Indicele de refracție absolut al formulei medii. Care este indicele de refracție al sticlei și cum să-l determinăm folosind formula

Indicele de refracție

Indicele de refracție substanțe - o valoare egală cu raportul vitezelor de fază ale luminii (unde electromagnetice) în vid și într-un mediu dat. De asemenea, se vorbește uneori despre indicele de refracție pentru orice alte unde, de exemplu, sunet, deși în cazuri precum acesta din urmă, definiția, desigur, trebuie modificată cumva.

Indicele de refracție depinde de proprietățile substanței și de lungimea de undă a radiației, pentru unele substanțe indicele de refracție se modifică destul de puternic atunci când frecvența undelor electromagnetice se schimbă de la frecvențe joase la cele optice și nu numai, putându-se, de asemenea, modifica și mai accentuat în anumite zone ale scalei de frecvență. Valoarea implicită este de obicei domeniul optic sau intervalul determinat de context.

Legături

• RefractiveIndex.INFO baza de date cu indici de refracție

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce este „Indicele de refracție” în alte dicționare:

Relativ la două medii n21, raportul adimensional al vitezelor de propagare a radiației optice (c veta a) în primul (c1) și al doilea (c2) mediu: n21=c1/c2. În același timp se referă. P. p. este raportul dintre sinusurile g și căderea lui j și la g l ... ... Enciclopedia fizică

Vezi indicele de refracție...

Vezi indicele de refracție. * * * INDICE DE REFRACTIVITATE INDICE DE REFRACTIVITATE, vezi Indicele de refractie (vezi INDICE DE REFRACTIVITATE)... Dicţionar enciclopedic- INDICE DE REFRACTIVITATE, o valoare care caracterizeaza mediul si egala cu raportul dintre viteza luminii in vid si viteza luminii in mediu (indicele absolut de refractie). Indicele de refracție n depinde de dielectricul e și de permeabilitatea magnetică m ... ... Ilustrat Dicţionar enciclopedic

- (vezi INDICATOR REFRACTIV). Dicţionar enciclopedic fizic. Moscova: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1983... Enciclopedia fizică

Vezi indicele de refracție... Marea Enciclopedie Sovietică

Raportul dintre viteza luminii în vid și viteza luminii într-un mediu (indice absolut de refracție). Indicele relativ de refracție a 2 medii este raportul dintre viteza luminii în mediu de la care lumina cade pe interfață și viteza luminii în secunda ... ... Dicţionar enciclopedic mare

Lucrări de laborator

Refracția luminii. Măsurarea indicelui de refracție al unui lichid

cu un refractometru

Scopul lucrării: aprofundarea ideilor despre fenomenul refracţiei luminii; studiul metodelor de măsurare a indicelui de refracție al mediilor lichide; studiul principiului de funcționare cu un refractometru.

Echipamente: refractometru, soluții saline, pipetă, cârpă moale pentru ștergerea părților optice ale aparatelor.

Teorie

Legile reflexiei și refracției luminii. indicele de refracție.

La interfața dintre medii, lumina își schimbă direcția de propagare. O parte din energia luminii se întoarce în primul mediu, adică. lumina este reflectată. Dacă al doilea mediu este transparent, atunci o parte a luminii, în anumite condiții, trece prin interfața dintre medii, schimbând, de regulă, direcția de propagare. Acest fenomen se numește refracția luminii. (Fig. 1).

Orez. 1. Reflexia și refracția luminii pe o interfață plată între două medii.

Direcția razelor reflectate și refractate în timpul trecerii luminii printr-o interfață plană între două medii transparente este determinată de legile reflexiei și refracției luminii.

Legea reflexiei luminii. Raza reflectată se află în același plan cu raza incidentă și normalul restabilit în planul de interfață în punctul de incidență. Unghiu de incidenta egal cu unghiul reflexii
.

Legea refracției luminii. Fasciculul refractat se află în același plan cu fasciculul incident și normalul este restabilit în planul de interfață în punctul de incidență. Raportul dintre sinusul unghiului de incidență α la sinusul unghiului de refracție β există o valoare constantă pentru aceste două medii, numită indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul:

Indicele de refracție relativ două medii este egală cu raportul dintre viteza luminii în primul mediu v 1 și viteza luminii în al doilea mediu v 2:

Dacă lumina trece de la vid la un mediu, atunci indicele de refracție al mediului în raport cu vidul se numește indicele de refracție absolut al acestui mediu și este egal cu raportul vitezei luminii în vid. Cu la viteza luminii într-un mediu dat v:

Indicii de refracție absoluti sunt întotdeauna mai mari decât unu; pentru aer n luată ca unitate.

Indicele de refracție relativ al două medii poate fi exprimat în termeni de indici lor absoluti n 1 Și n 2 :

Determinarea indicelui de refracție al unui lichid

Pentru determinarea rapidă și convenabilă a indicelui de refracție al lichidelor, există instrumente optice speciale - refractometre, a căror parte principală sunt două prisme (Fig. 2): auxiliare etc. 1și măsurarea Ex 2. Lichidul de testare este turnat în golul dintre prisme.

La măsurarea indicatorilor se pot folosi două metode: metoda fasciculului de pășunat (pentru lichide transparente) și metoda reflexiei totale interioare (pentru soluții întunecate, tulburi și colorate). În această lucrare, primul dintre ele este folosit.

