В чем измеряется показатель преломления – Методика определения показателя преломления

Приборы для измерения показателя преломления

Для определения показателя преломления можно использовать рефрактометры и интерферометры. В производственной и лабораторной практике наибольшее распространение нашли рефрактометры двух типов: рефрактометры Аббе и рефрактометры Пульфриха.

К рефрактометрам типа Аббе относятся приборы ИРФ-22, ИРФ-454 различных модификаций, а также рефрактометр РЛ. Внешний вид рефрактометра ИРФ-454 Б2М приведен на рис. 1.2.

1 – маховик для измерения показателя преломления; 2 – заглушка, закрывающая регулировочный винт; 3 – окуляр; 4 – маховик с нониусом для измерения средней дисперсии; 5 – штуцеры для подключения преломляющей призмы к водяному термостату; 6 – зеркало для освещения преломляющей призмы; 7 – преломляющая призма; 8 – осветительная призма; 9 – защелка для закрепления осветительной и преломляющей призм; 10 – термометр; 11 – зеркало для освещения шкалы.

Рисунок 1.2 – Внешний вид рефрактометра ИРФ 454 Б2М

Рефрактометры Аббе предназначены для быстрого определения показателя преломления nD и средней дисперсии (nFnC)твердых тел и малых количеств жидкостей. Их важнейшая особенность состоит в использовании «белого» света, дневного или электрического, причем отсчет по прибору дает показатель преломления, равный показателюnD, измеренному для монохроматического света с длиной волны, соответствующей желтой линииDв спектре натрия.

На приборах типа Аббе можно измерять показатель преломления в интервале 1,2–2,0.

Принцип действия рефрактометра основан на явлении полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления. Это явление состоит в том, что, если луч света идет из среды 1 в среду 2, то при некотором значении угла падения =

0угол преломления β примет максимальное значение β0= 90о. При этом луч, дойдя до поверхности раздела, далее пойдет вдоль этой поверхности и, следовательно, в этом положении

или(1.13)

Если направить луч в среде 1 под углом >0, то он вообще не попадет в среду 2, отразившись от поверхности раздела. Угол0называется предельным углом (рис.3).

Рисунок 1.3 – Преломление света и полное внутреннее отражение

Оптическая схема рефрактометра ИРФ 454 Б2М представлена на рис.1.4.

1 – зеркало; 2 – призма измерительная; 3 – стекло защитное; 4 – зеркало; 5 – призма осветительная; 6 – компенсатор; 7 – линза склеенная; 8 – сетка; 9 – окуляр; 10 – призма поворотная; 11 – зеркало для освещения шкалы; 12 – объектив для регулировки резкости шкалы; 13 – поворотное зеркало для освещения шкалы содержания сухого вещества; 14 – светофильтр; 15 – поворотная призма для освещения шкалы показателей преломления; 16 – поворотная призма для освещения шкалы содержания сухого вещества;17 – шкала показателей преломления; 18 – шкала содержания сухого вещества.

Рисунок 1.4 – Оптическая схема рефрактометра ИРФ 454 Б2М

Главной частью прибора являются рефрактометрический блок, представленный на рис. 1.5.

1– призма измерительная; 2 – слой исследуемой жидкости; 3 – призма осветительная.

Рисунок 1.5 – Рефрактометрический блок и схема прохождения света в призмах рефрактометра Аббе

Рефрактометрический блок состоит из двух призм – измерительной 1 и осветительной 3, сложенных гипотенузными гранями АВ и А1В1. призм, между которыми помещается небольшое количество жидкости (12 капли). Плоскости призм прижимаются друг к другу, и жидкость растекается между ними тонким слоем (0,10,2 мм).

Лучи света проходят осветительную призму 3, рассеиваясь на выходе матовой гранью А1В1, входят в исследуемую жидкость и падают на полированную грань АВ измерительной призмы 1. Поскольку на рефрактометре исследуются вещества, показатель преломления которых меньше показателя преломления материала измерительной призмы, то лучи всех направлений, преломившись на границе раздела жидкости и призмы, войдут в измерительную призму 1.

В соответствии с законом преломления

, (1.14)

, (1.15)

Причем

. (1.16)

Исключая промежуточные углы

и φ из предыдущих уравнений получим формулу для определения показателя преломления образца:

(1.17)

где Nпоказатель преломления измерительной призмы;

α преломляющий угол измерительной призмы;

β угол выхода луча из измерительной призмы.

Как видно из оптической схемы рефрактометра, представленной на рис.4, пучок лучей, выходящих из призмы 2 в зрительную трубу, проходит через линзу 7, сетку 8, на которой нанесено перекрестие визирных линий, и попадает в окуляр 9. При этом верхняя часть поля зрения в окуляре будет освещена, а нижняя останется темной. Положение получаемой границы светотени определяется лучом, выходящим из призмы 2 под предельным углом β. Граница светотени совмещается с перекрестием, штрихи шкалы 16 и отсчетный штрих призмы 10 оптической системой, состоящей из шкалы 16, объектива 12, зеркала 11 проектируются в фокальную плоскость окуляра 9.

Наблюдая в окуляр 9, следует совместить границу светотени с перекрестием сетки 8, разворачивая зеркало 4 и жестко связанную с ним шкалу 16, и снять с этой шкалы отсчет величины показателя преломления, а при необходимости и процентное содержание растворимых сухих веществ в исследуемом образце.

