Işıkla ilişkili süreçler fiziğin önemli bir bileşenidir ve günlük hayatımızın her yerinde bizi kuşatır. Bu durumda en önemlisi, modern optiğin dayandığı ışığın yansıma ve kırılma yasalarıdır. Işığın kırılması modern bilimin önemli bir parçasıdır.

Distorsiyon etkisi

Bu makale size ışığın kırılması olgusunun ne olduğunu, kırılma yasasının neye benzediğini ve bundan ne çıktığını anlatacaktır.

Fiziksel bir olgunun temelleri

Bir ışın, farklı optik yoğunluklara sahip iki şeffaf maddeyle ayrılmış bir yüzeye (örneğin, farklı camlar veya su) düştüğünde, ışınların bir kısmı yansıyacak, bir kısmı da ikinci yapıya nüfuz edecektir (örneğin, suda veya camda çoğalırlar). Bir ortamdan diğerine geçerken ışın genellikle yönünü değiştirir. Bu, ışığın kırılması olgusudur.
Işığın yansıması ve kırılması özellikle suda görülür.

Suda bozulma etkisi

Sudaki şeylere bakıldığında çarpık görünüyorlar. Bu özellikle hava ve su arasındaki sınırda fark edilir. Görsel olarak su altındaki nesneler hafifçe sapmış gibi görünür. Tanımlanan fiziksel olay, suda tüm nesnelerin çarpık görünmesinin tam olarak nedenidir. Işınlar cama çarptığında bu etki daha az fark edilir.
Işığın kırılması, güneş ışınının bir ortamdan (yapıdan) diğerine geçtiği anda hareket yönündeki değişiklik ile karakterize edilen fiziksel bir olgudur.
Bu süreci daha iyi anlamak için, havadan suya çarpan bir ışın örneğini düşünün (cam için olduğu gibi). Ara yüzey boyunca dik bir çizgi çizilerek ışık ışınının kırılma ve geri dönüş açısı ölçülebilir. Bu gösterge (kırılma açısı), akış suya (camın içine) nüfuz ettikçe değişecektir.
Dikkat etmek! Bu parametre, bir ışın birinci yapıdan ikinciye girdiğinde iki maddenin ayrılmasına çizilen dikin oluşturduğu açı olarak anlaşılmaktadır.

Kiriş Geçişi

Aynı gösterge diğer ortamlar için de tipiktir. Bu göstergenin maddenin yoğunluğuna bağlı olduğu tespit edilmiştir. Eğer ışın daha az yoğun bir yapıdan daha yoğun bir yapıya düşerse, oluşan distorsiyon açısı daha büyük olacaktır. Ve eğer tam tersi ise, o zaman daha azdır.
Aynı zamanda düşüşün eğimindeki bir değişiklik de bu göstergeyi etkileyecektir. Ancak aralarındaki ilişki sabit kalmıyor. Aynı zamanda sinüslerinin oranı, aşağıdaki formülle yansıtılan sabit bir değer olarak kalacaktır: sinα / sinγ = n, burada:

• n, her bir spesifik madde (hava, cam, su vb.) için tanımlanan sabit bir değerdir. Dolayısıyla bu değerin ne olacağı özel tablolar kullanılarak belirlenebilir;
• α – geliş açısı;
• γ – kırılma açısı.

Bu fiziksel olguyu belirlemek için kırılma yasası oluşturuldu.

Fiziksel kanun

Işık akılarının kırılma yasası, şeffaf maddelerin özelliklerini belirlememizi sağlar. Kanunun kendisi iki hükümden oluşmaktadır:

• ilk bölüm. Kiriş (olay, değiştirilmiş) ve örneğin hava ve su (cam vb.) sınırındaki geliş noktasında restore edilen dikey aynı düzlemde bulunacaktır;
• ikinci kısım. Geliş açısının sinüsünün, sınırı geçerken oluşan aynı açının sinüsüne oranı sabit bir değer olacaktır.

Kanunun açıklaması

Bu durumda ışın ikinci yapıdan çıkıp birinciye geçtiği anda (örneğin ışık akısı havadan camdan geçip tekrar havaya geçtiğinde) bir distorsiyon etkisi de oluşacaktır.

Farklı nesneler için önemli bir parametre

Bu durumda ana gösterge, geliş açısının sinüsünün benzer bir parametreye oranıdır, ancak distorsiyon için. Yukarıda açıklanan kanundan da anlaşılabileceği gibi bu gösterge sabit bir değerdir.
Üstelik düşüş eğiminin değeri değiştiğinde benzer bir gösterge için de aynı durum tipik olacaktır. Bu parametre büyük önem taşımaktadır çünkü şeffaf maddelerin ayrılmaz bir özelliğidir.

Farklı nesneler için göstergeler

Bu parametre sayesinde cam türlerini ve çeşitli değerli taşları oldukça etkili bir şekilde ayırt edebilirsiniz. Çeşitli ortamlarda ışığın hızının belirlenmesi açısından da önemlidir.

Dikkat etmek! Işık akışının en yüksek hızı boşluktadır.

Bir maddeden diğerine geçerken hızı azalacaktır. Örneğin en yüksek kırılma indisine sahip olan elmas, havadan 2,42 kat daha yüksek foton yayılma hızına sahip olacaktır. Suda 1,33 kat daha yavaş yayılırlar. Farklı cam türleri için bu parametre 1,4 ile 2,2 arasında değişmektedir.

Dikkat etmek! Bazı camların kırılma indisi 2,2 olup elmasa (2,4) çok yakındır. Bu nedenle bir cam parçasını gerçek bir elmastan ayırmak her zaman mümkün olmuyor.

Maddelerin optik yoğunluğu

Işık, farklı optik yoğunluklarla karakterize edilen farklı maddelerden geçebilir. Daha önce de söylediğimiz gibi bu yasayı kullanarak ortamın (yapının) yoğunluk özelliğini belirleyebilirsiniz. Ne kadar yoğun olursa ışığın onun içinde yayılma hızı da o kadar yavaş olur. Örneğin cam veya su optik olarak havadan daha yoğun olacaktır.
Bu parametre sabit bir değer olmasının yanı sıra ışık hızının iki maddedeki oranını da yansıtır. Fiziksel anlam aşağıdaki formülle görüntülenebilir:

Bu gösterge, bir maddeden diğerine geçerken fotonların yayılma hızının nasıl değiştiğini anlatır.

Bir diğer önemli gösterge

Bir ışık akısı şeffaf nesnelerin içinden geçtiğinde polarizasyonu mümkündür. Dielektrik izotropik ortamdan ışık akısının geçişi sırasında gözlenir. Fotonlar camdan geçtiğinde polarizasyon meydana gelir.

Polarizasyon etkisi

İki dielektrik sınırındaki ışık akısının geliş açısı sıfırdan farklı olduğunda kısmi polarizasyon gözlenir.

Polarizasyon derecesi, geliş açılarının ne olduğuna bağlıdır (Brewster yasası).

Tam iç yansıma

Kısa gezimizi sonlandırırken, böyle bir etkiyi tam bir iç yansıma olarak düşünmek hala gerekli.

Tam ekran olgusu Bu etkinin ortaya çıkması için, maddeler arasındaki arayüzde daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama geçiş anında ışık akısının geliş açısının arttırılması gerekir. Bu parametrenin belirli bir sınır değeri aşması durumunda bu bölümün sınırına gelen fotonlar tamamen yansıtılacaktır. Aslında bu bizim istediğimiz olgu olacaktır.

Onsuz fiber optik yapmak imkansızdı.

Işık akısı davranışının pratik uygulaması, hayatımızı iyileştirecek çeşitli teknik cihazlar yaratarak çok şey kazandırdı. Aynı zamanda ışık henüz tüm olanaklarını insanlığa açıklamadı ve pratik potansiyeli henüz tam olarak gerçekleşmedi.

Kendi elinizle bir kağıt lamba nasıl yapılır
Bir LED şeridin performansı nasıl kontrol edilir

Kırılma yasasını formüle ederken §81'de tanıttığımız kırılma indisinin daha ayrıntılı bir incelemesine geçelim.

