Formel for lysbrytningsindekshastighet. Loven om lysbrytning

Prosesser som er assosiert med lys er en viktig komponent i fysikken og omgir oss overalt i hverdagen. Det viktigste i denne situasjonen er lovene for refleksjon og brytning av lys, som moderne optikk er basert på. Brytningen av lys er en viktig del av moderne vitenskap.

Forvrengningseffekt

Denne artikkelen vil fortelle deg hva fenomenet lysbrytning er, samt hvordan brytningsloven ser ut og hva som følger av den.

Grunnleggende om et fysisk fenomen

Når en stråle faller på en overflate som er atskilt av to gjennomsiktige stoffer som har forskjellige optiske tettheter (for eksempel forskjellige glass eller i vann), vil noen av strålene reflekteres, og noen vil trenge inn i den andre strukturen (for eksempel, de vil forplante seg i vann eller glass). Når man beveger seg fra et medium til et annet, endrer en stråle vanligvis retning. Dette er fenomenet lysbrytning.
Refleksjon og brytning av lys er spesielt synlig i vann.

Forvrengningseffekt i vann

Ser de på ting i vann, virker de forvrengte. Dette er spesielt merkbart ved grensen mellom luft og vann. Visuelt ser undervannsobjekter ut til å være litt avbøyde. Det beskrevne fysiske fenomenet er nettopp grunnen til at alle objekter fremstår forvrengt i vann. Når strålene treffer glasset er denne effekten mindre merkbar.
Refraksjon av lys er et fysisk fenomen som er preget av en endring i bevegelsesretningen til en solstråle i det øyeblikket den beveger seg fra ett medium (struktur) til et annet.
For å forbedre vår forståelse av denne prosessen, vurder et eksempel på en stråle som treffer vann fra luft (tilsvarende for glass). Ved å tegne en perpendikulær langs grensesnittet kan lysstrålens brytningsvinkel og retur måles. Denne indeksen (brytningsvinkelen) vil endre seg når strømmen trenger inn i vannet (inne i glasset).
Merk! Denne parameteren forstås som vinkelen som dannes av en perpendikulær trukket til separasjonen av to stoffer når en stråle trenger inn fra den første strukturen til den andre.

Strålepassasje

Den samme indikatoren er typisk for andre miljøer. Det er fastslått at denne indikatoren avhenger av stoffets tetthet. Hvis strålen faller fra en mindre tett til en tettere struktur, vil forvrengningsvinkelen som skapes være større. Og hvis det er omvendt, så er det mindre.
Samtidig vil en endring i nedgangens helning også påvirke denne indikatoren. Men forholdet mellom dem forblir ikke konstant. Samtidig vil forholdet mellom deres sinus forbli en konstant verdi, som reflekteres av følgende formel: sinα / sinγ = n, hvor:

• n er en konstant verdi som er beskrevet for hvert spesifikke stoff (luft, glass, vann osv.). Derfor, hva denne verdien vil være, kan bestemmes ved hjelp av spesielle tabeller;
• α – innfallsvinkel;
• γ – brytningsvinkel.

For å bestemme dette fysiske fenomenet ble brytningsloven laget.

Fysisk lov

Loven om brytning av lysstrømmer lar oss bestemme egenskapene til gjennomsiktige stoffer. Selve loven består av to bestemmelser:

• Første del. Strålen (hendelse, modifisert) og perpendikulæren, som ble gjenopprettet ved innfallspunktet på grensen, for eksempel av luft og vann (glass, etc.), vil være plassert i samme plan;
• Den andre delen. Forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen og sinusen til samme vinkel som dannes ved kryssing av grensen vil være en konstant verdi.

Beskrivelse av loven

I dette tilfellet, i det øyeblikket strålen går ut av den andre strukturen inn i den første (for eksempel når lysstrømmen passerer fra luften, gjennom glasset og tilbake til luften), vil det også oppstå en forvrengningseffekt.

En viktig parameter for ulike objekter

Hovedindikatoren i denne situasjonen er forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen og en lignende parameter, men for forvrengning. Som følger av loven beskrevet ovenfor, er denne indikatoren en konstant verdi.
Dessuten, når verdien av nedgangshellingen endres, vil den samme situasjonen være typisk for en lignende indikator. Denne parameteren er av stor betydning fordi den er en integrert egenskap for gjennomsiktige stoffer.

