Các quá trình liên quan đến ánh sáng là một thành phần quan trọng của vật lý và bao quanh chúng ta ở mọi nơi trong cuộc sống hàng ngày. Điều quan trọng nhất trong tình huống này là các định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng, nền tảng của quang học hiện đại. Sự khúc xạ ánh sáng là một phần quan trọng của khoa học hiện đại.

Hiệu ứng biến dạng

Bài viết này sẽ cho bạn biết hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì, cũng như định luật khúc xạ trông như thế nào và điều gì dẫn đến nó.

Cơ sở của một hiện tượng vật lý

Khi một chùm tia rơi trên một bề mặt được ngăn cách bởi hai chất trong suốt có mật độ quang học khác nhau (ví dụ: thủy tinh khác nhau hoặc trong nước), một số tia sẽ bị phản xạ và một số sẽ xuyên qua cấu trúc thứ hai (ví dụ: chúng sẽ lan truyền trong nước hoặc thủy tinh). Khi di chuyển từ môi trường này sang môi trường khác, tia sáng thường thay đổi hướng của nó. Đây là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
Sự phản xạ và khúc xạ của ánh sáng đặc biệt rõ ràng trong nước.

Hiệu ứng biến dạng trong nước

Nhìn vào những thứ trong nước, chúng có vẻ méo mó. Điều này đặc biệt đáng chú ý ở ranh giới giữa không khí và nước. Nhìn bề ngoài, các vật thể dưới nước dường như bị lệch một chút. Hiện tượng vật lý được mô tả chính xác là lý do tại sao mọi vật thể đều bị biến dạng trong nước. Khi các tia chiếu vào kính, hiệu ứng này ít được chú ý hơn.
Khúc xạ ánh sáng là một hiện tượng vật lý được đặc trưng bởi sự thay đổi hướng chuyển động của tia mặt trời tại thời điểm nó di chuyển từ môi trường (cấu trúc) này sang môi trường (cấu trúc) khác.
Để nâng cao hiểu biết của chúng ta về quá trình này, hãy xem xét một ví dụ về một chùm tia chạm vào nước từ không khí (tương tự đối với thủy tinh). Bằng cách vẽ một đường vuông góc dọc theo bề mặt, có thể đo được góc khúc xạ và phản xạ của chùm sáng. Chỉ số này (góc khúc xạ) sẽ thay đổi khi dòng nước xuyên qua nước (bên trong kính).
Hãy chú ý! Thông số này được hiểu là góc tạo bởi đường vuông góc vẽ đường phân cách giữa hai chất khi một chùm tia xuyên qua từ cấu trúc thứ nhất đến cấu trúc thứ hai.

Tia đi qua

Chỉ báo tương tự là điển hình cho các môi trường khác. Người ta đã xác định rằng chỉ số này phụ thuộc vào mật độ của chất. Nếu chùm tia rơi từ cấu trúc ít đậm đặc hơn sang cấu trúc dày đặc hơn thì góc biến dạng được tạo ra sẽ lớn hơn. Và nếu ngược lại thì ít hơn.
Đồng thời, sự thay đổi độ dốc giảm cũng sẽ ảnh hưởng đến chỉ báo này. Nhưng mối quan hệ giữa họ không duy trì liên tục. Đồng thời, tỷ số sin của chúng sẽ giữ nguyên giá trị không đổi, được thể hiện bằng công thức sau: sinα / sinγ = n, trong đó:

• n là giá trị không đổi được mô tả cho từng chất cụ thể (không khí, thủy tinh, nước, v.v.). Do đó, giá trị này có thể được xác định bằng cách sử dụng các bảng đặc biệt;
• α - góc tới;
• γ – góc khúc xạ.

Để xác định hiện tượng vật lý này, định luật khúc xạ đã được tạo ra.

Định luật vật lý

Định luật khúc xạ thông lượng ánh sáng cho phép chúng ta xác định tính chất của các chất trong suốt. Bản thân luật bao gồm hai điều khoản:

• phần đầu tiên. Chùm tia (sự cố, đã sửa đổi) và đường vuông góc, được khôi phục tại điểm tới trên ranh giới, ví dụ, của không khí và nước (thủy tinh, v.v.), sẽ nằm trong cùng một mặt phẳng;
• phần thứ hai. Tỉ số giữa sin của góc tới và sin của cùng một góc tạo thành khi đi qua ranh giới sẽ không đổi.

Mô tả luật

Trong trường hợp này, tại thời điểm chùm tia đi từ cấu trúc thứ hai sang cấu trúc thứ nhất (ví dụ, khi luồng ánh sáng truyền từ không khí, xuyên qua kính và quay trở lại không khí), hiệu ứng biến dạng cũng sẽ xảy ra.

Một tham số quan trọng cho các đối tượng khác nhau

Chỉ báo chính trong tình huống này là tỷ lệ giữa sin của góc tới với một tham số tương tự, nhưng đối với độ méo. Theo định luật được mô tả ở trên, chỉ báo này là một giá trị không đổi.
Hơn nữa, khi giá trị của độ dốc giảm thay đổi, tình huống tương tự sẽ xảy ra đối với một chỉ báo tương tự. Thông số này có tầm quan trọng lớn vì nó là đặc tính không thể thiếu của các chất trong suốt.

Các chỉ số cho các đối tượng khác nhau

Nhờ thông số này, bạn có thể phân biệt khá hiệu quả giữa các loại thủy tinh cũng như các loại đá quý khác nhau. Nó cũng quan trọng để xác định tốc độ ánh sáng trong các môi trường khác nhau.

Hãy chú ý! Tốc độ truyền ánh sáng cao nhất là trong chân không.

Khi di chuyển từ chất này sang chất khác, vận tốc của nó sẽ giảm đi. Ví dụ, kim cương có chiết suất cao nhất sẽ có tốc độ truyền photon cao hơn không khí 2,42 lần. Trong nước, chúng sẽ lây lan chậm hơn 1,33 lần. Đối với các loại kính khác nhau, thông số này dao động từ 1,4 đến 2,2.

Hãy chú ý! Một số loại kính có chiết suất 2,2, rất gần với kim cương (2,4). Vì vậy, không phải lúc nào cũng có thể phân biệt được một mảnh thủy tinh với một viên kim cương thật.

Mật độ quang học của chất

Ánh sáng có thể xuyên qua các chất khác nhau, được đặc trưng bởi mật độ quang học khác nhau. Như chúng tôi đã nói trước đó, sử dụng định luật này, bạn có thể xác định đặc tính mật độ của môi trường (cấu trúc). Nó càng dày đặc thì tốc độ ánh sáng truyền qua nó càng chậm. Ví dụ, thủy tinh hoặc nước sẽ đậm đặc hơn không khí.
Ngoài việc thông số này là một giá trị không đổi, nó còn phản ánh tỷ số tốc độ ánh sáng trong hai chất. Ý nghĩa vật lý có thể được biểu diễn dưới dạng công thức sau:

Chỉ báo này cho biết tốc độ truyền của các photon thay đổi như thế nào khi di chuyển từ chất này sang chất khác.

Một chỉ số quan trọng khác

Khi một luồng ánh sáng di chuyển qua các vật thể trong suốt, sự phân cực của nó có thể xảy ra. Nó được quan sát thấy trong quá trình truyền ánh sáng từ môi trường đẳng hướng điện môi. Sự phân cực xảy ra khi các photon đi qua thủy tinh.

Hiệu ứng phân cực

Sự phân cực một phần được quan sát thấy khi góc tới của luồng ánh sáng ở ranh giới của hai chất điện môi khác 0.

Mức độ phân cực phụ thuộc vào góc tới (định luật Brewster).

Phản ánh nội bộ đầy đủ

Kết thúc chuyến tham quan ngắn ngủi của chúng ta, vẫn cần phải coi hiệu ứng đó là sự phản ánh nội tâm đầy đủ.

Hiện tượng hiển thị đầy đủ Để hiệu ứng này xuất hiện, cần phải tăng góc tới của luồng ánh sáng tại thời điểm nó chuyển từ môi trường đậm đặc hơn sang môi trường ít đậm đặc hơn ở bề mặt tiếp xúc giữa các chất. Trong trường hợp tham số này vượt quá một giá trị giới hạn nhất định thì các photon tới trên ranh giới của phần này sẽ bị phản xạ hoàn toàn. Thực ra đây sẽ là hiện tượng chúng ta mong muốn.