Kırılma indisi hem ışının düştüğü ortamın hem de nüfuz ettiği ortamın optik özelliklerine bağlıdır. Boşluktan gelen ışık herhangi bir ortama düştüğünde elde edilen kırılma indisine o ortamın mutlak kırılma indisi denir.

Pirinç. 184. İki ortamın bağıl kırılma indisi:

Birinci ortamın mutlak kırılma indisi ve ikinci ortamın mutlak kırılma indisi - olsun. Birinci ve ikinci ortamın sınırındaki kırılma dikkate alındığında, birinci ortamdan ikinciye geçiş sırasındaki kırılma indisinin, yani göreceli kırılma indisinin, ortamın mutlak kırılma indislerinin oranına eşit olmasını sağlıyoruz. ikinci ve birinci medya:

(Şek. 184). Aksine, ikinci ortamdan birinciye geçerken göreceli bir kırılma indisine sahip oluruz.

İki ortamın bağıl kırılma indisi ile mutlak kırılma indisleri arasında kurulan bağlantı, tıpkı tersinirlik yasası için yapılabileceği gibi (§82), yeni deneyler olmadan teorik olarak türetilebilir,

Daha yüksek kırılma indisine sahip bir ortama optik olarak daha yoğun denir. Çeşitli ortamların havaya göre kırılma indisi genellikle ölçülür. Havanın mutlak kırılma indisi. Bu nedenle, herhangi bir ortamın mutlak kırılma indisi, aşağıdaki formülle havaya göre kırılma indisi ile ilişkilidir.

Tablo 6. Çeşitli maddelerin havaya göre kırılma indisi

Kırılma indisi ışığın dalga boyuna, yani rengine bağlıdır. Farklı renkler farklı kırılma indekslerine karşılık gelir. Dispersiyon adı verilen bu olay optikte önemli bir rol oynar. Bu olguyu sonraki bölümlerde tekrar tekrar ele alacağız. Tabloda verilen veriler. 6, sarı ışığa bakın.

Yansıma yasasının resmi olarak kırılma yasasıyla aynı biçimde yazılabildiğini belirtmek ilginçtir. Her zaman dik açıdan karşılık gelen ışına kadar olan açıları ölçme konusunda anlaştığımızı hatırlayalım. Bu nedenle, geliş açısı ile yansıma açısının zıt işaretlere sahip olduğunu düşünmeliyiz; yansıma yasası şu şekilde yazılabilir:

(83.4)'ü kırılma kanunu ile karşılaştırdığımızda, yansıma kanununun, kırılma kanununun özel bir durumu olarak değerlendirilebileceğini görüyoruz. Yansıma ve kırılma yasalarının bu biçimsel benzerliği, pratik sorunların çözümünde büyük fayda sağlar.

Önceki sunumda kırılma indisi, içinden geçen ışığın yoğunluğundan bağımsız olarak ortamın sabiti anlamına geliyordu. Kırılma indisinin bu şekilde yorumlanması oldukça doğaldır, ancak modern lazerler kullanılarak elde edilebilen yüksek radyasyon yoğunlukları durumunda bu doğrulanmaz. Güçlü ışık ışınımının geçtiği ortamın özellikleri bu durumda yoğunluğuna bağlıdır. Dedikleri gibi, ortam doğrusal olmayan hale geliyor. Ortamın doğrusal olmaması, özellikle yüksek yoğunluklu bir ışık dalgasının kırılma indisini değiştirmesiyle kendini gösterir. Kırılma indisinin radyasyon yoğunluğuna bağımlılığı şu şekildedir:

Burada olağan kırılma indisi, doğrusal olmayan kırılma indisidir ve orantı faktörüdür. Bu formüldeki ek terim pozitif ya da negatif olabilir.

Kırılma indeksindeki göreceli değişiklikler nispeten küçüktür. Şu tarihte: doğrusal olmayan kırılma indeksi. Bununla birlikte, kırılma indeksindeki bu kadar küçük değişiklikler bile dikkat çekicidir: kendilerini, ışığın kendi kendine odaklanması gibi tuhaf bir fenomenle gösterirler.

Pozitif doğrusal olmayan kırılma indisine sahip bir ortam düşünelim. Bu durumda, ışık yoğunluğunun arttığı alanlar aynı zamanda kırılma indisinin de arttığı alanlardır. Tipik olarak, gerçek lazer radyasyonunda, bir ışın demetinin kesiti üzerindeki yoğunluk dağılımı düzgün değildir: yoğunluk eksen boyunca maksimumdur ve Şekil 2'de gösterildiği gibi ışının kenarlarına doğru düzgün bir şekilde azalır. 185 katı eğri. Benzer bir dağılım aynı zamanda lazer ışınının yayıldığı eksen boyunca doğrusal olmayan bir ortama sahip bir hücrenin kesiti boyunca kırılma indisindeki değişimi de tanımlar. Küvetin ekseni boyunca en büyük olan kırılma indisi, duvarlarına doğru düzgün bir şekilde azalır (Şekil 185'teki kesikli eğriler).

Lazeri eksene paralel olarak bırakan ve değişken kırılma indisine sahip bir ortama giren ışın demeti, daha büyük olduğu yönde saptırılır. Bu nedenle, küvetin yakınında artan yoğunluk, kesitlerde ve Şekil 2'de şematik olarak gösterilen bu alanda ışık ışınlarının yoğunlaşmasına neden olur. 185 ve bu daha da fazla bir artışa yol açıyor. Sonuçta doğrusal olmayan bir ortamdan geçen ışık ışınının etkin kesiti önemli ölçüde azalır. Işık, yüksek kırılma indisine sahip dar bir kanaldan geçer. Böylece lazer ışın demeti daralır ve yoğun radyasyonun etkisi altındaki doğrusal olmayan ortam toplayıcı mercek görevi görür. Bu olguya kendine odaklanma denir. Örneğin sıvı nitrobenzende gözlemlenebilir.

Pirinç. 185. Küvetin girişindeki (a), giriş ucunun yakınında (), ortada (), küvetin çıkış ucunun yakınında () bir lazer ışın ışınının kesiti üzerinde radyasyon yoğunluğunun ve kırılma indeksinin dağılımı ( )

Şeffaf katıların kırılma indisinin belirlenmesi

Ve sıvılar

Cihazlar ve aksesuarlar: ışık filtreli mikroskop, üzerinde AB işareti bulunan çapraz düzlem paralel plaka; refraktometre markası "RL"; sıvı seti.

Çalışmanın amacı: Cam ve sıvıların kırılma indislerini belirler.

Mikroskop kullanarak camın kırılma indisinin belirlenmesi

Şeffaf bir katının kırılma indisini belirlemek için, bu malzemeden yapılmış işaretli düzlem paralel bir plaka kullanılır.

İşaret, biri (A) tabana, ikincisi (B) plakanın üst yüzeyine uygulanan karşılıklı iki dik çizikten oluşur. Plaka tek renkli ışıkla aydınlatılır ve mikroskopla incelenir. Açık
pirinç. Şekil 4.7, incelenen plakanın dikey düzlemdeki bir kesitini göstermektedir.

AD ve AE ışınları, cam-hava arayüzünde kırıldıktan sonra DD1 ve EE1 yönünde hareket ederek mikroskop merceğine girer.

Plakaya yukarıdan bakan bir gözlemci, DD1 ve EE1 ışınlarının devamının kesişme noktasında A noktasını görür, yani. C noktasında.

Böylece A noktası gözlemciye C noktasında yerleşmiş gibi görünür. Plaka malzemesinin kırılma indisi n, d kalınlığı ve plakanın görünen kalınlığı d1 arasındaki ilişkiyi bulalım.

4.7 VD = VСtgi, BD = АВtgr olduğu açıktır, dolayısıyla

tgi/tgr = AB/BC,

burada AB = d – levha kalınlığı; BC = d1 plakanın görünür kalınlığı.