Indikatorer for ulike objekter

Takket være denne parameteren kan du ganske effektivt skille mellom typer glass, så vel som forskjellige edelstener. Det er også viktig for å bestemme lyshastigheten i ulike miljøer.

Merk! Den høyeste hastigheten på lysstrømmen er i et vakuum.

Når du flytter fra et stoff til et annet, vil hastigheten reduseres. For eksempel vil diamant, som har den høyeste brytningsindeksen, ha en fotonutbredelseshastighet 2,42 ganger høyere enn luft. I vann vil de spre seg 1,33 ganger langsommere. For ulike typer glass varierer denne parameteren fra 1,4 til 2,2.

Merk! Noen glass har en brytningsindeks på 2,2, som er veldig nær diamant (2,4). Derfor er det ikke alltid mulig å skille et glassstykke fra en ekte diamant.

Optisk tetthet av stoffer

Lys kan trenge gjennom ulike stoffer, som er preget av ulike optiske tettheter. Som vi sa tidligere, ved å bruke denne loven kan du bestemme tettheten til mediet (strukturen). Jo tettere den er, desto langsommere vil lysets hastighet forplante seg gjennom den. For eksempel vil glass eller vann være mer optisk tett enn luft.
I tillegg til at denne parameteren er en konstant verdi, gjenspeiler den også forholdet mellom lyshastigheten i to stoffer. Den fysiske betydningen kan vises som følgende formel:

Denne indikatoren forteller hvordan forplantningshastigheten til fotoner endres når de beveger seg fra ett stoff til et annet.

En annen viktig indikator

Når en lysstrøm beveger seg gjennom gjennomsiktige objekter, er polariseringen mulig. Det observeres under passasjen av en lysstrøm fra dielektriske isotropiske medier. Polarisering oppstår når fotoner passerer gjennom glass.

Polarisasjonseffekt

Delvis polarisering observeres når innfallsvinkelen til lysstrømmen ved grensen til to dielektrikumer er forskjellig fra null. Graden av polarisering avhenger av hva innfallsvinklene var (Brewsters lov).

Full intern refleksjon

For å avslutte vår korte ekskursjon, er det fortsatt nødvendig å vurdere en slik effekt som full intern refleksjon.

Fenomenet full visning

For at denne effekten skal vises, er det nødvendig å øke innfallsvinkelen til lysstrømmen ved overgangen fra et tettere til et mindre tett medium ved grensesnittet mellom stoffene. I en situasjon der denne parameteren overskrider en viss grenseverdi, vil fotoner som faller inn på grensen til denne seksjonen bli fullstendig reflektert. Faktisk vil dette være vårt ønskede fenomen. Uten den var det umulig å lage fiberoptikk.

Konklusjon

Den praktiske anvendelsen av oppførselen til lysfluks har gitt mye, skapt en rekke tekniske enheter for å forbedre livene våre. Samtidig har lyset ennå ikke avslørt alle sine muligheter for menneskeheten, og dets praktiske potensial er ennå ikke fullt ut realisert.

Hvordan lage en papirlampe med egne hender
Hvordan sjekke ytelsen til en LED-stripe

Denne artikkelen avslører essensen av et slikt optikkkonsept som brytningsindeks. Formler for å oppnå denne mengden er gitt, og en kort oversikt over anvendelsen av fenomenet elektromagnetisk bølgebrytning er gitt.

Syn og brytningsindeks

Ved sivilisasjonens begynnelse stilte folk spørsmålet: hvordan ser øyet? Det har blitt antydet at en person sender ut stråler som føles rundt objekter, eller omvendt, alle ting sender ut slike stråler. Svaret på dette spørsmålet ble gitt i det syttende århundre. Den finnes i optikk og er relatert til hva brytningsindeks er. Lyset reflekterer fra ulike ugjennomsiktige overflater og bryter ved grensen med gjennomsiktige, og gir en person muligheten til å se.

