Определение показателя преломления с помощью дисперсионного рефрактометра.3

Приборы и принадлежности, используемые в работе:

1. Лампа накаливания.

2. Пипетка.

3. Фильтровальная бумага.

4. Рефрактометр лабораторный универсальный.

Цель работы:

Научиться с помощью дисперсионного рефрактометра определять показатели преломления различных жидкостей.

1. Теоретическое введение.

Показатель преломления является важной характеристикой жидкости, связанной с ее химической структурой, с концентрацией и плотностью.

Показатель преломления вещества зависит от внешних условий: температуры, давления, от длины волны падающего света, а для кристаллов- от направления распространения света в кристалле.

Различают абсолютный показатель преломления- n_абс и относительный показатель преломления- n_отн.

Преломление света- изменение направления распространения света на границе раздела двух сред при переходе света из одной среды в другую (рис. 1).

рис. 1

,

где угол - угол падения луча, угол - угол преломления, и - показатели преломления сред.

С увеличением угла , увеличивается и угол . Угол преломления  может быть больше угла  и меньше его. Это зависит от оптической плотности сред. Свойство среды уменьшать скорость проходящего через нее света по сравнению с его скоростью в вакууме называют оптической плотностью среды ( количественной мерой является абсолютный показатель преломления. Чем больше оптическая плотность среды, тем больше у нее абсолютный показатель преломления).

Если n₁> n₂; т.е. свет переходит из среды менее плотной в среду более плотную, то угол преломления меньше угла падения.

Если n₁ > n₂ – свет переходит из более плотной среды в менее плотную, то угол преломления больше угла падения.

Явление, возникающее при переходе света из оптически более плотной среды в менее плотную и состоящие в том, что при угле падения луча на границе раздела сред, большем определенного значения, этот луч не преломляется, а полностью отражается внутрь более плотной среды, называют полным отражением света.

₁ М 1 среда

К 

О

 ₁

2 Среда

рис. 2

Как видно из рис. 2 в среде оптически более плотной (1) всегда существует такой луч КО, который после преломления скользить вдоль поверхности раздела двух сред , т.е. образует с перпендикуляром МО к поверхности раздела угол =90⁰.

Очевидно, что всякий луч, падающий на поверхность раздела под углом, большим ₁, вообще не преломляется, а отражается назад в оптически более плотную среду. Поэтому луч КО является предельным лучом, а угол ₁ – предельным углом полного внутреннего отражения.

Величина этого предельного угла _п связанна с абсолютным показателем преломления сред по закону:

,

=90⁰- угол преломления, sin  = sin 90⁰ = 1, поэтому:

Если лучи света будут идти в обратном направлении, т.е. из среды оптически менее плотной в более плотную, то согласно принципу обратимости хода лучей изменится только направление этих лучей.

1 2 1 n₁

3

А В

n₂

2

3

1 2

рис. 3

Из рис. 3 видно, что, если пучок света идет из среды оптически менее плотной (1-ой) и заполняет полностью угол в 90⁰, то в среде 2-ой , оптически более плотной, этот пучок заполняет пространство ограниченное углом, равным предельному.

Если рассматривать поверхность раздела двух сред (АВ) в зрительную трубу, то объектив трубы сфокусирует пучки параллельных лучей, идущих по разным направлениям, в результате чего поле зрения трубы разделится на светлую и темную части. Линия раздела между этими частями соответствует направлению лучей, ограничивающих предельный угол.

По положению между темной и светлой частями поля зрения мож­но судить о величине предель­ного угла, а, следовательно и о показателе преломления вещества.

Приборы, предназначенные для измерения показателя пре­ломления, называются рефрак­тометрами.

В данной лабораторной работе используется рефрактометр РЛУ, в котором используется явление полного внутреннего отражения.

УСТРОЙСТВО ПРИБОРА.

Рефрактометр лабораторный универсальный (РЛУ) предназначен для определения показателя преломления различных жидкостей в пределах 1,3 -1,7.

Прибор состоит из следующих составных частей ( см. рис. 4)

1. камера,

2. зрительная труба,

3. стойка с основанием,

Камера состоит из двух половинок, соединенных между собой шарниром. Каждая из половинок имеет призму, между которыми зажима­ется исследуемая жидкость.

Призма нижней, откидывающейся половины камеры имеет матовую грань и предназначена для освещения сдоя исследу­емой жидкости рассеянным светом от зеркальца (4).

Призма верхней половины камеры играет роль эталонной призмы.

Измерение показателя преломления производится с помощью зрительной трубы (2).

Эталонная призма АВС выбирается так, чтобы ее показатель пре­ломления был больше показателя преломления исследуемой жидкости, поэтому лучи, падающие на нее под всевозможными углами, пойдут в ней под углами, не больше предельного. То есть, среди лучей, вышедших из грани АВ, не будет таких, которые бы составляли с нормалью угол больше, чем предельный угол преломления (см. рис.2).

Лучи, вышедшие из различных точек границы АВ под одинаковыми углами ₁ (₁  _пр), соберутся в некоторой точке Д фокальной плоскости, лучи, вышедшие под другими углами ₂, также удовлетворяющие условию (₂  _пр), соберутся в другой точке ₁ и т.д.

Наконец, лучи, выходящие из грани АВ под углами _пр соберутся в некоторой точке F фокальной плоскости.

Если бы из грани АВ могли выходить лучи под большим углом, то она собирались бы в точках, расположенных левее точки F. Однако, таких лучей не существует, поэтому в фокальной плоскости возникает резкая граница раздела светлой и темной части поля зрения.

Поворачивая призму можно добиться того, что граница раздел попадет в центр перекрестия нитей. Это соответствует такому положению зрительной трубы, при котором ее ось параллельна лучам, выходящим из эталонной призмы, для которых угол преломления на гра­ни АВ (рис.3) равен _п. При таком положении трубы по шкале прибора измеряется показатель преломления жидкости.

Отсчет показателя преломления производится по шкале (5), снабженной окуляром (6). Поворот зрительной трубы, а вместе с ней и окуляра производится кремальерой (7).

Вследствие дисперсии белого цвета граница света и тени ока­зывается окрашенной. Для устранения окраски, не позволяющей сде­лать верный отсчет, используется специальная компенсирующая приз­ма, которая вводится в работу с помощью кремальеры (8).