Eğer i ve r açıları küçükse, o zaman

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4.5)

onlar. Sini/Sinr = d/d1.

Işığın kırılma yasasını dikkate alarak şunu elde ederiz:

d/d1 ölçümü mikroskop kullanılarak yapılır.

Mikroskopun optik tasarımı iki sistemden oluşur: bir mercek ve bir tüpe monte edilmiş bir göz merceği içeren bir gözlem sistemi ve bir ayna ve çıkarılabilir bir filtreden oluşan bir aydınlatma sistemi. Görüntü, tüpün her iki yanında bulunan tutamaçların döndürülmesiyle odaklanır.

Sağ kolun eksenine kadran ölçeğine sahip bir disk monte edilmiştir.

Kadran boyunca sabit ibreye göre okunan b değeri, mercek ile mikroskop tablası arasındaki h mesafesini belirler:

K katsayısı, sap 1° döndürüldüğünde mikroskop tüpünün hangi yüksekliğe hareket ettiğini gösterir.

Bu kurulumdaki merceğin çapı, h mesafesine kıyasla küçüktür, bu nedenle merceğe giren aşırı ışın, mikroskobun optik ekseni ile küçük bir i açısı oluşturur.

Plakadaki ışığın kırılma açısı r, i açısından küçüktür; aynı zamanda küçüktür ve bu durum (4.5) koşuluna karşılık gelir.

İş emri

1. Plakayı, A ve B çizgilerinin kesişme noktası olacak şekilde mikroskop tablasına yerleştirin (bkz.

Kırılma indeksi

4.7) görünürdeydi.

2. Boruyu üst konuma kaldırmak için kaldırma mekanizmasının kolunu döndürün.

3. Göz merceğinden bakarak, görüş alanında plakanın üst yüzeyine uygulanan B çiziğinin net görüntüsü görünene kadar mikroskop tüpünü düzgün bir şekilde indirmek için kolu döndürün. Mikroskop merceğinden plakanın üst kenarına kadar olan h1 mesafesiyle orantılı olan uzvun b1 okumasını kaydedin: h1 = kb1 (Şek.

4. Gözlemciye C noktasında yer aldığı anlaşılan A çiziğinin net bir görüntüsünü elde edinceye kadar tüpü yumuşak bir şekilde indirmeye devam edin. Kadranın yeni b2 değerini kaydedin. h1 merceğinden plakanın üst yüzeyine olan mesafe b2 ile orantılıdır:
h2 = kb2 (Şekil 4.8, b).

Gözlemci bunları eşit netlikte gördüğü için B ve C noktalarından merceğe olan mesafeler eşittir.

h1-h2 tüpünün yer değiştirmesi plakanın görünür kalınlığına eşittir (Şekil 1).

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

5. Konturların kesiştiği noktada d plakasının kalınlığını ölçün. Bunu yapmak için, incelenen plakanın (1) altına yardımcı bir cam plaka (2) yerleştirin (Şekil 4.9) ve mikroskop tüpünü, mercek (hafifçe) incelenen plakaya dokunana kadar indirin. a1 kadranının göstergesine dikkat edin. Çalışma altındaki plakayı çıkarın ve mikroskop tüpünü lens plaka 2'ye dokunana kadar indirin.

a2 okuma notu.

Mikroskop merceği daha sonra incelenen plakanın kalınlığına eşit bir yüksekliğe alçalır, yani.

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

6. Aşağıdaki formülü kullanarak plaka malzemesinin kırılma indisini hesaplayın

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

7. Yukarıdaki ölçümlerin tümünü 3 - 5 kez tekrarlayın, ortalama değer n'yi, mutlak ve bağıl hataları rn ve rn/n'yi hesaplayın.

Refraktometre kullanılarak sıvıların kırılma indeksinin belirlenmesi

Kırılma indekslerini belirlemek için kullanılan aletlere refraktometre denir.

RL refraktometrenin genel görünümü ve optik tasarımı Şekil 1'de gösterilmektedir. 4.10 ve 4.11.

Bir RL refraktometre kullanarak sıvıların kırılma indeksinin ölçülmesi, farklı kırılma indislerine sahip iki ortam arasındaki arayüzden geçen ışığın kırılması olgusuna dayanır.

Işık demeti (Şek.

Şekil 4.11) kaynak 1'den (akkor lamba veya gün ışığı dağınık ışık) ayna 2 yardımıyla cihaz gövdesindeki bir pencereden kırılma indisi 1.540 olan camdan yapılmış prizmalar 3 ve 4'ten oluşan çift prizmaya yönlendirilir. .

Üst aydınlatma prizmasının 3 AA yüzeyi (Şek.

4.12, a) mattır ve prizmalar 3 ve 4 arasındaki boşlukta ince bir tabaka halinde biriken dağınık ışıkla sıvıyı aydınlatmaya yarar. Mat yüzey 3 tarafından saçılan ışık, incelenen sıvının düzlem-paralel tabakasından geçer ve düşer alt prizmanın 4 diyagonal yüzü BB üzerinde farklı koşullar altında
i açıları sıfırdan 90°'ye kadar değişir.

Patlayıcının yüzeyinde ışığın toplam iç yansıması olgusunu önlemek için, incelenen sıvının kırılma indeksi, prizma 4 camının kırılma indeksinden daha az olmalıdır;

1.540'tan az.

Gelme açısı 90° olan ışık ışınına otlama denir.

Sıvı-cam arayüzünde kırılan kayan ışın, maksimum kırılma açısında prizma 4'te hareket edecektir. R halkla ilişkiler< 90о.

Kayan bir ışının D noktasında kırılması (bkz. Şekil 4.12, a) yasaya uyar

nst/nl = sinipr/sinrpr (4.11)

veya nf = nst sinrpr, (4.12)

sinipr = 1'den beri.

Prizma 4'ün BC yüzeyinde ışık ışınlarının kırılması meydana gelir ve ardından

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

burada a prizma 4'ün kırılan ışınıdır.

Denklem sistemini (4.12), (4.13), (4.14) birlikte çözerek, incelenen sıvının kırılma indeksi nj'yi prizmadan çıkan ışının sınırlayıcı kırılma açısı r'pr ile ilişkilendiren bir formül elde edebiliriz. 4:

Prizma 4'ten çıkan ışınların yoluna bir teleskop yerleştirilirse, görüş alanının alt kısmı aydınlanacak, üst kısmı karanlık olacaktır. Açık ve karanlık alanlar arasındaki arayüz, r¢pr sınırlayıcı kırılma açısına sahip ışınlar tarafından oluşturulur. Bu sistemde kırılma açısı r¢pr'den küçük olan ışın yoktur (Şekil 1).

Bu nedenle r¢pr'nin değeri ve chiaroscuro sınırının konumu, yalnızca incelenen sıvının kırılma indisine nf bağlıdır, çünkü nst ve a bu cihazda sabit değerlerdir.

Nst, a ve r¢pr'yi bilerek, (4.15) formülünü kullanarak nl'yi hesaplayabilirsiniz. Pratikte refraktometre ölçeğini kalibre etmek için formül (4.15) kullanılır.

9'u ölçeklendirmek için (bkz.

pirinç. 4.11) solda ld = 5893 Å için kırılma indisi değerleri bulunmaktadır. Göz merceğinin (10 - 11) önünde (—-) işaretli bir plaka (8) bulunmaktadır.

Merceği plaka (8) ile birlikte ölçek boyunca hareket ettirerek, işaretin karanlık ve aydınlık görüş alanları arasındaki arayüzle hizalanması mümkündür.

Dereceli ölçeğin (9) işarete denk gelen bölümü, incelenen sıvının kırılma indisinin (nl) değerini verir. Mercek 6 ve mercek 10 - 11 bir teleskop oluşturur.

Dönen prizma 7, ışının yönünü değiştirerek onu göz merceğine yönlendirir.