Lys og brytningsindeks

Planeten vår er innhyllet i solens lys. Og det er nettopp med bølgenaturen til fotoner at et slikt konsept som den absolutte brytningsindeksen er assosiert. Et foton forplanter seg i et vakuum og møter ingen hindringer. På planeten møter lys mange forskjellige tettere miljøer: atmosfæren (en blanding av gasser), vann, krystaller. Som en elektromagnetisk bølge har lysfotoner én fasehastighet i et vakuum (betegnet c), og i miljøet - en annen (betegnet v). Forholdet mellom første og andre er det som kalles den absolutte brytningsindeksen. Formelen ser slik ut: n = c / v.

Fasehastighet

Det er verdt å definere fasehastigheten til det elektromagnetiske mediet. Ellers må du forstå hva brytningsindeksen er n, det er forbudt. Et foton av lys er en bølge. Dette betyr at det kan representeres som en energipakke som svinger (forestill deg et segment av en sinusbølge). Fasen er segmentet av sinusoiden som bølgen beveger seg på et gitt tidspunkt (husk at dette er viktig for å forstå en slik mengde som brytningsindeksen).

For eksempel kan fasen være maksimum av en sinusform eller et segment av skråningen. Fasehastigheten til en bølge er hastigheten som den bestemte fasen beveger seg med. Som definisjonen av brytningsindeksen forklarer, er disse verdiene forskjellige for et vakuum og for et medium. Dessuten har hvert miljø sin egen verdi av denne mengden. Enhver gjennomsiktig forbindelse, uansett sammensetning, har en brytningsindeks som er forskjellig fra alle andre stoffer.

Absolutt og relativ brytningsindeks

Det ble allerede vist ovenfor at den absolutte verdien måles i forhold til vakuumet. Dette er imidlertid vanskelig på planeten vår: lys treffer oftere grensen til luft og vann eller kvarts og spinell. For hvert av disse mediene, som nevnt ovenfor, er brytningsindeksen forskjellig. I luft beveger et foton av lys i én retning og har én fasehastighet (v 1), men når det kommer i vann, endrer det forplantningsretningen og fasehastigheten (v 2). Imidlertid ligger begge disse retningene i samme plan. Dette er veldig viktig for å forstå hvordan bildet av omverdenen dannes på netthinnen i øyet eller på matrisen til kameraet. Forholdet mellom de to absolutte verdiene gir den relative brytningsindeksen. Formelen ser slik ut: n 12 = v 1 / v 2.

Men hva om lys tvert imot kommer ut av vannet og kommer inn i luften? Da vil denne verdien bli bestemt av formelen n 21 = v 2 / v 1. Når vi multipliserer de relative brytningsindeksene, får vi n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1. Dette forholdet er gyldig for et hvilket som helst mediapar. Den relative brytningsindeksen kan finnes fra sinusene til innfalls- og brytningsvinklene n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Ikke glem at vinkler måles fra normalen til overflaten. En normal er en linje vinkelrett på overflaten. Altså hvis problemet er gitt en vinkel α fall i forhold til selve overflaten, så må vi beregne sinusen til (90 - α).

Det fine med brytningsindeks og dens anvendelser

På en rolig solskinnsdag spiller refleksjoner på bunnen av innsjøen. Mørk blå is dekker berget. En diamant sprer tusenvis av gnister på en kvinnes hånd. Disse fenomenene er en konsekvens av det faktum at alle grenser for transparente medier har en relativ brytningsindeks. I tillegg til estetisk nytelse, kan dette fenomenet også brukes til praktiske bruksområder.

Her er eksempler:

• En glasslinse samler en stråle av sollys og setter gresset i brann.
• Laserstrålen fokuserer på det syke organet og kutter av unødvendig vev.
• Sollyset brytes på det gamle glassmaleriet og skaper en spesiell atmosfære.
• Mikroskop forstørrer bilder av svært små detaljer
• Spektrofotometerlinser samler laserlys reflektert fra overflaten av stoffet som studeres. På denne måten er det mulig å forstå strukturen og deretter egenskapene til nye materialer.
• Det er til og med et prosjekt for en fotonisk datamaskin, der informasjon ikke vil bli overført av elektroner, som nå, men av fotoner. En slik enhet vil definitivt kreve brytningselementer.

Bølgelengde

Imidlertid forsyner solen oss med fotoner ikke bare i det synlige spekteret. Infrarøde, ultrafiolette og røntgenstråler oppfattes ikke av menneskelig syn, men de påvirker livene våre. IR-stråler varmer oss, UV-fotoner ioniserer de øvre lagene i atmosfæren og gjør det mulig for planter å produsere oksygen gjennom fotosyntese.