Показатель преломления прозрачных сред необходимо измерять в проходящем свете, когда он проходит через открытое окно осветительной призмы, при этом окно измерительной призмы закрыто зеркалом.

Значение показателя преломления измеряемой среды должно быть ниже показателя преломления материала измерительной призмы.

Показатель преломления окрашенных и мутных проб следует измерять в отраженном свете. Для этого следует закрыть заслонку на измерительной призме и открыть зеркало на осветительной, благодаря чему свет будет направлении в измерительную призму. При этом темное и светлое поля меняются местами.

Применение приведенного выше уравнения допустимо, строго говоря, только при преломлении монохроматического света. При использовании «белого» света для измерения показателя преломления резкой границы света и тени в поле зрения не будет, так как вследствие дисперсии (зависимости преломления от длины волны) появится ряд границ различных цветов (спектр). Устранение этого явления – ахроматизация производится с помощью специального компенсатора, расположенного в нижней части зрительной трубы рефрактометра.

Компенсатор состоит из двух призм Амичи, которые могут вращаться вокруг общей оси в противоположных направлениях. Призма Амичи склеена из трех частей, подобранных так, что проходя через призму, желтые лучи не меняют направления. При положении призм, показанном на рис. 1.6а, белый свет, пройдя через компенсатор, разложится в спектр, т.к. суммарная угловая дисперсия максимальна, а при положении призм, показанном на рис. 1.6б, белый свет остается неразложенным (суммарная дисперсия равна 0).

Рисунок 1.6 – Положение призм компенсатора

Когда на компенсатор попадает свет, разложенный на составные части на измерительной призме, поворачивая компенсатор можно подобрать такое относительное положение его призм, при котором их суммарная дисперсия равна по величине и противоположна по знаку дисперсии светового пучка, прошедшего через призменный блок рефрактометра, и суммарная дисперсия будет равна нулю. Благодаря этому разложенный ранее пучок вновь соберется в белый луч, направление которого совпадает с неизменным направлением желтого луча. В поле зрения (окуляре) появится резкая граница, положение которой соответствует лучу определенной длины волны – желтой D-линии натрия, несмотря на то, что поле зрения освещено белым светом.

Отсчет по шкале производят до тысячных долей, десятитысячные оценивают на глаз. Правильность показания шкалы рефрактометра проверяют измерением показателя преломления дистиллированной воды при температуре (20±0,1)

о С, который должен быть равен 1,333. Для проверки других точек шкалы рефрактометра пользуются органическими растворителями с известными значениями показателя преломления, измеренными при 20оС на желтой линии в спектре натрия, например, приведенными в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

studfiles.net

Показатель преломления — Википедия. Что такое Показатель преломления

Показа́тель преломле́ния (абсолютный показатель преломления) вещества — величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде n=cv{\displaystyle n={\frac {c}{v}}}. Также о показателе преломления говорят для любых других волн, например, звуковых[1].

Описание

Показатель преломления, как абсолютный, так и относительный (см. ниже), равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления (см.

Закон преломления света), и зависит от природы (свойств) вещества и длины волны излучения; для некоторых веществ показатель преломления достаточно сильно меняется при изменении частоты электромагнитных волн от низких частот до оптических и далее, а также может ещё более резко меняться в определённых областях частотной шкалы. По умолчанию обычно имеется в виду оптический диапазон или диапазон, определяемый контекстом.

Существуют оптически анизотропные вещества, в которых показатель преломления зависит от направления и поляризации света. Такие вещества достаточно распространены, в частности, это все кристаллы с достаточно низкой симметрией кристаллической решётки, а также вещества, подвергнутые механической деформации.

Показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрической проницаемостей среды

n=με{\displaystyle n={\sqrt {\mu \varepsilon }}}

(надо при этом учитывать, что значения магнитной проницаемости μ{\displaystyle \mu } и диэлектрической проницаемости ε{\displaystyle \varepsilon } для интересующего диапазона частот — например, оптического, могут очень сильно отличаться от статических значений этих величин).

В поглощающих средах диэлектрическая проницаемость содержит мнимую компоненту ε^=ε1+iε2{\displaystyle {\boldsymbol {\hat {\varepsilon }}}=\varepsilon _{1}+i\varepsilon _{2}}, поэтому показатель преломления n^=με^{\displaystyle {\boldsymbol {\hat {n}}}={\sqrt {\mu {\boldsymbol {\hat {\varepsilon }}}}}} становится комплексным: n^=n+ik{\displaystyle {\boldsymbol {\hat {n}}}=n+ik}. В области оптических частот, где μ=1{\displaystyle \mu =1}, действительная часть показателя преломления n=ε1+ε12+ε222{\displaystyle n={\sqrt {\frac {\varepsilon _{1}+{\sqrt {\varepsilon _{1}^{2}+\varepsilon _{2}^{2}}}}{2}}}} описывает, собственно, преломление, а мнимая часть k=ε22n{\displaystyle k={\frac {\varepsilon _{2}}{2n}}} —- поглощение.