În metoda fasciculului de pășunat, lumina dintr-o sursă externă trece prin față AB prisme Ex 1, difuzează pe suprafața sa mată AC iar apoi prin stratul de lichid investigat pătrunde în prismă Ex 2. Suprafața mată devine o sursă de raze din toate direcțiile, așa că poate fi observată prin față EF prisme Ex 2. Cu toate acestea, linia AC poate fi văzut prin EF numai la un unghi mai mare decât un unghi minim limitator i. Valoarea acestui unghi este legată în mod unic de indicele de refracție al lichidului situat între prisme, care se va întâmpla să fie ideea principală a designului refractometrului.

Luați în considerare trecerea luminii printr-o față EF prismă de măsurare inferioară Ex 2. După cum se poate observa din fig. 2, aplicând de două ori legea refracției luminii, putem obține două relații:

(1)

(2)

Rezolvând acest sistem de ecuații, este ușor să ajungem la concluzia că indicele de refracție al lichidului

(3)

depinde de patru cantități: Q, r, r 1 Și i. Cu toate acestea, nu toate sunt independente. De exemplu,

r+ s= R , (4)

Unde R - unghiul de refracție al unei prisme Ex 2. În plus, prin setarea unghiului Q valoarea maximă este 90°, din ecuația (1) obținem:

(5)

Dar valoarea maximă a unghiului r , după cum se vede din fig. 2 și relațiile (3) și (4), corespund valorilor minime ale unghiurilor i Și r 1 , acestea. i min Și r min .

Astfel, indicele de refracție al unui lichid în cazul razelor „planare” este legat doar de unghi. i. În acest caz, există o valoare minimă a unghiului i, când marginea AC este încă observată, adică, în câmpul vizual, pare a fi alb în oglindă. Pentru unghiuri de vizualizare mai mici, marginea nu este vizibilă, iar în câmpul vizual acest loc apare negru. Deoarece telescopul instrumentului captează o zonă unghiulară relativ largă, în câmpul vizual se observă simultan zone luminoase și negre, granița dintre care corespunde unghiului minim de observare și este legată fără ambiguitate de indicele de refracție al lichidului. Folosind formula finală de calcul:

(concluzia sa este omisă) și un număr de lichide cu indici de refracție cunoscuți, este posibil să se calibreze dispozitivul, adică să se stabilească o corespondență unu-la-unu între indicii de refracție ai lichidelor și unghiurilor i min . Toate formulele de mai sus sunt derivate pentru raze de orice lungime de undă.

Lumina de diferite lungimi de unda va fi refracta, tinand cont de dispersia prismei. Astfel, atunci când prisma este iluminată cu lumină albă, interfața va fi neclară și colorată în diferite culori datorită dispersiei. Prin urmare, fiecare refractometru are un compensator care vă permite să eliminați rezultatul dispersiei. Poate consta din una sau două prisme de vedere directă - prisme Amici. Fiecare prismă Amici este formată din trei prisme de sticlă cu indici de refracție diferiți și dispersii diferite, de exemplu, prismele exterioare sunt din sticlă coroană, iar prisma din mijloc este din sticlă flint (sticlă coroană și sticla flint sunt tipuri de sticlă). Prin rotirea prismei compensatoare cu ajutorul unui dispozitiv special, se obține o imagine clară, incoloră a interfeței, a cărei poziție corespunde valorii indicelui de refracție pentru linia galbenă de sodiu. λ \u003d 5893 Å (prismele sunt proiectate astfel încât razele cu o lungime de undă de 5893 Å să nu experimenteze abateri în ele).

Razele care au trecut prin compensator intră în obiectivul telescopului, apoi trec prin prisma inversă prin ocularul telescopului în ochiul observatorului. Cursul schematic al razelor este prezentat în fig. 3.

Scara refractometrului este calibrată în ceea ce privește indicele de refracție și concentrația soluției de zaharoză în apă și este situată în planul focal al ocularului.

partea experimentală

Sarcina 1. Verificarea refractometrului.

Îndreptați lumina cu o oglindă către prisma auxiliară a refractometrului. Cu prisma auxiliară ridicată, pipetați câteva picături de apă distilată pe prisma de măsurare. Coborâți prisma secundară, obțineți cea mai bună iluminare a câmpului de vedere și setați ocularul astfel încât încrucișarea și scala indicelui de refracție să poată fi văzute clar. Întorcând camera prismei de măsurare, obțineți granița de lumină și umbră în câmpul vizual. Prin rotirea capului compensator, obțineți eliminarea colorării marginii de lumină și umbră. Aliniați marginea luminii și umbrelor cu punctul încrucișat și măsurați indicele de refracție al apei n ism . Dacă refractometrul funcționează, atunci valoarea ar trebui să fie pentru apă distilată n 0 = 1.333, dacă citirile diferă de această valoare, trebuie să determinați corecția Δn= n ism - 1.333, care ar trebui să fie luate în considerare în continuarea lucrărilor cu refractometrul. Faceți corecții în tabelul 1.

Tabelul 1.

Sarcina 2. Determinarea indicelui de refracție al unui lichid.

Determinați indicii de refracție ai soluțiilor de concentrații cunoscute, ținând cont de corecția constatată.