Og hva brytningsindeksen er lik avhenger ikke bare av stoffene som grensen går mellom, men også av bølgelengden til den innfallende strålingen. Hvilken eksakt verdi det er snakk om er vanligvis klart av konteksten. Altså hvis boken undersøker røntgenstråler og dens effekt på mennesker, da n der er det definert spesifikt for dette området. Men vanligvis menes det synlige spekteret av elektromagnetiske bølger med mindre noe annet er spesifisert.

Brytningsindeks og refleksjon

Som det ble klart av det som ble skrevet ovenfor, snakker vi om transparente miljøer. Vi ga luft, vann og diamant som eksempler. Men hva med tre, granitt, plast? Er det noe slikt som en brytningsindeks for dem? Svaret er komplisert, men generelt - ja.

Først av alt bør vi vurdere hva slags lys vi har å gjøre med. De mediene som er ugjennomsiktige for synlige fotoner skjæres gjennom av røntgen- eller gammastråling. Det vil si at hvis vi alle var supermenn, så ville hele verden rundt oss vært gjennomsiktig for oss, men i varierende grad. For eksempel vil betongvegger ikke være tettere enn gelé, og metallbeslag vil se ut som biter av tettere frukt.

For andre elementære partikler, myoner, er planeten vår generelt gjennomsiktig gjennom og gjennom. På en gang hadde forskere mye problemer med å bevise selve faktumet om deres eksistens. Millioner av myoner gjennomborer oss hvert sekund, men sannsynligheten for at en enkelt partikkel kolliderer med materie er svært liten, og det er svært vanskelig å oppdage dette. Forresten, Baikal vil snart bli et sted for å "fange" myoner. Det dype og klare vannet er ideelt for dette - spesielt om vinteren. Det viktigste er at sensorene ikke fryser. Så brytningsindeksen til betong, for eksempel, for røntgenfotoner er fornuftig. Dessuten er bestråling av et stoff med røntgenstråler en av de mest nøyaktige og viktige måtene å studere strukturen til krystaller på.

Det er også verdt å huske at i matematisk forstand har stoffer som er ugjennomsiktige for et gitt område en imaginær brytningsindeks. Til slutt må vi forstå at temperaturen til et stoff også kan påvirke dets gjennomsiktighet.

La oss gå til en mer detaljert betraktning av brytningsindeksen, som vi introduserte i §81 da vi formulerte brytningsloven.

Brytningsindeksen avhenger av de optiske egenskapene til både mediet som strålen faller fra og mediet den trenger inn i. Brytningsindeksen oppnådd når lys fra et vakuum faller på et hvilket som helst medium kalles den absolutte brytningsindeksen til det mediet.

Ris. 184. Relativ brytningsindeks for to medier:

La den absolutte brytningsindeksen til det første mediet være og det andre mediet - . Med tanke på brytning ved grensen til det første og andre mediet, sørger vi for at brytningsindeksen under overgangen fra det første mediet til det andre, den såkalte relative brytningsindeksen, er lik forholdet mellom de absolutte brytningsindeksene til andre og første media:

(Fig. 184). Tvert imot, når vi går fra det andre mediet til det første, har vi en relativ brytningsindeks

Den etablerte forbindelsen mellom den relative brytningsindeksen til to medier og deres absolutte brytningsindekser kunne utledes teoretisk, uten nye eksperimenter, akkurat som dette kan gjøres for reversibilitetsloven (§82),

Et medium med høyere brytningsindeks kalles optisk tettere. Brytningsindeksen til forskjellige medier i forhold til luft måles vanligvis. Den absolutte brytningsindeksen til luft er . Dermed er den absolutte brytningsindeksen til ethvert medium relatert til brytningsindeksen i forhold til luft med formelen

Tabell 6. Brytningsindeks for ulike stoffer i forhold til luft

Brytningsindeksen avhenger av lysets bølgelengde, dvs. av fargen. Ulike farger tilsvarer forskjellige brytningsindekser. Dette fenomenet, kalt dispersjon, spiller en viktig rolle i optikk. Vi vil behandle dette fenomenet gjentatte ganger i påfølgende kapitler. Dataene gitt i tabellen. 6, se gult lys.

