Определение показателя преломления жидкости

Цель работы: изучение принципа работы рефрактометра и исследование зависимости показателя преломления раствора от концентрации.

Приборы и оборудование: рефрактометр, пипетка, растворы различной концентрации.

Теоретическое введение

При переходе света через границу раздела двух сред, скорость распространения света в которых различна, происходит изменение направления его распространения. Это явление называется преломлением или рефракцией.

Абсолютный показатель преломления среды ,

где с – скорость распространения света в вакууме, – скорость распространения света в данной среде.

Относительный показатель преломления сред ,

где и – абсолютные показатели преломления сред.

Если угол падения (угол между направлением падающего луча и перпендикуляром восстановленным к плоскости падения) обозначим , а угол преломления (угол между направлением распространения преломленного луча и перпендикуляром к плоскости) обозначим , то закон преломления запишется в виде

.

Рис. 1

Следовательно, при переходе света из среды с меньшим показателем преломления (оптически менее плотная среда) в среду с большим показателем преломления (оптически более плотная среда) угол падения луча больше угла преломления (рис. 1). Если луч падает на границу раздела под наибольшим возможным углом (луч скользит вдоль границы раздела двух сред), то он будет преломляться под наибольшим возможным углом . Этот угол является наибольшим углом преломления для данных сред и называется предельным углом преломления. Для такого угла из закона преломления следует:

, откуда .

Е

Рис. 2

сли свет переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то угол преломления больше угла падения (рис. 2). При некотором угле падения луча угол преломления , т.е. преломленный луч скользит вдоль границы раздела сред. При дальнейшем увеличении угла падения преломление не происходит, весь падающий свет отражается от границы раздела сред (полное отражение). Такой угол падения называется предельным углом полного отражения и обозначается . Так как

, то .

Таким образом, предельный угол преломления и предельный угол полного отражения для данных сред зависят от их показателя преломления. Это нашло применение в приборах для измерения показателя преломления веществ – рефрактометрах, используемых для определения чистоты воды, концентрации общего белка сыворотки крови, для идентификации различных веществ и т.п.

Описание установки

Рис. 3

Основной частью рефрактометра являются две прямоугольные призмы: осветительная и измерительная с одинаковыми преломляющими углами. Только у осветительной призмы грань АВ – матовая, а у измерительной грань – полированная. Между гранями АВ и находится тонкий слой исследуемой жидкости, представляющий собой оптически менее плотную среду. Лучи от источника света падают на осветительную призму и попадают на грань АВ.

Вследствие рассеяния света матовой поверхностью в исследуемую жидкость лучи входят под разными углами от 0 до . Затем они проходят слой жидкости и попадают на полированную грань . Поскольку показатель преломления жидкости в нашем случае меньше показателя преломления стекла, то лучи света выходят из призмы в пределах от 0 до . Пространство внутри этого угла будет освещенным, а вне его – темным.

Если на пути лучей, выходящих из измерительной призмы поставить зрительную трубу, то одна половина ее поля зрения будет освещена, а другая затемнена. Положение границы раздела света и тени определяется предельным углом преломления, зависящим от показателя преломления исследуемой жидкости

,

где – показатель преломления призмы.

На шкале рефрактометра сразу нанесены значения показателя преломления исследуемой жидкости.