Không có nó thì không thể chế tạo được cáp quang.

Ứng dụng thực tế của hoạt động của luồng ánh sáng đã mang lại rất nhiều lợi ích, tạo ra nhiều loại thiết bị kỹ thuật để cải thiện cuộc sống của chúng ta. Đồng thời, ánh sáng vẫn chưa bộc lộ hết khả năng của nó cho nhân loại và tiềm năng thực tiễn của nó cũng chưa được phát huy hết.

Cách làm đèn giấy bằng tay của chính bạn
Cách kiểm tra hiệu suất của dải đèn LED

Chúng ta hãy chuyển sang xem xét chi tiết hơn về chiết suất, mà chúng ta đã giới thiệu ở §81 khi xây dựng định luật khúc xạ.

Chiết suất phụ thuộc vào tính chất quang học của cả môi trường mà chùm tia truyền tới và môi trường mà nó xuyên qua. Chiết suất thu được khi ánh sáng từ chân không chiếu vào bất kỳ môi trường nào được gọi là chiết suất tuyệt đối của môi trường đó.

Cơm. 184. Chiết suất tương đối của hai môi trường:

Gọi chiết suất tuyệt đối của môi trường thứ nhất và chiết suất tuyệt đối của môi trường thứ hai - . Xét khúc xạ ở ranh giới của môi trường thứ nhất và thứ hai, chúng ta đảm bảo rằng chiết suất trong quá trình chuyển từ môi trường thứ nhất sang môi trường thứ hai, gọi là chiết suất tương đối, bằng tỷ số chiết suất tuyệt đối của phương tiện truyền thông thứ hai và thứ nhất:

(Hình 184). Ngược lại, khi truyền từ môi trường thứ hai sang môi trường thứ nhất chúng ta có chiết suất tương đối

Mối liên hệ đã được thiết lập giữa chiết suất tương đối của hai môi trường và chiết suất tuyệt đối của chúng có thể được suy ra về mặt lý thuyết mà không cần các thí nghiệm mới, giống như điều này có thể được thực hiện đối với định luật nghịch đảo (§82),

Môi trường có chiết suất cao hơn được gọi là môi trường chiết quang hơn. Chỉ số khúc xạ của các môi trường khác nhau so với không khí thường được đo. Chiết suất tuyệt đối của không khí là . Như vậy, chiết suất tuyệt đối của bất kỳ môi trường nào đều liên hệ với chiết suất của nó đối với không khí theo công thức

Bảng 6. Chiết suất của các chất so với không khí

Chiết suất phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng, tức là vào màu sắc của nó. Màu sắc khác nhau tương ứng với các chỉ số khúc xạ khác nhau. Hiện tượng này gọi là tán sắc, đóng một vai trò quan trọng trong quang học. Chúng ta sẽ đề cập đến hiện tượng này nhiều lần trong các chương tiếp theo. Dữ liệu được đưa ra trong bảng. 6, tham khảo ánh sáng màu vàng.

Thật thú vị khi lưu ý rằng định luật phản xạ có thể được viết chính thức dưới dạng tương tự như định luật khúc xạ. Chúng ta hãy nhớ rằng chúng ta đã đồng ý luôn đo các góc vuông góc với tia tương ứng. Vì vậy, chúng ta phải coi góc tới và góc phản xạ có dấu trái ngược nhau, tức là định luật phản xạ có thể được viết là

So sánh (83.4) với định luật khúc xạ, ta thấy định luật phản xạ có thể coi là trường hợp đặc biệt của định luật khúc xạ tại . Sự giống nhau về mặt hình thức này của các định luật phản xạ và khúc xạ mang lại lợi ích to lớn trong việc giải các bài toán thực tế.

Trong phần trình bày trước, chiết suất có ý nghĩa là hằng số của môi trường, không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng truyền qua nó. Cách giải thích chiết suất này là khá tự nhiên, nhưng trong trường hợp cường độ bức xạ cao có thể đạt được bằng cách sử dụng các tia laser hiện đại thì điều đó là không hợp lý. Các tính chất của môi trường mà bức xạ ánh sáng mạnh truyền qua trong trường hợp này phụ thuộc vào cường độ của nó. Như họ nói, môi trường trở nên phi tuyến tính. Tính phi tuyến của môi trường đặc biệt biểu hiện ở chỗ một sóng ánh sáng cường độ cao làm thay đổi chiết suất. Sự phụ thuộc của chiết suất vào cường độ bức xạ có dạng

Đây là chiết suất thông thường, và là chiết suất phi tuyến, và là hệ số tỉ lệ. Số hạng bổ sung trong công thức này có thể dương hoặc âm.

Những thay đổi tương đối về chiết suất là tương đối nhỏ. Tại chỉ số khúc xạ phi tuyến. Tuy nhiên, ngay cả những thay đổi nhỏ như vậy trong chiết suất cũng có thể nhận thấy được: chúng thể hiện ở một hiện tượng đặc biệt là ánh sáng tự hội tụ.

Chúng ta hãy xem xét một môi trường có chiết suất phi tuyến dương. Trong trường hợp này, những vùng có cường độ ánh sáng tăng đồng thời là những vùng có chiết suất tăng. Thông thường, trong bức xạ laser thực, sự phân bố cường độ trên mặt cắt ngang của chùm tia là không đồng đều: cường độ đạt cực đại dọc theo trục và giảm dần về phía các cạnh của chùm tia, như trong Hình 2. 185 đường cong rắn. Một phân bố tương tự cũng mô tả sự thay đổi chiết suất trên mặt cắt ngang của một tế bào với môi trường phi tuyến dọc theo trục mà chùm tia laser truyền đi. Chiết suất, lớn nhất dọc theo trục của cuvet, giảm dần về phía thành của cuvet (các đường cong nét đứt trong Hình 185).

Một chùm tia rời khỏi tia laser song song với trục, đi vào môi trường có chiết suất thay đổi, bị lệch theo hướng lớn hơn. Do đó, cường độ tăng gần cuvet dẫn đến sự tập trung của các tia sáng trong khu vực này, được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong các mặt cắt ngang và trong Hình 2. 185, và điều này dẫn đến sự gia tăng hơn nữa. Cuối cùng, tiết diện hiệu dụng của chùm ánh sáng truyền qua môi trường phi tuyến giảm đi đáng kể. Ánh sáng truyền qua một kênh hẹp có chiết suất cao. Do đó, chùm tia laser bị thu hẹp và môi trường phi tuyến, dưới tác dụng của bức xạ cường độ cao, hoạt động như một thấu kính thu thập. Hiện tượng này được gọi là tự lấy nét. Ví dụ, nó có thể được quan sát thấy trong nitrobenzen lỏng.

Cơm. 185. Phân bố cường độ bức xạ và chiết suất trên tiết diện của chùm tia laser tại lối vào cuvet (a), gần đầu vào (), ở giữa (), gần đầu ra của cuvet ( )

Xác định chiết suất của chất rắn trong suốt

Và chất lỏng

Thiết bị và phụ kiện: kính hiển vi có bộ lọc ánh sáng, tấm phẳng song song có dấu AB dạng chữ thập; khúc xạ kế nhãn hiệu "RL"; bộ chất lỏng.

Mục đích của công việc: xác định chiết suất của thủy tinh và chất lỏng.

Xác định chiết suất của thủy tinh bằng kính hiển vi

Để xác định chiết suất của chất rắn trong suốt, người ta sử dụng một tấm phẳng song song làm bằng vật liệu này có đánh dấu.

Dấu này bao gồm hai vết xước vuông góc với nhau, một trong số đó (A) được dán vào đáy và vết thứ hai (B) được dán lên bề mặt trên của tấm. Tấm được chiếu sáng bằng ánh sáng đơn sắc và nhìn qua kính hiển vi. TRÊN
cơm. Hình 4.7 thể hiện mặt cắt ngang của tấm đang nghiên cứu với mặt phẳng thẳng đứng.

Các tia AD và AE sau khi khúc xạ ở mặt phân cách thủy tinh-không khí truyền theo các hướng DD1 và EE1 rồi đi vào thấu kính hiển vi.

Người quan sát nhìn vào tấm kính từ trên xuống sẽ thấy điểm A ở giao điểm của tia DD1 và EE1, tức là. tại điểm C

Do đó, đối với người quan sát, điểm A dường như nằm ở điểm C. Chúng ta hãy tìm mối liên hệ giữa chiết suất n của vật liệu tấm, độ dày d và độ dày biểu kiến ​​d1 của tấm.