Det er interessant å merke seg at loven om refleksjon formelt kan skrives i samme form som brytningsloven. La oss huske at vi ble enige om å alltid måle vinkler fra vinkelrett til den tilsvarende strålen. Derfor må vi vurdere innfallsvinkelen og refleksjonsvinkelen til å ha motsatte fortegn, dvs. loven om refleksjon kan skrives som

Ved å sammenligne (83.4) med brytningsloven ser vi at refleksjonsloven kan betraktes som et spesialtilfelle av brytningsloven ved . Denne formelle likheten mellom refleksjons- og refraksjonslovene er til stor nytte for å løse praktiske problemer.

I den forrige presentasjonen hadde brytningsindeksen betydningen av en konstant for mediet, uavhengig av intensiteten til lyset som passerer gjennom det. Denne tolkningen av brytningsindeksen er ganske naturlig, men i tilfelle av høye strålingsintensiteter, oppnåelig med moderne lasere, er det ikke berettiget. Egenskapene til mediet som sterk lysstråling passerer avhenger i dette tilfellet av intensiteten. Som de sier, blir miljøet ikke-lineært. Mediets ikke-linearitet manifesterer seg spesielt i det faktum at en lysbølge med høy intensitet endrer brytningsindeksen. Brytningsindeksens avhengighet av strålingsintensiteten har formen

Her er den vanlige brytningsindeksen, og er den ikke-lineære brytningsindeksen, og er proporsjonalitetsfaktoren. Tilleggsleddet i denne formelen kan enten være positivt eller negativt.

De relative endringene i brytningsindeksen er relativt små. På ikke-lineær brytningsindeks. Imidlertid er selv slike små endringer i brytningsindeksen merkbare: de manifesterer seg i et særegent fenomen med selvfokusering av lys.

La oss vurdere et medium med en positiv ikke-lineær brytningsindeks. I dette tilfellet er områder med økt lysintensitet samtidig områder med økt brytningsindeks. Vanligvis, i ekte laserstråling, er intensitetsfordelingen over tverrsnittet til en strålestråle ujevn: intensiteten er maksimal langs aksen og avtar jevnt mot kantene av strålen, som vist i fig. 185 solide kurver. En lignende fordeling beskriver også endringen i brytningsindeksen over tverrsnittet av en celle med et ikke-lineært medium langs laserstrålens akse. Brytningsindeksen, som er størst langs kyvettens akse, avtar jevnt mot veggene (stiplede kurver i fig. 185).

En stråle av stråler som forlater laseren parallelt med aksen og går inn i et medium med variabel brytningsindeks, avbøyes i retningen hvor den er større. Derfor fører den økte intensiteten nær kyvetten til en konsentrasjon av lysstråler i dette området, vist skjematisk i tverrsnitt og i fig. 185,- og dette fører til en ytterligere økning. Til syvende og sist blir det effektive tverrsnittet av en lysstråle som passerer gjennom et ikke-lineært medium betydelig redusert. Lys passerer gjennom en smal kanal med høy brytningsindeks. Dermed blir laserstrålen av stråler innsnevret, og det ikke-lineære mediet, under påvirkning av intens stråling, fungerer som en samlelinse. Dette fenomenet kalles selvfokusering. Det kan observeres for eksempel i flytende nitrobenzen.

Ris. 185. Fordeling av strålingsintensitet og brytningsindeks over tverrsnittet av en laserstråle av stråler ved inngangen til kyvetten (a), nær inngangsenden (), i midten (), nær utgangsenden av kyvetten ( )

Fysikkens lover spiller en veldig viktig rolle når du utfører beregninger for å planlegge en spesifikk strategi for produksjon av ethvert produkt eller når du utarbeider et prosjekt for konstruksjon av strukturer for ulike formål. Det beregnes mange mengder, derfor gjøres målinger og beregninger før planarbeidet starter. For eksempel er brytningsindeksen til glass lik forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen og sinusen til brytningsvinkelen.

Så først er det prosessen med å måle vinklene, deretter beregnes sinusen deres, og først da kan den ønskede verdien oppnås. Til tross for tilgjengeligheten av tabelldata, er det verdt å utføre ytterligere beregninger hver gang, siden referansebøker ofte bruker ideelle forhold, som er nesten umulige å oppnå i det virkelige liv. Derfor vil indikatoren i virkeligheten nødvendigvis avvike fra tabellen, og i noen situasjoner er dette av grunnleggende betydning.

Absolutt indikator

Den absolutte brytningsindeksen avhenger av glassmerket, siden det i praksis er et stort antall alternativer som er forskjellige i sammensetning og grad av gjennomsiktighet. I gjennomsnitt er den 1,5 og svinger rundt denne verdien med 0,2 i en eller annen retning. I sjeldne tilfeller kan det være avvik fra denne figuren.

Igjen, hvis en nøyaktig indikator er viktig, kan ytterligere målinger ikke unngås. Men de gir heller ikke et 100 % pålitelig resultat, siden sluttverdien vil bli påvirket av solens posisjon på himmelen og skyet på måledagen. Heldigvis er det i 99,99% av tilfellene nok å bare vite at brytningsindeksen til et materiale som glass er større enn én og mindre enn to, og alle andre tideler og hundredeler spiller ingen rolle.

På fora som hjelper til med å løse fysikkproblemer, dukker ofte spørsmålet opp: hva er brytningsindeksen til glass og diamant? Mange tror at siden disse to stoffene er like i utseende, bør egenskapene deres være omtrent de samme. Men dette er en misforståelse.

Maksimal brytning av glass vil være rundt 1,7, mens for diamant når denne indikatoren 2,42. Denne edelstenen er et av de få materialene på jorden hvis brytningsindeks overstiger 2. Dette skyldes dens krystallinske struktur og det høye nivået av spredning av lysstråler. Kuttet spiller en minimal rolle i endringer i tabellverdien.

Relativ indikator

Den relative indikatoren for noen miljøer kan karakteriseres som følger:

• - brytningsindeksen til glass i forhold til vann er omtrent 1,18;
• - brytningsindeksen til det samme materialet i forhold til luft er lik 1,5;
• - brytningsindeks i forhold til alkohol - 1.1.

Målinger av indikatoren og beregninger av den relative verdien utføres i henhold til en velkjent algoritme. For å finne en relativ parameter må du dele en tabellverdi med en annen. Eller gjør eksperimentelle beregninger for to miljøer, og del deretter dataene som er oppnådd. Slike operasjoner utføres ofte i laboratoriefysikkklasser.

Bestemmelse av brytningsindeks

Å bestemme brytningsindeksen til glass i praksis er ganske vanskelig, fordi høypresisjonsinstrumenter kreves for å måle de første dataene. Eventuelle feil vil øke, siden beregningen bruker komplekse formler som krever fravær av feil.

Generelt viser denne koeffisienten hvor mange ganger lysstrålenes forplantningshastighet reduseres når den passerer gjennom en viss hindring. Derfor er det typisk bare for gjennomsiktige materialer. Brytningsindeksen til gasser tas som referanseverdi, det vil si som en enhet. Dette ble gjort slik at det var mulig å ta utgangspunkt i en eller annen verdi ved beregninger.

Hvis en solstråle faller på overflaten av glass med en brytningsindeks som er lik tabellverdien, kan den endres på flere måter:

• 1. Lim en film på toppen hvis brytningsindeks vil være høyere enn glass. Dette prinsippet brukes ved toning av bilvinduer for å forbedre passasjerkomforten og gi føreren klarere oversikt over trafikkforholdene. Filmen vil også hemme ultrafiolett stråling.
• 2. Mal glasset med maling. Produsenter av billige solbriller gjør dette, men det er verdt å vurdere at dette kan være skadelig for synet. I gode modeller produseres glasset umiddelbart farget ved hjelp av en spesiell teknologi.
• 3. Senk glasset i litt væske. Dette er bare nyttig for eksperimenter.

Hvis en lysstråle passerer fra glass, beregnes brytningsindeksen på neste materiale ved å bruke en relativ koeffisient, som kan oppnås ved å sammenligne tabellverdier. Disse beregningene er svært viktige i utformingen av optiske systemer som bærer praktiske eller eksperimentelle belastninger. Feil her er uakseptable, fordi de vil føre til feil drift av hele enheten, og da vil data som er oppnådd med dens hjelp være ubrukelige.