Camın ve incelenen sıvının dağılmasından dolayı, karanlık ve açık alanlar arasında net bir sınır yerine, beyaz ışıkta gözlemlendiğinde gökkuşağı şeridi elde edilir. Bu etkiyi ortadan kaldırmak için teleskop merceğinin önüne takılan dağılım dengeleyici 5 kullanılır. Kompansatörün ana kısmı, üç prizmadan birbirine yapıştırılmış ve teleskopun eksenine göre dönebilen bir prizmadır.

Prizmanın ve malzemelerinin kırılma açıları, lд =5893 Å dalga boyuna sahip sarı ışığın kırılmadan içinden geçeceği şekilde seçilir. Renkli ışınların yolu üzerine, dağılımı büyüklük olarak eşit ancak işaret olarak ölçüm prizması ve sıvının dağılımına zıt olacak şekilde bir dengeleme prizması yerleştirilirse, o zaman toplam dağılım sıfır olacaktır. Bu durumda, ışık ışınlarının demeti, yönü sınırlayıcı sarı ışının yönüyle çakışan beyaz bir ışın halinde toplanacaktır.

Böylece telafi edici prizma döndürüldüğünde renk gölgesi ortadan kalkar. Prizma (5) ile birlikte, dağılım kadranı (12) sabit ibreye göre döner (bkz. Şekil 4.10). Uzvun dönme açısı Z, incelenen sıvının ortalama dağılım değerinin değerlendirilmesine olanak tanır.

Kadran ölçeği kademeli olmalıdır. Kuruluma bir program dahildir.

İş emri

1. Prizma 3'ü kaldırın, prizma 4'ün yüzeyine 2-3 damla test sıvısı koyun ve prizma 3'ü indirin (bkz. Şekil 4.10).

3. Oküler hedeflemeyi kullanarak ölçeğin ve görüş alanları arasındaki arayüzün keskin bir görüntüsünü elde edin.

4. Dengeleyicinin (5) kolunu (12) döndürerek görsel alanlar arasındaki arayüzün rengini yok edin.

Merceği ölçek boyunca hareket ettirerek, (—-) işaretini karanlık ve açık alanların sınırıyla hizalayın ve sıvı göstergesinin değerini yazın.

6. Önerilen sıvı setini inceleyin ve ölçüm hatasını değerlendirin.

7. Her ölçümden sonra prizmaların yüzeyini damıtılmış suya batırılmış filtre kağıdıyla silin.

Güvenlik soruları

Seçenek 1

Bir ortamın mutlak ve bağıl kırılma indislerini tanımlar.

2. İki ortam (n2> n1 ve n2) arasındaki arayüzde ışınların yolunu çizin< n1).

3. Kırılma indeksi n'yi plakanın kalınlığı d ve görünür kalınlığı d¢ ile ilişkilendiren bir ilişki elde edin.

4. Görev. Belirli bir madde için toplam iç yansımanın sınır açısı 30°'dir.

Bu maddenin kırılma indisini bulun.

Cevap: n =2.

Seçenek 2

1. Toplam iç yansıma olgusu nedir?

2. RL-2 refraktometrenin tasarımını ve çalışma prensibini açıklayınız.

3. Refraktometrede kompansatörün rolünü açıklayınız.

4. Görev. Yuvarlak bir salın ortasından bir ampul 10 m derinliğe indiriliyor. Salın minimum yarıçapını bulun, ampulden gelen tek bir ışın bile yüzeye ulaşmamalıdır.

Cevap: R = 11,3 m.

KIRILMA ENDEKSİ, veya KIRILMA ENDEKSİ, şeffaf bir ortamın kırılma gücünü karakterize eden soyut bir sayıdır. Kırılma indisi Latin harfi π ile gösterilir ve bir boşluktan belirli bir şeffaf ortama giren bir ışının gelme açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı olarak tanımlanır:

n = sin α/sin β = sabit veya ışığın boşluktaki hızının belirli bir şeffaf ortamdaki hızına oranı olarak: n = c/νλ boşluktan belirli bir şeffaf ortama doğru.

Kırılma indisi bir ortamın optik yoğunluğunun bir ölçüsü olarak kabul edilir

Bu şekilde belirlenen kırılma indisine, göreceli olarak adlandırılanın aksine, mutlak kırılma indisi denir.

e., ışın bir ortamdan geçerken geliş açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranıyla belirlenen kırılma indisi değiştiğinde ışığın yayılma hızının kaç kez yavaşladığını gösterir. bir yoğunluktan başka yoğunluktaki bir ortama. Göreceli kırılma indisi, mutlak kırılma indislerinin oranına eşittir: n = n2/n1; burada n1 ve n2, birinci ve ikinci ortamın mutlak kırılma indisleridir.

Tüm cisimlerin (katı, sıvı ve gaz) mutlak kırılma indisi birden büyüktür ve 1 ile 2 arasında değişir, yalnızca nadir durumlarda 2'yi aşar.

Kırılma indisi hem ortamın özelliklerine hem de ışığın dalga boyuna bağlıdır ve dalga boyu azaldıkça artar.

Bu nedenle p harfine göstergenin hangi dalga boyuna ait olduğunu gösteren bir indeks atanır.

KIRILMA ENDEKSİ

Örneğin, TF-1 camı için spektrumun kırmızı kısmındaki kırılma indisi nC = 1,64210 ve mor kısmında nG' = 1,67298'dir.

Bazı şeffaf cisimlerin kırılma indisleri

Hava - 1.000292

Su - 1.334

Eter - 1.358

Etil alkol - 1.363

Gliserin - 1.473

Organik cam (pleksiglas) - 1, 49

Benzen - 1.503

(Taç cam - 1.5163

Köknar (Kanada), balsam 1,54

Cam ağır taç - 1, 61 26

Çakmaktaşı cam - 1.6164

Karbon disülfit - 1.629

Cam ağır çakmaktaşı - 1, 64 75

Monobromonaftalin - 1.66

Cam en ağır çakmaktaşıdır - 1.92

Elmas - 2.42

Spektrumun farklı bölümleri için kırılma indisindeki fark, kromatizmin nedenidir;

Beyaz ışığın kırılma elemanlarından (mercekler, prizmalar vb.) geçerken ayrışması.

41 numaralı laboratuvar çalışması

Refraktometre kullanılarak sıvıların kırılma indeksinin belirlenmesi

Çalışmanın amacı: Refraktometre kullanılarak toplam iç yansıma yöntemiyle sıvıların kırılma indeksinin belirlenmesi IRF-454B; Bir çözeltinin kırılma indisinin konsantrasyonuna bağımlılığının incelenmesi.

Kurulum açıklaması

Monokromatik olmayan ışık kırıldığında bileşen renklerine bir spektrum halinde ayrışır.

Bu fenomen, bir maddenin kırılma indisinin ışığın frekansına (dalga boyu) bağımlılığından kaynaklanır ve ışık dağılımı olarak adlandırılır.

Bir ortamın kırılma gücünü, dalga boyundaki kırılma indisi ile karakterize etmek gelenekseldir. λ = 589,3 nm (sodyum buharı spektrumundaki iki yakın sarı çizginin dalga boylarının ortalama değeri).

60. Atomik absorpsiyon analizinde bir çözeltideki maddelerin konsantrasyonunu belirlemek için hangi yöntemler kullanılır?

Bu kırılma indisi belirlenmiş ND.

Dağılımın ölçüsü, fark olarak tanımlanan ortalama dağılımdır ( NF-NC), Nerede NF- bir dalga boyunda bir maddenin kırılma indisi λ = 486,1 nm (hidrojen spektrumunda mavi çizgi), NC– maddenin kırılma indisi λ - 656,3 nm (hidrojen spektrumunda kırmızı çizgi).

Bir maddenin kırılması, bağıl dağılımın değeri ile karakterize edilir:
Referans kitapları genellikle göreceli dağılımın tersini verir;

e.
,Nerede — dağılım katsayısı veya Abbe numarası.

Sıvıların kırılma indeksini belirlemeye yönelik kurulum bir refraktometreden oluşur IRF-454B göstergenin ölçüm sınırları ile; refraksiyon ND 1,2 ila 1,7 aralığında; test sıvısı, prizmaların yüzeylerini silmek için peçeteler.

