Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Экспериментальная установка




1.

Технический рефрактометр Аббе предназначен для определения показателя преломления жидких тел. Современная модель данного прибора – рефрактометр ИРФ-22 представлена на рис. 1.5.

 

 

Прибор ИРФ-22 состоит из следующих основных частей: корпуса 1, измерительной головки 2 и зрительной трубы 3 с отсчетным устройством. В измерительной головке находится призменный блок Аббе, который является основной частью рефрактометра. Призменный блок Аббе состоит из двух стеклянных призм, имеющих вид прямоугольных треугольников и сложенных гипотенузными гранями. Между гранями призм имеется зазор (примерно равный 0,1 мм), который служит для помещения исследуемой жидкости. Верхнюю призму называют вспомогательной, а нижнюю – измерительной. Показатель преломления измерительной призмы, изготовленной из оптически плотного стекла (тяжелый флинт), больше 1.7, а это означает, что измерения показателей преломления с помощью рефрактометра ИРФ-22 могут проводиться для веществ, показатели преломления которых . Призменный блок Аббе, жестко связан со шкалой отсчетного устройства, расположенной внутри корпуса. Шкала подсвечивается зеркалом 14 и проектируется специальной оптической системой в поле зрения трубы. Таким образом, в поле зрения трубы одновременно видны граничная линия, крест нитей, деления шкалы и визирный штрих шкалы. Чтобы найти границу раздела и совместить ее с перекрестием, необходимо вращая маховичок 10, наклонить измерительную головку. Окрашенность наблюдаемой границы устраняется поворотом компенсатора с помощью маховичка 11. Вместе с компенсатором одновременно вращается барабан 12 со шкалой, по которой в случае необходимости можно измерить дисперсию вещества. Подсветка исследуемого вещества осуществляется с помощью зеркала 13 дневным светом.

Измерение показателя преломления прозрачных жидкостей на ИРФ-22.

На поверхность измерительной призмы наносят несколько капель исследуемой жидкости и осторожно закрывают головку; наблюдают в окно 15, чтобы жидкость полностью заполнила зазор между измерительной и осветительной призмами. Осветительное зеркало 13 устанавливают перед окном 15 так, чтобы поле зрения трубы было равномерно освещено, затем зеркало закрепляют винтом 16. Вращая маховичок 10, находят границу раздела света и тени, маховичком 11 устраняют ее окрашенность. Точно совмещая границу раздела с перекрестием сетки, снимают отсчет по шкале показателей преломления. Индексом для отсчета служит неподвижный визирный штрих сетки. Целые, десятые, сотые и тысячные доли значения показателя преломления отсчитываются по шкале.

По окончании измерений тщательно вытирают рабочие поверхности блока Аббе мягкой тряпочкой или фильтровальной бумагой. Полированную грань измерительной призмы надо вытирать очень осторожно, чтобы не повредить полировку. Затем призмы промывают спиртом или эфиром, протирают и оставляют блок на некоторое время открытым для просушки. После этого измерительную головку осторожно закрывают, и прибор накрывают футляром.

Для определения показателя преломления с помощью рефрактометра Аббе пользуются двумя методами: методом скользящего луча и методом полного внутреннего отражения.

 

Метод скользящего луча применяется для определения показателей преломления для прозрачных жидкостей. Ход луча при измерении данным методом представлен на рис. 1.6, а ход луча в призмах рефрактометра представлен на рис. 1.7.

 

 

Свет от источника проникает во вспомогательную призму П1 сквозь грань АВ, затем рассеивается на ее матовой поверхности АС. Дальше свет проходит сквозь плоскопараллельный слой исследуемой жидкости и падает под всевозможными углами на грань DE измерительной призмы. Скользящему лучу, угол падения Q которого на границе жидкость – измерительная призма ≈ 900, соответствует предельный угол преломления rпр, который и определяет границу распространения света в призме.

 

 

Рассмотрим прохождение света через грань EF измерительной призмы П2. Как видно из рис. 7 применяя дважды закон преломления на гранях DE и EF, можно получить два соотношения:

, (1.8)

. (1.9)

Поскольку , то решая уравнения (1.8) и (1.9) получим, что показатель преломления жидкости зависит от углов и определяется равенством вида:

. (1.10)

Преломляющий угол призмы П2 связан с углами и равенством:

. (1.11)

Задав углу максимальное значение (луч становится "скользящим"), из выражения (1.8) следует, что тоже будет иметь максимальное значение: . соответствуют минимальные значения углов и , т.е. и . С учетом вышеописанного, а также выражая из (1.11) и подставляя в (1.10) получим:

,

Т.к. , то выражение для запишем в виде:

. (1.12)

Таким образом, для определения показателя преломления исследуемой жидкости необходимо знать значение – угла выхода предельного луча из П2 в воздух.

Лучи выходят из грани EF под разными углами, значения которых лежат в пределах от 900 до наименьшего угла , значение последнего можно определить, используя соотношение (1.12).