For å bestemme lyshastigheten i glass med brytningsindeks, må du dele den absolutte verdien av hastigheten i et vakuum med brytningsindeksen. Vakuum brukes som et referansemedium fordi refraksjon ikke fungerer der på grunn av fravær av stoffer som kan forstyrre den jevne bevegelsen av lysstråler langs en gitt bane.

I alle beregnede indikatorer vil hastigheten være mindre enn i referansemediet, siden brytningsindeksen alltid er større enn enhet.

Bruksområder for refraktometri.

Design og prinsipp for drift av IRF-22 refraktometer.

Konseptet med brytningsindeks.

Plan

Refraktometri. Egenskaper og essens i metoden.

For å identifisere stoffer og sjekke renheten deres bruker de

refraksjon maker.

Brytningsindeks for et stoff- en verdi lik forholdet mellom lysets fasehastigheter (elektromagnetiske bølger) i et vakuum og i et synlig medium.

Brytningsindeksen avhenger av stoffets egenskaper og bølgelengden

elektromagnetisk stråling. Forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen i forhold til

normalen trukket til brytningsplanet (α) til strålen til sinusen til brytningsvinkelen

brytning (β) når en stråle går fra medium A til medium B kalles den relative brytningsindeksen for dette medieparet.

Verdien n er den relative brytningsindeksen til medium B iht

forhold til miljø A, og

Relativ brytningsindeks for medium A mht

Brytningsindeksen til en stråle som faller inn på et medium fra en airless

rommet kalles dens absolutte brytningsindeks eller

ganske enkelt brytningsindeksen til et gitt medium (tabell 1).

Tabell 1 - Brytningsindekser for ulike medier

Væsker har en brytningsindeks i området 1,2-1,9. Fast

stoffer 1,3-4,0. Noen mineraler har ikke en eksakt verdi

for brytning. Dens verdi er i noen "gaffel" og bestemmer

på grunn av tilstedeværelsen av urenheter i krystallstrukturen, som bestemmer fargen

krystall.

Det er vanskelig å identifisere et mineral med "farge". Således eksisterer mineralet korund i form av rubin, safir, leukosafir, forskjellig i

brytningsindeks og farge. Røde korund kalles rubiner

(krom urenhet), fargeløs blå, lyseblå, rosa, gul, grønn,

lilla - safirer (blandinger av kobolt, titan, etc.). Lys farget

hvite safirer eller fargeløs korund kalles leukosafir (utbredt

brukes i optikk som et filter). Brytningsindeksen til disse krystallene

stål ligger i området 1.757-1.778 og er grunnlaget for å identifisere

Figur 3.1 – Ruby Figur 3.2 – Blå safir

Organiske og uorganiske væsker har også karakteristiske verdier av brytningsindekser, som karakteriserer dem som kjemiske

Russiske forbindelser og kvaliteten på deres syntese (tabell 2):

Tabell 2 - Brytningsindekser for noen væsker ved 20 °C

4.2. Refraktometri: konsept, prinsipp.

En metode for å studere stoffer basert på å bestemme en indikator

(indeks) av brytning (brytning) kalles refraktometri (fra

lat. refractus - brutt og gresk. meter - jeg måler). Refraktometri

(refraktometrisk metode) brukes til å identifisere kjemikalier

forbindelser, kvantitativ og strukturell analyse, bestemmelse av fysikalsk

kjemiske parametere for stoffer. Prinsippet om refraktometri implementert

i Abbe refraktometre, er illustrert i figur 1.

Figur 1 - Prinsipp for refraktometri

Abbe-prismeblokken består av to rektangulære prismer: belysning

telial og målende, foldet av hypotenusansikter. Illuminator-

Dette prismet har en grov (matt) hypotenusflate og er beregnet

chen for å belyse en prøve av væske plassert mellom prismene.

Spredt lys passerer gjennom et plan-parallelt lag av væsken som studeres og, blir brutt i væsken, faller ned på måleprismet. Måleprismet er laget av optisk tett glass (tung flint) og har en brytningsindeks større enn 1,7. Av denne grunn måler Abbe refraktometer n verdier mindre enn 1,7. Å øke måleområdet for brytningsindeksen kan bare oppnås ved å bytte ut måleprismet.

Testprøven helles på hypotenusflaten til måleprismet og presses med et lysende prisme. I dette tilfellet gjenstår et gap på 0,1-0,2 mm mellom prismene der prøven er plassert, og gjennom

som går gjennom brutt lys. For å måle brytningsindeksen

bruke fenomenet total intern refleksjon. Den ligger i

neste.

Hvis strålene 1, 2, 3 faller på grensesnittet mellom to medier, så avhengig

avhengig av innfallsvinkelen når du observerer dem i brytningsmediet vil være

Det er en overgang mellom områder med forskjellig belysning. Det er koblet sammen

med en del av lyset som faller på brytningsgrensen i en vinkel nær

kim til 90° i forhold til normalen (bjelke 3). (Figur 2).

Figur 2 – Bilde av refrakterte stråler

Denne delen av strålene reflekteres ikke og danner derfor et lettere miljø.

kraft under brytning. Stråler med mindre vinkler opplever også refleksjon

og brytning. Derfor dannes et område med mindre belysning. I volum

Grenselinjen for total intern refleksjon er synlig på linsen, posisjonen

som avhenger av prøvens brytningsegenskaper.

Eliminering av spredningsfenomenet (farging av grensesnittet mellom to belysningsområder i regnbuens farger på grunn av bruken av komplekst hvitt lys i Abbe refraktometre) oppnås ved å bruke to Amici-prismer i kompensatoren, som er montert i teleskopet. Samtidig projiseres en skala inn i linsen (Figur 3). For analyse er 0,05 ml væske tilstrekkelig.

Figur 3 - Se gjennom refraktometer-okularet. (Riktig skala gjenspeiler

konsentrasjon av den målte komponenten i ppm)

I tillegg til analysen av enkeltkomponentprøver,

to-komponent systemer (vandige løsninger, løsninger av stoffer der

eller løsemiddel). I ideelle tokomponentsystemer (forming

uten å endre volumet og polariserbarheten til komponentene), viser avhengigheten

Avhengigheten av brytning av sammensetning er nær lineær hvis sammensetningen er uttrykt i

volumbrøker (prosent)

hvor: n, n1, n2 - brytningsindekser for blandingen og komponentene,

V1 og V2 er volumfraksjonene av komponentene (V1 + V2 = 1).

Effekten av temperatur på brytningsindeksen bestemmes av to

faktorer: endring i antall væskepartikler per volumenhet og

avhengigheten av polariserbarheten til molekyler av temperatur. Den andre faktoren ble

blir signifikant bare ved svært store temperaturendringer.

Temperaturkoeffisienten til brytningsindeksen er proporsjonal med temperaturkoeffisienten for tetthet. Siden alle væsker utvider seg når de varmes opp, synker brytningsindeksene deres når temperaturen øker. Temperaturkoeffisienten avhenger av væskens temperatur, men i små temperaturintervaller kan den betraktes som konstant. Av denne grunn har de fleste refraktometre ikke temperaturkontroll, men noen design gir

vanntermostat.

Lineær ekstrapolering av brytningsindeksen med temperaturendringer er akseptabel for små temperaturforskjeller (10 – 20°C).

Nøyaktig bestemmelse av brytningsindeksen i brede temperaturområder gjøres ved å bruke empiriske formler på formen:

nt=n0+ved+bt2+…

For refraktometri av løsninger over brede konsentrasjonsområder

bruke tabeller eller empiriske formler. Visningsavhengighet -

brytningsindeks for vandige løsninger av noen stoffer avhengig av konsentrasjon

er nær lineær og gjør det mulig å bestemme konsentrasjonene av disse stoffene i

vann i brede konsentrasjonsområder (Figur 4) ved bruk av refraksjon

tometer.

Figur 4 - Brytningsindeks for noen vandige løsninger

Vanligvis bestemmes n flytende og faste legemer av refraktometre med presisjon

opptil 0,0001. De vanligste er Abbe refraktometre (Figur 5) med prismeblokker og spredningskompensatorer, som gjør at nD kan bestemmes i "hvitt" lys ved hjelp av en skala eller digital indikator.

Figur 5 - Abbe refraktometer (IRF-454; IRF-22)