Refraktometre IRF-454B sıvıların kırılma indisini doğrudan ölçmek ve ayrıca laboratuvar koşullarında sıvıların ortalama dağılımını belirlemek için tasarlanmış bir cihazdır.

Cihazın çalışma prensibi IRF-454B Işığın toplam iç yansıması olgusuna dayanmaktadır.

Cihazın şematik diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.

Test edilecek sıvı prizma 1 ve 2'nin iki yüzü arasına yerleştirilir. Kenarları iyi cilalanmış prizma 2 ABölçüyor ve mat kenarlı prizma 1 A1 İÇİNDE1 - aydınlatma. Bir ışık kaynağından gelen ışınlar kenara düşer A1 İLE1 mat bir yüzeye düşmek, kırılmak A1 İÇİNDE1 ve bu yüzey tarafından dağılmışlardır.

Daha sonra incelenen sıvı tabakasından geçerek yüzeye ulaşırlar. AB prizmalar 2.

Kırılma yasasına göre
, Nerede
Ve sırasıyla sıvı ve prizmadaki ışınların kırılma açılarıdır.

Geliş açısı arttıkça
kırılma açısı da artar ve maksimum değerine ulaşır
, Ne zaman
, T.

e. sıvı içindeki bir ışın bir yüzey üzerinde kaydığında AB. Buradan,
. Böylece prizma 2'den çıkan ışınlar belirli bir açıyla sınırlandırılır.
.

Sıvıdan prizma 2'ye geniş açılarla gelen ışınlar arayüzeyde toplam iç yansımaya uğrar AB ve prizmadan geçmeyin.

Söz konusu cihaz sıvıları, kırılma indisini inceliyor kırılma indisinden daha küçüktür prizma 2, bu nedenle sıvı ve cam sınırında kırılan her yönden gelen ışınlar prizmaya girecektir.

Açıkçası, prizmanın geçmeyen ışınlara karşılık gelen kısmı kararacaktır. Prizmadan çıkan ışınların yolu üzerinde bulunan teleskop (4) sayesinde görüş alanının aydınlık ve karanlık kısımlara bölünmesi gözlemlenebilmektedir.

Prizma sisteminin 1-2 döndürülmesiyle, aydınlık ve karanlık alanlar arasındaki arayüz, teleskop göz merceğinin dişlerinin çapraz çizgisiyle hizalanır. 1-2 numaralı prizmalardan oluşan sistem, kırılma indisi değerlerine göre kalibre edilmiş bir ölçeğe bağlıdır.

Ölçek, borunun görüş alanının alt kısmında bulunur ve görüş alanının bir kesitini çapraz ipliklerle birleştirirken, sıvının kırılma indeksinin karşılık gelen değerini verir. .

Dağılım nedeniyle beyaz ışıkta görüş alanının arayüzü renkli olacaktır. Renklenmeyi ortadan kaldırmak ve test maddesinin ortalama dağılımını belirlemek için, iki yapıştırılmış doğrudan görüş prizması sisteminden (Amichi prizmaları) oluşan kompansatör 3 kullanılır.

Prizmalar, hassas bir döner mekanik cihaz kullanılarak aynı anda farklı yönlerde döndürülebilir, böylece kompansatörün kendi dağılımı değiştirilir ve optik sistem (4) aracılığıyla gözlemlenen görüş alanı sınırındaki renklenme ortadan kaldırılır. dispersiyon parametresinin belirlendiği kompansatör, ortalama dispersiyonun maddelerin hesaplanmasına izin verir.

İş emri

Cihazı, kaynaktan (akkor lamba) gelen ışık aydınlatma prizmasına girecek ve görüş alanını eşit şekilde aydınlatacak şekilde ayarlayın.

2. Ölçüm prizmasını açın.

Bir cam çubuk kullanarak yüzeyine birkaç damla su damlatın ve prizmayı dikkatlice kapatın. Prizmalar arasındaki boşluk ince bir su tabakasıyla eşit şekilde doldurulmalıdır (buna özellikle dikkat edin).

Cihazın terazili vidasını kullanarak görüş alanındaki renklenmeyi ortadan kaldırın ve ışık ile gölge arasında keskin bir sınır elde edin. Başka bir vida kullanarak bunu alet merceğinin referans çarpı işaretiyle hizalayın. Göz merceği ölçeğini kullanarak suyun kırılma indisini binde bir doğrulukla belirleyin.

Elde edilen sonuçları su için referans verilerle karşılaştırın. Ölçülen kırılma indisi ile tablodaki arasındaki fark ± 0,001'i geçmiyorsa ölçüm doğru yapılmıştır.

Görev 1

1. Sofra tuzu çözeltisi hazırlayın ( NaCl) çözünürlük sınırına yakın bir konsantrasyona sahip (örneğin, C = 200 g/litre).

Ortaya çıkan çözeltinin kırılma indisini ölçün.

3. Çözeltiyi tamsayı sayıda seyrelterek göstergenin bağımlılığını elde edin; Çözeltinin konsantrasyonundaki kırılma ve tabloyu doldurun. 1.

Tablo 1

Egzersiz yapmak. Yalnızca seyreltme ile maksimumun (başlangıç) 3/4'üne eşit bir çözelti konsantrasyonu nasıl elde edilir?

Bağımlılık grafiği oluşturma n=n(C). Deneysel verilerin daha fazla işlenmesi öğretmenin talimatına göre gerçekleştirilir.

Deneysel verilerin işlenmesi

a) Grafik yöntemi

Grafikten eğimi belirleyin İÇİNDE Deneysel koşullar altında çözünen ve çözücüyü karakterize edecek olan.

2. Grafiği kullanarak çözeltinin konsantrasyonunu belirleyin NaCl laboratuvar asistanı tarafından verilir.

b) Analitik yöntem

En küçük kareler yöntemini kullanarak hesaplama A, İÇİNDE Ve SB.

Bulunan değerlere göre A Ve İÇİNDE ortalamayı belirlemek
çözelti konsantrasyonu NaCl laboratuvar asistanı tarafından verilen

Güvenlik soruları

Işığın dağılımı. Normal dağılım ile anormal dağılım arasındaki fark nedir?

2. Toplam iç yansıma olgusu nedir?

3. Bu düzen neden bir sıvının kırılma indisini prizmanın kırılma indisinden daha büyük ölçemiyor?

4. Neden prizma yüzü A1 İÇİNDE1 mat mı yapıyorlar?

Bozunma, İndeks

Psikolojik Ansiklopedi

Zihinsel bozulmanın derecesini değerlendirmenin bir yolu! Wechsler-Bellevue testiyle ölçülen işlevler. Endeks, testle ölçülen bazı yeteneklerin yaşla birlikte azaldığı, bazılarının ise azalmadığı gözlemine dayanıyor.

Dizin

Psikolojik Ansiklopedi

- indeks, isim kaydı, başlıklar vb. Psikolojide - niceliksel değerlendirme, fenomenlerin karakterizasyonu için dijital bir gösterge.

Bir maddenin kırılma indisi neye bağlıdır?

Dizin

Psikolojik Ansiklopedi

1. En genel anlam: işaretlemek, tanımlamak veya yönlendirmek için kullanılan her şey; göstergeler, yazılar, işaretler veya semboller. 2. Genellikle katsayı olarak ifade edilen, değerler veya ölçümler arasındaki veya bunlar arasındaki bazı ilişkileri gösteren bir formül veya sayı...

Sosyallik, İndeks

Psikolojik Ansiklopedi

Bir kişinin sosyalliğini ifade eden bir özellik. Örneğin bir sosyogram, diğer ölçümlerin yanı sıra, farklı grup üyelerinin sosyalliğine ilişkin bir değerlendirme sağlar.

Seçim, Dizin

Psikolojik Ansiklopedi

Belirli bir testin veya test öğesinin bireyleri birbirinden ayırma gücünü tahmin etmeye yönelik bir formül.

Güvenilirlik, İndeks

Psikolojik Ansiklopedi

Bir testten elde edilen gerçek değerler ile teorik olarak doğru değerler arasındaki korelasyonun tahminini sağlayan bir istatistik.

Bu endeks r'nin değeri olarak verilmektedir; burada r, hesaplanan güvenilirlik katsayısıdır.

Performans Tahmini, Endeks

Psikolojik Ansiklopedi

Değişkenler arasındaki korelasyonun bilindiği göz önüne alındığında, bir değişken hakkındaki bilginin başka bir değişken hakkında tahminlerde bulunmak için ne ölçüde kullanılabileceğinin ölçümü. Genellikle sembolik formda bu E olarak ifade edilir, indeks ise 1 -((...

Kelimeler, Dizin

Psikolojik Ansiklopedi

Kelimelerin yazılı ve/veya konuşma dilindeki sistematik oluşum sıklığı için genel bir terim.

Genellikle bu tür indeksler belirli dilsel alanlarla sınırlıdır; örneğin birinci sınıf ders kitapları, ebeveyn-çocuk etkileşimleri. Ancak tahminler biliniyor...

Vücut Yapıları, Dizin

Psikolojik Ansiklopedi

Eysenck'in, boyun göğüs çevresine oranına dayalı olarak önerdiği vücut ölçümü.

Puanları “normal” aralıkta olanlara mezomorf, standart sapma veya ortalamanın üzerinde olanlara leptomorf, standart sapma veya ortalamanın üzerinde olanlara ise leptomorf adı verildi.

24 No'lu DERS İÇİN

"ARAÇLI ANALİZ YÖNTEMLERİ"

REFRAKTOMETRİ.

Edebiyat:

1. V.D. Ponomarev “Analitik Kimya” 1983 246-251

2. A.A. Ishchenko “Analitik Kimya” 2004 s. 181-184

REFRAKTOMETRİ.

Refraktometri, minimum miktarda analit kullanılarak yapılan en basit fiziksel analiz yöntemlerinden biridir ve çok kısa sürede gerçekleştirilir.

Refraktometri- kırılma veya kırılma olgusuna dayalı bir yöntem;

Bir ortamdan diğerine geçerken ışığın yayılma yönünün değiştirilmesi.

Kırılma ve ışığın emilmesi, ortamla etkileşiminin bir sonucudur.

Refraktometri kelimesi şu anlama gelir: ölçüm kırılma indisinin değeri ile tahmin edilen ışığın kırılması.

Kırılma indeksi değeri N bağlı olmak

1) maddelerin ve sistemlerin bileşimi hakkında,

2) gerçekte hangi konsantrasyonda ve ışık ışınının yolu üzerinde hangi moleküllerle karşılaştığını, çünkü

Işığın etkisi altında farklı maddelerin molekülleri farklı şekilde polarize olur. Refraktometrik yöntemin temeli bu bağımlılığa dayanmaktadır.

Bu yöntemin bir takım avantajları vardır ve bunun sonucunda hem kimyasal araştırmalarda hem de teknolojik süreçlerin kontrolünde geniş uygulama alanı bulmuştur.

1) Kırılma indekslerinin ölçülmesi, doğru bir şekilde ve minimum zaman ve madde miktarıyla gerçekleştirilen çok basit bir işlemdir.

2) Tipik olarak refraktometreler, ışığın kırılma indisini ve analitin içeriğini belirlemede %10'a kadar doğruluk sağlar

Refraktometri yöntemi özgünlüğü ve saflığı kontrol etmek, tek tek maddeleri tanımlamak ve çözeltiler incelenirken organik ve inorganik bileşiklerin yapısını belirlemek için kullanılır.

Refraktometri, iki bileşenli çözeltilerin ve üçlü sistemlerin bileşimini belirlemek için kullanılır.

Yöntemin fiziksel temeli

KIRILMA ENDEKSİ.

İkisinde ışığın yayılma hızı arasındaki fark ne kadar büyükse, bir ışık ışınının bir ortamdan diğerine geçerken orijinal yönünden sapması da o kadar büyük olur.

bu ortamlar.

Herhangi iki şeffaf ortam I ve II'nin sınırında bir ışık ışınının kırılmasını düşünelim (Bkz.

Pirinç.). Ortam II'nin daha büyük bir kırılma gücüne sahip olduğu konusunda hemfikir olalım ve bu nedenle, n1 Ve n2— karşılık gelen ortamın kırılmasını gösterir. Ortam I bir vakum veya hava değilse, ışık ışınının geliş açısının günah kırılma açısına oranı, bağıl kırılma indeksi nrel'in değerini verecektir. Değer n bağıl.

Camın kırılma indisi nedir? Peki bunu ne zaman bilmeniz gerekiyor?

aynı zamanda söz konusu ortamın kırılma indislerinin oranı olarak da tanımlanabilir.

Notrel. = —— = —

Kırılma indisinin değeri şunlara bağlıdır:

1) maddelerin doğası

Bu durumda maddenin doğası, moleküllerinin ışığın etkisi altında deforme olabilirlik derecesi - polarize edilebilirlik derecesi ile belirlenir.

Polarizasyon ne kadar yoğun olursa ışığın kırılması da o kadar güçlü olur.

2)gelen ışığın dalga boyu

Kırılma indisi ölçümü, 589,3 nm ışık dalga boyunda (sodyum spektrumunun D çizgisi) gerçekleştirilir.

Kırılma indisinin ışığın dalga boyuna bağımlılığına dağılım denir.

Dalga boyu ne kadar kısa olursa kırılma o kadar büyük olur. Bu nedenle farklı dalga boylarındaki ışınlar farklı şekilde kırılır.

3)sıcaklık ölçümün yapıldığı yer. Kırılma indeksini belirlemenin ön koşulu sıcaklık rejimine uygunluktur. Genellikle belirleme 20±0.30C'de yapılır.

Sıcaklık arttıkça kırılma indisi azalır; sıcaklık azaldıkça artar..

Sıcaklık etkilerinin düzeltilmesi aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

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

nt – Güle güle Belirli bir sıcaklıkta kırılma indisi,

200C'de n20-kırılma indisi

Sıcaklığın gazların ve sıvıların kırılma indekslerinin değerleri üzerindeki etkisi, hacimsel genleşme katsayılarının değerleriyle ilişkilidir.

Isıtıldığında tüm gazların ve sıvıların hacmi artar, yoğunluk azalır ve sonuç olarak gösterge azalır

20°C'de ölçülen kırılma indisi ve 589,3 nm'lik ışık dalga boyu, indeks ile belirtilir. nD20

Homojen iki bileşenli bir sistemin kırılma indeksinin durumuna bağımlılığı, bileşenlerin içeriği bilinen bir dizi standart sistem (örneğin çözümler) için kırılma indeksinin belirlenmesiyle deneysel olarak belirlenir.

4) maddenin çözelti içindeki konsantrasyonu.

Birçok sulu madde çözeltisi için, farklı konsantrasyonlarda ve sıcaklıklarda kırılma indisleri güvenilir bir şekilde ölçülür ve bu durumlarda referans kitapları kullanılabilir. refraktometrik tablolar.

Uygulama, çözünmüş madde içeriğinin% 10-20'yi geçmediği durumlarda grafik yöntemiyle birlikte birçok durumda kullanmanın mümkün olduğunu göstermektedir. aşağıdaki gibi doğrusal denklem:

n=hayır+FC,

N-çözeltinin kırılma indisi,

HAYIR saf bir çözücünün kırılma indisidir,

C— çözünen madde konsantrasyonu, %

F-değeri bulunan ampirik katsayı

Bilinen konsantrasyondaki çözeltilerin kırılma indeksini belirleyerek.

REFRAKTOMETRELER.

Refraktometreler kırılma indeksini ölçmek için kullanılan aletlerdir.

Bu cihazların 2 tipi vardır: Abbe tipi ve Pulfrich tipi refraktometre. Her iki durumda da ölçümler maksimum kırılma açısının belirlenmesine dayanmaktadır. Uygulamada çeşitli sistemlerin refraktometreleri kullanılır: laboratuvar-RL, evrensel RL, vb.

Damıtılmış suyun kırılma indisi n0 = 1,33299'dur ancak pratikte bu gösterge n0 olarak referans olarak alınır. =1,333.

Refraktometrelerin çalışma prensibi, sınırlayıcı açı yöntemi (ışığın toplam yansıma açısı) ile kırılma indisinin belirlenmesine dayanmaktadır.

El tipi refraktometre

Abbe refraktometre

Işığın kırılma kanunu. Mutlak ve bağıl kırılma indisleri (katsayılar). Toplam iç yansıma

Işığın kırılma kanunu 17. yüzyılda deneysel olarak kuruldu. Işık bir şeffaf ortamdan diğerine geçerken ışığın yönü değişebilir. Farklı ortamların sınırında ışığın yönünün değişmesine ışığın kırılması denir. Kırılma sonucunda cismin şeklinde belirgin bir değişiklik meydana gelir. (örnek: bir bardak suya kaşık). Işık kırılması kanunu: İki ortamın sınırında, kırılan ışın geliş düzleminde bulunur ve geliş noktasında ara yüzeyin normali düzeltilerek, şöyle bir kırılma açısı oluşur: =n 1-geliş, 2-yansıma, n-kırılma indisi (f. Snelius) - bağıl gösterge Havasız uzaydan bir ortama gelen ışının kırılma indisine denir. mutlak kırılma indisi. Kırılan ışının, optik olarak daha yoğun bir ortama geçmeden iki ortam arasındaki arayüz boyunca kaymaya başladığı geliş açısı - toplam iç yansımanın sınır açısı. Toplam iç yansıma- geliş açısının belirli bir kritik açıyı aşması koşuluyla iç yansıma. Bu durumda gelen dalga tamamen yansıtılır ve yansıma katsayısının değeri cilalı yüzeyler için en yüksek değerleri aşar. Toplam iç yansımanın yansıması dalga boyundan bağımsızdır. Optikte bu olay, X-ışını aralığı da dahil olmak üzere geniş bir elektromanyetik radyasyon aralığı için gözlemlenir. Geometrik optikte olay Snell yasası çerçevesinde açıklanır. Kırılma açısının 90°'yi geçemeyeceği göz önüne alındığında, sinüsü küçük kırılma indisinin büyük indise oranından daha büyük olan bir gelme açısında, elektromanyetik dalganın birinci ortama tamamen yansıması gerektiğini bulduk. Örnek: Pek çok doğal kristalin ve özellikle kesilmiş değerli ve yarı değerli taşların parlak parlaklığı, toplam iç yansımayla açıklanır; bunun sonucunda kristale giren her ışın, ortaya çıkan çok sayıda oldukça parlak ışın oluşturur. dağılmanın bir sonucudur.

Refraktometrinin uygulama alanları.

IRF-22 refraktometrenin tasarımı ve çalışma prensibi.

Kırılma indisi kavramı.

Planı

Refraktometri. Yöntemin özellikleri ve özü.

Maddeleri tanımlamak ve saflıklarını kontrol etmek için şunları kullanırlar:

kırılma yapıcı.

Bir maddenin kırılma indisi- ışığın (elektromanyetik dalgalar) vakumdaki ve görünür ortamdaki faz hızlarının oranına eşit bir değer.

Kırılma indisi maddenin özelliklerine ve dalga boyuna bağlıdır.

elektromanyetik radyasyon. Geliş açısının sinüsünün göreceli oranı

ışının kırılma düzlemine (α) kırılma açısının sinüsüne çizilen normal

Bir ışının A ortamından B ortamına geçerken kırılmasına (β), bu ortam çiftinin bağıl kırılma indisi denir.

n değeri, B ortamının bağıl kırılma indisidir.

A ortamıyla ilişki ve

A ortamının bağıl kırılma indisi

Havasız bir ortamdan gelen ışının kırılma indisi

uzaya mutlak kırılma indisi denir veya

basitçe belirli bir ortamın kırılma indisi (Tablo 1).

Tablo 1 - Çeşitli ortamların kırılma indeksleri

Sıvıların kırılma indisi 1,2-1,9 aralığındadır. Sağlam

maddeler 1.3-4.0. Bazı minerallerin kesin değeri yoktur

kırılma için. Değeri bir “çatal”dadır ve belirler

Rengi belirleyen kristal yapıdaki yabancı maddelerin varlığı nedeniyle

kristal.

Bir mineralin “renk” ile tanımlanması zordur. Böylece, mineral korindon yakut, safir, lökosafir formunda farklılık gösterir.

kırılma indisi ve rengi. Kırmızı korundumlara yakut denir

(krom safsızlığı), renksiz mavi, açık mavi, pembe, sarı, yeşil,

menekşe - safirler (kobalt, titanyum vb. katkıları). Açık renkli

beyaz safir veya renksiz korindon, lökosafir olarak adlandırılır (yaygın olarak

optikte filtre olarak kullanılır). Bu kristallerin kırılma indisi

çelikler 1.757-1.778 aralığında yer alır ve tanımlamanın temelini oluşturur

Şekil 3.1 – Yakut Şekil 3.2 – Mavi safir

Organik ve inorganik sıvılar ayrıca onları kimyasal olarak karakterize eden karakteristik kırılma indisi değerlerine sahiptir.

Rus bileşikleri ve sentezlerinin kalitesi (Tablo 2):

Tablo 2 - Bazı sıvıların 20 °C'deki kırılma indisleri

4.2. Refraktometri: kavram, prensip.

Bir göstergenin belirlenmesine dayalı maddeleri incelemek için bir yöntem

Kırılma (kırılma) (indeksi) refraktometri olarak adlandırılır (dan

enlem. refraktus - kırılmış ve Yunanca. metreo - ölçüyorum). Refraktometri

(refraktometrik yöntem) kimyasalların tanımlanmasında kullanılır.

bileşikler, kantitatif ve yapısal analiz, fiziksel tayini

Maddelerin kimyasal parametreleri. Uygulanan refraktometri prensibi

Abbe refraktometrelerinde, Şekil 1'de gösterilmektedir.

Şekil 1 - Refraktometri prensibi

Abbe prizma bloğu iki dikdörtgen prizmadan oluşur: aydınlatma

hipotenüs yüzleriyle katlanmış telial ve ölçüm. Aydınlatıcı-

Bu prizmanın kaba (mat) bir hipotenüs yüzeyi vardır ve

Prizmalar arasına yerleştirilen bir sıvı numunesinin aydınlatılması için Chen.

Dağınık ışık, incelenen sıvının düzlemsel paralel katmanından geçer ve sıvı içinde kırılarak ölçüm prizmasının üzerine düşer. Ölçüm prizması optik olarak yoğun camdan (ağır çakmaktaşı) yapılmıştır ve kırılma indisi 1,7'den yüksektir. Bu nedenle Abbe refraktometresi 1,7'den küçük n değeri ölçer. Kırılma indisi ölçüm aralığının arttırılması ancak ölçüm prizmasının değiştirilmesiyle sağlanabilir.

Test numunesi ölçüm prizmasının hipotenüs yüzeyine dökülür ve aydınlatıcı bir prizma ile bastırılır. Bu durumda numunenin yerleştirildiği prizmalar arasında 0,1-0,2 mm'lik bir boşluk kalır.

kırılan ışıktan geçer. Kırılma indeksini ölçmek için

Toplam iç yansıma olgusunu kullanın. İçinde yatıyor

Sonraki.

1, 2, 3 numaralı ışınlar iki ortam arasındaki arayüze düşerse, o zaman

kırılma ortamında gözlemlenirken geliş açısına bağlı olarak

Farklı aydınlatmaya sahip alanlar arasında geçiş vardır. Bağlı

ışığın bir kısmı kırılma sınırına yakın bir açıyla düşüyor

normale göre 90°'ye kadar (kiriş 3). (Şekil 2).

Şekil 2 - Kırılan ışınların görüntüsü

Işınların bu kısmı yansımadığından daha hafif bir ortam oluşturur.

kırılma sırasındaki güç. Daha küçük açılı ışınlar da yansımaya maruz kalır

ve kırılma. Dolayısıyla daha az aydınlığın olduğu bir alan oluşur. Hacim olarak

Toplam iç yansımanın sınır çizgisi mercek üzerinde görülebilir, konum

bu, numunenin kırılma özelliklerine bağlıdır.

Dağılım olgusunun ortadan kaldırılması (Abbe refraktometrelerinde karmaşık beyaz ışık kullanılması nedeniyle iki aydınlatma alanı arasındaki arayüzün gökkuşağı renklerinde renklendirilmesi), teleskopa monte edilen kompansatördeki iki Amici prizması kullanılarak elde edilir. . Aynı zamanda merceğe bir ölçek yansıtılır (Şekil 3). Analiz için 0,05 ml sıvı yeterlidir.

Şekil 3 - Refraktometre göz merceğinden görünüm. (Doğru ölçek yansıtır

ölçülen bileşenin ppm cinsinden konsantrasyonu)

Tek bileşenli numunelerin analizine ek olarak,

iki bileşenli sistemler (sulu çözeltiler, maddelerin çözeltileri)

veya solvent). İdeal iki bileşenli sistemlerde (oluşturan

bileşenlerin hacmini ve polarize edilebilirliğini değiştirmeden), bağımlılık şunu gösterir:

Eğer bileşim şu şekilde ifade edilirse, kırılmanın bileşime bağımlılığı doğrusala yakındır.

hacim kesirleri (yüzde)

burada: n, n1, n2 - karışımın ve bileşenlerin kırılma indeksleri,

V1 ve V2, bileşenlerin hacim kesirleridir (V1 + V2 = 1).

Sıcaklığın kırılma indisi üzerindeki etkisi iki faktör tarafından belirlenir.

faktörler: birim hacim başına sıvı parçacıkların sayısındaki değişiklik ve

Moleküllerin polarize edilebilirliğinin sıcaklığa bağımlılığı. İkinci faktör oldu

yalnızca çok büyük sıcaklık değişimlerinde anlamlı hale gelir.

Kırılma indeksinin sıcaklık katsayısı, yoğunluğun sıcaklık katsayısı ile orantılıdır. Tüm sıvılar ısıtıldığında genleştiği için sıcaklık arttıkça kırılma indisleri azalır. Sıcaklık katsayısı sıvının sıcaklığına bağlıdır ancak küçük sıcaklık aralıklarında sabit kabul edilebilir. Bu nedenle çoğu refraktometrede sıcaklık kontrolü yoktur ancak bazı tasarımlar sıcaklık kontrolü sağlar.

su termostatı.

Kırılma indisinin sıcaklık değişiklikleriyle doğrusal ekstrapolasyonu, küçük sıcaklık farkları için (10 – 20°C) kabul edilebilir.

Geniş sıcaklık aralıklarında kırılma indisinin doğru belirlenmesi, aşağıdaki ampirik formüller kullanılarak gerçekleştirilir:

nt=n0+at+bt2+…

Geniş konsantrasyon aralıklarındaki çözeltilerin refraktometrisi için

tablolar veya ampirik formüller kullanın. Görüntü bağımlılığı -

Konsantrasyona bağlı olarak bazı maddelerin sulu çözeltilerinin kırılma indisi

doğrusala yakındır ve bu maddelerin konsantrasyonlarını belirlemeyi mümkün kılar.

kırılmayı kullanarak geniş konsantrasyon aralıklarındaki su (Şekil 4)

tometreler.

Şekil 4 - Bazı sulu çözeltilerin kırılma indisi

Genellikle n adet sıvı ve katı cisim refraktometreler tarafından hassas bir şekilde belirlenir

0,0001'e kadar. En yaygın olanı, nD'nin bir ölçek veya dijital gösterge kullanılarak "beyaz" ışıkta belirlenmesine olanak tanıyan prizma bloklu ve dağılım kompansatörlü Abbe refraktometreleridir (Şekil 5).

Şekil 5 - Abbe refraktometresi (IRF-454; IRF-22)

KIRILMA ENDEKSİ(kırılma indisi) - optik. ilgili çevrenin karakteristik özelliği ışığın kırılması iki şeffaf optik olarak homojen ve izotropik ortam arasındaki arayüzde, bir ortamdan diğerine geçiş sırasında ve ortamdaki ışığın yayılmasının faz hızlarındaki farklılıktan dolayı.

P. p'nin değeri bu hızların oranına eşittir. akraba Bu ortamların P. s. Işık ikinci veya birinci ortama düşerse (ışık hızı nerededir)

İle) , ardından miktarlar bu ortalamaların mutlak yüzdesi. Bu durumda, gelme ve kırılma açılarının olduğu yerde bir kırılma yasası yazılabilir. Mutlak güç faktörünün büyüklüğü, maddenin doğasına ve yapısına, toplanma durumuna, sıcaklığa, basınca vb. bağlıdır. Yüksek yoğunluklarda, güç faktörü ışığın yoğunluğuna bağlıdır (bkz. Doğrusal olmayan optik) . Bir dizi maddede P., dış etkilerin etkisi altında değişir. elektrik alanlar ( Kerr etkisi

- sıvılarda ve gazlarda; elektro-optik Pockels etkisi- kristallerde).

İki PP ile karakterize edilirler: sıradan (izotropik ortama benzer) ve olağanüstü, büyüklüğü ışının geliş açısına ve dolayısıyla ışığın ortamdaki yayılma yönüne bağlıdır (bkz. Kristal optik Emme içeren ortamlar için (özellikle metaller için), emme katsayısı karmaşık bir değerdir ve ha'nın olağan emme katsayısı ve emme indeksi olduğu formda temsil edilebilir (bkz. Işık emilimi, Metal optik).

P. s. makroskobiktir. çevrenin özellikleri ve onunla ilişkili dielektrik sabiti n mag. geçirgenlik Klasik elektron teorisi (bkz. Işık dağılımı) P. p'nin değerini mikroskobik olarak ilişkilendirmemizi sağlar. ortamın özellikleri - elektronik polarize edilebilirlik atomların doğasına ve ışık ve ortamın frekansına bağlı olarak atom (veya molekül): burada N- birim hacim başına atom sayısı.

Bir atoma (molekül) etki eden elektrik. Işık dalgasının alanı optik dalganın yer değiştirmesine neden olur. denge konumundan elektron; atom indükleyicileri elde eder. dipol momenti, gelen ışığın frekansına göre zamanla değişir ve ikincil tutarlı dalgaların kaynağıdır. ortama gelen bir dalgaya müdahale ederek ortamda faz hızıyla yayılan bir ışık dalgası oluştururlar ve dolayısıyla

Geleneksel (lazer olmayan) ışık kaynaklarının yoğunluğu nispeten düşüktür, elektrik yoğunluğu. Atoma etki eden ışık dalgasının alanı, atom içi elektrik gücünden çok daha azdır. alanlar ve bir atomdaki bir elektron harmonik olarak kabul edilebilir. osilatör. Bu yaklaşımda değer ve P. p.

Işık yoğunluğundan bağımsız olarak (belirli bir frekansta) sabit miktarlardır. Güçlü lazerlerin yarattığı yoğun ışık akılarında elektriksel değer. Bir ışık dalgasının alanı atom içi elektrik gücüyle orantılı olabilir.

alanlar ve uyum osilatör modelinin kabul edilemez olduğu ortaya çıkıyor. Elektron-atom sistemindeki kuvvetlerin uyumsuzluğunun hesaba katılması, atomun polarize edilebilirliğinin ve dolayısıyla parçacığın polarize edilebilirliğinin ışığın yoğunluğuna bağımlı olmasına yol açar. ve arasındaki ilişkinin doğrusal olmadığı ortaya çıkıyor; P. s. şeklinde temsil edilebilir. Nerede - P. s. düşük ışık yoğunluklarında;(genellikle kabul edilen atama) - P. p.'ye veya katsayıya doğrusal olmayan ekleme. doğrusal olmama.