Упражнение 1 Определение концентрации растворов

1. При обращении с кюветой нужно соблюдать чистоту и осторожность. Нельзя брать кювету за стекла. Кювета должна находится либо в камере прибора, либо на специально сделанной подставке. В противном случае можно повредить кювету. Чистить стекла кюветы нужно либо ватой, либо фильтровальной бумагой. Лишь при соблюдении этих условий можно ожидать достаточно надежных результатов.

2. Включить прибор в сеть через понижающий трансформатор. Снять верхнюю крышку прибора. Перед началом работы нужно убедится в том. Что нижняя и верхняя интерференционные картины совпадают между собой при отсутствии кювет в камере прибора.

3. Обе камеры кювет наполнить дистиллированной водой (на 4-5 мм не доливать). Вставить в камеру прибора. На оправе кювет нанесена гравировка П и Л, что означает правая и левая. Та сторона кюветы, на которой находится гравировка, должна быть обращена к окуляру. Правая камера кюветы должна заполнятся веществом с большим показателем преломления. Менять местами камеры кюветы нельзя. Наполнив камеры водой, определяют так называемый нуль кюветы, то есть взять отсчет по барабану, при котором нулевые (белые, без цветной каемки) интерференционные полосы совпадут.

4. В правую камеру кюветы налить раствор концентрации 0,5%, а в левой камере кюветы оставить воду. Наблюдая в окуляр прибора, перемещением микрометрического винта добиться совмещения обеих интерференционных полос по нулевой полосе. Совмещение производить несколько раз до получения устойчивого отсчета. Проделать такие же измерения с остальными растворами в порядке возрастания концентрации. Затем то же самое проделать для раствора неизвестной концентрации.

Внимание. При смене раствора камеру кюветы предварительно сполоснуть последующим раствором при помощи пипетки. Затем, залив новый раствор, необходимо подождать 5-6 минут для установления температурного режима, до прекращения перемещения слоев жидкости, и приступить к измерениям. Если это требование не выполнить, то результаты измерений будут неверными.

Данные измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1

C, %	0	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	X
N
X, %

По полученным данным построить градуированный график, то есть график, выражающий зависимость отсчета по шкале барабана от концентрации раствора С. За начало координат принять нуль кюветы. По градуированному графику определить концентрацию неизвестного раствора.

Упражнение 2

Исследование зависимости коэффициента преломления газа от давления

1. Как известно коэффициент преломления выражается формулой:

. (8)

где n - коэффициент преломления;

N - концентрация молекул;

e, m - заряд и масса электрона, ω - круговая частота световой волн, ω₀ - собственная частота колебаний электронного облака, - электрическая постоянная.

Второе слагаемое в формуле (8) равно примерно 10^-4-10^-5. Поэтому, извлекая квадратный корень и пользуясь свойствами биноминального ряда, получим:

. (9)

Учитывая, что давление газа

. (10)

преобразуем формулу (9) к виду:

. (11)

где k – некоторая величина, зависящая от температуры газа и частоты световой волн. В условиях нашего эксперимента эта величина остается постоянной.

2. Из формулы (11) следует, что коэффициент преломления газа является линейной функцией давления. Цель работы и заключается в экспериментальной проверке этой зависимости.

Поскольку коэффициент преломления газа очень мало отличается от единицы, то для проверки формулы (11) необходим весьма чувствительный прибор, который может надежно регистрировать изменения в четвертом – пятом знаке. Таким прибором может служить рассмотренный выше интерферометр Релея.

При заполнении одним и тем же газом обеих кювет разность хода не возникает. Если же из левой кюветы откачать часть газа, изменив давление от р₀ до р, то возникает разность хода.

На основании формулы (11) можно записать:

.

Откуда

.

Умножив обе части на длину кюветы l и воспользовавшись формулой (7), получим:

, или .

Учитывая, что - величина постоянная, а , получим:

,

здесь Δt - разность показаний микрометрического винта интерферометра. Это и есть рабочая формула данного упражнения.