Если на пути лучей, выходящих из грани EF под разными углами, поставить зрительную трубу, установленную на бесконечность, то в ее фокальной плоскости будет наблюдаться резкая граница света и темноты. При этом лучи, углы выхода которых меньше iм, распространяться не будут. Также в фокальной плоскости зрительной трубы находится шкала величин показателя преломления и указатели (перекрестия). В окуляре зрительной трубы ((9) на рис. 1.6) можно увидеть лишь часть шкалы и часть сфокусированных лучей, однако, вращая измерительный блок Аббе и тем самым изменяя наклон предельного пучка лучей относительно оси зрительной трубы, можно добиться того, чтобы в поле зрения окуляра оказалась граница света и темноты и при этом совпала с перекрестием.

Граница раздела света и темноты при этом положении зрительной трубы соответствует направлению выхода лучей под наименьшим углом iм. В этом случае нижняя половина поля зрения в окуляре рефрактометра будет соответствовать направлениям лучей, который выходят из призмы под углами большими, чем iм, а верхняя – меньшими, чем iм.

Как показано выше показатель преломления исследуемой жидкости связан с наименьшим углом iм соотношением (1.12), однако для определения показателя преломления жидкости с помощью рефрактометра ИРФ-22 нет необходимости пользоваться данной формулой, поскольку отсчетная шкала уже проградуирована в значениях n с учетом (1.12).

Одной из особенностей рефрактометра ИРФ-22 является то, что для проведения измерений используется белый свет.

Так как источник света не является монохроматичным, то вследствие дисперсии света граница света и тени оказывается размытой и окрашенной. Для устранения этого эффекта на пути лучей, выходящих из призмы П2, помещают компенсатор с переменной дисперсией. Компенсатор состоит из двух одинаковых дисперсионных призм прямого видения – призм Амичи ((6) на рис. 1.6). Призма Амичи состоит из трех призм с различными показателями преломления и различной дисперсией. Призмы подобраны таким образом, чтобы луч с длиной волны 5893 Å не испытывал отклонения. В то время как лучи с другими длинами волн отклоняются в ту или иную сторону. Если призмы Амичи расположены как показано на рис. 1.6, то их дисперсия равна нулю, поскольку дисперсия одной из призм скомпенсирована дисперсией другой. Если повернуть одну из призм Амичи вокруг оптической оси на 1800 относительно другой, то полная дисперсия станет равной удвоенному значению одной призмы (при равных дисперсиях призм). Таким образом, в зависимости от взаимной ориентации призм дисперсия компенсатора может изменяться от нуля до удвоенного значения дисперсии каждой из призм. Вращением ручки компенсатора добиваются резкого изображения границы света и темноты, положение которой при этом соответствует значению показателя преломления для желтой линии натрия D (5893 Å).

Метод полного внутреннего отражения применяется для определения показателя преломления темных, мутных и окрашенных растворов. Ход лучей при использовании данного метода представлен на рис. 1.8.

 

 

Свет от источника проходит сквозь матовую поверхность грани DF призмы П2. Затем рассеивается на этой грани и под всевозможными углами падает на границу раздела стекло-жидкость. При этом если будет происходить полное внутренне отражение, если – свет отражается частично. В окуляре зрительной трубы будет наблюдаться резкая граница раздела между светом и полутенью.

Поскольку условия, которые опрелеяют величину предельного угла и в методе скользящего луча, и в методе полного внутреннего отражения, совпадают, то положение границы раздела света и темноты в обоих случаях оказывается одинаковым.

Необходимо отметить, что рефрактометр Аббе может быть использован для определения показателя преломления твердых тел. Для этого применимы как метод скользящего луча, так и метод полного отражения.

 

2.

Для определения показателя преломления стекла используют плоскопараллельную пластику с нанесенными на ее поверхности метками.

В основе такого метода определения показателя преломления стеклянной пластинки, лежит явление кажущегося поднятия изображения предмета, обусловленное преломлением световых лучей.

 

 

Пусть глаз и объектив микроскопа находятся на одной нормали к плоскости, проходящей через точку S. Луч света, который вышел из точки S, будет распространяться в стекле по направлению SB, а затем, преломившись на границе стекло-воздух, будет распространяться по направлению ВС. Однако, наблюдателю будет казаться, что рассматриваемый луч будет исходить из точки S1, которая является мнимым изображением точки S. Следовательно, чтобы наблюдателю увидеть точку S, ему необходимо сдвинуть тубус микроскопа не на расстояние AS, равное истинной толщине пластики d, а на расстояние AS1 равное кажущейся толщине пластинки d1.

Закон преломления на границе стекло-воздух имеет вид

. (1.13)

Поскольку в объектив микроскопа попадает весьма узкий пучок, то углы φ и ψ малы, а значит синусы этих углов мы можем заменить их тангенсами.

Тогда выражение (1.13) примет вид:

. (1.14)

Из рисунка 5 видно, что и . Подставляя последние выражения в (1.14), получим:

. (1.15)

Учитывая, что , и (1.15), можно записать, что:

. (1.16)

Таким образом, определив с помощью микроскопа величину кажущегося поднятия и зная толщину пластинки , мы можем определить показатель преломления стекла.



Поделиться:

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 185; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты