De absolute brekingsindex van een stof. Absolute brekingsindex
Breking of breking is een fenomeen waarbij de richting van een lichtstraal of andere golven verandert wanneer ze de grens overschrijden die twee media scheidt, zowel transparant (die deze golven uitzenden) als binnen het medium waarin de eigenschappen voortdurend veranderen.
We komen het fenomeen breking vrij vaak tegen en beschouwen het als een alledaags fenomeen: we kunnen zien dat een stokje in een transparant glas met een gekleurde vloeistof “gebroken” is op het punt waar lucht en water gescheiden worden (Fig. 1). Wanneer licht wordt gebroken en gereflecteerd tijdens regen, zijn we blij als we een regenboog zien (fig. 2).
Brekingsindex - belangrijk kenmerk een stof geassocieerd met zijn fysisch-chemische eigenschappen. Het hangt af van de temperatuurwaarden, maar ook van de golflengte van het licht waarbij de bepaling wordt uitgevoerd. Volgens kwaliteitscontrolegegevens in een oplossing wordt de brekingsindex beïnvloed door de concentratie van de daarin opgeloste stof, evenals door de aard van het oplosmiddel. Met name de brekingsindex van bloedserum wordt beïnvloed door de hoeveelheid eiwit die het bevat verschillende snelheden voortplanting van lichtstralen in media met verschillende dichtheden, hun richting verandert op het punt waar de twee media gescheiden zijn. Als we de lichtsnelheid in een vacuüm delen door de lichtsnelheid in de stof die we bestuderen, krijgen we de absolute brekingsindex (brekingsindex). In de praktijk wordt de relatieve brekingsindex (n) bepaald, de verhouding tussen de lichtsnelheid in de lucht en de lichtsnelheid in de onderzochte stof.
De brekingsindex wordt kwantitatief bepaald met behulp van een speciaal apparaat: een refractometer.
Refractometrie is een van de gemakkelijkste methoden voor fysieke analyse en kan worden gebruikt in laboratoria voor kwaliteitscontrole bij de productie van chemicaliën, voedingsmiddelen, biologisch actieve voedseladditieven, cosmetica en andere soorten producten met minimale tijd en het aantal monsters dat wordt getest.
Het ontwerp van de refractometer is gebaseerd op het feit dat lichtstralen volledig worden gereflecteerd wanneer ze de grens van twee media passeren (een daarvan is een glazen prisma, de andere is de testoplossing) (Fig. 3).
| Rijst. 3. Refractometerdiagram |
Vanuit bron (1) valt een lichtstraal op spiegel oppervlak(2) gaat vervolgens, gereflecteerd, naar het bovenste verlichtingsprisma (3) en vervolgens naar het onderste meetprisma (4), dat is gemaakt van glas met een hoge brekingsindex. Met behulp van een capillair worden 1 à 2 druppels monster tussen de prisma's (3) en (4) aangebracht. Om beschadiging van het prisma te voorkomen mechanische schade is het noodzakelijk om het capillaire oppervlak niet aan te raken.
Door het oculair (9) wordt een veld met gekruiste lijnen gezien om de interface tot stand te brengen. Bij het verplaatsen van het oculair moet het snijpunt van de velden worden uitgelijnd met het grensvlak (Fig. 4). Het vlak van het prisma (4) speelt de rol van het grensvlak, op het oppervlak waarvan de lichtbundel wordt gebroken. Omdat de stralen worden verstrooid, blijkt de grens tussen licht en schaduw wazig en iriserend te zijn. Dit fenomeen wordt geëlimineerd door de dispersiecompensator (5). De straal wordt vervolgens door de lens (6) en het prisma (7) geleid. De plaat (8) heeft kijklijnen (twee kruislings gekruiste rechte lijnen), evenals een schaal met brekingsindices, die wordt waargenomen door het oculair (9). Hieruit wordt de brekingsindex berekend.
De scheidslijn tussen de veldgrenzen komt overeen met de hoek van de interne totale reflectie, die afhangt van de brekingsindex van het monster.
Refractometrie wordt gebruikt om de zuiverheid en authenticiteit van een stof te bepalen. Deze methode wordt ook gebruikt om tijdens de kwaliteitscontrole de concentratie van stoffen in oplossingen te bepalen, die wordt berekend met behulp van een kalibratiegrafiek (een grafiek die de afhankelijkheid van de brekingsindex van een monster van de concentratie laat zien).
Bij het bedrijf KorolevPharm wordt de brekingsindex bepaald in overeenstemming met goedgekeurde wettelijke documentatie tijdens de inkomende controle van grondstoffen, in extracten van onze eigen productie, maar ook tijdens de productie afgewerkte producten. De bepaling wordt gedaan door gekwalificeerde medewerkers van een geaccrediteerd fysisch en chemisch laboratorium met behulp van een IRF-454 B2M-refractometer.
Als volgens de resultaten invoercontrole De brekingsindex van de grondstof komt niet overeen noodzakelijke vereisten, geeft de afdeling kwaliteitscontrole een Non-Conformity Report af, op basis waarvan deze partij grondstoffen wordt teruggestuurd naar de leverancier.
Wijze van bepaling
1. Voordat met de metingen wordt begonnen, wordt de reinheid van de oppervlakken van de prisma's die met elkaar in contact komen, gecontroleerd.
2. Controle van het nulpunt. Breng 2 3 druppels gedestilleerd water aan op het oppervlak van het meetlichaam en bedek dit zorgvuldig met het verlichtingsprisma. We openen het verlichtingsvenster en installeren met behulp van een spiegel de lichtbron in de meest intense richting. Door de schroeven van het oculair te draaien, verkrijgen we een duidelijk, scherp onderscheid tussen de donkere en lichte velden in het gezichtsveld. We draaien de schroef en richten de lijn van schaduw en licht zo dat deze samenvalt met het punt waar de lijnen elkaar kruisen in het bovenste venster van het oculair. Op de verticale lijn in het onderste venster van het oculair zien we het gewenste resultaat: de brekingsindex van gedestilleerd water bij 20 ° C (1,333). Als de metingen verschillend zijn, gebruik dan de schroef om de brekingsindex in te stellen op 1,333, en gebruik een sleutel (verwijder de stelschroef) om de grens van schaduw en licht naar het punt te brengen waar de lijnen elkaar kruisen.
3. Bepaal de brekingsindex. We tillen de kamer van het verlichtingsprisma op en verwijderen het water met filtreerpapier of een gaasdoekje. Breng vervolgens 1-2 druppels van de testoplossing aan op het oppervlak van het meetprisma en sluit de kamer. Draai de schroeven totdat de grenzen van de schaduw en het licht samenvallen met het snijpunt van de lijnen. Op de verticale lijn in het onderste venster van het oculair zien we het gewenste resultaat: de brekingsindex van het onderzochte monster. We berekenen de brekingsindex met behulp van de schaalverdeling in het onderste venster van het oculair.
4. Met behulp van een kalibratiegrafiek stellen we de relatie vast tussen de concentratie van de oplossing en de brekingsindex. Om een grafiek te construeren, is het noodzakelijk om standaardoplossingen van verschillende concentraties te bereiden met behulp van preparaten van chemisch zuivere stoffen, hun brekingsindices te meten en de verkregen waarden op de ordinaat uit te zetten, en de overeenkomstige concentraties van oplossingen op de abscis-as. Het is noodzakelijk concentratie-intervallen te selecteren waarbij een lineair verband wordt waargenomen tussen concentratie en brekingsindex. We meten de brekingsindex van het onderzochte monster en gebruiken een grafiek om de concentratie ervan te bepalen.
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, zullen we ervoor zorgen dat de brekingsindex tijdens de overgang van het eerste medium naar het tweede, de zogenaamde relatieve indicator breking, is gelijk aan de verhouding van de absolute brekingsindices van het 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. Absolute indicator luchtbreking is gelijk aan . 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 rekening houden met de hoek van inval en de hoek van reflectie tegenovergestelde tekens, d.w.z. de wet van reflectie kan worden geschreven als
Als we (83.4) vergelijken met de wet van breking, zien we dat de wet van reflectie kan worden beschouwd als: speciaal geval 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. Eigenschappen van het medium waar een sterke kracht doorheen gaat lichte straling, 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 transparante 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, dat bestaat 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 het microscoopplatform 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 waarde 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 van n, absoluut en relatieve fout 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) uit bron 1 (gloeilamp of fluorescerend diffuus licht) met behulp van spiegel 2 wordt door een venster in de behuizing van het apparaat naar een dubbel prisma geleid dat bestaat 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)
sinds sinip = 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 Latijnse briefπ 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 de waarde aan die omgekeerd is aan de relatieve spreiding, d.w.z.
dat wil zeggen, waar is de spreidingscoëfficiënt, of het 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 brekingswet, waar en zijn de brekingshoeken van stralen in respectievelijk de vloeistof en het prisma.
Naarmate de invalshoek groter wordt, neemt ook de brekingshoek toe en bereikt deze zijn maximale waarde wanneer, d.w.z.
e. wanneer een straal in een vloeistof over een oppervlak glijdt AB. Vandaar, . De stralen die uit het 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 waarvan de brekingsindex kleiner is dan de brekingsindex van prisma 2. Daarom zullen stralen uit alle richtingen die worden gebroken op de grens van de vloeistof en het 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
Bereken met behulp van de kleinste kwadratenmethode A, IN En SB.
Op basis van de gevonden waarden A En IN Bepaal de gemiddelde concentratie van de oplossing 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
Dit artikel onthult de essentie van een dergelijk opticaconcept als de brekingsindex. Formules voor het verkrijgen van deze waarde worden gegeven, gegeven kort overzicht toepassing van het fenomeen elektromagnetische golfbreking.
Visie en brekingsindex
Aan het begin van de beschaving stelden mensen de vraag: hoe ziet het oog? Er is gesuggereerd dat een persoon stralen uitzendt die omringende objecten voelen, of, omgekeerd, dat alle dingen dergelijke stralen uitzenden. Het antwoord op deze vraag werd in de zeventiende eeuw gegeven. Het wordt aangetroffen in de optica en houdt verband met wat de brekingsindex is. Licht reflecteert op verschillende ondoorzichtige oppervlakken en breekt aan de grens met transparante oppervlakken, waardoor een persoon de mogelijkheid krijgt om te zien.
Licht- en brekingsindex
Onze planeet is gehuld in het licht van de zon. En het is precies met de golfkarakteristiek van fotonen dat een dergelijk concept als de absolute brekingsindex wordt geassocieerd. Een foton plant zich voort in een vacuüm en komt geen obstakels tegen. Op de planeet komt licht in veel verschillende dichtere omgevingen terecht: de atmosfeer (een mengsel van gassen), water, kristallen. Omdat het een elektromagnetische golf is, hebben fotonen van licht één fasesnelheid in een vacuüm (aangeduid C), en in de omgeving - een andere (aangeduid v). De verhouding tussen de eerste en de tweede is wat de absolute brekingsindex wordt genoemd. De formule ziet er als volgt uit: n = c / v.
Fase snelheid
Het is de moeite waard om de fasesnelheid van het elektromagnetische medium te definiëren. Begrijp anders wat de brekingsindex is N, het is verboden. Een foton van licht is een golf. Dit betekent dat het kan worden weergegeven als een energiepakket dat oscilleert (stel je een segment van een sinusgolf voor). De fase is het segment van de sinusoïde dat de golf op een bepaald moment aflegt (onthoud dat dit belangrijk is voor het begrijpen van een grootheid als de brekingsindex).
De fase kan bijvoorbeeld het maximum zijn van een sinusoïde of een deel van de helling ervan. De fasesnelheid van een golf is de snelheid waarmee die specifieke fase beweegt. Zoals de definitie van de brekingsindex uitlegt, verschillen deze waarden voor een vacuüm en voor een medium. Bovendien heeft elke omgeving zijn eigen waarde van deze hoeveelheid. Elke transparante verbinding, ongeacht de samenstelling ervan, heeft een brekingsindex die verschilt van alle andere stoffen.
Absolute en relatieve brekingsindex
Hierboven werd al getoond dat de absolute waarde wordt gemeten ten opzichte van het vacuüm. Op onze planeet is dit echter lastig: licht raakt vaker de grens van lucht en water of kwarts en spinel. Voor elk van deze media is, zoals hierboven vermeld, de brekingsindex verschillend. In de lucht reist een lichtfoton in één richting en heeft één fasesnelheid (v 1), maar wanneer het in water terechtkomt, verandert het de voortplantingsrichting en fasesnelheid (v 2). Beide richtingen liggen echter in hetzelfde vlak. Dit is erg belangrijk om te begrijpen hoe het beeld van de omringende wereld wordt gevormd op het netvlies van het oog of op de matrix van de camera. De verhouding tussen de twee absolute waarden geeft de relatieve brekingsindex. De formule ziet er als volgt uit: n 12 = v 1 / v 2.
Maar wat als licht daarentegen uit het water komt en de lucht binnendringt? Vervolgens wordt deze waarde bepaald door de formule n 21 = v 2 / v 1. Wanneer we de relatieve brekingsindices vermenigvuldigen, verkrijgen we n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1. Deze relatie geldt voor elk paar media. De relatieve brekingsindex kan worden afgeleid uit de sinussen van de invalshoeken en brekingshoeken n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Vergeet niet dat hoeken worden gemeten vanaf de normaal tot het oppervlak. Een normaal is een lijn loodrecht op het oppervlak. Dat wil zeggen, als het probleem een hoek krijgt α valt ten opzichte van het oppervlak zelf, dan moeten we de sinus van (90 - α) berekenen.
De schoonheid van de brekingsindex en zijn toepassingen
Op een rustige, zonnige dag spelen reflecties op de bodem van het meer. Donkerblauw ijs bedekt de rots. Een diamant verstrooit duizenden vonken op de hand van een vrouw. Deze verschijnselen zijn een gevolg van het feit dat alle grenzen van transparante media een relatieve brekingsindex hebben. Naast esthetisch genot kan dit fenomeen ook voor praktische toepassingen worden gebruikt.
Hier zijn voorbeelden:
- Een glazen lens vangt de straal op zonlicht en steekt het gras in brand.
- De laserstraal concentreert zich op het zieke orgaan en snijdt onnodig weefsel af.
- Het zonlicht wordt gebroken op het eeuwenoude glas-in-loodraam, waardoor een bijzondere sfeer ontstaat.
- Microscoop vergroot afbeeldingen van zeer kleine details
- Spectrofotometerlenzen verzamelen laserlicht dat wordt gereflecteerd door het oppervlak van de stof die wordt bestudeerd. Op deze manier is het mogelijk om de structuur en vervolgens de eigenschappen van nieuwe materialen te begrijpen.
- Er is zelfs een project voor een fotonische computer, waarbij informatie niet door elektronen wordt overgedragen, zoals nu, maar door fotonen. Voor zo'n apparaat zijn zeker refractieve elementen nodig.
Golflengte
De zon voorziet ons echter niet alleen van fotonen in het zichtbare spectrum. Infrarood-, ultraviolet- en röntgenstraling worden niet door het menselijk zicht waargenomen, maar beïnvloeden wel ons leven. IR-stralen verwarmen ons, UV-fotonen ioniseren de bovenste lagen van de atmosfeer en stellen planten in staat zuurstof te produceren via fotosynthese.
En waar de brekingsindex gelijk aan is, hangt niet alleen af van de stoffen waartussen de grens ligt, maar ook van de golflengte van de invallende straling. Over welke waarde we het precies hebben, blijkt meestal uit de context. Dat wil zeggen, als het boek röntgenstraling en het effect ervan op mensen onderzoekt N daar wordt het specifiek voor dit bereik gedefinieerd. Maar meestal wordt het zichtbare spectrum van elektromagnetische golven bedoeld, tenzij iets anders wordt gespecificeerd.
Brekingsindex en reflectie
Zoals duidelijk werd uit wat hierboven is geschreven, waar we het over hebben over transparante media. We gaven lucht, water en diamant als voorbeelden. Maar hoe zit het met hout, graniet, plastic? Bestaat er zoiets als een brekingsindex voor hen? Het antwoord is complex, maar in het algemeen: ja.
Allereerst moeten we bedenken met wat voor soort licht we te maken hebben. De media die ondoorzichtig zijn voor zichtbare fotonen, worden doorgesneden door röntgen- of gammastraling. Dat wil zeggen: als we allemaal supermensen waren, zou de hele wereld om ons heen transparant voor ons zijn, maar in verschillende mate. Muren van beton zouden bijvoorbeeld niet dichter zijn dan gelei, maar metalen fittingen eruit zouden zien als stukjes dichter fruit.
Voor anderen elementaire deeltjes, muonen, onze planeet is over het algemeen door en door transparant. Vroeger hadden wetenschappers veel moeite om het feit van hun bestaan te bewijzen. Miljoenen muonen doorboren ons elke seconde, maar de kans dat een enkel deeltje in botsing komt met materie is erg klein, en het is erg moeilijk om dit te detecteren. Trouwens, Baikal zal binnenkort een plaats worden voor het "vangen" van muonen. Het is diep en helder water ideaal hiervoor - vooral in de winter. Het belangrijkste is dat de sensoren niet bevriezen. Dus de brekingsindex van beton, bijvoorbeeld voor röntgenfotonen, is logisch. Bovendien is het bestralen van een stof met röntgenstraling een van de meest nauwkeurige en belangrijke manieren om de structuur van kristallen te bestuderen.
Het is ook de moeite waard om te onthouden dat stoffen die in een bepaald bereik ondoorzichtig zijn, in wiskundige zin een denkbeeldige brekingsindex hebben. Ten slotte moeten we begrijpen dat de temperatuur van een stof ook de transparantie ervan kan beïnvloeden.
REFRACTIE-INDEX(brekingsindex) - optisch. kenmerkend voor de omgeving die ermee gepaard gaat breking van licht op het grensvlak tussen twee transparante, optisch homogene en isotrope media tijdens de overgang van het ene medium naar het andere en als gevolg van het verschil in de fasesnelheden van lichtvoortplanting in de media.
De waarde van P. p. gelijk aan de verhouding van deze snelheden. relatief P. p. van deze omgevingen. Als er licht op het tweede of eerste medium valt (waar is dan de lichtsnelheid?).
Met) en dan de hoeveelheden absolute pp van deze gemiddelden. In dit geval kan de brekingswet worden geschreven in de vorm waarin en zijn de invals- en brekingshoeken. De grootte van de absolute arbeidsfactor hangt af van de aard en structuur van de stof, de aggregatietoestand, temperatuur, druk, enz. Bij hoge intensiteiten hangt de arbeidsfactor af van de intensiteit van het licht (zie. Niet-lineaire optica) . Bij een aantal stoffen verandert P. onder invloed van invloeden van buitenaf. elektrisch velden ( Kerr-effect
- in vloeistoffen en gassen; elektro-optisch Pockels-effect- in kristallen). Voor een bepaald medium hangt de absorptieband af van de lichtgolflengte l, en in het gebied van de absorptiebanden is deze afhankelijkheid abnormaal (zie Fig. Lichtverspreiding
). Op röntgenfoto's. regio ligt de PP voor bijna alle media dicht bij 1, in het zichtbare gebied voor vloeistoffen en vaste stoffen - ongeveer 1,5; in het IR-gebied voor een aantal transparante media 4.0 (voor Ge).,
Lett.: Landsberg G.S., Optics, 5e druk, M., 1976; Sivukhin D.V., Algemene cursus, 2e ed., [vol. 4] - Optica, M., 1985. V. I. Malyshev
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, binnen
verschillende situaties
Zowel absolute als relatieve waarden van deze grootheid kunnen worden gebruikt.
Twee soorten brekingsindex
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 bij een bepaalde waarde invalshoek, breking vindt plaats in een rechte hoek. Dat wil zeggen dat de straal langs de grens van twee media glijdt.
De beperkende hoek van totale reflectie is zijn minimale waarde, waarin licht niet ontsnapt naar een minder dicht medium. 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 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´.