Падение и преломление лучей (волн) света

По закону преломления волн преломлённый луч BC{\displaystyle BC} содержится в одной плоскости с падающим лучом AB{\displaystyle AB}, каковой падает на поверхность раздела сред, и нормалью N{\displaystyle N} в точке падения B{\displaystyle B}, а отношение синуса угла падения θ1{\displaystyle \theta _{1}} к синусу угла преломления θ2{\displaystyle \theta _{2}} равно отношению скоростей распространения v1{\displaystyle v_{1}} и v2{\displaystyle v_{2}} волн в этих средах. Это отношение является постоянным для данных сред и называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Обозначая его как n21{\displaystyle n_{21}}, получаем, что выполняется:

n21=v1v2,{\displaystyle n_{21}={\frac {v_{1}}{v_{2}}},}

где v1{\displaystyle v_{1}} и v2{\displaystyle v_{2}} — фазовые скорости света в первой и второй средах соответственно.

Аналогично, для относительного показателя преломления первой среды относительно второй n12{\displaystyle n_{12}} выполняется:

n12=v2v1,{\displaystyle n_{12}={\frac {v_{2}}{v_{1}}},}

Очевидно, что n12{\displaystyle n_{12}} и n21{\displaystyle n_{21}} связаны соотношением:

n12n21=1.{\displaystyle n_{12}n_{21}=1.}

Относительный показатель преломления, при прочих равных условиях, обычно меньше единицы при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную, и больше единицы при переходе луча из среды менее плотной в среду более плотную (например, из газа или из вакуума в жидкость или твёрдое тело). Есть исключения из этого правила, и потому среду с относительным показателем преломления, бо́льшим единицы, принято называть оптически более плотной, чем другая (не путать с оптической плотностью как мерой непрозрачности среды).

Луч, падающий из вакуума на поверхность какой-нибудь среды, преломляется сильнее, чем при падении на неё из другой среды; показатель преломления среды, соответствующий лучу, падающему на неё из вакуума, называется абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления; это и есть показатель преломления, определение которого дано в начале статьи. Абсолютный показатель преломления любого газа, в том числе воздуха, при обычных условиях мало отличается от единицы, поэтому приближенно (и со сравнительно неплохой точностью) об абсолютном показателе преломления исследуемой среды можно судить по её показателю преломления относительно воздуха.

Для измерения показателя преломления используют ручные и автоматические рефрактометры.

Примеры

Показатели преломления nD (жёлтый дублет натрия, λD = 589,3 нм) некоторых сред приведены в таблице.

Показатели преломления для длины волны 589,3 нм
Тип средыСредаТемпература, °СЗначение
Кристаллы[2]LiF201,3920
NaCl201,5442
KCl201,4870
KBr201,5552
Оптические стёкла[3]ЛК3 (Лёгкий крон)201,4874
К8 (Крон)201,5163
ТК4 (Тяжёлый крон)201,6111
СТК9 (Сверхтяжёлый крон)201,7424
Ф1 (Флинт)201,6128
ТФ10 (Тяжёлый флинт)201,8060
СТФ3 (Сверхтяжёлый флинт)202,1862[4]
Драгоценные камни[2]Алмаз белый—2,417
Берилл—1,571—1,599
Изумруд—1,588—1,595
Сапфир белый—1,768—1,771
Сапфир зелёный—1,770—1,779
Жидкости[2]Вода дистиллированная201,3330
Бензол20—251,5014
Глицерин20—251,4730
Кислота серная20—251,4290
Кислота соляная20—251,2540
Масло анисовое20—251,560
Масло подсолнечное20—251,470
Масло оливковое20—251,467
Спирт этиловый20—251,3612

Материалы с отрицательным показателем преломления

В 1967 году В. Г. Веселаго высказал гипотезу о существовании материалов с отрицательным значением показателя преломления [5]. Существование подобных материалов было практически доказано в 2000 г. Дэвидом Смитом (англ. David R. Smith) из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Джоном Пендри из Имперского колледжа в Лондоне [6]. Подобные метаматериалы обладают рядом интересных свойств [7]:

См. также

Примечания

Литература

  • Веселаго В.Г. О формулировке принципа Ферма для света, распространяющегося в веществах с отрицательным преломлением // Успехи физических наук, 2002, т. 172, № 10, c. 1215-1218.
  • Веселаго В.Г. Электродинамика материалов с отрицательным коэффициентом преломления // Успехи физических наук, 2003, т. 173, № 7, c. 790-794.
  • Вашковский А.В., Локк Э.Г. Возникновение отрицательного коэффициента преломления при распространении поверхностной магнитостатической волны через границу раздела сред феррит-феррит-диэлектрик-металл // Успехи физических наук, 2004, т. 174, № 6, c. 657-662.
  • Агранович В.М. Отрицательное преломление в оптическом диапазоне и нелинейное распространение волн // Успехи физических наук, 2004, т. 174, № 6, c. 683-684.
  • Вашковский А.В., Локк Э.Г. Свойства обратных электромагнитных волн и возникновение отрицательного отражения в ферритовых пленках // Успехи физических наук, 2006, т. 176, № 4, c. 403-414.
  • Вашковский А.В., Локк Э.Г. Прямые и обратные неколлинеарные волны в магнитных пленках // Успехи физических наук, 2006, т. 176, № 5, c. 557-562.
  • Агранович В.М., Гартштейн Ю.Н. Пространственная дисперсия и отрицательное преломление света // Успехи физических наук, 2006, т. 176, № 10, c. 1051-1068.
  • Воронов В. К., Подоплелов А. В. Физика на переломе тысячелетий: конденсированное состояние, 2-е изд., М.: ЛКИ, 2012, 336 стр., ISBN 978-5-382-01365-7

Ссылки

wiki.sc

Показатель преломления Википедия

Показа́тель преломле́ния (абсолютный показатель преломления) вещества — величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде n=cv{\displaystyle n={\frac {c}{v}}}. Также о показателе преломления говорят для любых других волн, например, звуковых[1].

