afnemen met de leeftijd, maar andere niet.

Index

Psychologische encyclopedie

- index, register van namen, titels, enz. In de psychologie - een digitale indicator voor kwantitatieve beoordeling, karakterisering van verschijnselen.

Waar hangt de brekingsindex van een stof van af?

Index

Psychologische encyclopedie

1. Meest algemene betekenis: alles dat wordt gebruikt om te markeren, identificeren of sturen; aanduidingen, opschriften, tekens of symbolen. 2. Een formule of getal, vaak uitgedrukt als een coëfficiënt, die een verband laat zien tussen waarden of metingen of tussen...

Gezelligheid, index

Psychologische encyclopedie

Een kenmerk dat de gezelligheid van een persoon uitdrukt. Een sociogram biedt bijvoorbeeld onder andere een beoordeling van de gezelligheid verschillende leden groepen.

Selectie, index

Psychologische encyclopedie

Een formule voor het schatten van de kracht van een bepaalde test of testitem om individuen van elkaar te onderscheiden.

Betrouwbaarheid, index

Psychologische encyclopedie

Een statistiek die een schatting geeft van de correlatie tussen de werkelijke waarden verkregen uit een test en de theoretisch correcte waarden.

Deze index wordt gegeven als de waarde van r, waarbij r de berekende betrouwbaarheidscoëfficiënt is.

Prestatievoorspellingen, index

Psychologische encyclopedie

Een meting van de mate waarin kennis over de ene variabele gebruikt kan worden om voorspellingen te doen over een andere variabele, gegeven dat de correlatie tussen de variabelen bekend is. Meestal wordt dit in symbolische vorm uitgedrukt als E, de index wordt weergegeven als 1 -((...

Woorden, index

Psychologische encyclopedie

Een algemene term voor elke systematische frequentie van voorkomen van woorden in geschreven en/of gesproken taal.

Vaak zijn dergelijke indices beperkt tot specifieke taalgebieden, bijvoorbeeld leerboeken van het eerste leerjaar, interacties tussen ouders en kinderen. Er zijn echter schattingen bekend...

Lichaamsstructuren, index

Psychologische encyclopedie

Eysenck's voorgestelde lichaamsafmeting gebaseerd op de verhouding tussen lengte en borstomtrek.

Degenen wiens scores binnen het “normale” bereik lagen, werden mesomorfen genoemd, degenen met een standaardafwijking of boven het gemiddelde werden leptomorfen genoemd, en degenen met een standaardafwijking of...

VOOR LEZING nr. 24

"INSTRUMENTELE ANALYSEMETHODEN"

REFRACTOMETRIE.

Literatuur:

1. V.D. Ponomarev “Analytische Chemie” 1983 246-251

2. AA Ishchenko “Analytische Chemie” 2004 blz. 181-184

REFRACTOMETRIE.

Refractometrie is een van de eenvoudigste fysische analysemethoden waarbij gebruik wordt gemaakt van een minimale hoeveelheid analyt en die in zeer korte tijd wordt uitgevoerd.

Refractometrie- een methode gebaseerd op het fenomeen breking of breking, d.w.z.

het veranderen van de richting van de lichtvoortplanting bij het overgaan van het ene medium naar het andere.

Breking, evenals absorptie van licht, is een gevolg van de interactie met het medium.

Het woord refractometrie betekent meting breking van licht, die wordt geschat op basis van de waarde van de brekingsindex.

Brekingsindexwaarde N hangt ervan af

1) over de samenstelling van stoffen en systemen,

2) van het feit in welke concentratie en welke moleculen de lichtstraal op zijn pad tegenkomt, omdat

Onder invloed van licht worden moleculen van verschillende stoffen verschillend gepolariseerd. Het is op deze afhankelijkheid dat de refractometrische methode is gebaseerd.

Deze methode heeft een aantal voordelen, waardoor deze brede toepassing heeft gevonden, zowel in het chemisch onderzoek als bij de beheersing van technologische processen.

1) De meting van de brekingsindices is zeer hoog eenvoudig proces, dat nauwkeurig en met minimale tijd en hoeveelheid stof wordt uitgevoerd.

2) Refractometers bieden doorgaans een nauwkeurigheid tot 10% bij het bepalen van de brekingsindex van licht en de inhoud van de analyt

De refractometriemethode wordt gebruikt om de authenticiteit en zuiverheid te controleren, om individuele stoffen te identificeren en om de structuur van organische en anorganische verbindingen te bepalen bij het bestuderen van oplossingen.

Refractometrie wordt gebruikt om de samenstelling van tweecomponentenoplossingen en voor ternaire systemen te bepalen.

Fysieke basis van de methode

REFRACTIEVE INDEX.

Hoe groter het verschil in de voortplantingssnelheid van het licht tussen de twee, hoe groter de afwijking van een lichtstraal van zijn oorspronkelijke richting wanneer deze van het ene medium naar het andere gaat.

deze omgevingen.

Laten we eens kijken naar de breking van een lichtbundel op de grens van twee transparante media I en II (zie.

Rijst.). Laten we het erover eens zijn dat medium II een groter brekingsvermogen heeft en daarom n1 En n2— toont de breking van de overeenkomstige media. Als medium I niet vacuüm of lucht is, zal de verhouding van de sin-invalshoek van de lichtbundel tot de sin-brekingshoek de waarde van de relatieve brekingsindex nrel opleveren. Waarde n rel.

Wat is de brekingsindex van glas? En wanneer moet je het weten?

kan ook worden gedefinieerd als de verhouding van de brekingsindices van de beschouwde media.

notrel. = —— = —

De waarde van de brekingsindex hangt af van

1) aard van stoffen

De aard van de stof wordt in dit geval bepaald door de mate van vervormbaarheid van de moleculen onder invloed van licht - de mate van polariseerbaarheid.

Hoe intenser de polariseerbaarheid, hoe sterker de breking van het licht.

2)golflengte van invallend licht

De brekingsindexmeting wordt uitgevoerd bij een lichtgolflengte van 589,3 nm (lijn D van het natriumspectrum).

De afhankelijkheid van de brekingsindex van de golflengte van licht wordt dispersie genoemd.

Hoe korter de golflengte, hoe groter de breking. Daarom worden stralen met verschillende golflengten anders gebroken.

3)temperatuur , waarop de meting wordt uitgevoerd. Een voorwaarde voor het bepalen van de brekingsindex is naleving temperatuur regime. Gewoonlijk wordt de bepaling uitgevoerd bij 20 ± 0,30 °C.

Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de brekingsindex af; naarmate de temperatuur daalt, neemt deze toe..

De correctie voor temperatuureffecten wordt berekend met behulp van de volgende formule:

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

nt – Doei brekingsindex bij een bepaalde temperatuur,

n20-brekingsindex bij 200C

De invloed van temperatuur op de waarden van de brekingsindices van gassen en vloeistoffen houdt verband met de waarden van hun volumetrische uitzettingscoëfficiënten.

Het volume van alle gassen en vloeistoffen neemt toe bij verhitting, de dichtheid neemt af en bijgevolg neemt de indicator af

De brekingsindex gemeten bij 20°C en een lichtgolflengte van 589,3 nm wordt aangegeven met de index nD20

De afhankelijkheid van de brekingsindex van een homogeen tweecomponentensysteem van zijn toestand wordt experimenteel vastgesteld door de brekingsindex te bepalen voor een aantal standaardsystemen (bijvoorbeeld oplossingen), waarvan de inhoud van componenten bekend is.

4) concentratie van de stof in oplossing.

Voor velen waterige oplossingen stoffen worden de brekingsindices bij verschillende concentraties en temperaturen betrouwbaar gemeten, en in deze gevallen kunnen referentiegegevens worden gebruikt refractometrische tabellen.

De praktijk leert dat wanneer het gehalte aan opgeloste stoffen niet hoger is dan 10-20%, het samen met de grafische methode in veel gevallen mogelijk is om lineaire vergelijking zoals:

n=geen+FC,

N- brekingsindex van de oplossing,

Nee is de brekingsindex van een zuiver oplosmiddel,

C— concentratie van de opgeloste stof,%

F-empirische coëfficiënt, waarvan de waarde wordt gevonden

door het bepalen van de brekingsindex van oplossingen met een bekende concentratie.

REFRACTOMETERS.

Refractometers zijn instrumenten die worden gebruikt om de brekingsindex te meten.

Er zijn 2 soorten van deze apparaten: de refractometer van het Abbe-type en het Pulfrich-type. In beide gevallen zijn de metingen gebaseerd op het bepalen van de maximale brekingshoek. In de praktijk worden refractometers gebruikt diverse systemen: laboratorium-RL, universele RLU, enz.

De brekingsindex van gedestilleerd water is n0 = 1,33299, maar praktisch wordt deze indicator als referentie genomen als n0 =1,333.

Het werkingsprincipe van refractometers is gebaseerd op het bepalen van de brekingsindex via de beperkende hoekmethode (de hoek van totale reflectie van licht).

Handrefractometer

Abbe-refractometer

Toepassingsgebieden van refractometrie.

Ontwerp en werkingsprincipe van de IRF-22 refractometer.

Het concept van brekingsindex.

Plan

Refractometrie. Kenmerken en essentie van de methode.

Om stoffen te identificeren en hun zuiverheid te controleren, gebruiken ze

refractie maker.

Brekingsindex van een stof- een waarde gelijk aan de verhouding van de fasesnelheden van het licht ( elektromagnetische golven) in een vacuüm en zichtbare omgeving.

De brekingsindex is afhankelijk van de eigenschappen van de stof en de golflengte

elektromagnetische straling. Verhouding van de sinus van de invalshoek ten opzichte van

de normaal getrokken naar het brekingsvlak (α) van de straal naar de sinus van de brekingshoek

breking (β) wanneer een straal van medium A naar medium B gaat, wordt de relatieve brekingsindex voor dit paar media genoemd.

De waarde n is de relatieve brekingsindex van medium B volgens

relatie tot omgeving A, en

Relatieve brekingsindex van medium A ten opzichte van

De brekingsindex van een straal die vanuit een luchtledig op een medium valt

De ruimte wordt de absolute brekingsindex of genoemd

eenvoudigweg de brekingsindex van een bepaald medium (Tabel 1).

Tabel 1 - Brekingsindices van verschillende media

Vloeistoffen hebben een brekingsindex in het bereik van 1,2-1,9. Stevig

stoffen 1,3-4,0. Sommige mineralen hebben dat niet exacte waarde show-

voor breking. De waarde ervan zit in een of andere “vork” en is bepalend

door de aanwezigheid van onzuiverheden in de kristalstructuur, die de kleur bepalen

kristal.

Identificatie van een mineraal op basis van "kleur" is moeilijk. Het mineraal korund bestaat dus in de vorm van robijn, saffier, leukosaffier, die verschillen in

brekingsindex en kleur. Rode korund wordt robijn genoemd

(chroomonzuiverheid), kleurloos blauw, lichtblauw, roze, geel, groen,

paars - saffieren (mengsels van kobalt, titanium, enz.). Lichtgekleurd

witte saffieren of kleurloos korund worden in de volksmond leucosaffier genoemd

gebruikt in de optica als filter). De brekingsindex van deze kristallen

staal ligt in het bereik van 1.757-1.778 en is de basis voor identificatie

Figuur 3.1 – Robijn Figuur 3.2 – Blauwe saffier

Organische en anorganische vloeistoffen hebben ook karakteristieke brekingsindexwaarden die ze als chemisch karakteriseren

Russische verbindingen en de kwaliteit van hun synthese (Tabel 2):

Tabel 2 - Brekingsindices van sommige vloeistoffen bij 20 °C

4.2. Refractometrie: concept, principe.

Een methode om stoffen te bestuderen op basis van het bepalen van een indicator

(index) van breking (refractie) wordt refractometrie genoemd (vanaf

lat. refractus - gebroken en Grieks. metreo - ik meet). Refractometrie

(refractometrische methode) wordt gebruikt om chemische stoffen te identificeren

verbindingen, kwantitatieve en structurele analyse, bepaling van fysische eigenschappen

chemische parameters van stoffen. Het principe van refractometrie geïmplementeerd

in Abbe-refractometers, wordt geïllustreerd in Figuur 1.

Figuur 1 - Principe van refractometrie

Het Abbe-prismablok bestaat uit twee rechthoekige prisma's: verlichting

teliaal en metend, gevouwen door hypotenusa-vlakken. Illuminator-

Dit prisma heeft een ruw (mat) schuin gezicht en is bedoeld

chen voor het verlichten van een vloeistofmonster dat tussen de prisma's is geplaatst.

Verstrooid licht door een plan-parallelle laag van de onderzochte vloeistof gaat en, gebroken in de vloeistof, op het meetprisma valt. Het meetprisma is gemaakt van optisch dicht glas (zware vuursteen) en heeft een brekingsindex groter dan 1,7. Om deze reden meet de Abbe-refractometer n waarden kleiner dan 1,7. Het vergroten van het brekingsindexmeetbereik kan alleen worden bereikt door het vervangen van het meetprisma.

Het testmonster wordt op de hypotenusa van het meetlichaam gegoten en met een verlichtingsprisma aangedrukt. In dit geval blijft er een opening van 0,1-0,2 mm over tussen de prisma's waarin het monster zich bevindt, en door

die door gebroken licht gaat. Om de brekingsindex te meten

gebruik het fenomeen van totale interne reflectie. Het ligt erin

volgende.

Als stralen 1, 2, 3 op het grensvlak tussen twee media vallen, hangt het ervan af

afhankelijk van de invalshoek bij het observeren ervan in het refractieve medium

Er is een overgang tussen gebieden met verschillende verlichting. Het is verbonden

waarbij een deel van het licht onder een hoek dichtbij op de brekingsgrens valt

kim tot 90° ten opzichte van de normaal (balk 3). (Figuur 2).

Figuur 2 – Afbeelding van gebroken stralen

Dit deel van de stralen wordt niet gereflecteerd en vormt daardoor een lichtere omgeving.

kracht tijdens breking. Stralen met kleinere hoeken ervaren ook reflectie

en breking. Daarom wordt een gebied met minder verlichting gevormd. Op volume

De grenslijn van totale interne reflectie is zichtbaar op de lens, de positie

die afhangt van de brekingseigenschappen van het monster.

Eliminatie van het fenomeen dispersie (het kleuren van het grensvlak tussen twee verlichtingsgebieden in de kleuren van de regenboog als gevolg van het gebruik van complex wit licht in Abbe-refractometers) wordt bereikt door twee Amici-prisma's in de compensator te gebruiken, die in de telescoop zijn gemonteerd. . Tegelijkertijd wordt een schaalverdeling in de lens geprojecteerd (Figuur 3). Voor analyse is 0,05 ml vloeistof voldoende.

Figuur 3 - Kijk door het oculair van de refractometer. (De juiste schaal weerspiegelt

concentratie van de gemeten component in ppm)

Naast de analyse van monsters uit één component,

tweecomponentensystemen (waterige oplossingen, oplossingen van stoffen waarin

of oplosmiddel). In ideale tweecomponentensystemen (forming

zonder het volume en de polariseerbaarheid van de componenten te veranderen), blijkt de afhankelijkheid

De afhankelijkheid van de breking van de compositie is bijna lineair als de compositie wordt uitgedrukt in

volumefracties (procent)

waarbij: n, n1, n2 - brekingsindices van het mengsel en de componenten,

V1 en V2 zijn de volumefracties van de componenten (V1 + V2 = 1).

Het effect van temperatuur op de brekingsindex wordt bepaald door twee

factoren: verandering in het aantal vloeistofdeeltjes per volume-eenheid en

de afhankelijkheid van de polariseerbaarheid van moleculen van de temperatuur. De tweede factor werd

wordt pas significant bij zeer grote temperatuurveranderingen.

De temperatuurcoëfficiënt van de brekingsindex is evenredig met de temperatuurcoëfficiënt van de dichtheid. Omdat alle vloeistoffen bij verhitting uitzetten, nemen hun brekingsindices af naarmate de temperatuur stijgt. De temperatuurcoëfficiënt hangt af van de temperatuur van de vloeistof, maar kan bij kleine temperatuurintervallen als constant worden beschouwd. Om deze reden hebben de meeste refractometers geen temperatuurregeling, maar sommige ontwerpen bieden dat wel

water thermostatisch.

Lineaire extrapolatie van de brekingsindex met temperatuurveranderingen is acceptabel voor kleine temperatuurverschillen (10 – 20°C).

Exacte definitie De brekingsindex in brede temperatuurbereiken wordt berekend met behulp van empirische formules in de vorm:

nt=n0+at+bt2+…

Voor refractometrie van oplossingen over een breed concentratiebereik

gebruik tabellen of empirische formules. Weergaveafhankelijkheid -

brekingsindex van waterige oplossingen van sommige stoffen, afhankelijk van de concentratie

is vrijwel lineair en maakt het mogelijk de concentraties van deze stoffen in te bepalen

water in brede concentratiebereiken (Figuur 4) met behulp van breking

tometers.

Figuur 4 - Brekingsindex van sommige waterige oplossingen

Meestal worden n vloeibare en vaste lichamen met precisie bepaald door refractometers

tot 0,0001. De meest voorkomende zijn Abbe-refractometers (Figuur 5) met prismablokken en dispersiecompensatoren, waarmee nD kan worden bepaald in “wit” licht met behulp van een schaal of digitale indicator.

Figuur 5 - Abbe-refractometer (IRF-454; IRF-22)