Masa 2.

Reprezentați grafic dependența indicelui de refracție al soluțiilor de clorură de sodiu de concentrație în funcție de rezultatele obținute. Faceți o concluzie despre dependența lui n de C; trageți concluzii despre acuratețea măsurătorilor pe un refractometru.

Luați o soluție de sare de concentrație necunoscută CU X , determinați-i indicele de refracție și găsiți concentrația soluției din grafic.

la pachet la locul de muncă, ștergeți ușor prismele refractometrelor cu o cârpă umedă și curată.

Întrebări de control

Reflexia si refractia luminii.

Indicii de refracție absoluti și relativi ai mediului.

Principiul de funcționare al refractometrului. Metoda grinzii glisante.

Cursul schematic al razelor într-o prismă. De ce sunt necesare prisme compensatoare?

Propagarea, reflectarea și refracția luminii

Natura luminii este electromagnetică. O dovadă în acest sens este coincidența dintre vitezele undelor electromagnetice și ale luminii în vid.

Într-un mediu omogen, lumina se propagă în linie dreaptă. Această afirmație se numește legea propagării rectilinie a luminii. O dovadă experimentală a acestei legi sunt umbrele ascuțite date de sursele punctiforme de lumină.

O linie geometrică care indică direcția de propagare a luminii se numește fascicul de lumină. Într-un mediu izotrop, razele de lumină sunt direcționate perpendicular pe frontul de undă.

Locul punctelor mediului care oscilează în aceeași fază se numește suprafață de undă, iar setul de puncte până la care oscilația a atins un anumit moment în timp se numește front de undă. În funcție de tipul de front de undă, se disting unde plane și sferice.

Pentru a explica procesul de propagare a luminii, utilizați principiu general teoria undelor despre mișcarea frontului de undă în spațiu, propusă de fizicianul olandez H. Huygens. Conform principiului Huygens, fiecare punct al mediului, la care ajunge excitația luminii, este centrul undelor secundare sferice, care se propagă și ele cu viteza luminii. Anvelopa de suprafață a fronturilor acestor unde secundare dă poziția frontului undei care se propagă efectiv în acel moment de timp.

Este necesar să se facă distincția între fasciculele de lumină și razele de lumină. Un fascicul de lumină este o parte dintr-o undă luminoasă care transportă energia luminoasă într-o direcție dată. Când se înlocuiește un fascicul de lumină cu un fascicul de lumină care îl descrie, acesta din urmă trebuie considerat ca coincide cu axa unui fascicul de lumină destul de îngust, dar având o lățime finită (dimensiunile secțiunii transversale sunt mult mai mari decât lungimea de undă).

Există fascicule de lumină divergente, convergente și cvasi-paralele. Sunt adesea folosiți termenii fascicul de raze de lumină sau pur și simplu raze de lumină, adică un set de raze de lumină care descriu un fascicul de lumină real.

Viteza luminii în vid c = 3 108 m/s este o constantă universală și nu depinde de frecvență. Pentru prima dată, viteza luminii a fost determinată experimental prin metoda astronomică de către omul de știință danez O. Römer. A. Michelson a măsurat viteza luminii mai precis.

Viteza luminii în materie este mai mică decât în ​​vid. Raportul dintre viteza luminii în vid și viteza acesteia într-un mediu dat se numește indicele de refracție absolut al mediului:

unde c este viteza luminii în vid, v este viteza luminii într-un mediu dat. Indicii absoluti de refracție ai tuturor substanțelor sunt mai mari decât unitatea.

Când lumina se propagă într-un mediu, este absorbită și împrăștiată, iar la interfața dintre medii este reflectată și refractă.

Legea reflexiei luminii: fasciculul incident, fasciculul reflectat și perpendiculara pe interfața dintre două medii, restabilite în punctul de incidență al fasciculului, se află în același plan; unghiul de reflexie g este egal cu unghiul de incidență a (fig. 1). Această lege coincide cu legea reflexiei pentru undele de orice natură și poate fi obținută ca o consecință a principiului Huygens.

Legea refracției luminii: fasciculul incident, fasciculul refractat și perpendiculara pe interfața dintre două medii, restaurate în punctul de incidență al fasciculului, se află în același plan; raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție pentru o anumită frecvență a luminii este o valoare constantă, numită indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul:

Legea refracției luminii stabilită experimental este explicată pe baza principiului Huygens. Conform conceptelor undelor, refracția este o consecință a unei modificări a vitezei de propagare a undelor în timpul tranziției de la un mediu la altul și sens fizic indicele de refracție relativ - acesta este raportul dintre viteza de propagare a undei în primul mediu v1 și viteza de propagare a acestora în al doilea mediu

Pentru mediile cu indici absoluti de refracție n1 și n2, indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul este egal cu raportul dintre indicele de refracție absolut al celui de-al doilea mediu și indicele de refracție absolut al primului mediu:

Mediul care are un indice de refracție mai mare se numește optic mai dens, viteza de propagare a luminii în el este mai mică. Dacă lumina trece de la un mediu optic mai dens la unul optic mai puțin dens, atunci la un anumit unghi de incidență a0 unghiul de refracție ar trebui să devină egal cu p/2. Intensitatea fasciculului refractat în acest caz devine egală cu zero. Incidentul luminii de pe interfața dintre două medii este complet reflectat de ea.

Unghiul de incidență a0 la care are loc reflexia internă totală a luminii se numește unghiul limitativ al reflexiei interne totale. La toate unghiurile de incidență egale sau mai mari decât a0, are loc reflexia totală a luminii.

Valoarea unghiului limitator se gaseste din relatie Dacă n2 = 1 (vid), atunci

2 Indicele de refracție al unei substanțe este o valoare egală cu raportul vitezelor de fază ale luminii (unde electromagnetice) în vid și într-un mediu dat. Ei vorbesc și despre indicele de refracție pentru orice alte unde, de exemplu, sunet

Indicele de refracție depinde de proprietățile substanței și de lungimea de undă a radiației, pentru unele substanțe indicele de refracție se modifică destul de puternic atunci când frecvența undelor electromagnetice se schimbă de la frecvențe joase la cele optice și nu numai, putându-se, de asemenea, modifica și mai accentuat în anumite zone ale scalei de frecvență. Valoarea implicită este de obicei domeniul optic sau intervalul determinat de context.

Există substanțe optic anizotrope în care indicele de refracție depinde de direcția și polarizarea luminii. Astfel de substanțe sunt destul de comune, în special, acestea sunt toate cristale cu o simetrie suficient de scăzută a rețelei cristaline, precum și substanțe supuse deformării mecanice.

Indicele de refracție poate fi exprimat ca rădăcina produsului dintre magnetic și permitivitățile mediului

(trebuie ținut cont de faptul că valorile permeabilității magnetice și ale indicelui de permitivitate absolută pentru intervalul de frecvență de interes - de exemplu, cel optic, pot fi foarte diferite de valoarea statică a acestor valori).

Pentru măsurarea indicelui de refracție se folosesc refractometre manuale și automate. Când utilizați un refractometru pentru a determina concentrația de zahăr într-o soluție apoasă, dispozitivul se numește zaharimetru.

Raportul dintre sinusul unghiului de incidență () al fasciculului și sinusul unghiului de refracție () în timpul tranziției fasciculului de la mediu A la mediu B se numește indice de refracție relativ pentru această pereche de medii.

Mărimea n este indicele de refracție relativ al mediului B față de mediul A, an" = 1/n este indicele de refracție relativ al mediului A față de mediul B.

Această valoare, ceteris paribus, este de obicei mai mică decât unitate atunci când fasciculul trece de la un mediu mai dens la un mediu mai puțin dens și mai mult decât unitate când fasciculul trece de la un mediu mai puțin dens la un mediu mai dens (de exemplu, de la un gaz sau de la vid la un lichid sau solid). Există excepții de la această regulă și, prin urmare, se obișnuiește să se numească un mediu mai mult sau mai puțin dens din punct de vedere optic decât altul (a nu se confunda cu densitatea optică ca măsură a opacității unui mediu).

Un fascicul care cade din spațiul fără aer pe suprafața unui mediu B este refractat mai puternic decât atunci când cade pe ea dintr-un alt mediu A; indicele de refracție al unei raze incidente pe un mediu din spațiul fără aer se numește indicele său absolut de refracție sau pur și simplu indicele de refracție al acestui mediu, acesta este indicele de refracție, a cărui definiție este dată la începutul articolului. Indicele de refracție a oricărui gaz, inclusiv a aerului, în condiții normale este mult mai mic decât indicii de refracție ai lichidelor sau solidelor, prin urmare, aproximativ (și cu o precizie relativ bună) indicele de refracție absolut poate fi judecat din indicele de refracție față de aer.

Orez. 3. Principiul de funcționare al refractometrului de interferență. Un fascicul de lumină este împărțit astfel încât cele două părți ale sale să treacă prin cuve de lungime l umplute cu substanțe cu indici de refracție diferiți. La ieșirea din celulă, razele capătă o anumită diferență de drum și, fiind reunite, dau pe ecran o imagine a maximelor și minimelor de interferență cu ordine k (reprezentate schematic în dreapta). Diferența indicilor de refracție Dn=n2 –n1 =kl/2, unde l este lungimea de undă a luminii.

Refractometrele sunt dispozitive folosite pentru a măsura indicele de refracție al substanțelor. Principiul de funcționare al unui refractometru se bazează pe fenomenul de reflexie totală. Dacă un fascicul de lumină împrăștiat cade pe interfața a două medii cu indici de refracție și dintr-un mediu mai dens optic, atunci pornind de la un anumit unghi de incidență, razele nu intră în al doilea mediu, ci sunt reflectate complet de interfața în primul mediu. Acest unghi se numește unghi limitativ de reflexie totală. Figura 1 prezintă comportamentul razelor atunci când cad într-un anumit curent al acestei suprafețe. Fasciculul merge la un unghi limitator. Din legea refracției, puteți determina:, (pentru că).

Unghiul limitator depinde de indicele de refracție relativ al celor două medii. Dacă razele reflectate de la suprafață sunt direcționate către o lentilă convergentă, atunci în planul focal al lentilei se poate vedea marginea luminii și penumbrei, iar poziția acestei margini depinde de valoarea unghiului limitator și, în consecință, de indicele de refracție. O modificare a indicelui de refracție al unuia dintre medii implică o modificare a poziției interfeței. Limita dintre lumină și umbră poate servi ca un indicator în determinarea indicelui de refracție, care este utilizat în refractometre. Această metodă de determinare a indicelui de refracție se numește metoda de reflexie totală.