Описание

Показатель преломления, как абсолютный, так и относительный (см. ниже), равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления (см. Закон преломления света), и зависит от природы (свойств) вещества и длины волны излучения; для некоторых веществ показатель преломления достаточно сильно меняется при изменении частоты электромагнитных волн от низких частот до оптических и далее, а также может ещё более резко меняться в определённых областях частотной шкалы. По умолчанию обычно имеется в виду оптический диапазон или диапазон, определяемый контекстом.

Существуют оптически анизотропные вещества, в которых показатель преломления зависит от направления и поляризации света. Такие вещества достаточно распространены, в частности, это все кристаллы с достаточно низкой симметрией кристаллической решётки, а также вещества, подвергнутые механической деформации.

Показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрической проницаемостей среды

n=με{\displaystyle n={\sqrt {\mu \varepsilon }}}

(надо при этом учитывать, что значения магнитной проницаемости μ{\displaystyle \mu } и диэлектрической проницаемости ε{\displaystyle \varepsilon } для интересующего диапазона частот — например, оптического, могут очень сильно отличаться от статических значений этих величин).

В поглощающих средах диэлектрическая проницаемость содержит мнимую компоненту ε^=ε1+iε2{\displaystyle {\boldsymbol {\hat {\varepsilon }}}=\varepsilon _{1}+i\varepsilon _{2}}, поэтому показатель преломления n^=με^{\displaystyle {\boldsymbol {\hat {n}}}={\sqrt {\mu {\boldsymbol {\hat {\varepsilon }}}}}} становится комплексным: n^=n+ik{\displaystyle {\boldsymbol {\hat {n}}}=n+ik}. В области оптических частот, где μ=1{\displaystyle \mu =1}, действительная часть показателя преломления n=ε1+ε12+ε222{\displaystyle n={\sqrt {\frac {\varepsilon _{1}+{\sqrt {\varepsilon _{1}^{2}+\varepsilon _{2}^{2}}}}{2}}}} описывает, собственно, преломление, а мнимая часть k=ε22n{\displaystyle k={\frac {\varepsilon _{2}}{2n}}} —- поглощение.

Падение и преломление лучей (волн) света

По закону преломления волн преломлённый луч BC{\displaystyle BC} содержится в одной плоскости с падающим лучом AB{\displaystyle AB}, каковой падает на поверхность раздела сред, и нормалью N{\displaystyle N} в точке падения B{\displaystyle B}, а отношение синуса угла падения θ1{\displaystyle \theta _{1}} к синусу угла преломления θ2{\displaystyle \theta _{2}} равно отношению скоростей распространения v1{\displaystyle v_{1}} и v2{\displaystyle v_{2}} волн в этих средах. Это отношение является постоянным для данных сред и называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Обозначая его как n21{\displaystyle n_{21}}, получаем, что выполняется:

n21=v1v2,{\displaystyle n_{21}={\frac {v_{1}}{v_{2}}},}

где v1{\displaystyle v_{1}} и v2{\displaystyle v_{2}} — фазовые скорости света в первой и второй средах соответственно.

Аналогично, для относительного показателя преломления первой среды относительно второй n12{\displaystyle n_{12}} выполняется:

n12=v2v1,{\displaystyle n_{12}={\frac {v_{2}}{v_{1}}},}

Очевидно, что n12{\displaystyle n_{12}} и n21{\displaystyle n_{21}} связаны соотношением:

n12n21=1.{\displaystyle n_{12}n_{21}=1.}

Относительный показатель преломления, при прочих равных условиях, обычно меньше единицы при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную, и больше единицы при переходе луча из среды менее плотной в среду более плотную (например, из газа или из вакуума в жидкость или твёрдое тело). Есть исключения из этого правила, и потому среду с относительным показателем преломления, бо́льшим единицы, принято называть оптически более плотной, чем другая (не путать с оптической плотностью как мерой непрозрачности среды).

Луч, падающий из вакуума на поверхность какой-нибудь среды, преломляется сильнее, чем при падении на неё из другой среды; показатель преломления среды, соответствующий лучу, падающему на неё из вакуума, называется абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления; это и есть показатель преломления, определение которого дано в начале статьи. Абсолютный показатель преломления любого газа, в том числе воздуха, при обычных условиях мало отличается от единицы, поэтому приближенно (и со сравнительно неплохой точностью) об абсолютном показателе преломления исследуемой среды можно судить по её показателю преломления относительно воздуха.

Для измерения показателя преломления используют ручные и автоматические рефрактометры.

Примеры

Показатели преломления nD (жёлтый дублет натрия, λD = 589,3 нм) некоторых сред приведены в таблице.