4.7 rõ ràng VD = VСtgi, BD = АВtgr, từ đó

tgi/tgr = AB/BC,

trong đó AB = d - chiều dày tấm; BC = d1 chiều dày biểu kiến ​​của tấm.

Nếu góc i và r nhỏ thì

Sini/Sirr = tgi/tgr, (4.5)

những thứ kia. Sini/Sirr = d/d1.

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có

Phép đo d/d1 được thực hiện bằng kính hiển vi.

Thiết kế quang học của kính hiển vi bao gồm hai hệ thống: hệ thống quan sát bao gồm thấu kính và thị kính gắn trong ống và hệ thống chiếu sáng bao gồm gương và bộ lọc có thể tháo rời. Hình ảnh được lấy nét bằng cách xoay các tay cầm nằm ở cả hai bên của ống.

Một đĩa có thang quay số được gắn trên trục của tay cầm bên phải.

Số đọc b dọc theo mặt số so với con trỏ cố định sẽ xác định khoảng cách h từ thấu kính đến bàn kính hiển vi:

Hệ số k cho biết ống kính hiển vi di chuyển đến độ cao nào khi tay cầm quay 1°.

Đường kính của thấu kính trong cách bố trí này nhỏ so với khoảng cách h, do đó tia cực trị đi vào thấu kính tạo thành một góc nhỏ i với trục quang của kính hiển vi.

Góc khúc xạ r của ánh sáng trong bản nhỏ hơn góc i, tức là cũng nhỏ, tương ứng với điều kiện (4.5).

Lệnh làm việc

1. Đặt tấm lên bệ kính hiển vi sao cho điểm giao nhau của đường A và B (xem Hình 2).

chỉ số khúc xạ

4.7) đã ở trong tầm mắt.

2. Xoay tay cầm của cơ cấu nâng để nâng ống lên vị trí trên.

3. Nhìn qua thị kính, xoay tay cầm để hạ thấp ống kính hiển vi một cách nhẹ nhàng cho đến khi nhìn thấy hình ảnh rõ ràng của vết xước B dán lên bề mặt trên của tấm kính trong trường nhìn. Ghi số đọc b1 của chi, tỷ lệ thuận với khoảng cách h1 từ thấu kính hiển vi đến mép trên của tấm: h1 = kb1 (Hình 2).

4. Tiếp tục hạ thấp ống một cách nhẹ nhàng cho đến khi bạn nhìn thấy hình ảnh rõ ràng của vết xước A, mà người quan sát thấy dường như nằm ở điểm C. Ghi lại số đọc b2 mới của mặt số. Khoảng cách h1 từ thấu kính đến mặt trên của tấm tỉ lệ với b2:
h2 = kb2 (Hình 4.8, b).

Khoảng cách từ điểm B và C đến thấu kính bằng nhau vì người quan sát nhìn thấy chúng rõ ràng như nhau.

Độ dịch chuyển của ống h1-h2 bằng độ dày biểu kiến ​​của tấm (Hình 2).

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

5. Đo độ dày của tấm d tại điểm giao nhau của các nét. Để làm điều này, đặt một tấm kính phụ 2 dưới tấm 1 đang nghiên cứu (Hình 4.9) và hạ ống kính hiển vi xuống cho đến khi thấu kính (nhẹ) chạm vào tấm đang nghiên cứu. Lưu ý chỉ dẫn của mặt số a1. Lấy tấm đang nghiên cứu ra và hạ thấp ống kính hiển vi cho đến khi thấu kính chạm vào tấm 2.

Lưu ý đọc a2.

Thấu kính hiển vi sau đó sẽ hạ xuống độ cao bằng độ dày của tấm đang nghiên cứu, tức là.

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

6. Tính chiết suất của vật liệu làm tấm bằng công thức

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

7. Lặp lại tất cả các phép đo trên 3 - 5 lần, tính giá trị trung bình n, sai số tuyệt đối và tương đối rn và rn/n.

Xác định chiết suất của chất lỏng bằng khúc xạ kế

Dụng cụ dùng để xác định chỉ số khúc xạ được gọi là khúc xạ kế.

Hình ảnh tổng quát và thiết kế quang học của khúc xạ kế RL được thể hiện trong Hình 2. 4.10 và 4.11.

Đo chỉ số khúc xạ của chất lỏng bằng khúc xạ kế RL dựa trên hiện tượng khúc xạ ánh sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết suất khác nhau.

Chùm tia sáng (Hình 2.

4.11) từ nguồn 1 (đèn sợi đốt hoặc ánh sáng khuếch tán ánh sáng ban ngày) với sự trợ giúp của gương 2 được dẫn qua một cửa sổ trên thân thiết bị tới lăng kính kép gồm lăng kính 3 và 4, được làm bằng thủy tinh có chiết suất 1,540 .

Bề mặt AA của lăng kính chiếu sáng phía trên 3 (Hình.

4.12, a) mờ và dùng để chiếu sáng chất lỏng bằng ánh sáng tán xạ, lắng đọng thành một lớp mỏng trong khoảng trống giữa lăng kính 3 và 4. Ánh sáng tán xạ bởi bề mặt mờ 3 đi qua lớp song song của chất lỏng đang nghiên cứu và rơi xuống trên mặt chéo BB của lăng trụ dưới 4 dưới các góc khác nhau
góc i dao động từ 0 đến 90°.

Để tránh hiện tượng phản xạ toàn phần của ánh sáng trên bề mặt chất nổ, chiết suất của chất lỏng đang nghiên cứu phải nhỏ hơn chiết suất của thủy tinh trong lăng kính 4, tức là.

ít hơn 1,540.

Tia sáng có góc tới bằng 90° được gọi là tia sáng truyền qua.

Chùm tia khúc xạ ở mặt phân cách thủy tinh lỏng sẽ truyền đi trong lăng kính 4 với góc khúc xạ cực đại r PR< 90о.

Khúc xạ của tia dao động tại điểm D (xem hình 4.12, a) tuân theo định luật

nst/nl = sinipr/sinrpr (4.11)

hoặc nf = nst sinrpr, (4.12)

vì sinipr = 1.

Trên bề mặt BC của lăng kính 4 xảy ra hiện tượng khúc xạ tia sáng và sau đó

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

trong đó a là tia khúc xạ của lăng kính 4.

Bằng cách giải hệ phương trình (4.12), (4.13), (4.14), ta thu được công thức liên hệ chiết suất nj của chất lỏng đang nghiên cứu với góc khúc xạ giới hạn r'pr của chùm tia ló ra khỏi lăng kính 4:

Nếu một kính thiên văn được đặt trên đường đi của các tia phát ra từ lăng kính 4, thì phần dưới của trường nhìn của nó sẽ được chiếu sáng và phần trên sẽ tối. Mặt phân cách giữa trường sáng và trường tối được hình thành bởi các tia có góc khúc xạ giới hạn r¢pr. Không có tia nào có góc khúc xạ nhỏ hơn r¢pr trong hệ này (Hình 2).

Do đó, giá trị của r¢pr và vị trí của ranh giới chiaroscuro chỉ phụ thuộc vào chiết suất nf của chất lỏng đang nghiên cứu, vì nst và a là các giá trị không đổi trong thiết bị này.

Biết nst, a và r¢pr, bạn có thể tính nl bằng công thức (4.15). Trong thực tế, công thức (4.15) được sử dụng để hiệu chỉnh thang đo khúc xạ.

Để chia tỷ lệ 9 (xem.

cơm. 4.11) bên trái là các giá trị chiết suất của ld = 5893 Å. Phía trước thị kính 10 - 11 có tấm số 8 có dấu (—-).

Bằng cách di chuyển thị kính cùng với tấm 8 dọc theo thước đo, có thể căn chỉnh điểm đánh dấu với giao diện giữa trường nhìn tối và sáng.

Phép chia của thang chia độ 9 trùng với điểm đánh dấu sẽ cho giá trị chiết suất nl của chất lỏng đang nghiên cứu. Thấu kính 6 và thị kính 10 - 11 tạo thành kính thiên văn.

Lăng kính quay 7 làm thay đổi hướng của chùm tia, hướng nó vào thị kính.

Do sự phân tán của thủy tinh và chất lỏng đang nghiên cứu, thay vì có ranh giới rõ ràng giữa trường tối và trường sáng, khi quan sát dưới ánh sáng trắng, người ta thu được sọc cầu vồng. Để loại bỏ hiệu ứng này, bộ bù tán sắc 5 được sử dụng, lắp phía trước ống kính viễn vọng. Bộ phận chính của bộ bù là một lăng kính, được dán lại với nhau từ ba lăng kính và có thể quay tương ứng với trục của kính thiên văn.

Góc khúc xạ của lăng kính và vật liệu của chúng được chọn sao cho ánh sáng vàng có bước sóng lд = 5893 Å truyền qua lăng kính mà không bị khúc xạ. Nếu một lăng kính bù được lắp trên đường đi của các tia màu sao cho độ phân tán của nó có độ lớn bằng nhau nhưng ngược dấu với độ phân tán của lăng kính đo và chất lỏng thì độ phân tán tổng sẽ bằng 0. Trong trường hợp này, chùm tia sáng sẽ tập hợp thành chùm tia trắng, hướng của chùm tia này trùng với hướng của chùm tia màu vàng giới hạn.

Do đó, khi lăng kính bù được quay, hiện tượng ám màu sẽ bị loại bỏ. Cùng với lăng kính 5, đĩa xoay phân tán 12 quay tương đối với con trỏ đứng yên (xem Hình 4.10). Góc quay Z của chi cho phép người ta đánh giá giá trị độ phân tán trung bình của chất lỏng đang nghiên cứu.

Thang đo quay số phải được chia độ. Một lịch trình được bao gồm trong quá trình cài đặt.

Lệnh làm việc

1. Nâng lăng kính 3 lên, nhỏ 2-3 giọt chất lỏng thử lên bề mặt lăng kính 4 và lăng kính dưới 3 (xem Hình 4.10).

3. Sử dụng tính năng nhắm mục tiêu bằng mắt, đạt được hình ảnh sắc nét về tỷ lệ và giao diện giữa các trường nhìn.

4. Bằng cách xoay tay cầm 12 của bộ bù 5, phá hủy màu sắc của giao diện giữa các trường thị giác.

Di chuyển thị kính dọc theo thước đo, căn chỉnh dấu (—-) với đường viền của vùng tối và vùng sáng và ghi lại giá trị của chỉ thị chất lỏng.

6. Kiểm tra bộ chất lỏng được đề xuất và đánh giá sai số đo.

7. Sau mỗi lần đo, lau bề mặt lăng kính bằng giấy lọc ngâm trong nước cất.

Câu hỏi bảo mật

Tùy chọn 1

Xác định chiết suất tuyệt đối và tương đối của môi trường.

2. Vẽ đường đi của tia sáng qua mặt phân cách giữa hai môi trường (n2>n1, và n2< n1).

3. Tìm mối liên hệ giữa chiết suất n với độ dày d và độ dày biểu kiến ​​d¢ của tấm.

4. Nhiệm vụ. Góc giới hạn phản xạ toàn phần của một chất là 30°.

Tìm chiết suất của chất này.

Trả lời: n = 2.

Tùy chọn 2

1. Hiện tượng phản xạ toàn phần là gì?

2. Mô tả cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khúc xạ kế RL-2.

3. Giải thích vai trò của bộ bù trong khúc xạ kế.

4. Nhiệm vụ. Một bóng đèn được thả từ giữa một chiếc bè tròn xuống độ sâu 10m. Tìm bán kính tối thiểu của chiếc bè để không một tia sáng nào từ bóng đèn chiếu tới bề mặt.

Đáp án: R = 11,3m.

CHỈ SỐ KHÁNG XẠ, hoặc CHỈ SỐ KHÁNG XẠ, là một số trừu tượng đặc trưng cho độ khúc xạ của môi trường trong suốt. Chiết suất được ký hiệu bằng chữ Latinh π và được định nghĩa là tỷ số giữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ của tia đi vào môi trường trong suốt nhất định từ khoảng trống:

n = sin α/sin β = const hoặc là tỷ lệ giữa tốc độ ánh sáng trong chân không với tốc độ ánh sáng trong một môi trường trong suốt nhất định: n = c/νλ từ chân không vào một môi trường trong suốt nhất định.

Chiết suất được coi là thước đo mật độ quang học của môi trường

Chiết suất được xác định theo cách này được gọi là chiết suất tuyệt đối, trái ngược với cái gọi là chiết suất tương đối.

e. cho biết tốc độ truyền ánh sáng chậm lại bao nhiêu lần khi chiết suất của nó thay đổi, được xác định bằng tỉ số giữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ khi chùm tia truyền từ môi trường mật độ này sang môi trường có mật độ khác. Chiết suất tương đối bằng tỷ số chiết suất tuyệt đối: n = n2/n1, trong đó n1 và n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường thứ nhất và thứ hai.

Chiết suất tuyệt đối của mọi vật thể - rắn, lỏng và khí - lớn hơn đơn vị và nằm trong khoảng từ 1 đến 2, chỉ vượt quá 2 trong một số trường hợp hiếm hoi.

Chiết suất phụ thuộc vào cả tính chất của môi trường và bước sóng của ánh sáng và tăng khi bước sóng giảm.

Do đó, một chỉ số được gán cho chữ cái p, cho biết chỉ báo đó thuộc về bước sóng nào.

CHỈ SỐ KHÁNG XẠ

Ví dụ, đối với thủy tinh TF-1, chiết suất ở phần màu đỏ của quang phổ là nC = 1,64210 và ở phần màu tím nG' = 1,67298.

Chiết suất của một số vật trong suốt

Không khí - 1.000292

Nước - 1.334

Ether - 1,358

Rượu etylic - 1.363

Glycerin - 1,473

Thủy tinh hữu cơ (plexiglass) - 1, 49

Benzen - 1.503

(Kính vương miện - 1.5163

Linh sam (Canada), nhựa thơm 1,54

Vương miện thủy tinh nặng - 1, 61 26

Kính đá lửa - 1.6164

Cacbon disulfua - 1.629

Đá lửa thủy tinh nặng - 1, 64 75

Monobromonaphtalen - 1,66

Thủy tinh là loại đá lửa nặng nhất - 1,92

Kim cương - 2,42

Sự khác biệt về chiết suất đối với các phần khác nhau của quang phổ là nguyên nhân gây ra hiện tượng nhiễm sắc thể, tức là

sự phân hủy ánh sáng trắng khi nó đi qua các phần tử khúc xạ - thấu kính, lăng kính, v.v.

Phòng thí nghiệm số 41

Xác định chiết suất của chất lỏng bằng khúc xạ kế

Mục đích của công việc: xác định chiết suất của chất lỏng bằng phương pháp phản xạ toàn phần bằng khúc xạ kế IRF-454B; nghiên cứu sự phụ thuộc của chiết suất của dung dịch vào nồng độ của nó.

Mô tả cài đặt

Khi ánh sáng không đơn sắc bị khúc xạ, nó bị phân hủy thành các màu thành phần thành quang phổ.

Hiện tượng này là do sự phụ thuộc chiết suất của một chất vào tần số (bước sóng) của ánh sáng và được gọi là sự tán sắc ánh sáng.

Người ta thường mô tả độ khúc xạ của môi trường bằng chiết suất ở bước sóng λ = 589,3 nm (bước sóng trung bình của hai vạch màu vàng gần nhau trong quang phổ của hơi natri).

60. Những phương pháp xác định nồng độ các chất trong dung dịch được sử dụng trong phân tích độ hấp thụ nguyên tử?

Chỉ số khúc xạ này được chỉ định ND.

Thước đo độ phân tán là độ phân tán trung bình, được định nghĩa là độ chênh lệch ( NF-NC), Ở đâu NF- chiết suất của một chất ở bước sóng λ = 486,1 nm (vạch màu xanh lam trong phổ hydro), NC- chiết suất của chất λ - 656,3 nm (vạch đỏ trong phổ hydro).

Độ khúc xạ của một chất được đặc trưng bởi giá trị độ tán sắc tương đối:
Sách tham khảo thường đưa ra nghịch đảo của độ phân tán tương đối, tức là

đ.
,Ở đâu - hệ số phân tán, hoặc số Abbe.

Thiết bị xác định chiết suất của chất lỏng bao gồm khúc xạ kế IRF-454B với giới hạn đo của chỉ tiêu; sự khúc xạ ND trong khoảng từ 1,2 đến 1,7; chất lỏng thử nghiệm, khăn ăn để lau bề mặt lăng kính.

khúc xạ kế IRF-454B là một thiết bị được thiết kế để đo trực tiếp chỉ số khúc xạ của chất lỏng, cũng như xác định độ phân tán trung bình của chất lỏng trong điều kiện phòng thí nghiệm.

Nguyên lý hoạt động của thiết bị IRF-454B dựa trên hiện tượng phản xạ toàn phần của ánh sáng.

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị được hiển thị trong Hình. 1.

Chất lỏng cần kiểm tra được đặt giữa hai mặt của lăng kính 1 và 2. Lăng kính 2 có cạnh được đánh bóng tốt ABđang đo và lăng kính 1 có cạnh mờ MỘT1 TRONG1 - chiếu sáng. Tia sáng từ nguồn sáng rơi tới mép MỘT1 VỚI1 , khúc xạ, rơi trên bề mặt mờ MỘT1 TRONG1 và bị phân tán bởi bề mặt này.

Sau đó, chúng đi qua lớp chất lỏng đang nghiên cứu và chạm tới bề mặt. AB lăng kính 2.

Theo định luật khúc xạ
, Ở đâu
Và lần lượt là góc khúc xạ của tia trong chất lỏng và lăng kính.

Khi góc tới tăng
góc khúc xạ cũng tăng và đạt giá trị cực đại
, Khi
, T

e. khi một chùm tia trong chất lỏng trượt trên một bề mặt AB. Kể từ đây,
. Như vậy, tia ló ra khỏi lăng kính 2 bị giới hạn ở một góc nhất định
.

Các tia truyền từ chất lỏng vào lăng kính 2 với góc lớn sẽ bị phản xạ toàn phần tại mặt phân cách AB và không đi qua lăng kính.

Thiết bị được đề cập kiểm tra chất lỏng, chỉ số khúc xạ nhỏ hơn chiết suất lăng kính 2, do đó các tia khúc xạ mọi hướng tại ranh giới chất lỏng và thủy tinh sẽ đi vào lăng kính.

Rõ ràng phần lăng kính tương ứng với các tia không đi qua sẽ bị tối đi. Thông qua kính thiên văn 4, nằm trên đường đi của các tia phát ra từ lăng kính, người ta có thể quan sát sự phân chia trường nhìn thành phần sáng và phần tối.

Bằng cách xoay hệ thống lăng kính 1-2, giao diện giữa trường sáng và trường tối được căn chỉnh theo đường chéo của các sợi của thị kính kính thiên văn. Hệ thống lăng kính 1-2 được nối với một thang đo được hiệu chỉnh theo các giá trị chiết suất.

Thang đo được đặt ở phần dưới của trường nhìn của ống và khi kết hợp một phần của trường nhìn với một sợi ngang, sẽ cho giá trị tương ứng của chiết suất của chất lỏng .

Do sự phân tán, giao diện của trường nhìn trong ánh sáng trắng sẽ có màu. Để loại bỏ màu sắc, cũng như để xác định độ phân tán trung bình của chất thử, người ta sử dụng bộ bù 3, bao gồm hai hệ thống lăng kính nhìn trực tiếp được dán (lăng kính Amichi).

Các lăng kính có thể được quay đồng thời theo các hướng khác nhau bằng cách sử dụng một thiết bị cơ quay chính xác, do đó thay đổi độ phân tán của chính bộ bù và loại bỏ màu sắc của đường viền của trường nhìn được quan sát qua hệ thống quang học 4. Một trống có thang đo được liên kết với bộ bù, qua đó thông số phân tán được xác định, cho phép tính toán độ phân tán trung bình.

Lệnh làm việc

Điều chỉnh thiết bị sao cho ánh sáng từ nguồn (đèn sợi đốt) đi vào lăng kính chiếu sáng và chiếu sáng đều trường nhìn.

2. Mở lăng kính đo.

Dùng đũa thủy tinh nhỏ một vài giọt nước lên bề mặt của nó và cẩn thận đóng lăng kính lại. Khoảng cách giữa các lăng kính phải được lấp đầy đều bằng một lớp nước mỏng (đặc biệt chú ý đến điều này).

Sử dụng vít của thiết bị cùng với thang đo, loại bỏ màu sắc của trường nhìn và thu được ranh giới rõ ràng giữa ánh sáng và bóng tối. Căn chỉnh nó bằng cách sử dụng một vít khác với đường chéo tham chiếu của thị kính của thiết bị. Xác định chiết suất của nước bằng thước đo thị kính có độ chính xác đến phần nghìn.

So sánh kết quả thu được với dữ liệu tham khảo về nước. Nếu chênh lệch giữa chỉ số khúc xạ đo được và bảng không vượt quá ± 0,001 thì phép đo đã được thực hiện chính xác.

Nhiệm vụ 1

1. Chuẩn bị dung dịch muối ăn ( NaCl) có nồng độ gần với giới hạn hòa tan (ví dụ C = 200 g/lít).

Đo chiết suất của dung dịch thu được.

3. Bằng cách pha loãng dung dịch một số lần nguyên, thu được sự phụ thuộc của chất chỉ thị; khúc xạ về nồng độ của dung dịch và điền vào bảng. 1.

Bảng 1

Bài tập. Làm thế nào để thu được nồng độ dung dịch bằng 3/4 nồng độ tối đa (ban đầu) chỉ bằng cách pha loãng?

Xây dựng biểu đồ phụ thuộc n=n(C). Việc xử lý tiếp các số liệu thực nghiệm được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên.

Xử lý dữ liệu thực nghiệm

a) Phương pháp đồ họa

Xác định độ dốc từ đồ thị TRONG, trong điều kiện thí nghiệm, sẽ đặc trưng cho chất tan và dung môi.

2. Xác định nồng độ dung dịch bằng đồ thị NaClđược trợ lý phòng thí nghiệm đưa ra.

b) Phương pháp phân tích

Tính toán bằng phương pháp bình phương tối thiểu MỘT, TRONG Và SB.

Dựa vào giá trị tìm được MỘT Và TRONG xác định trung bình
nồng độ dung dịch NaClđược đưa ra bởi trợ lý phòng thí nghiệm

Câu hỏi bảo mật

Sự phân tán ánh sáng. Sự khác biệt giữa phân tán bình thường và phân tán dị thường là gì?

2. Hiện tượng phản xạ toàn phần là gì?

3. Tại sao cách bố trí này không thể đo được chiết suất của một chất lỏng lớn hơn chiết suất của lăng kính?

4. Tại sao lại có mặt lăng kính MỘT1 TRONG1 họ có làm mờ nó không?

Suy thoái, chỉ số

Bách khoa toàn thư tâm lý

Một cách để đánh giá mức độ suy thoái tinh thần! các hàm được đo bằng bài kiểm tra Wechsler-Bellevue. Chỉ số này dựa trên sự quan sát rằng một số khả năng được đo bằng bài kiểm tra suy giảm theo độ tuổi, nhưng những khả năng khác thì không.

chỉ mục

Bách khoa toàn thư tâm lý

- chỉ mục, sổ đăng ký tên, chức danh, v.v. Trong tâm lý học - một chỉ số kỹ thuật số để đánh giá định lượng, mô tả đặc điểm của hiện tượng.

Chiết suất của một chất phụ thuộc vào điều gì?

chỉ mục

Bách khoa toàn thư tâm lý

1. Ý nghĩa chung nhất: bất cứ thứ gì dùng để đánh dấu, xác định hoặc chỉ đạo; chỉ dẫn, chữ khắc, dấu hiệu hoặc biểu tượng. 2. Một công thức hoặc con số, thường được biểu thị dưới dạng hệ số, thể hiện mối quan hệ nào đó giữa các giá trị hoặc số đo hoặc giữa...

Hòa đồng, chỉ số

Bách khoa toàn thư tâm lý

Một đặc điểm thể hiện tính xã hội của một người. Ví dụ, một xã hội học cung cấp, trong số các biện pháp khác, đánh giá tính hòa đồng của các thành viên khác nhau trong nhóm.

Lựa chọn, chỉ mục

Bách khoa toàn thư tâm lý

Một công thức để ước tính sức mạnh của một bài kiểm tra hoặc hạng mục kiểm tra cụ thể trong việc phân biệt các cá nhân với nhau.

Độ tin cậy, chỉ số

Bách khoa toàn thư tâm lý

Một thống kê cung cấp ước tính về mối tương quan giữa các giá trị thực tế thu được từ thử nghiệm và các giá trị đúng về mặt lý thuyết.

Chỉ số này được cho dưới dạng giá trị của r, trong đó r là hệ số tin cậy được tính toán.

Dự báo hiệu suất, chỉ số

Bách khoa toàn thư tâm lý

Phép đo mức độ mà kiến ​​thức về một biến có thể được sử dụng để đưa ra dự đoán về một biến khác, với điều kiện là đã biết mối tương quan giữa các biến đó. Thông thường ở dạng tượng trưng, ​​điều này được biểu thị bằng E, chỉ số được biểu thị là 1 -((...

Từ, Mục lục

Bách khoa toàn thư tâm lý

Một thuật ngữ chung cho bất kỳ tần suất xuất hiện có hệ thống nào của các từ trong ngôn ngữ viết và/hoặc nói.

Thông thường những chỉ số như vậy được giới hạn trong các lĩnh vực ngôn ngữ cụ thể, ví dụ như sách giáo khoa lớp một, tương tác giữa cha mẹ và con cái. Tuy nhiên, ước tính được biết...

Cấu trúc cơ thể, chỉ số

Bách khoa toàn thư tâm lý

Số đo cơ thể được Eysenck đề xuất dựa trên tỷ lệ giữa chiều cao và chu vi ngực.

Những người có điểm số nằm trong phạm vi “bình thường” được gọi là mesomor, những người nằm trong độ lệch chuẩn hoặc trên trung bình được gọi là leptomorphs, và những người nằm trong độ lệch chuẩn hoặc...

CHO BÀI GIẢNG SỐ 24

"PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ"

Khúc xạ kế.

Văn học:

1. V. D. Ponomarev “Hóa phân tích” 1983 246-251

2. A.A. Ishchenko “Hóa học phân tích” 2004 trang 181-184

Khúc xạ kế.

Đo khúc xạ là một trong những phương pháp phân tích vật lý đơn giản nhất sử dụng lượng chất phân tích tối thiểu và được thực hiện trong thời gian rất ngắn.

khúc xạ kế- một phương pháp dựa trên hiện tượng khúc xạ hoặc khúc xạ, tức là

thay đổi hướng truyền ánh sáng khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác.

Khúc xạ, cũng như sự hấp thụ ánh sáng, là hệ quả của sự tương tác của nó với môi trường.

Từ đo khúc xạ có nghĩa là đo lường khúc xạ ánh sáng, được ước tính bằng giá trị của chiết suất.

Giá trị chỉ số khúc xạ N phụ thuộc

1) về thành phần của các chất và hệ thống,

2) từ thực tế ở nồng độ bao nhiêu và những phân tử mà chùm ánh sáng gặp trên đường đi của nó, bởi vì

Dưới tác dụng của ánh sáng, các phân tử của các chất khác nhau có độ phân cực khác nhau. Phương pháp đo khúc xạ dựa trên sự phụ thuộc này.

Phương pháp này có một số ưu điểm, nhờ đó nó đã được ứng dụng rộng rãi cả trong nghiên cứu hóa học và kiểm soát các quy trình công nghệ.

1) Đo chỉ số khúc xạ là một quá trình rất đơn giản được thực hiện một cách chính xác với thời gian và lượng chất tối thiểu.

2) Thông thường, khúc xạ kế cung cấp độ chính xác lên tới 10% trong việc xác định chiết suất ánh sáng và hàm lượng chất phân tích

Phương pháp khúc xạ được sử dụng để kiểm soát tính xác thực và độ tinh khiết, xác định từng chất và xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ và vô cơ khi nghiên cứu các dung dịch.

Khúc xạ kế được sử dụng để xác định thành phần của dung dịch hai thành phần và cho hệ ba thành phần.

Cơ sở vật lý của phương pháp

CHỈ SỐ KHÁNG XẠ.

Sự chênh lệch về tốc độ truyền ánh sáng ở hai môi trường càng lớn thì độ lệch của tia sáng so với hướng ban đầu của nó khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác càng lớn.

những môi trường này.

Chúng ta hãy xét sự khúc xạ của một chùm ánh sáng tại ranh giới của hai môi trường trong suốt I và II bất kỳ (Xem.

Cơm.). Chúng ta hãy đồng ý rằng môi trường II có độ khúc xạ lớn hơn và do đó, n1 Và n2- cho thấy sự khúc xạ của môi trường tương ứng. Nếu môi trường I không phải là chân không hoặc không khí thì tỉ số giữa góc tới của chùm sáng và góc khúc xạ sẽ cho giá trị chiết suất tương đối n rel. Giá trị n rel.

Chiết suất của thủy tinh là gì? Và khi nào bạn cần biết điều đó?

cũng có thể được định nghĩa là tỉ số chiết suất của môi trường đang xét.

notrel. = —— = —

Giá trị của chiết suất phụ thuộc vào

1) bản chất của chất

Bản chất của chất trong trường hợp này được xác định bởi mức độ biến dạng của các phân tử của nó dưới tác động của ánh sáng - mức độ phân cực.

Độ phân cực càng mạnh thì khúc xạ ánh sáng càng mạnh.

2)bước sóng của ánh sáng tới

Phép đo chỉ số khúc xạ được thực hiện ở bước sóng ánh sáng 589,3 nm (vạch D của phổ natri).

Sự phụ thuộc của chiết suất vào bước sóng ánh sáng được gọi là sự tán sắc.

Bước sóng càng ngắn thì khúc xạ càng lớn. Do đó, các tia có bước sóng khác nhau bị khúc xạ khác nhau.

3)nhiệt độ , tại đó phép đo được thực hiện. Điều kiện tiên quyết để xác định chỉ số khúc xạ là tuân thủ chế độ nhiệt độ. Thông thường việc xác định được thực hiện ở 20±0,30C.

Khi nhiệt độ tăng thì chiết suất giảm; khi nhiệt độ giảm thì chiết suất tăng..

Việc hiệu chỉnh ảnh hưởng của nhiệt độ được tính theo công thức sau:

nt=n20+ (20-t) 0,0002, trong đó

nt – Tạm biệt chiết suất ở nhiệt độ nhất định,

chiết suất n20 ở 200C

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến giá trị chiết suất của chất khí và chất lỏng gắn liền với giá trị hệ số giãn nở thể tích của chúng.

Thể tích của tất cả các chất khí và chất lỏng tăng khi đun nóng, mật độ giảm và do đó chất chỉ thị giảm

Chỉ số khúc xạ đo ở 200C và bước sóng ánh sáng 589,3 nm được ký hiệu bằng chỉ số nD20

Sự phụ thuộc của chiết suất của hệ hai thành phần đồng nhất vào trạng thái của nó được thiết lập bằng thực nghiệm bằng cách xác định chiết suất của một số hệ chuẩn (ví dụ: dung dịch), hàm lượng của các thành phần trong đó đã biết.

4) nồng độ của chất trong dung dịch.

Đối với nhiều dung dịch nước của các chất, chỉ số khúc xạ ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau được đo một cách đáng tin cậy và trong những trường hợp này có thể sử dụng sách tham khảo. bảng khúc xạ.

Thực tiễn cho thấy khi hàm lượng chất hòa tan không vượt quá 10-20%, cùng với phương pháp đồ họa, trong nhiều trường hợp có thể sử dụng phương trình tuyến tính như:

n=no+FC,

N- chiết suất của dung dịch,

KHÔNG là chiết suất của dung môi nguyên chất,

C- nồng độ chất tan,%

F-hệ số thực nghiệm, giá trị của nó được tìm thấy

bằng cách xác định chiết suất của dung dịch có nồng độ đã biết.

Khúc xạ kế.

Khúc xạ kế là dụng cụ dùng để đo chỉ số khúc xạ.

Có 2 loại thiết bị này: khúc xạ kế loại Abbe và loại Pulfrich. Trong cả hai trường hợp, các phép đo đều dựa trên việc xác định góc khúc xạ cực đại. Trong thực tế, khúc xạ kế của các hệ thống khác nhau được sử dụng: RL trong phòng thí nghiệm, RL phổ quát, v.v.

Chiết suất của nước cất là n0 = 1,33299, nhưng thực tế chỉ số này được lấy làm tham chiếu là n0 =1,333.

Nguyên lý hoạt động của khúc xạ kế dựa trên việc xác định chiết suất bằng phương pháp góc giới hạn (góc phản xạ toàn phần của ánh sáng).

Khúc xạ kế cầm tay

Khúc xạ kế Abbe

Định luật khúc xạ ánh sáng. Các chỉ số khúc xạ tuyệt đối và tương đối (hệ số). Phản xạ nội toàn phần

Định luật khúc xạ ánh sángđược thành lập thực nghiệm vào thế kỷ 17. Khi ánh sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác, hướng của ánh sáng có thể thay đổi. Sự thay đổi hướng của ánh sáng tại ranh giới của các môi trường khác nhau được gọi là khúc xạ ánh sáng. Kết quả của sự khúc xạ là sự thay đổi rõ ràng về hình dạng của vật thể. (ví dụ: thìa cho vào cốc nước). Định luật khúc xạ ánh sáng: Tại ranh giới của hai môi trường, tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và hình dạng, pháp tuyến của mặt phân cách được khôi phục tại điểm tới, góc khúc xạ sao cho: =n 1-tới, 2-phản xạ, chiết suất n (f. Snelius) - chỉ số tương đối Chiết suất của tia tới trong môi trường từ chân không có không khí được gọi là chiết suất của nó chỉ số khúc xạ tuyệt đối. Góc tới tại đó chùm tia khúc xạ bắt đầu trượt dọc theo mặt phân cách giữa hai môi trường mà không di chuyển vào môi trường chiết quang hơn – góc giới hạn của phản xạ toàn phần. Phản xạ nội toàn phần- phản xạ nội, với điều kiện là góc tới vượt quá một góc tới hạn nhất định. Trong trường hợp này, sóng tới bị phản xạ hoàn toàn và giá trị của hệ số phản xạ vượt quá giá trị cao nhất đối với bề mặt được đánh bóng. Độ phản xạ của phản xạ toàn phần không phụ thuộc vào bước sóng. Trong quang học, hiện tượng này được quan sát thấy đối với một phạm vi rộng của bức xạ điện từ, bao gồm cả phạm vi tia X. Trong quang học hình học, hiện tượng này được giải thích trong khuôn khổ định luật Snell. Xét rằng góc khúc xạ không thể vượt quá 90°, chúng ta thấy rằng ở góc tới có sin lớn hơn tỉ số giữa chiết suất nhỏ hơn và chiết suất lớn hơn, sóng điện từ phải bị phản xạ hoàn toàn vào môi trường thứ nhất. Ví dụ: Sự tỏa sáng rực rỡ của nhiều tinh thể tự nhiên, đặc biệt là đá quý và đá bán quý được cắt gọt, được giải thích bằng sự phản xạ toàn phần, kết quả là mỗi tia đi vào tinh thể tạo thành một số lượng lớn các tia khá sáng phát ra, có màu như là kết quả của sự phân tán.

Các lĩnh vực ứng dụng khúc xạ kế

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khúc xạ kế IRF-22.

Khái niệm về chiết suất.

Kế hoạch

Đo khúc xạ. Đặc điểm và bản chất của phương pháp.

Để xác định các chất và kiểm tra độ tinh khiết của chúng, người ta sử dụng

nhà sản xuất khúc xạ.

Chỉ số khúc xạ của một chất- một giá trị bằng tỷ số giữa tốc độ pha của ánh sáng (sóng điện từ) trong chân không và trong môi trường nhìn thấy được.

Chiết suất phụ thuộc vào tính chất của chất đó và bước sóng

bức xạ điện từ. Tỉ số giữa sin của góc tới so với

pháp tuyến vẽ lên mặt phẳng khúc xạ (α) của tia tới sin của góc khúc xạ

khúc xạ (β) khi tia sáng truyền từ môi trường A sang môi trường B được gọi là chiết suất tương đối của cặp môi trường đó.

Giá trị n là chiết suất tương đối của môi trường B theo

liên quan đến môi trường A, và

Chiết suất tương đối của môi trường A đối với

Chiết suất của tia tới trong môi trường không có không khí

không gian thứ đó được gọi là chiết suất tuyệt đối của nó hoặc

chỉ đơn giản là chiết suất của một môi trường nhất định (Bảng 1).

Bảng 1 - Chiết suất của các môi trường khác nhau

Chất lỏng có chiết suất trong khoảng 1,2-1,9. Chất rắn

chất 1,3-4,0. Một số khoáng chất không có giá trị chính xác

để khúc xạ. Giá trị của nó nằm ở một số “ngã ba” và quyết định

do sự hiện diện của tạp chất trong cấu trúc tinh thể, quyết định màu sắc

pha lê.

Việc xác định một khoáng chất bằng “màu sắc” là rất khó. Như vậy, khoáng chất corundum tồn tại ở dạng ruby, sapphire, leucosapphire, khác nhau về

chỉ số khúc xạ và màu sắc. Corundum đỏ được gọi là hồng ngọc

(tạp chất crom), xanh không màu, xanh nhạt, hồng, vàng, xanh lục,

màu tím - ngọc bích (hỗn hợp coban, titan, v.v.). Màu sáng

ngọc bích trắng hoặc corundum không màu được gọi là leucosapphire (nói rộng rãi

được sử dụng trong quang học như một bộ lọc). Chiết suất của các tinh thể này

thép nằm trong khoảng 1.757-1.778 và là cơ sở để xác định

Hình 3.1 – Ruby Hình 3.2 – Sapphire xanh

Các chất lỏng hữu cơ và vô cơ cũng có các giá trị chiết suất đặc trưng đặc trưng cho chúng là chất hóa học

Các hợp chất của Nga và chất lượng tổng hợp của chúng (Bảng 2):

Bảng 2 - Chiết suất của một số chất lỏng ở 20°C

4.2. Khúc xạ kế: khái niệm, nguyên tắc.

Phương pháp nghiên cứu các chất dựa trên việc xác định chất chỉ thị

(chỉ số) khúc xạ (khúc xạ) được gọi là khúc xạ kế (từ

lat. khúc xạ - khúc xạ và tiếng Hy Lạp. méto - tôi đo). khúc xạ kế

(phương pháp đo khúc xạ) được sử dụng để xác định hóa chất

hợp chất, phân tích định lượng và cấu trúc, xác định tính chất vật lý

thông số hóa học của các chất. Nguyên tắc đo khúc xạ được thực hiện

trong khúc xạ kế Abbe, được minh họa trong Hình 1.

Hình 1 - Nguyên lý đo khúc xạ

Khối lăng kính Abbe gồm có hai lăng kính hình chữ nhật:

telial và đo lường, gấp lại bởi các mặt cạnh huyền. Đèn chiếu sáng-

Lăng kính này có mặt cạnh huyền thô (mờ) và được thiết kế

chen để chiếu sáng một mẫu chất lỏng đặt giữa lăng kính.

Ánh sáng tán xạ truyền qua một lớp chất lỏng song song đang được nghiên cứu và bị khúc xạ trong chất lỏng, rơi vào lăng kính đo. Lăng kính đo được làm bằng thủy tinh đậm đặc về mặt quang học (đá lửa nặng) và có chiết suất lớn hơn 1,7. Vì lý do này, khúc xạ kế Abbe đo n giá trị nhỏ hơn 1,7. Việc tăng phạm vi đo chỉ số khúc xạ chỉ có thể đạt được bằng cách thay thế lăng kính đo.

Mẫu thử được đổ lên mặt cạnh huyền của lăng kính đo và được ép bằng lăng kính phát sáng. Trong trường hợp này, vẫn còn khoảng cách 0,1-0,2 mm giữa các lăng kính chứa mẫu và thông qua

đó truyền qua ánh sáng khúc xạ. Để đo chỉ số khúc xạ

sử dụng hiện tượng phản xạ toàn phần. Nó nằm ở

Kế tiếp.

Nếu các tia 1, 2, 3 rơi vào mặt phân cách giữa hai môi trường thì tùy theo

phụ thuộc vào góc tới khi quan sát chúng trong môi trường khúc xạ sẽ là

Có sự chuyển tiếp giữa các khu vực chiếu sáng khác nhau. Nó được kết nối

với một phần ánh sáng rơi vào ranh giới khúc xạ ở một góc gần bằng

kim tới 90° so với bình thường (chùm tia 3). (Hình 2).

Hình 2 – Ảnh tia khúc xạ

Phần tia này không bị phản xạ và do đó tạo thành môi trường nhẹ hơn.

năng lượng trong quá trình khúc xạ. Tia có góc nhỏ hơn cũng bị phản xạ

và khúc xạ. Do đó, một khu vực ít chiếu sáng được hình thành. Về khối lượng

Đường ranh giới của sự phản xạ toàn phần hiện rõ trên thấu kính, vị trí

phụ thuộc vào tính chất khúc xạ của mẫu.

Việc loại bỏ hiện tượng tán sắc (tô màu giao diện giữa hai vùng chiếu sáng bằng màu sắc của cầu vồng do sử dụng ánh sáng trắng phức tạp trong khúc xạ kế Abbe) đạt được bằng cách sử dụng hai lăng kính Amici trong bộ bù, được gắn trong kính thiên văn . Đồng thời, một thước đo được chiếu vào thấu kính (Hình 3). Để phân tích, 0,05 ml chất lỏng là đủ.

Hình 3 - Quan sát qua thị kính khúc xạ kế. (Thang đo phù hợp phản ánh

nồng độ của thành phần đo được tính bằng ppm)

Ngoài việc phân tích các mẫu đơn thành phần,

hệ hai thành phần (dung dịch nước, dung dịch của các chất trong đó

hoặc dung môi). Trong các hệ thống hai thành phần lý tưởng (hình thành

mà không làm thay đổi thể tích và độ phân cực của các thành phần), sự phụ thuộc cho thấy

Sự phụ thuộc của khúc xạ vào thành phần là gần tuyến tính nếu thành phần được biểu diễn dưới dạng

phân số khối lượng (phần trăm)

trong đó: n, n1, n2 - chiết suất của hỗn hợp và các thành phần,

V1 và V2 là phần thể tích của các thành phần (V1 + V2 = 1).

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiết suất được xác định bởi hai

các yếu tố: thay đổi số lượng hạt chất lỏng trên một đơn vị thể tích và

sự phụ thuộc của độ phân cực của phân tử vào nhiệt độ. Yếu tố thứ hai trở thành

chỉ trở nên đáng kể khi có sự thay đổi nhiệt độ rất lớn.

Hệ số nhiệt độ của chiết suất tỷ lệ thuận với hệ số nhiệt độ của mật độ. Vì mọi chất lỏng đều nở ra khi nóng lên nên chiết suất của chúng giảm khi nhiệt độ tăng. Hệ số nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt độ của chất lỏng, nhưng trong khoảng nhiệt độ nhỏ, nó có thể được coi là không đổi. Vì lý do này, hầu hết các khúc xạ kế không có bộ phận kiểm soát nhiệt độ, nhưng một số thiết kế cung cấp

điều chỉnh nhiệt độ nước.

Phép ngoại suy tuyến tính của chiết suất với sự thay đổi nhiệt độ có thể được chấp nhận đối với những chênh lệch nhiệt độ nhỏ (10 – 20°C).

Việc xác định chính xác chỉ số khúc xạ trong phạm vi nhiệt độ rộng được thực hiện bằng cách sử dụng các công thức thực nghiệm có dạng:

nt=n0+at+bt2+…

Để đo khúc xạ của dung dịch trên phạm vi nồng độ rộng

sử dụng bảng biểu hoặc công thức thực nghiệm. Hiển thị sự phụ thuộc -

chiết suất của dung dịch nước của một số chất phụ thuộc vào nồng độ

gần tuyến tính và có thể xác định được nồng độ của các chất này trong

nước ở phạm vi nồng độ rộng (Hình 4) sử dụng khúc xạ

tomét.

Hình 4 - Chiết suất của một số dung dịch nước

Thông thường n chất lỏng và chất rắn được xác định bằng khúc xạ kế với độ chính xác

lên tới 0,0001. Phổ biến nhất là khúc xạ kế Abbe (Hình 5) với khối lăng kính và bộ bù tán sắc, cho phép xác định nD trong ánh sáng “trắng” bằng cách sử dụng thang đo hoặc chỉ báo kỹ thuật số.

Hình 5 - Khúc xạ kế Abbe (IRF-454; IRF-22)

CHỈ SỐ Khúc Xạ(chiết suất) - quang học. đặc điểm của môi trường liên quan đến khúc xạ ánh sáng tại giao diện giữa hai môi trường đẳng hướng và đồng nhất về mặt quang học trong suốt trong quá trình chuyển đổi từ môi trường này sang môi trường khác và do sự khác biệt về vận tốc pha truyền ánh sáng trong môi trường.

Giá trị của P. p bằng tỷ lệ của các tốc độ này. liên quan đến P. p. của những môi trường này. Nếu ánh sáng rơi vào môi trường thứ hai hoặc thứ nhất (tốc độ ánh sáng ở đâu

Với) , thì số lượng pp tuyệt đối của những giá trị trung bình này. Trong trường hợp này, định luật khúc xạ có thể được viết dưới dạng trong đó và là góc tới và góc khúc xạ. Độ lớn của hệ số công suất tuyệt đối phụ thuộc vào bản chất và cấu trúc của chất, trạng thái kết tụ, nhiệt độ, áp suất, v.v. Ở cường độ cao, hệ số công suất phụ thuộc vào cường độ ánh sáng (xem phần 2). Quang học phi tuyến) . Trong một số chất, P. biến đổi dưới tác dụng của tác động từ bên ngoài. điện các trường ( hiệu ứng Kerr

- trong chất lỏng và chất khí; quang điện hiệu ứng túi- ở dạng tinh thể).

Chúng được đặc trưng bởi hai PP: thường (tương tự như môi trường đẳng hướng) và bất thường, cường độ của chúng phụ thuộc vào góc tới của chùm tia và do đó, hướng truyền ánh sáng trong môi trường (xem phần 2). Quang học tinh thểĐối với môi trường có độ hấp thụ (đặc biệt là đối với kim loại), hệ số hấp thụ là một giá trị phức tạp và có thể được biểu diễn dưới dạng trong đó ha là hệ số hấp thụ thông thường và là chỉ số hấp thụ (xem phần 2). Hấp thụ ánh sáng, Quang học kim loại).

P. p. là vĩ mô. đặc điểm của môi trường và mối liên hệ với nó hằng số điện môi n mag. tính thấm Cổ điển lý thuyết điện tử (xem Phân tán ánh sáng) cho phép chúng ta liên hệ giá trị của P. p với kính hiển vi. đặc điểm của môi trường - điện tử tính phân cực nguyên tử (hoặc phân tử) tùy thuộc vào bản chất của nguyên tử và tần số của ánh sáng và môi trường: trong đó N- số lượng nguyên tử trên một đơn vị thể tích.

Điện tác dụng lên nguyên tử (phân tử). Trường sóng ánh sáng gây ra sự dịch chuyển của sóng quang. electron khỏi vị trí cân bằng; nguyên tử thu được chất cảm ứng. mômen lưỡng cực thay đổi theo thời gian theo tần số của ánh sáng tới và là nguồn của sóng kết hợp thứ cấp. cản trở sự truyền sóng trên môi trường, chúng tạo thành sóng ánh sáng truyền trong môi trường với vận tốc pha và do đó

Cường độ của nguồn sáng thông thường (không phải laser) tương đối thấp, cường độ điện. Trường của sóng ánh sáng tác dụng lên nguyên tử nhỏ hơn nhiều so với năng lượng điện bên trong nguyên tử. trường và một electron trong nguyên tử có thể được coi là sóng hài. dao động. Trong phép tính gần đúng này, giá trị và P. p.

Chúng là những đại lượng không đổi (ở một tần số nhất định), không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng. Trong các luồng ánh sáng cường độ cao được tạo ra bởi các tia laser mạnh, giá trị điện. Trường của sóng ánh sáng có thể tương xứng với điện bên trong nguyên tử.

trường và mô hình dao động điều hòa hóa ra là không thể chấp nhận được. Khi tính đến tính không điều hòa của các lực trong hệ electron-nguyên tử dẫn đến sự phụ thuộc của độ phân cực của nguyên tử, và do đó độ phân cực của hạt, vào cường độ ánh sáng. Mối quan hệ giữa và hóa ra là phi tuyến tính; P. p. có thể được biểu diễn dưới dạng Ở đâu - P. p. ở cường độ ánh sáng yếu;(ký hiệu thường được chấp nhận) - phép cộng phi tuyến cho P. p., hoặc hệ số. tính phi tuyến.