În plus față de metoda de reflexie totală, refractometrele folosesc metoda fasciculului de pășunat. În această metodă, un fascicul de lumină împrăștiat lovește granița dintr-un mediu mai puțin dens optic în toate unghiurile posibile (Fig. 2). Fasciculul care alunecă de-a lungul suprafeței (), corespunde - unghiului limitator de refracție (fascicul din Fig. 2). Dacă punem o lentilă în calea razelor () refractate pe suprafață, atunci în planul focal al lentilei vom vedea și o graniță ascuțită între lumină și umbră.

Orez. 2

Deoarece condițiile care determină valoarea unghiului limitator sunt aceleași în ambele metode, poziția interfeței este aceeași. Ambele metode sunt echivalente, dar metoda reflexiei totale vă permite să măsurați indicele de refracție al substanțelor opace

Calea razelor într-o prismă triunghiulară

Figura 9 prezintă o secțiune a unei prisme de sticlă cu un plan perpendicular pe marginile sale laterale. Fasciculul din prismă deviază spre bază, refractând pe fețele OA și 0B. Unghiul j dintre aceste fețe se numește unghiul de refracție al prismei. Unghiul de deformare q al fasciculului depinde de unghiul de refracție al prismei j, de indicele de refracție n al materialului prismei și de unghiul de incidență a. Poate fi calculat folosind legea refracției (1.4).

Refractometrul folosește o sursă de lumină albă 3. Datorită dispersiei atunci când lumina trece prin prismele 1 și 2, granița dintre lumină și umbră se dovedește a fi colorată. Pentru a evita acest lucru, în fața lentilei telescopului este plasat un compensator 4. Acesta este format din două prisme identice, fiecare fiind lipită împreună din trei prisme cu un indice de refracție diferit. Prismele sunt selectate astfel încât un fascicul monocromatic cu o lungime de undă = 589,3 um. (lungimea de undă a liniei galbene de sodiu) nu a fost testată după trecerea compensatorului de deviație. Razele cu alte lungimi de undă sunt deviate de prisme în direcții diferite. Prin deplasarea prismelor compensatoare cu ajutorul unui mâner special, granița dintre lumină și întuneric devine cât mai clară.

Razele de lumină, după ce au trecut de compensator, cad în lentila 6 a telescopului. Imaginea interfeței lumină-umbră este vizualizată prin ocularul 7 al telescopului. În același timp, prin ocular este vizualizată scara 8. Deoarece unghiul limitator de refracție și unghiul limitator de reflexie totală depind de indicele de refracție al lichidului, valorile acestui indice de refracție sunt imediat trasate pe scara refractometrului.

Sistemul optic al refractometrului conține și o prismă rotativă 5. Vă permite să poziționați axa telescopului perpendicular pe prismele 1 și 2, ceea ce face observarea mai convenabilă.

Refracția sau refracția este un fenomen în care o schimbare a direcției unui fascicul de lumină, sau a altor unde, are loc atunci când trec granița care separă două medii, ambele transparente (transmițând aceste unde) și în interiorul unui mediu în care proprietățile sunt în continuă schimbare.

Fenomenul refracției îl întâlnim destul de des și îl percepem ca pe un fenomen obișnuit: putem observa că un băț situat într-un pahar transparent cu un lichid colorat este „rupt” în punctul în care aerul și apa se separă (Fig. 1). Când lumina este refractată și reflectată în timpul ploii, ne bucurăm când vedem un curcubeu (Fig. 2).

indicele de refracție - caracteristică importantă substante asociate cu proprietati fizice si chimice. Depinde de valorile temperaturii, precum și de lungimea de undă a undelor luminoase la care se efectuează determinarea. Conform datelor de control al calității dintr-o soluție, indicele de refracție este afectat de concentrația substanței dizolvate în ea, precum și de natura solventului. În special, indicele de refracție al serului sanguin este afectat de cantitatea de proteine ​​​​conținută în acesta.Acest lucru se datorează faptului că la viteze diferite de propagare a razelor de lumină în medii cu densități diferite, direcția acestora se schimbă la interfața dintre două medii. Dacă împărțim viteza luminii în vid la viteza luminii în substanța studiată, obținem indicele de refracție absolut (indicele de refracție). În practică, se determină indicele de refracție relativ (n), care este raportul dintre viteza luminii în aer și viteza luminii în substanța studiată.

Indicele de refracție este cuantificat folosind dispozitiv special- refractometru.

Refractometria este una dintre cele mai ușoare metode de analiză fizică și poate fi utilizată în laboratoarele de control al calității în producția de suplimente alimentare chimice, alimentare, biologic active, cosmetice și alte tipuri de produse cu timp și număr minim de probe de testat.

Proiectarea refractometrului se bazează pe faptul că razele de lumină sunt complet reflectate atunci când trec prin limita a două medii (unul dintre ele este o prismă de sticlă, celălalt este soluția de testare) (Fig. 3).

Orez. 3. Schema refractometrului

De la sursa (1), fasciculul de lumină cade pe suprafața oglinzii (2), apoi, fiind reflectat, trece în prisma de iluminare superioară (3), apoi în prisma de măsurare inferioară (4), care este din sticlă cu indice de refracție ridicat. Între prisme (3) și (4) se aplică 1-2 picături de probă cu ajutorul unui capilar. Pentru a nu provoca o prismă deteriorare mecanică, este necesar să nu-i atingeți suprafața cu un capilar.

Ocularul (9) vede un câmp cu linii încrucișate pentru a seta interfața. Prin deplasarea ocularului, punctul de intersecție al câmpurilor trebuie aliniat cu interfața (Fig. 4).Planul prismei (4) joacă rolul interfeței, pe suprafața căreia este refractat fasciculul luminos. Deoarece razele sunt împrăștiate, granița de lumină și umbră se dovedește a fi neclară, irizată. Acest fenomen este eliminat de compensatorul de dispersie (5). Apoi fasciculul este trecut prin lentilă (6) și prismă (7). Pe placa (8) se află curse de ochire (două linii drepte încrucișate în cruce), precum și o scară cu indici de refracție, care se observă în ocularul (9). Este folosit pentru a calcula indicele de refracție.

Linia de despărțire a limitelor câmpului va corespunde unghiului de reflexie totală internă, care depinde de indicele de refracție al probei.

Refractometria este utilizată pentru a determina puritatea și autenticitatea unei substanțe. Această metodă este, de asemenea, utilizată pentru a determina concentrația de substanțe în soluții în timpul controlului calității, care este calculată dintr-un grafic de calibrare (un grafic care arată dependența indicelui de refracție al unei probe de concentrația sa).

În KorolevPharm, indicele de refracție este determinat în conformitate cu documentația de reglementare aprobată în timpul controlului de intrare al materiilor prime, în extrase din producția proprie, precum și în producția de produse finite. Determinarea se face de către angajați calificați ai unui laborator fizic și chimic acreditat folosind un refractometru IRF-454 B2M.

Dacă, conform rezultatelor controlului de intrare a materiilor prime, indicele de refracție nu corespunde cu cerințele necesare, departamentul de control al calitatii intocmeste un Act de neconformitate, in baza caruia acest lot de materii prime este returnat furnizorului.

Metoda de determinare

1. Inainte de inceperea masuratorilor se verifica curatenia suprafetelor prismelor aflate in contact intre ele.

2. Verificare punct zero. Aplicam 2÷3 picaturi de apa distilata pe suprafata prismei de masurat, inchidem cu grija cu o prisma iluminatoare. Deschide fereastra de iluminare și, folosind o oglindă, setează sursa de lumină în direcția cea mai intensă. Prin rotirea șuruburilor ocularului, obținem o distincție clară și clară între câmpurile întunecate și cele deschise în câmpul său vizual. Rotim șurubul și direcționăm linia de umbră și lumină astfel încât să coincidă cu punctul în care liniile se intersectează în fereastra superioară a ocularului. Pe linia verticală din fereastra inferioară a ocularului vedem rezultatul dorit - indicele de refracție al apei distilate la 20 ° C (1,333). Dacă citirile sunt diferite, setați șurubul la indicele de refracție la 1.333, iar cu ajutorul unei chei (scoateți șurubul de reglare) aducem marginea umbrei și luminii în punctul de intersecție a liniilor.

3. Determinați indicele de refracție. Ridicați camera de iluminare a prismei și îndepărtați apa cu hârtie de filtru sau un șervețel de tifon. Apoi, aplicați 1-2 picături de soluție de testare pe suprafața prismei de măsurare și închideți camera. Rotim șuruburile până când marginile umbrei și luminii coincid cu punctul de intersecție al liniilor. Pe linia verticală din fereastra inferioară a ocularului, vedem rezultatul dorit - indicele de refracție al probei de testat. Calculăm indicele de refracție pe scara din fereastra inferioară a ocularului.

4. Cu ajutorul graficului de calibrare, stabilim relația dintre concentrația soluției și indicele de refracție. Pentru a construi un grafic, este necesar să se pregătească soluții standard de mai multe concentrații folosind preparate de substanțe chimic pure, să se măsoare indicii lor de refracție și să se pună pe grafic valorile obținute pe axa ordonatelor și să se pună pe grafic concentrațiile corespunzătoare de soluții pe axa absciselor. Este necesar să se aleagă intervalele de concentrație la care se observă o relație liniară între concentrație și indicele de refracție. Măsurăm indicele de refracție al probei de testat și folosim graficul pentru a determina concentrația acestuia.

La rezolvarea problemelor de optică, este adesea necesar să se cunoască indicele de refracție al sticlei, apei sau al altei substanțe. Si in situatii diferite pot fi implicate atât valori absolute, cât și relative ale acestei mărimi.

Două tipuri de indice de refracție

În primul rând, despre ce arată acest număr: cum acest sau acel mediu transparent schimbă direcția de propagare a luminii. Mai mult, o undă electromagnetică poate proveni dintr-un vid, iar atunci indicele de refracție al sticlei sau al unei alte substanțe va fi numit absolut. În cele mai multe cazuri, valoarea sa se află în intervalul de la 1 la 2. Numai în foarte cazuri rare indicele de refracție este mai mare de doi.

Dacă în fața obiectului există un mediu mai dens decât vidul, atunci se vorbește despre valoare relativă. Și se calculează ca raport de doi valori absolute. De exemplu, indicele de refracție relativ al sticlei de apă va fi egal cu coeficientul valorilor absolute pentru sticlă și apă.

În orice caz, este notat cu litera latină „en” - n. Această valoare se obține prin împărțirea valorilor aceluiași nume între ele, prin urmare este pur și simplu un coeficient care nu are un nume.

Care este formula pentru calcularea indicelui de refracție?

Dacă luăm unghiul de incidență ca „alfa” și notăm unghiul de refracție ca „beta”, atunci formula valoare absolută indicele de refracție arată astfel: n = sin α / sin β. În literatura în limba engleză, puteți găsi adesea o denumire diferită. Când unghiul de incidență este i, iar unghiul de refracție este r.

Există o altă formulă pentru calcularea indicelui de refracție al luminii din sticlă și alte medii transparente. Este conectat cu viteza luminii în vid și cu ea, dar deja în substanța luată în considerare.

Atunci arată astfel: n = c/νλ. Aici c este viteza luminii în vid, ν este viteza sa în mediu transparent, iar λ este lungimea de undă.

De ce depinde indicele de refracție?

Este determinată de viteza cu care se propagă lumina în mediul luat în considerare. Aerul în acest sens este foarte aproape de vid, astfel încât undele luminoase se propagă în el practic nu se abat de la direcția lor inițială. Prin urmare, dacă se determină indicele de refracție al aerului de sticlă sau al unei alte substanțe învecinate cu aerul, atunci acesta din urmă este luat în mod condiționat ca vid.

Orice alt mediu are propriile sale caracteristici. Au densități diferite, au temperatura proprie, precum și solicitări elastice. Toate acestea afectează rezultatul refracției luminii de către o substanță.

Nu cel mai mic rol în schimbarea direcției de propagare a undelor îl joacă caracteristicile luminii. lumină albă este format din mai multe culori, de la roșu la violet. Fiecare parte a spectrului este refracta in felul ei. Mai mult, valoarea indicatorului pentru valul părții roșii a spectrului va fi întotdeauna mai mică decât cea a restului. De exemplu, indicele de refracție al sticlei TF-1 variază de la 1,6421 la 1,67298, respectiv, de la partea roșie la cea violetă a spectrului.

Exemple de valori pentru diferite substanțe

Iată valorile valorilor absolute, adică indicele de refracție atunci când un fascicul trece dintr-un vid (care este echivalent cu aerul) printr-o altă substanță.

Aceste cifre vor fi necesare dacă este necesar să se determine indicele de refracție al sticlei în raport cu alte medii.

Ce alte cantități sunt folosite în rezolvarea problemelor?

Reflecție deplină. Apare atunci când lumina trece de la un mediu mai dens la unul mai puțin dens. Aici, la o anumită valoare a unghiului de incidență, refracția are loc în unghi drept. Adică, fasciculul alunecă de-a lungul limitei a două medii.

Unghiul de limitare al reflexiei totale este valoarea sa minimă la care lumina nu scapă într-un mediu mai puțin dens. Mai puțin decât aceasta - are loc refracția și mai mult - reflectarea în același mediu din care s-a mișcat lumina.

Sarcina 1

Condiție. Indicele de refracție al sticlei este de 1,52. Este necesar să se determine unghiul limitator la care lumina este reflectată complet de la interfața dintre suprafețe: sticlă cu aer, apă cu aer, sticlă cu apă.

Va trebui să utilizați datele indicelui de refracție pentru apă din tabel. Este considerat egal cu unitatea pentru aer.

Soluția în toate cele trei cazuri se reduce la calcule folosind formula:

sin α 0 / sin β = n 1 / n 2, unde n 2 se referă la mediul din care se propagă lumina și n 1 unde pătrunde.

Litera α 0 indică unghiul limitator. Valoarea unghiului β este de 90 de grade. Adică sinusul ei va fi unitatea.

Pentru primul caz: sin α 0 = 1 /n sticla, atunci unghiul limitativ este egal cu arcsinusul 1 /n sticla. 1/1,52 = 0,6579. Unghiul este de 41,14º.

În al doilea caz, la determinarea arcsinusului, trebuie să înlocuiți valoarea indicelui de refracție al apei. Fracția 1 / n de apă va lua valoarea 1 / 1,33 \u003d 0. 7519. Acesta este arcsinusul unghiului de 48,75º.

Al treilea caz este descris de raportul dintre n apă și n sticlă. Arcsinusul va trebui calculat pentru fracția: 1,33 / 1,52, adică numărul 0,875. Găsim valoarea unghiului limitator prin arcsinus: 61,05º.

Răspuns: 41,14º, 48,75º, 61,05º.

Sarcina #2

Condiție. O prismă de sticlă este scufundată într-un vas plin cu apă. Indicele său de refracție este de 1,5. Prisma se bazează pe un triunghi dreptunghic. Piciorul mai mare este situat perpendicular pe fund, iar al doilea este paralel cu acesta. O rază de lumină incide în mod normal pe fața superioară a unei prisme. Care ar trebui să fie cel mai mic unghi dintre piciorul orizontal și ipotenuză pentru ca lumina să ajungă la picior perpendicular pe fundul vasului și să iasă din prismă?

Pentru ca fasciculul să iasă din prismă în modul descris, acesta trebuie să cadă într-un unghi limitator pe fața interioară (cea care este ipotenuza triunghiului în secțiunea prismei). Acest unghi limitator este, prin construcție, egal cu unghiul dorit triunghi dreptunghic. Din legea refracției luminii, rezultă că sinusul unghiului limitator, împărțit la sinusul de 90 de grade, este egal cu raportul a doi indici de refracție: apă la sticlă.

Calculele conduc la o astfel de valoare pentru unghiul de limitare: 62º30´.

Refracția luminii- un fenomen în care un fascicul de lumină, care trece de la un mediu la altul, își schimbă direcția la limita acestor medii.

Refracția luminii are loc conform următoarei legi:
Razele incidente și refractate și perpendiculara trasă pe interfața dintre două medii în punctul de incidență al fasciculului se află în același plan. Raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă pentru două medii:
,
Unde α - unghiu de incidenta,
β - unghiul de refracție
n - constant, independent de unghiul de incidență.

Când se modifică unghiul de incidență, se modifică și unghiul de refracție. Cu cât unghiul de incidență este mai mare, cu atât unghiul de refracție este mai mare.
Dacă lumina trece de la un mediu optic mai puțin dens la un mediu mai dens, atunci unghiul de refracție este întotdeauna mai mic decât unghiul de incidență: β < α.
Un fascicul de lumină direcționat perpendicular pe interfața dintre două medii trece de la un mediu la altul fără să se rupă.

indicele absolut de refracție al unei substanțe- o valoare egală cu raportul vitezelor de fază ale luminii (unde electromagnetice) în vid și într-un mediu dat n=c/v
Valoarea n inclusă în legea refracției se numește indice de refracție relativ pentru o pereche de medii.

Valoarea n este indicele de refracție relativ al mediului B față de mediul A și n" = 1/n este indicele relativ de refracție al mediului A față de mediul B.
Această valoare, ceteris paribus, este mai mare decât unitatea atunci când fasciculul trece de la un mediu mai dens la un mediu mai puțin dens și mai mică decât unitatea când fasciculul trece de la un mediu mai puțin dens la un mediu mai dens (de exemplu, de la un gaz sau de la vid la un lichid sau solid). Există excepții de la această regulă și, prin urmare, se obișnuiește să se numească un mediu optic mai mult sau mai puțin dens decât altul.
Un fascicul care cade din spațiul fără aer pe suprafața unui mediu B este refractat mai puternic decât atunci când cade pe ea dintr-un alt mediu A; Indicele de refracție al unei raze incidente pe un mediu din spațiul fără aer se numește indicele său absolut de refracție.

(Absolut - relativ la vid.
Relativ - relativ la orice altă substanță (același aer, de exemplu).
Indicele relativ al două substanțe este raportul dintre indicii lor absoluti.)

Reflecție internă totală- reflexie internă, cu condiția ca unghiul de incidență să depășească un anumit unghi critic. În acest caz, unda incidentă este reflectată complet, iar valoarea coeficientului de reflexie depășește cel mai mult valori mari pentru suprafete lustruite. Coeficientul de reflexie pentru reflexia internă totală nu depinde de lungimea de undă.

În optică, acest fenomen este observat pentru o gamă largă radiatie electromagnetica, inclusiv gama de raze X.

În optica geometrică, fenomenul este explicat în termenii legii lui Snell. Având în vedere că unghiul de refracție nu poate depăși 90°, obținem că la un unghi de incidență al cărui sinus este mai mare decât raportul dintre indicele de refracție mai mic și indicele mai mare, unde electromagnetice ar trebui să se reflecte pe deplin în prima zi de miercuri.

În conformitate cu teoria undelor a fenomenului, unda electromagnetică pătrunde totuși în cel de-al doilea mediu - așa-numita „undă neuniformă” se propagă acolo, care se degradează exponențial și nu duce energie cu ea. Adâncimea caracteristică de pătrundere a unei unde neomogene în al doilea mediu este de ordinul lungimii de undă.

Legile refracției luminii.

Din tot ce s-a spus, concluzionăm:
1 . La interfața dintre două medii de densitate optică diferită, un fascicul de lumină își schimbă direcția atunci când trece de la un mediu la altul.
2. Când un fascicul de lumină trece într-un mediu cu o densitate optică mai mare, unghiul de refracție este mai mic decât unghiul de incidență; când un fascicul de lumină trece de la un mediu mai dens optic la un mediu mai puțin dens, unghiul de refracție este mai mare decât unghiul de incidență.
Refracția luminii este însoțită de reflexie, iar odată cu creșterea unghiului de incidență, luminozitatea fasciculului reflectat crește, în timp ce cel refractat slăbește. Acest lucru poate fi văzut prin efectuarea experimentului prezentat în figură. În consecință, fasciculul reflectat duce cu el cu cât mai multă energie luminoasă, cu atât unghiul de incidență este mai mare.

Lăsa MN- interfața dintre două medii transparente, de exemplu, aer și apă, SA- grindă în cădere OV- fascicul refractat, - unghiul de incidență, - unghiul de refracție, - viteza de propagare a luminii în primul mediu, - viteza de propagare a luminii în al doilea mediu.