Показатели преломления для длины волны 589,3 нм
Тип средыСредаТемпература, °СЗначение
Кристаллы[2]LiF201,3920
NaCl201,5442
KCl201,4870
KBr201,5552
Оптические стёкла[3]ЛК3 (Лёгкий крон)201,4874
К8 (Крон)201,5163
ТК4 (Тяжёлый крон)201,6111
СТК9 (Сверхтяжёлый крон)201,7424
Ф1 (Флинт)201,6128
ТФ10 (Тяжёлый флинт)201,8060
СТФ3 (Сверхтяжёлый флинт)202,1862[4]
Драгоценные камни[2]Алмаз белый—2,417
Берилл—1,571—1,599
Изумруд—1,588—1,595
Сапфир белый—1,768—1,771
Сапфир зелёный—1,770—1,779
Жидкости[2]Вода дистиллированная201,3330
Бензол20—251,5014
Глицерин20—251,4730
Кислота серная20—251,4290
Кислота соляная20—251,2540
Масло анисовое20—251,560
Масло подсолнечное20—251,470
Масло оливковое20—251,467
Спирт этиловый20—251,3612

Материалы с отрицательным показателем преломления

В 1967 году В. Г. Веселаго высказал гипотезу о существовании материалов с отрицательным значением показателя преломления [5]. Существование подобных материалов было практически доказано в 2000 г. Дэвидом Смитом (англ. David R. Smith) из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Джоном Пендри из Имперского колледжа в Лондоне [6]. Подобные метаматериалы обладают рядом интересных свойств [7]:

См. также

Примечания

Литература

  • Веселаго В.Г. О формулировке принципа Ферма для света, распространяющегося в веществах с отрицательным преломлением // Успехи физических наук, 2002, т. 172, № 10, c. 1215-1218.
  • Веселаго В.Г. Электродинамика материалов с отрицательным коэффициентом преломления // Успехи физических наук, 2003, т. 173, № 7, c. 790-794.
  • Вашковский А.В., Локк Э.Г. Возникновение отрицательного коэффициента преломления при распространении поверхностной магнитостатической волны через границу раздела сред феррит-феррит-диэлектрик-металл // Успехи физических наук, 2004, т. 174, № 6, c. 657-662.
  • Агранович В.М. Отрицательное преломление в оптическом диапазоне и нелинейное распространение волн // Успехи физических наук, 2004, т. 174, № 6, c. 683-684.
  • Вашковский А.В., Локк Э.Г. Свойства обратных электромагнитных волн и возникновение отрицательного отражения в ферритовых плёнках // Успехи физических наук, 2006, т. 176, № 4, c. 403-414.
  • Вашковский А.В., Локк Э.Г. Прямые и обратные неколлинеарные волны в магнитных плёнках // Успехи физических наук, 2006, т. 176, № 5, c. 557-562.
  • Агранович В.М., Гартштейн Ю.Н. Пространственная дисперсия и отрицательное преломление света // Успехи физических наук, 2006, т. 176, № 10, c. 1051-1068.
  • Воронов В. К., Подоплелов А. В. Физика на переломе тысячелетий: конденсированное состояние, 2-е изд., М.: ЛКИ, 2012, 336 стр., ISBN 978-5-382-01365-7

Ссылки

wikiredia.ru

Показатель преломления — wiki.web.ru

Показатель преломления (англ. refraction index).

Абсолютным показателем преломления называется отношение n = с /v, равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в исследуемой среде. Он может быть также рассчитан как , где μ — магнитная и ε — диэлектрическая проницаемости сред.

В том случае, если показатель преломления измеряется относительно двух сред (т.е. не вакуума), то n записывается как v1 / v2 и называется относительным показателем преломления.

В последнем случае выполняется закон Снелла: n1 sin α1 = n2 sin α2, где α1 и α2 — угол падения и угол преломления, n1, n2 — абсолютные показатели преломления.

Отсюда следует выражение для относительного показателя преломления — n = sin α1 / sin α2.

Если n > 1, то принято говорить, что луч переходит из более оптически плотной среды в менее оптически плотную и наоборот (n < 1 => переход из менее плотной в более плотную). Для двух данных сред показатель преломления есть величина постоянная.

n зависит от длины световой волны λ (этим объясняется разложение света в призме на спектр, см. дисперсия света) и свойств среды, в частности, от её изотропности. В том случае, если среда изотропна, то n = const в любом направлении, в случае же анизотропной (напр. кристаллической) среды показатель преломления зависит от выбранного направления.

В идеальных системах показатель преломления практически линейно зависит от долей компонентов: n = n1V1 + n2V2, где V1 + V2 = 1.

Измерение показателя преломления минералов осуществляется с помощью иммерсионного метода.
Для измерения показателя преломления жидкостей используются рефрактометры.

См. также:

Источники:

wiki.web.ru

ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЬ — это… Что такое ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЬ?

(преломления коэффициент) — оптич. характеристика среды, связанная с преломлением света на границе раздела двух прозрачных оптически однородных и изотропных сред при переходе его из одной среды в другую и обусловленная различием фазовых скоростей распространения света и в средах. Величина П. п., равная отношению этих скоростей наз. относительным

П. п. этих сред. Если свет падает на вторую пли первую среду из вакуума (где скорость распространения света с), то величины н наз. абсолютными П. п. данных сред. При этом а закон преломления может быть записан в виде где и — углы падения и преломления.

Величина абсолютного П. п. зависит от природы и строения вещества, его агрегатного состояния, темп-ры, давления и др. При больших интенсивностях П. п. зависит от интенсивности света (см. Нелинейная оптика). У ряда веществ П. п. изменяется под действием внеш. электрич. поля (Керра эффект— в жидкостях и газах; электрооптич. Поккельса эффект — в кристаллах).

Для данной среды П. п. зависит от длины волны света l, причём в области полос поглощения эта зависимость носит аномальный характер (см. Дисперсия света). В рентг. области П. п. практически для всех сред близок к 1, в видимой области для жидкостей и твёрдых тел — порядка 1,5; в ИК-области для ряда прозрачных сред 4,0 (для Ge).

Анизотропные среды характеризуются двумя П. п.: обыкновенным (аналогично изотропным средам) и — необыкновенным, величина к-рого зависит от угла падения луча и, следовательно, направления распространения света в среде (см. Кристаллооптика). Для сред, обладающих поглощением (в частности, для металлов), П. п. является комплексной величиной и может быть представлен в виде где га — обычный П. п., — показатель поглощения (см. Поглощение света, Металлооптика).

П. п. является макроскопич. характеристикой среды и связан с её диэлектрической проницаемостьюн магн. проницаемостью Классич. электронная теория (см. Дисперсия света )позволяет связать величину П. п. с микроскопич. характеристиками среды — электронной поляризуемостью атома (или молекулы) зависящей от природы атомов и частоты света, и плотностью среды: где N — число атомов в единице объёма. Действующее на атом (молекулу) электрич. поле световой волны вызывает смещение оптич. электрона из положения равновесия; атом приобретает индуциров. дипольный момент изменяющийся во времени с частотой падающего света, и является источником вторичных когерентных волн, к-рые. интерферируя с падающей на среду волной, образуют результирующую световую волну, распространяющуюся в среде с фазовой скоростью и потому

Интенсивность обычных (не лазерных) источников света относительно невелика, напряжённость электрич. поля световой волны, действующего на атом, много меньше внутриатомных электрич. полей, и электрон в атоме можно рассматривать как гармонич. осциллятор. В этом приближении величина и П. п.

являются величинами постоянными (на данной частоте), не зависящими от интенсивности света. В интенсивных световых потоках, создаваемых мощными лазерами, величина электрич. поля световой волны может быть соизмерима с внутриатомными элект-рич. полями и модель гармония, осциллятора оказывается неприемлемой. Учёт ангармоничности сил в системе электрон — атом приводит к зависимости поляризуемости атома а следовательно и П. п., от интенсивности света. Связь межу и оказывается нелинейной; П. п. может быть представлен в виде

где — П. п. при малых интенсивностях света; (обычно принятое обозначение) — нелинейная добавка к П. п., или коэф. нелинейности. П. п. зависит от природы среды, напр. для силикатных стёкол

На П. п. влияет высокая интенсивность ещё и в результате эффекта электрострикции, изменяющего плотность среды, высокочастотного эффекта Керра для анизотропных молекул (в жидкости), а также в результате повышения темп-ры, вызванного поглощением излучения. Все эти эффекты прямо пропорциональны интенсивности света и дают вклад в величину

П. п. фоторефрактивных кристаллов (напр., также зависит от интенсивности света в результате возникновения и пространственного перераспределения в кристалле электрич. зарядов; причём изменение П. п. сохраняется довольно долго и после прекращения засветки.

П. п. как оптич. характеристика среды в линейной оптике часто используется при физ.-хим. анализах. П. п. к.-л. вещества обычно измеряется по отношению к воздуху для l = 589-589,6 нм (жёлтый дублет линии натрия), при f = 20, атм. давлении и обозначается Для твёрдых тел величина изменяется в пределах от 1,3 до 4,0, для жидкостей — от 1,2 до 1,9, для газов (при нормальных условиях) — от 1,000035 (Не) до 1,000702 (Хе), для воздуха = 1,00029. Измерение производится с помощью рефрактометров.

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 5 изд., М., 1976; Сивухин Д. В., Общий курс физики, 2 изд., [т. 4] — Оптика, М., 1985. В. И. Малышев,

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

dic.academic.ru

ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ — Мегаобучалка

К ЛЕКЦИИ №24

«ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА»

РЕФРАКТОМЕТРИЯ.

 

Литература:

1.В.Д. Пономарёв «Аналитическая химия» 1983год 246-251

2.А.А. Ищенко «Аналитическая химия» 2004 год стр 181-184

 

 

РЕФРАКТОМЕТРИЯ.

Рефрактометрия является одним их самых простых физических методов анализа с затратой минимального количества анализируемого вещества и проводится за очень короткое время.

Рефрактометрия — метод, основанный на явлении преломления или рефракции т.е. изменении направления распространения света при переходе из одной среды в другую.

Преломление, так же как и поглощение света, является следствием взаимодействия его со средой. Слово рефрактометрия означает измерение преломления света, которое оценивается по величине показателя преломления.

Величина показателя преломления n зависит

1)от состава веществ и систем,

2) от того, в какой концентрации и какие молекулы встречает световой луч на своем пути, т.к. под действием света молекулы разных веществ поляризуются по-разному. Именно на этой зависимости и основан рефрактометрический метод.

Метод этот обладает целым рядом преимуществ, в результате чего он нашел широкое применение как в химических исследованиях , так и при контроле технологических процессов.

1)Измерение показатели преломления являются весьма простым процессом, который осуществляется точно и при минимальных затратах времени и количества вещества.

2) Обычно рефрактометры обеспечивают точность до 10% при определении показателя преломления света и содержания анализируемого вещества

Метод рефрактометрии применяют для контроля подлинности и чистоты, для идентификации индивидуальных веществ, для определения строения органических и неорганических соединений при изучении растворов . Рефрактометрия находит применение для определения состава двухкомпонентных растворов и для тройных систем.

 

Физические основы метода

 

ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ.

Отклонение светового луча от первоначального направления при переходе его из одной среды в другую тем больше, чем больше разница в скоростях распространения света в двух



данных средах.

 

Рассмотрим преломление светового луча на границе каких-либо двух прозрачных сред I и II(См. Рис.). Условимся, что среда II обладает большей преломляющей способностью и, следовательно, n1и n2 — показывает преломление соответствующих сред. Если среда I -это не вакуум и не воздух, то отношение sin угла падения светового луча к sin угла преломления даст величину относительного показателя преломления n отн. Величина n отн. может быть так же определена как отношение показателей преломления рассматриваемых сред.

sin α nII

nотн. = —— = —

sin β nI

 

Величина показателя преломления зависит от

1) природы веществ

Природу вещества в данном случае определяет степень деформируемости его молекул под действием света — степень поляризуемости. Чем интенсивней поляризуемость, тем сильнее преломление света.

2)длины волны падающего света

Измерение показателя преломления проводится при длине волны света 589,3 нм (линия D спектра натрия).

Зависимость показателя преломления от длины световой волны называется дисперсией. Чем меньше длина волны, тем значительнее преломление. Поэтому, лучи разных длин волн преломляются по-разному.

3)температуры, при которой проводится измерение. Обязательным условием определения показателя преломления является соблюдение температурного режима. Обычно определение выполняется при 20±0,30С.

При повышении температуры величина показателя преломления уменьшается, при понижении — увеличивается.

Поправку на влияние температуры рассчитывают по следующей формуле:

nt=n20+ (20-t) ·0,0002, где

nt –показатель преломления при данной температуре,

n20-показатель преломления при 200С

Влияние температуры на значения показателей преломления газов и жидких тел связано с величинами их коэффициентов объемного расширения. Объем всех газов и жидких тел при нагревании увеличивается, плотность уменьшается и,следовательно, уменьшается показатель

Показатель преломления, измеренный при 200С и длине волны света 589,3 нм, обозначается индексом nD20

Зависимость показателя преломления гомогенной двухкомпонентной системы от ее состояния устанавливается экспериментально, путем определения показателя преломления для ряда стандартных систем(например,растворов), содержание компонентов в которых известно.

4)концентрации вещества в растворе.

Для многих водных растворов веществ показатели преломления при разных концентрациях и температурах надежно измерены, и в этих случаях можно пользоваться справочными рефрактометрическими таблицами. Практика показывает, что при содержании растворенного вещества, не превышающем 10-20%, наряду с графическим методом в очень многих случаях можно пользоваться линейным уравнением типа:

n=nо+FC,

где,

n-показатель преломления раствора,

nо— показатель преломления чистого растворителя,

C— концентрация растворенного вещества,%

F-эмпирический коэффициент, величина которого найдена

путем определения коэффициентов преломления растворов известной концентрации.

 

РЕФРАКТОМЕТРЫ.

Рефрактометрами называют приборы, служащие для измерения величины показателя преломления. Существует 2 вида этих приборов: рефрактометр типа Аббе и типа Пульфриха. И в тех и в др. измерения основаны на определении величины предельного угла преломления. На практике применяются рефрактометры различных систем: лабораторный-РЛ, универсальный РЛУ и др.

Показатель преломления дистиллированной воды n0=1,33299, практически же этот показатель принимает в качестве отсчетного как n0=1,333.

Принцип работы на рефрактометрах основан на определении показателя преломления методом предельного угла (угол полного отражения света).

Ручной рефрактометр

Рефрактометр Аббе

 

megaobuchalka.ru

Показатель преломления измерение — Справочник химика 21

    Максвеллом было установлено, что диэлектрическая постоянная е и показатель преломления, измеренные в одинаковых условиях, связаны между собой следующим выражением  [c.353]

    Мерой степени ориентации полипропиленового волокна может лужить разность показателей преломления, измеренных в двух ззаимно перпендикулярных направлениях, т. е. величина так называемого двойного лучепреломления. Метод основан на возник-гювении у ориентированных полимеров оптической анизотропии и, как уже упоминалось выше, устанавливает среднюю степень ори-гнтации цепных молекул.  [c.89]


    На практике обычно измеряют показатель преломления жидких и твердых веществ по отношению к воздуху. Показатель преломления воздуха относительно пустоты равен 1,00027. Поэтому при измерениях показателя преломления с точностью до третьего знака после запятой принимают щ за единицу и считают 2-1 = 2 = — Таким образом, показатели преломления, измеренные по отношению к воздуху, называют просто показателями преломления и обозначают буквой п. [c.255]

    Анизотропия — это неодинаковость физических свойств кристалла в разных направлениях. Такие свойства, как механическая прочность, теплопроводность, электропроводность, показатель преломления, измеренные у кристаллов по разным осям, могут быть различными. У аморфных же тел (так же, как и у жидкостей и газов) анизотропии нет. [c.29]

    Очень заманчивой представляется перспектива исследования аномальной дисперсии и использования в рефрактометрических расчетах значений показателей преломления, измеренных вблизи областей поглощения. Может быть, именно на этом пути удастся установить зависимость рефракции вещества от металличности его связей. [c.280]

    По показателю преломления. Измерения показателя преломления являются точными, но результаты их ненадежны, если, кроме ксилолов и этилбензола, присутствуют другие примеси [21], [c.159]

    Так, например, у кристаллов наркотина показатели преломления, измеренные в ориентированных сечениях, по А. Кофлеру, Np= 1,525, Nm—1,687, Ng=l,697, а полученные статистическим методом Np = l,54, и Ng=l,69. У кристаллов морфина в первом случае Np= 1,573, Nm = = 1,6 25 и Ng= 1,630, а статистическим методом — Np=l,62 и Ng=l,63. Очевидно, что полученные этим методо]к показатели преломления далеко не всегда могут быть использованы в качестве признаков для идентификации кристаллического вещества. [c.25]

    Установлена зависимость [181] поверхностного натяжения жидких полимеров от показателя преломления, измеренного на рефрактометре Аббе. [c.72]

    Показатель преломления. Измерение показателя преломлеиня жидкой фенольной смолы с помощью рефрактометра Аббе (DIN 53491) позволяет следить за кипетикой образования фенольного олигомера, а также легко и быстро определять конверсию феиола н формальдегида. [c.96]

    Показатель преломления определяют на приборах, называемых рефрактометрами. В большинстве рефрактометров измерение ведется при дневном свете или с помощью лампы накаливания. Эти приборы снабжаются компенсаторами дисперсии, которые компенсируют разложение белого света призмой и направляют световой поток в направлении, совпадающем с направлением желтого луча. Показатель преломления, измеренный таким образом, практически сов- 4 2. Зависимость попадает по величине с показателем прелом- казателя преломления от ления, измеренным в монохроматическом концентрации желтом свете. На рефрактометрах с компенсатором мерой дисперсии служит поворот одной призмы компенсатора относительно другой до полного исчезновения окрашенности границы раздела. Среднюю дисперсию рассчитывают по формуле или находят по таблице, прилагаемой к прибору. Показатель преломления газов зависит и от давления. [c.71]

    Ход определения. Приготавливают водный раствор исследуемого вещества (сахар, мочевина) определенной весовой концентрации. Определяют плотность раствора и показатель преломления. Измерения производят при 20° С. Далее в соответствии с найденными значениями и величинами плотности (0,9982) и показателя преломления (1,3330) воды, соответствующих указанной температуре, рассчитывают рефракцию растворенного вещества. [c.127]

    Оптические свойства кристаллов перекиси декалина показатели преломления, измеренные иммерсионным [c.94]

    Наиболее хорошо сферолиты различимы при рассмотрении тонких пленок или срезов полимеров в оптическом микроскопе в поляризованном свете. Это связано с тем, что сферолитам присуща анизотропия оптических свойств из-за радиальной симметрии их строения. Поэтому показатели преломления света в радиальном и тангенциальном направлениях различны, и в поляризованном свете видны типичные для сферолитов картины двулучепре-ломления (см. рис. 3.12). Наблюдаемая картина объясняется тем, что ориентация кристаллографических осей в сферолите непрерывно меняется по угловой координате. Этому соответствует такое же непрерывное изменение показателей преломления по отношению к плоскости поляризации падающего света. Поэтому различные области сферолита по-разному пропускают поляризованный свет. Это приводит к возникновению светлой круговой двулуче-преломляющей области, пересеченной темной фигурой в форме мальтийского креста, плечи которого параллельны направлениям гашения падающего света. Такие сферолиты называют радиальными (см. рис. 3.12, а на вклейке). Если значение показателя преломления, измеренного в радиальном направлении, больше, чем в тангенциальном, то такой сферолит называют положительным, в противном случае говорят об отрицательном сферолите. [c.91]

    Если же при росте кристаллов развиваются грани дипирамиды или ромбоэдра и эти кристаллы ложатся такой гранью на предметное стекло, то другие, пересекающиеся с нею грани этой формы образуют контуры кристалла в форме ромбов с определенном углом между ребрами. Такому положению кристаллов на предметном столике отвечает сечение индикатрисы, косое к оптической оси у них наблюдается двупреломление, несимметричное погасание. По коноскопической фигуре косого разреза (см. стр. 19) определяется оптический знак и измеряется один из главных показателей преломления N0. Второй показатель преломления, измеренный у кристаллов, лежащих на косых гранях, хотя и не является главным Ые, но тем не менее этот Ы е характерен для кристаллов данного вещества, кристаллизующегося с развитием косых граней. [c.29]

    Другая возможность состоит в том, чтобы выразить параметр порядка через динамический тензор диэлектрической проницаемости е р К) на некоторой стандартной частоте со, например такой, которая соответствует желтой линии натрия. Это имеет определенное преимущество такая величина непосредственно связана с показателем преломления, который легко измерить. Особенно точное определение параметра порядка в зависимости от температуры при использовании показателя преломления, измеренного [c.46]

    Воздействие на процесс в форполимеризаторе осуществляется также путем изменения подачи горячей воды в обогревательные рубашки, в зависимости от показателя преломления, измеренного рефрактометром 6 и измерителя температуры 11. Импульсы от этих приборов подаются в счетно-решающее устройство 12, кото-рое управляет исполнительным механизмом 13 клапана подачи горячей воды. [c.101]

    В справочных таблицах обычно приводятся показатели преломления, измеренные при 20° С. Если измерение в лаборатории проведено при этой же температуре, полученный результат можно непосредственно сравнивать с табличными данными. [c.401]

    Для Ti U 00 = 35,5 см если при экстраполяции на Я = оо использовались измерения п в области 0,5—3 а, 35,0 JH —при использовании области 3—5(д, 34,0 слг — для области 6—9 i и, наконец, экспериментальное значение мольной рефракции для показателя преломления, измеренного при 14,5 а, равно 29,9 см . Именно эта последняя величина и дается в табл. 57. [c.127]

 

www.chem21.info

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *