Kırılma indeksi ne kadar yüksek olursa. Işığın yansıma ve kırılma kanunları

Laboratuvar işi

Işık kırılması. Bir sıvının kırılma indisinin ölçülmesi

refraktometre kullanma

İşin amacı: ışığın kırılması olgusunun anlaşılmasının derinleştirilmesi; sıvı ortamın kırılma indeksini ölçmeye yönelik yöntemlerin incelenmesi; Refraktometre ile çalışma prensibinin incelenmesi.

Teçhizat: Refraktometre, sodyum klorür solüsyonları, pipet, aletlerin optik kısımlarını silmek için yumuşak bez.

Teori

Işığın yansıma ve kırılma kanunları. Kırılma indisi.

Ortamlar arasındaki arayüzde ışık yayılma yönünü değiştirir. Işık enerjisinin bir kısmı birinci ortama geri döner, yani. ışık yansıtılır. İkinci ortam şeffafsa, belirli koşullar altında ışığın bir kısmı ortamlar arasındaki arayüzden geçerek genellikle yayılma yönünü değiştirir. Bu olaya ışığın kırılması denir (Şekil 1).

Pirinç. 1. Işığın iki ortam arasındaki düz bir arayüzde yansıması ve kırılması.

Işık, iki şeffaf ortam arasındaki düz bir arayüzden geçtiğinde yansıyan ve kırılan ışınların yönü, ışığın yansıma ve kırılma yasaları tarafından belirlenir.

Işığın yansıması kanunu. Yansıyan ışın, gelen ışınla aynı düzlemde bulunur ve normal, geliş noktasında ortamın ayrılma düzlemine geri döner. Geliş açısı yansıma açısına eşit
.

Işığın kırılma kanunu. Kırılan ışın, gelen ışınla aynı düzlemde bulunur ve normal, geliş noktasında ortamın ayrılma düzlemine geri döner. Geliş açısı sinüs oranı α kırılma açısının sinüsüne β bu iki ortam için, ikinci ortamın birinciye göre göreceli kırılma indisi adı verilen sabit bir değer vardır:

Bağıl kırılma indeksi iki ortam, birinci ortam v1'deki ışığın hızının ikinci ortam v2'deki ışık hızına oranına eşittir:

Işık bir boşluktan bir ortama geliyorsa, ortamın boşluğa göre kırılma indisine bu ortamın mutlak kırılma indisi denir ve ışığın boşluktaki hızının oranına eşittir. İle Belirli bir ortamdaki ışığın hızına:

Mutlak kırılma indisleri her zaman birden büyüktür; hava için N biri olarak alınır.

İki ortamın bağıl kırılma indeksi, mutlak indeksleri cinsinden ifade edilebilir. N 1 Ve N 2 :

Bir sıvının kırılma indisinin belirlenmesi

Sıvıların kırılma indeksini hızlı ve rahat bir şekilde belirlemek için, ana kısmı iki prizma olan özel optik aletler - refraktometreler vardır (Şekil 2): ​​yardımcı Vesaire. 1 ve ölçüm Pr.2. Test edilecek sıvı prizmalar arasındaki boşluğa dökülür.

Göstergeleri ölçerken iki yöntem kullanılabilir: sıyırıcı ışın yöntemi (şeffaf sıvılar için) ve toplam iç yansıma yöntemi (koyu, bulanık ve renkli çözeltiler için). Bu çalışmada bunlardan ilki kullanılmıştır.

Otlatmalı ışın yönteminde, harici bir kaynaktan gelen ışık yüzeyden geçer. AB prizmalar 1. Proje, mat yüzeyinde dağılır AC ve daha sonra incelenen sıvının katmanından prizmaya nüfuz eder Pr.2. Mat yüzey her yönden ışın kaynağı haline gelir, böylece kenardan gözlemlenebilir eF prizmalar Pr.2. Ancak kenar AC aracılığıyla görülebilir eF yalnızca belirli bir minimum açıdan daha büyük bir açıda Ben. Bu açının büyüklüğü, refraktometrenin tasarımının arkasındaki ana fikir olan prizmalar arasında bulunan sıvının kırılma indisi ile benzersiz bir şekilde ilişkilidir.

Işığın yüzden geçişini düşünün EF alt ölçüm prizması Pr.2. Olarak Şekil l'de görülebilir. 2, ışığın kırılma yasasını iki kez uygulayarak iki ilişki elde edebiliriz:

(1)

(2)

Bu denklem sistemini çözerek sıvının kırılma indisinin olduğu sonucuna varmak kolaydır.

(3)

dört büyüklüğe bağlıdır: Q, R, R 1 Ve Ben. Ancak hepsi bağımsız değildir. Örneğin,

R+ S= R , (4)

Nerede R - prizmanın kırılma açısı Proje 2. Ayrıca açıyı ayarlayarak Q maksimum değer 90°'dir, denklem (1)'den şunu elde ederiz:

(5)

Ancak maksimum açı değeri R , Olarak Şekil l'de görülebilir. 2 ve ilişkiler (3) ve (4), minimum açı değerlerine karşılık gelir Ben Ve R 1 , onlar. Ben dk. Ve R dk. .

Bu nedenle, bir sıvının "otlayan" ışınlar durumunda kırılma indisi yalnızca açıyla ilişkilidir. Ben. Bu durumda minimum açı değeri vardır. Ben, kenar ne zaman AC hala görülebilmektedir, yani görüş alanında ayna beyazı görünmektedir. Daha küçük görüş açıları için kenar görünmez ve görüş alanında bu yer siyah görünür. Cihazın teleskopu nispeten geniş bir açısal bölgeyi yakaladığından, görüş alanında açık ve siyah alanlar aynı anda gözlemlenir; bu alanlar arasındaki sınır, minimum gözlem açısına karşılık gelir ve benzersiz bir şekilde sıvının kırılma indisine bağlıdır. Son hesaplama formülünü kullanarak:

(sonucu çıkarılmıştır) ve bilinen kırılma indislerine sahip bir dizi sıvı, cihazı kalibre edebilir, yani sıvıların kırılma indisleri ile açılar arasında benzersiz bir yazışma kurabilirsiniz. Ben dk. . Verilen tüm formüller belirli bir dalga boyundaki ışınlar için türetilmiştir.

Prizmanın dağılımı dikkate alınarak farklı dalga boylarındaki ışık kırılacaktır. Böylece prizma beyaz ışıkla aydınlatıldığında dispersiyon nedeniyle arayüz bulanıklaşacak ve farklı renklerde renklenecektir. Bu nedenle her refraktometrede dispersiyon sonucunu ortadan kaldıran bir kompansatör bulunur. Bir veya iki doğrudan görüş prizmasından (Amici prizmaları) oluşabilir. Her Amici prizması, farklı kırılma indisleri ve farklı dağılımlara sahip üç cam prizmadan oluşur; örneğin, dış prizmalar taç camdan, ortadaki prizma ise çakmaktaşı camdan yapılmıştır (taç camı ve çakmaktaşı cam cam türleridir). Özel bir cihaz kullanılarak kompansatör prizmasının döndürülmesiyle, konumu sarı sodyum çizgisinin kırılma indeksi değerine karşılık gelen arayüzün keskin, renksiz bir görüntüsü elde edilir. λ =5893 Å (prizmalar, dalga boyu 5893 Å olan ışınlar sapmaya maruz kalmayacak şekilde tasarlanmıştır).

Kompansatörden geçen ışınlar teleskopun merceğine girer, ardından ters prizmadan geçerek teleskopun göz merceğinden geçerek gözlemcinin gözüne ulaşır. Işınların şematik yolu Şekil 2'de gösterilmektedir. 3.

Refraktometre ölçeği, kırılma indeksi değerlerinde ve sudaki sakaroz çözeltisinin konsantrasyonunda kalibre edilir ve göz merceğinin odak düzleminde bulunur.

deneysel bölüm

Görev 1. Refraktometrenin kontrol edilmesi.

Işığı bir ayna kullanarak refraktometrenin yardımcı prizmasına yönlendirin. Yardımcı prizma yükseltilmiş haldeyken ölçüm prizmasına birkaç damla damıtılmış su pipetleyin. Yardımcı prizmayı indirerek görüş alanının en iyi şekilde aydınlatılmasını sağlayın ve göz merceğini, artı işareti ve kırılma indeksi ölçeği açıkça görülebilecek şekilde ayarlayın. Ölçüm prizmasının kamerasını döndürerek görüş alanındaki ışık ve gölge sınırını elde edersiniz. Işık ve gölge arasındaki sınırın rengi ortadan kalkana kadar kompansatör başlığını döndürün. Işık ve gölge sınırını artı işareti noktasıyla hizalayın ve suyun kırılma indeksini ölçün N değiştirmek . Refraktometre düzgün çalışıyorsa, damıtılmış su için değer şu şekilde olmalıdır: N 0 = 1.333, okunan değer bu değerden farklıysa düzeltme yapılması gerekir Δn= N değiştirmek - 1.333, refraktometre ile daha fazla çalışırken bu dikkate alınmalıdır. Lütfen Tablo 1'de düzeltmeler yapın.

Tablo 1.

Görev 2. Bir sıvının kırılma indeksinin belirlenmesi.

Bulunan düzeltmeyi dikkate alarak, bilinen konsantrasyonlardaki çözeltilerin kırılma indislerini belirleyin.

Tablo 2.

Elde edilen sonuçlara göre sofra tuzu çözeltilerinin kırılma indeksinin konsantrasyona bağımlılığının bir grafiğini çizin. N'nin C'ye bağımlılığı hakkında bir sonuç çıkarın; Bir refraktometre kullanarak ölçümlerin doğruluğu hakkında sonuçlar çıkarmak.

Bilinmeyen konsantrasyonda bir tuz çözeltisi alın İLE X , kırılma indisini belirleyin ve çözeltinin konsantrasyonunu bulmak için grafiği kullanın.

Çalışma alanını temizleyin ve refraktometre prizmalarını nemli, temiz bir bezle dikkatlice silin.

Kontrol soruları

Işığın yansıması ve kırılması.

Ortamın mutlak ve bağıl kırılma indisleri.

Refraktometrenin çalışma prensibi. Kayan kiriş yöntemi.

Bir prizmadaki ışınların şematik yolu. Kompanzatör prizmalarına neden ihtiyaç duyulur?

Işığın yayılması, yansıması ve kırılması

Işığın doğası elektromanyetiktir. Bunun bir kanıtı, elektromanyetik dalgaların ve ışığın boşluktaki hızlarının çakışmasıdır.

Homojen bir ortamda ışık düz bir çizgide yayılır. Bu ifadeye ışığın doğrusal yayılımı yasası denir. Bu yasanın deneysel bir kanıtı, noktasal ışık kaynaklarının oluşturduğu keskin gölgelerdir.

Işığın yayılma yönünü gösteren geometrik çizgiye ışık ışını denir. İzotropik bir ortamda ışık ışınları dalga cephesine dik olarak yönlendirilir.

Ortamda aynı fazda salınan noktaların geometrik konumuna dalga yüzeyi, salınımın belirli bir zamanda ulaştığı noktalar kümesine de dalga cephesi adı verilir. Dalga cephesinin türüne bağlı olarak düzlem ve küresel dalgalar ayırt edilir.

Işığın yayılma sürecini açıklamak için, Hollandalı fizikçi H. Huygens tarafından önerilen, dalga cephesinin uzaydaki hareketine ilişkin dalga teorisinin genel prensibi kullanılır. Huygens ilkesine göre ortamdaki ışık uyarımının ulaştığı her nokta, yine ışık hızında yayılan küresel ikincil dalgaların merkezidir. Bu ikincil dalgaların cephelerini çevreleyen yüzey, o anda fiilen yayılan dalganın ön tarafının konumunu verir.

Işık ışınları ile ışık ışınları arasında ayrım yapmak gerekir. Işık demeti, ışık enerjisini belirli bir yönde taşıyan ışık dalgasının bir parçasıdır. Bir ışık ışınını onu tanımlayan bir ışık ışınıyla değiştirirken, ikincisi yeterince dar, ancak aynı zamanda sınırlı bir genişliğe sahip (kesitsel boyutlar dalga boyundan çok daha büyük) bir ışığın ekseniyle çakışacak şekilde alınmalıdır. ışın.

Iraksak, yakınsak ve yarı paralel ışık ışınları vardır. Işık ışınları demeti veya sadece ışık ışınları terimleri sıklıkla kullanılır; bu, gerçek bir ışık ışınını tanımlayan bir dizi ışık ışınını ifade eder.

Işığın boşluktaki hızı c = 3 108 m/s evrensel bir sabittir ve frekansa bağlı değildir. Işık hızı ilk kez Danimarkalı bilim adamı O. Roemer tarafından astronomik yöntemle deneysel olarak belirlendi. Daha doğrusu ışığın hızı A. Michelson tarafından ölçülmüştür.

Maddede ışığın hızı boşluktakinden daha azdır. Işığın boşluktaki hızının belirli bir ortamdaki hızına oranına ortamın mutlak kırılma indisi denir:

burada c ışığın boşluktaki hızıdır, v ise ışığın belirli bir ortamdaki hızıdır. Tüm maddelerin mutlak kırılma indisleri birden büyüktür.

Işık bir ortamda yayıldığında emilir ve saçılır ve ortamlar arasındaki arayüzde yansıtılır ve kırılır.

Işık yansıması yasası: gelen ışın, yansıyan ışın ve ışının geliş noktasında restore edilen iki ortam arasındaki arayüze dik olan aynı düzlemde uzanır; yansıma açısı g, geliş açısı a'ya eşittir (Şekil 1). Bu yasa, her türlü dalganın yansıma yasasıyla örtüşür ve Huygens ilkesinin bir sonucu olarak elde edilebilir.

Işığın kırılma yasası: Gelen ışın, kırılan ışın ve ışının geliş noktasında restore edilen iki ortam arasındaki arayüze dik olan aynı düzlemde bulunur; Belirli bir ışık frekansı için geliş açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı, birinciye göre ikinci ortamın bağıl kırılma indisi adı verilen sabit bir değerdir:

Deneysel olarak oluşturulan ışık kırılma yasası Huygens ilkesine dayanarak açıklanmaktadır. Dalga kavramlarına göre kırılma, bir ortamdan diğerine geçerken dalga yayılma hızındaki değişikliklerin bir sonucudur ve bağıl kırılma indisinin fiziksel anlamı, dalgaların birinci ortamdaki yayılma hızının v1'e oranıdır. ikinci ortamda yayılma hızı

Mutlak kırılma indeksleri n1 ve n2 olan ortamlar için, ikinci ortamın birinciye göre göreceli kırılma indeksi, ikinci ortamın mutlak kırılma indeksinin birinci ortamın mutlak kırılma indeksine oranına eşittir:

Kırılma indisi daha yüksek olan ortama optik olarak daha yoğun denir, içindeki ışığın yayılma hızı daha düşüktür. Işık optik olarak daha yoğun bir ortamdan optik olarak daha az yoğun bir ortama geçerse, belirli bir a0 geliş açısında kırılma açısı p/2'ye eşit olmalıdır. Bu durumda kırılan ışının yoğunluğu sıfıra eşit olur. İki ortam arasındaki arayüze düşen ışık tamamen buradan yansıtılır.

Işığın toplam iç yansımasının meydana geldiği geliş açısı a0, toplam iç yansımanın sınır açısı olarak adlandırılır. a0'a eşit ve daha büyük tüm geliş açılarında, ışığın toplam yansıması meydana gelir.

Sınırlama açısının değeri ilişkiden bulunur. Eğer n2 = 1 (vakum) ise, o zaman

2 Bir maddenin kırılma indisi, ışığın (elektromanyetik dalgalar) vakumdaki ve belirli bir ortamdaki faz hızlarının oranına eşit bir değerdir. Ayrıca ses gibi diğer dalgaların kırılma indisinden de bahsederler.

Kırılma indisi, maddenin özelliklerine ve radyasyonun dalga boyuna bağlıdır; bazı maddeler için, elektromanyetik dalgaların frekansı düşük frekanslardan optik ve ötesine değiştiğinde kırılma indisi oldukça güçlü bir şekilde değişir ve ayrıca daha da keskin bir şekilde değişebilir. frekans ölçeğinin belirli alanları. Varsayılan genellikle optik aralığa veya bağlama göre belirlenen aralığa karşılık gelir.

Kırılma indisinin ışığın yönüne ve polarizasyonuna bağlı olduğu optik olarak anizotropik maddeler vardır. Bu tür maddeler oldukça yaygındır, özellikle hepsi kristal kafesin oldukça düşük simetrisine sahip kristallerin yanı sıra mekanik deformasyona maruz kalan maddelerdir.

Kırılma indisi ortamın manyetik ve dielektrik sabitlerinin çarpımının kökü olarak ifade edilebilir.

(İlgi konusu frekans aralığı için (örneğin optik) manyetik geçirgenlik ve mutlak dielektrik sabiti değerlerinin, bu değerlerin statik değerinden çok farklı olabileceği dikkate alınmalıdır).

Kırılma indeksini ölçmek için manuel ve otomatik refraktometreler kullanılır. Sulu bir çözeltideki şeker konsantrasyonunu belirlemek için bir refraktometre kullanıldığında, cihaza sakarimetre adı verilir.

Işın A ortamından B ortamına geçtiğinde ışının geliş açısının sinüsünün () kırılma açısının sinüsüne () oranına bu ortam çifti için bağıl kırılma indisi denir.

n miktarı, B ortamının A ortamına göre bağıl kırılma indisidir, аn" = 1/n ise A ortamının B ortamına göre bağıl kırılma indisidir.

Bu değer, diğer şeyler eşit olmak üzere, bir ışın daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama geçtiğinde genellikle birden az olur ve bir ışın daha az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama geçerken birden fazla olur (örneğin, gaza veya vakumdan sıvıya veya katıya). Bu kuralın istisnaları vardır ve bu nedenle bir ortamı diğerinden optik olarak daha fazla veya daha az yoğun olarak adlandırmak gelenekseldir (bir ortamın opaklığının bir ölçüsü olan optik yoğunlukla karıştırılmamalıdır).

Havasız uzaydan bir B ortamının yüzeyine düşen bir ışın, başka bir A ortamından üzerine düştüğünden daha güçlü bir şekilde kırılır; Havasız uzaydan bir ortama gelen ışının kırılma indisine, onun mutlak kırılma indisi veya basitçe belirli bir ortamın kırılma indisi denir; bu, tanımı makalenin başında verilen kırılma indisidir. Normal koşullar altında hava da dahil olmak üzere herhangi bir gazın kırılma indeksi, sıvıların veya katıların kırılma indeksinden çok daha azdır, bu nedenle yaklaşık olarak (ve nispeten iyi bir doğrulukla) mutlak kırılma indeksi, havaya göre kırılma indeksi ile değerlendirilebilir.

Pirinç. 3. Girişim refraktometresinin çalışma prensibi. Işık demeti, iki kısmı farklı kırılma indislerine sahip maddelerle dolu l uzunluğundaki küvetlerden geçecek şekilde bölünür. Küvetlerden çıkışta ışınlar belirli bir yol farkı elde eder ve bir araya getirildiklerinde ekranda k dereceli girişim maksimum ve minimumlarının bir resmini verir (sağda şematik olarak gösterilmiştir). Kırılma indisi farkı Dn=n2 –n1 =kl/2, burada l ışığın dalga boyudur.

Refraktometreler, maddelerin kırılma indeksini ölçmek için kullanılan aletlerdir. Refraktometrenin çalışma prensibi toplam yansıma olgusuna dayanmaktadır. Kırılma indisli iki ortam arasındaki arayüze ve optik olarak daha yoğun bir ortamdan dağınık bir ışık demeti düşerse, belirli bir geliş açısından başlayarak ışınlar ikinci ortama girmez, ancak tamamen yansıtılır. Birinci ortamda arayüz. Bu açıya toplam yansımanın sınır açısı denir. Şekil 1, bu yüzeyin belirli bir akımına düşen ışınların davranışını göstermektedir. Işın aşırı bir açıyla geliyor. Kırılma yasasından şunu belirleyebiliriz: , (çünkü).

Sınırlama açısının büyüklüğü, iki ortamın göreceli kırılma indisine bağlıdır. Yüzeyden yansıyan ışınlar bir toplama merceğine yönlendirilirse, merceğin odak düzleminde ışığın ve yarı gölgenin sınırını görebilirsiniz ve bu sınırın konumu sınırlama açısının değerine ve dolayısıyla kırılma indeksi. Ortamlardan birinin kırılma indisindeki bir değişiklik, arayüzün konumunda bir değişiklik gerektirir. Işık ve gölge arasındaki arayüz, refraktometrelerde kullanılan kırılma indisinin belirlenmesinde bir gösterge görevi görebilir. Kırılma indisini belirlemenin bu yöntemine toplam yansıma yöntemi denir.

Refraktometreler, toplam yansıma yönteminin yanı sıra, geçişli ışın yöntemini de kullanır. Bu yöntemde, saçılan bir ışık demeti, optik olarak daha az yoğun bir ortamdan sınıra mümkün olan tüm açılardan çarpar (Şekil 2). Yüzey () boyunca kayan ışın, sınırlayıcı kırılma açısına (Şekil 2'deki ışın) karşılık gelir. Yüzeyde kırılan ışınların () yoluna bir mercek yerleştirirsek, merceğin odak düzleminde de ışık ve gölge arasında keskin bir sınır görürüz.

Pirinç. 2

Sınır açısının değerini belirleyen koşullar her iki yöntemde de aynı olduğundan arayüzün konumu aynıdır. Her iki yöntem de eşdeğerdir ancak toplam yansıma yöntemi, opak maddelerin kırılma indisini ölçmenize olanak tanır

Üçgen prizmada ışınların yolu

Şekil 9, düzlemi yan kenarlarına dik olan bir cam prizmanın kesitini göstermektedir. Prizmadaki ışın tabana doğru saptırılır ve OA ve 0B kenarlarında kırılır. Bu yüzler arasındaki j açısına prizmanın kırılma açısı denir. Işının sapma açısı prizmanın kırılma açısına, prizma malzemesinin kırılma indisine n ve geliş açısına bağlıdır. Kırılma kanunu (1.4) kullanılarak hesaplanabilir.

Refraktometre beyaz bir ışık kaynağı kullanır 3. Dağılma nedeniyle ışık 1 ve 2 numaralı prizmalardan geçtiğinde ışık ve gölgenin sınırı renkli hale gelir. Bunu önlemek için teleskop merceğinin önüne bir dengeleyici (4) yerleştirilir ve her biri farklı kırılma indekslerine sahip üç prizmadan birbirine yapıştırılmış iki özdeş prizmadan oluşur. Prizmalar, dalga boyu tek renkli bir ışın olacak şekilde seçilir. = 589,3 mikron. (sodyum sarı çizgi dalga boyu) sapma kompansatörünü geçtikten sonra test edilmedi. Farklı dalga boylarına sahip ışınlar prizmalarda farklı yönlere saptırılır. Kompansatör prizmalarını özel bir tutamak kullanarak hareket ettirerek ışık ve karanlık arasındaki sınırın mümkün olduğunca net olmasını sağlıyoruz.

Dengeleyiciyi geçen ışık ışınları teleskopun merceğine (6) girer. Işık-gölge arayüzünün görüntüsü teleskopun göz merceği (7) aracılığıyla izlenir. Aynı zamanda ölçek 8 mercek aracılığıyla görüntülenir. Sınırlayıcı kırılma açısı ve toplam yansımanın sınırlayıcı açısı sıvının kırılma indeksine bağlı olduğundan, bu kırılma indeksinin değerleri refraktometre ölçeğinde hemen işaretlenir. .

Refraktometrenin optik sistemi ayrıca dönen bir prizma 5 içerir. Teleskopun eksenini prizma 1 ve 2'ye dik olarak konumlandırmanıza olanak tanır, bu da gözlemi daha kolay hale getirir.

Bu makale, kırılma indisi gibi bir optik kavramının özünü ortaya koymaktadır. Bu miktarı elde etmek için formüller verilmiş ve elektromanyetik dalga kırılması olgusunun uygulamasına kısa bir genel bakış verilmiştir.

Görme ve kırılma indeksi

Medeniyetin şafağında insanlar şu soruyu sordular: Göz nasıl görüyor? Bir kişinin çevredeki nesneleri hisseden ışınlar yaydığı veya tam tersine her şeyin bu tür ışınlar yaydığı ileri sürülmüştür. Bu sorunun cevabı on yedinci yüzyılda verildi. Optikte bulunur ve kırılma indisinin ne olduğu ile ilgilidir. Çeşitli opak yüzeylerden yansıyan ve şeffaf olanlarla sınırda kırılan ışık, kişiye görme olanağı verir.

Işık ve kırılma indeksi

Gezegenimiz Güneş'in ışığıyla örtülüyor. Ve mutlak kırılma indisi gibi bir kavram tam da fotonların dalga doğasıyla ilişkilendirilir. Boşlukta yayılan foton hiçbir engelle karşılaşmaz. Gezegende ışık birçok farklı yoğun ortamla karşılaşır: atmosfer (bir gaz karışımı), su, kristaller. Elektromanyetik bir dalga olan ışık fotonlarının boşlukta tek faz hızı vardır (burada C) ve ortamda - başka bir (belirtilen) v). Birinci ve ikincinin oranına mutlak kırılma indisi denir. Formül şuna benzer: n = c / v.

Faz hızı

Elektromanyetik ortamın faz hızını tanımlamaya değer. Aksi takdirde kırılma indisinin ne olduğunu anlayın N, yasaktır. Işığın fotonu bir dalgadır. Bu, salınan bir enerji paketi olarak temsil edilebileceği anlamına gelir (sinüs dalgasının bir bölümünü hayal edin). Faz, dalganın zaman içinde belirli bir anda hareket ettiği sinüzoidin segmentidir (bunun kırılma indisi gibi bir miktarı anlamak için önemli olduğunu unutmayın).

Örneğin faz, bir sinüzoidin maksimumu veya eğiminin bir kısmı olabilir. Bir dalganın faz hızı, o fazın hareket ettiği hızdır. Kırılma indisinin tanımının açıkladığı gibi, bu değerler bir vakum ve bir ortam için farklılık gösterir. Üstelik her ortamın bu miktarın kendine ait bir değeri vardır. Herhangi bir şeffaf bileşiğin bileşimi ne olursa olsun, diğer tüm maddelerden farklı bir kırılma indisi vardır.

Mutlak ve bağıl kırılma indisi

Mutlak değerin boşluğa göre ölçüldüğü yukarıda zaten gösterilmişti. Ancak gezegenimizde bu zordur: Işık daha çok hava ve su veya kuvars ve spinel sınırına çarpar. Yukarıda belirtildiği gibi bu ortamların her birinin kırılma indisi farklıdır. Havada bir ışık fotonu tek yön boyunca hareket eder ve tek faz hızına (v 1) sahiptir, ancak suya girdiğinde yayılma yönünü ve faz hızını (v 2) değiştirir. Ancak bu yönlerin her ikisi de aynı düzlemde yer almaktadır. Bu, çevredeki dünyanın görüntüsünün gözün retinasında veya kameranın matrisinde nasıl oluştuğunu anlamak için çok önemlidir. İki mutlak değerin oranı bağıl kırılma indisini verir. Formül şuna benzer: n 12 = v 1 / v 2.

Peki ya ışık tam tersine sudan çıkıp havaya girerse? Daha sonra bu değer n 21 = v 2 / v 1 formülü ile belirlenecektir. Göreceli kırılma indislerini çarparken n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1 elde ederiz. Bu ilişki herhangi bir ortam çifti için geçerlidir. Bağıl kırılma indisi, geliş ve kırılma açılarının sinüslerinden bulunabilir n 12 = sin 1 / sin 2. Açıların normalden yüzeye doğru ölçüldüğünü unutmayın. Normal, yüzeye dik bir çizgidir. Yani soruna bir açı verilirse α yüzeyin kendisine göre düştüğünde, (90 - α)'nın sinüsünü hesaplamamız gerekir.

Kırılma indisinin güzelliği ve uygulamaları

Sakin ve güneşli bir günde gölün dibinde yansımalar oynuyor. Koyu mavi buz kayayı kaplıyor. Bir elmas bir kadının eline binlerce kıvılcım saçar. Bu fenomen, şeffaf ortamın tüm sınırlarının göreceli bir kırılma indisine sahip olmasının bir sonucudur. Estetik zevkin yanı sıra bu olgu pratik uygulamalar için de kullanılabilir.

İşte örnekler:

• Bir cam mercek güneş ışığı ışınını topluyor ve çimleri ateşe veriyor.
• Lazer ışını hastalıklı organa odaklanır ve gereksiz dokuyu keser.
• Güneş ışığı antik vitray pencerede kırılarak özel bir atmosfer yaratılıyor.
• Mikroskop çok küçük detayların görüntülerini büyütür.
• Spektrofotometre lensleri, incelenen maddenin yüzeyinden yansıyan lazer ışığını toplar. Bu sayede yeni malzemelerin önce yapısını, sonra da özelliklerini anlamak mümkün oluyor.
• Hatta bilginin şimdiki gibi elektronlar tarafından değil, fotonlar tarafından iletileceği bir fotonik bilgisayar projesi bile var. Böyle bir cihaz kesinlikle kırılma elemanlarına ihtiyaç duyacaktır.

Dalgaboyu

Ancak Güneş bize sadece görünür spektrumda foton sağlamakla kalmıyor. Kızılötesi, morötesi ve x-ışını aralıkları insan gözüyle algılanmaz ancak hayatımızı etkiler. IR ışınları bizi ısıtır, UV fotonları atmosferin üst katmanlarını iyonize ederek bitkilerin fotosentez yoluyla oksijen üretmesini sağlar.

Ve kırılma indisinin eşit olduğu şey yalnızca sınırın bulunduğu maddelere değil, aynı zamanda gelen radyasyonun dalga boyuna da bağlıdır. Tam olarak hangi değerden bahsettiğimiz genellikle bağlamdan açıkça anlaşılır. Yani eğer kitap röntgen ışınlarını ve onun insanlar üzerindeki etkisini inceliyorsa, o zaman N orada bu aralık için özel olarak tanımlanmıştır. Ancak başka bir şey belirtilmedikçe genellikle elektromanyetik dalgaların görünür spektrumu kastedilmektedir.

Kırılma indisi ve yansıma

Yukarıda yazdıklarımızdan da anlaşılacağı üzere şeffaf ortamlardan bahsediyoruz. Örnek olarak havayı, suyu ve elması verdik. Peki ya ahşap, granit, plastik? Onlar için kırılma indisi diye bir şey var mı? Cevap karmaşık ama genel olarak evet.

Öncelikle ne tür bir ışıkla karşı karşıya olduğumuzu düşünmeliyiz. Görünür fotonlara karşı opak olan ortamlar, X-ışını veya gama radyasyonu ile kesilir. Yani, eğer hepimiz süpermen olsaydık, etrafımızdaki tüm dünya bizim için şeffaf olurdu, ancak değişen derecelerde. Örneğin, beton duvarlar jöleden daha yoğun olmayacak ve metal donanımlar daha yoğun meyve parçalarına benzeyecektir.

Diğer temel parçacıklar olan müonlara göre gezegenimiz genel olarak tamamen şeffaftır. Bir zamanlar bilim adamları varlıklarının gerçekliğini kanıtlamakta büyük zorluk çekiyorlardı. Her saniye milyonlarca müon bizi deliyor ancak tek bir parçacığın maddeyle çarpışma ihtimali çok düşük ve bunu tespit etmek çok zor. Bu arada Baykal yakında müonların "yakalanacağı" bir yer olacak. Derin ve berrak suyu bunun için idealdir; özellikle kış aylarında. Önemli olan sensörlerin donmaması. Bu nedenle, örneğin x-ışını fotonları için betonun kırılma indisi anlamlıdır. Üstelik bir maddeyi x-ışınlarıyla ışınlamak, kristallerin yapısını incelemenin en doğru ve önemli yollarından biridir.

Matematiksel anlamda, belirli bir aralıkta opak olan maddelerin hayali bir kırılma indisine sahip olduğunu da hatırlamakta fayda var. Son olarak, bir maddenin sıcaklığının da onun şeffaflığını etkileyebileceğini anlamalıyız.

Işıkla ilişkili süreçler fiziğin önemli bir bileşenidir ve günlük hayatımızın her yerinde bizi kuşatır. Bu durumda en önemlisi, modern optiğin dayandığı ışığın yansıma ve kırılma yasalarıdır. Işığın kırılması modern bilimin önemli bir parçasıdır.

Distorsiyon etkisi

Bu makale size ışığın kırılması olgusunun ne olduğunu, kırılma yasasının neye benzediğini ve bundan ne çıktığını anlatacaktır.

Fiziksel bir olgunun temelleri

Bir ışın, farklı optik yoğunluklara sahip iki şeffaf maddeyle ayrılmış bir yüzeye (örneğin, farklı camlar veya su) düştüğünde, ışınların bir kısmı yansıyacak, bir kısmı da ikinci yapıya nüfuz edecektir (örneğin, suda veya camda çoğalırlar). Bir ortamdan diğerine geçerken ışın genellikle yönünü değiştirir. Bu, ışığın kırılması olgusudur.
Işığın yansıması ve kırılması özellikle suda görülür.

Suda bozulma etkisi

Sudaki şeylere bakıldığında çarpık görünüyorlar. Bu özellikle hava ve su arasındaki sınırda fark edilir. Görsel olarak su altındaki nesneler hafifçe sapmış gibi görünür. Tanımlanan fiziksel olay, suda tüm nesnelerin çarpık görünmesinin tam olarak nedenidir. Işınlar cama çarptığında bu etki daha az fark edilir.
Işığın kırılması, güneş ışınının bir ortamdan (yapıdan) diğerine hareket ettiği anda hareket yönünün değişmesiyle karakterize edilen fiziksel bir olgudur.
Bu süreci daha iyi anlamak için havadan suya çarpan bir ışın örneğini düşünün (cam için olduğu gibi). Ara yüzey boyunca dik bir çizgi çizilerek ışık ışınının kırılma ve geri dönüş açısı ölçülebilir. Bu indeks (kırılma açısı), akış suya (camın içine) nüfuz ettikçe değişecektir.
Not! Bu parametre, bir ışın birinci yapıdan ikinciye girdiğinde iki maddenin ayrılmasına çizilen dikin oluşturduğu açı olarak anlaşılmaktadır.

Kiriş Geçişi

Aynı gösterge diğer ortamlar için de tipiktir. Bu göstergenin maddenin yoğunluğuna bağlı olduğu tespit edilmiştir. Eğer ışın daha az yoğun bir yapıdan daha yoğun bir yapıya düşerse, oluşan distorsiyon açısı daha büyük olacaktır. Ve eğer tam tersi ise, o zaman daha azdır.
Aynı zamanda düşüşün eğimindeki bir değişiklik de bu göstergeyi etkileyecektir. Ancak aralarındaki ilişki sabit kalmıyor. Aynı zamanda sinüslerinin oranı, aşağıdaki formülle yansıtılan sabit bir değer olarak kalacaktır: sinα / sinγ = n, burada:

• n, her bir spesifik madde (hava, cam, su vb.) için tanımlanan sabit bir değerdir. Dolayısıyla bu değerin ne olacağı özel tablolar kullanılarak belirlenebilir;
• α – geliş açısı;
• γ – kırılma açısı.

Bu fiziksel olguyu belirlemek için kırılma yasası oluşturuldu.

Fiziksel kanun

Işık akılarının kırılma yasası, şeffaf maddelerin özelliklerini belirlememizi sağlar. Kanunun kendisi iki hükümden oluşmaktadır:

• İlk kısım. Kiriş (olay, değiştirilmiş) ve örneğin hava ve su (cam vb.) sınırındaki geliş noktasında restore edilen dikey aynı düzlemde bulunacaktır;
• İkinci kısım. Geliş açısının sinüsünün, sınırı geçerken oluşan aynı açının sinüsüne oranı sabit bir değer olacaktır.

Kanunun açıklaması

Bu durumda ışın ikinci yapıdan çıkıp birinciye geçtiği anda (örneğin ışık akısı havadan camdan geçip tekrar havaya geçtiğinde) bir distorsiyon etkisi de oluşacaktır.

Farklı nesneler için önemli bir parametre

Bu durumda ana gösterge, geliş açısının sinüsünün benzer bir parametreye oranıdır, ancak distorsiyon için. Yukarıda açıklanan kanundan da anlaşılabileceği gibi bu gösterge sabit bir değerdir.
Üstelik düşüş eğiminin değeri değiştiğinde benzer bir gösterge için de aynı durum tipik olacaktır. Bu parametre büyük önem taşımaktadır çünkü şeffaf maddelerin ayrılmaz bir özelliğidir.

Farklı nesneler için göstergeler

Bu parametre sayesinde cam türlerini ve çeşitli değerli taşları oldukça etkili bir şekilde ayırt edebilirsiniz. Çeşitli ortamlarda ışığın hızının belirlenmesi açısından da önemlidir.

Not! Işık akışının en yüksek hızı boşluktadır.

Bir maddeden diğerine geçerken hızı azalacaktır. Örneğin kırılma indisi en yüksek olan elmasta fotonun yayılma hızı havanınkinden 2,42 kat daha fazla olacaktır. Suda 1,33 kat daha yavaş yayılırlar. Farklı cam türleri için bu parametre 1,4 ile 2,2 arasında değişmektedir.

Not! Bazı camların kırılma indisi 2,2 olup elmasa (2,4) çok yakındır. Bu nedenle bir cam parçasını gerçek bir elmastan ayırmak her zaman mümkün olmuyor.

Maddelerin optik yoğunluğu

Işık, farklı optik yoğunluklarla karakterize edilen farklı maddelerden geçebilir. Daha önce de söylediğimiz gibi bu yasayı kullanarak ortamın (yapının) yoğunluk özelliğini belirleyebilirsiniz. Ne kadar yoğun olursa ışığın onun içinde yayılma hızı da o kadar yavaş olur. Örneğin cam veya su optik olarak havadan daha yoğun olacaktır.
Bu parametre sabit bir değer olmasının yanı sıra ışık hızının iki maddedeki oranını da yansıtır. Fiziksel anlam aşağıdaki formülle görüntülenebilir:

Bu gösterge, bir maddeden diğerine geçerken fotonların yayılma hızının nasıl değiştiğini anlatır.

Bir diğer önemli gösterge

Bir ışık akısı şeffaf nesnelerin içinden geçtiğinde polarizasyonu mümkündür. Dielektrik izotropik ortamdan ışık akısının geçişi sırasında gözlenir. Fotonlar camdan geçtiğinde polarizasyon meydana gelir.

Polarizasyon etkisi

İki dielektrik sınırındaki ışık akısının geliş açısı sıfırdan farklı olduğunda kısmi polarizasyon gözlenir. Polarizasyon derecesi, geliş açılarının ne olduğuna bağlıdır (Brewster yasası).

Tam iç yansıma

Kısa gezimizi bitirirken, böyle bir etkiyi tam bir iç yansıma olarak düşünmek hala gerekli.

Tam ekran olgusu

Bu etkinin ortaya çıkması için, maddeler arasındaki arayüzde daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama geçiş anında ışık akısının geliş açısının arttırılması gerekir. Bu parametrenin belirli bir sınır değeri aşması durumunda bu bölümün sınırına gelen fotonlar tamamen yansıtılacaktır. Aslında bu bizim istediğimiz olgu olacaktır. Bu olmadan fiber optik yapmak imkansızdı.

Çözüm

Işık akısı davranışının pratik uygulaması, hayatımızı iyileştirecek çeşitli teknik cihazlar yaratarak çok şey kazandırdı. Aynı zamanda ışık henüz tüm olanaklarını insanlığa açıklamadı ve pratik potansiyeli henüz tam olarak gerçekleşmedi.

Kendi elinizle bir kağıt lamba nasıl yapılır
Bir LED şeridin performansı nasıl kontrol edilir

8. sınıf fizik dersinde ışığın kırılma olayını öğrendiniz. Artık ışığın belirli bir frekans aralığındaki elektromanyetik dalgalar olduğunu biliyorsunuz. Işığın doğası hakkındaki bilgilere dayanarak kırılmanın fiziksel nedenini anlayabilir ve onunla ilişkili diğer birçok ışık olayını açıklayabilirsiniz.

Pirinç. 141. Işın bir ortamdan diğerine geçerken kırılır, yani. yayılma yönünü değiştirir

Işığın kırılma yasasına göre (Şekil 141):

• ışının geliş noktasında iki ortam arasındaki arayüze çekilen gelen, kırılan ve dik ışınlar aynı düzlemde bulunur; gelme açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı bu iki ortam için sabit bir değerdir

burada n21, ikinci ortamın birinciye göre bağıl kırılma indisidir.

Eğer ışın boşluktan herhangi bir ortama geçerse, o zaman

burada n, ikinci ortamın mutlak kırılma indisidir (veya basitçe kırılma indisidir). Bu durumda ilk “ortam” mutlak değeri birlik olarak alınan boşluktur.

Işığın kırılma yasası, 1621'de Hollandalı bilim adamı Willebord Snellius tarafından deneysel olarak keşfedildi. Yasa, bilim adamının ölümünden sonra makalelerinde bulunan optik üzerine bir incelemede formüle edildi.

Snell'in keşfinden sonra birçok bilim adamı, ışığın kırılmasının, iki ortamın sınırından geçerken hızındaki değişiklikten kaynaklandığını öne sürdü. Bu hipotezin geçerliliği, Fransız matematikçi Pierre Fermat (1662'de) ve Hollandalı fizikçi Christiaan Huygens (1690'da) tarafından bağımsız olarak gerçekleştirilen teorik kanıtlarla doğrulandı. Aynı sonuca farklı yollarla ulaştılar ve şunu kanıtladılar:

• Geliş açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı, bu iki ortam için sabit bir değerdir ve bu ortamlardaki ışığın hızlarının oranına eşittir:

(3)

Denklem (3)'ten, eğer kırılma açısı β, geliş açısından a daha küçükse, ikinci ortamda belirli bir frekanstaki ışığın birinciye göre daha yavaş yayıldığı, yani V 2 olduğu sonucu çıkar.

Denklem (3)'te yer alan büyüklükler arasındaki ilişki, bağıl kırılma indisinin tanımı için başka bir formülasyonun ortaya çıkmasında zorlayıcı bir neden olarak hizmet etti:

• ikinci ortamın birinciye göre göreceli kırılma indisi, bu ortamlardaki ışığın hızlarının oranına eşit bir fiziksel niceliktir:

n 21 = v 1 / v 2 (4)

Bir ışık ışınının boşluktan bir ortama geçmesine izin verin. Denklem (4)'teki v1'i ışığın boşluktaki hızı c ile ve v2'yi ışığın v ortamındaki hızıyla değiştirerek mutlak kırılma indisinin tanımı olan denklem (5)'i elde ederiz:

• Bir ortamın mutlak kırılma indisi, ışığın boşluktaki hızının belirli bir ortamdaki ışık hızına oranına eşit fiziksel bir niceliktir:

Denklemlere (4) ve (5) göre, n 21, ışığın hızının bir ortamdan diğerine geçerken kaç kez değiştiğini ve n - boşluktan ortama geçerken hızının kaç kat değiştiğini gösterir. Kırılma indekslerinin fiziksel anlamı budur.

Herhangi bir maddenin mutlak kırılma indeksi n'nin değeri birden büyüktür (bu, fiziksel referans kitaplarının tablolarında bulunan verilerle doğrulanır). O halde denklem (5)'e göre c/v > 1 ve c > v, yani ışığın herhangi bir maddedeki hızı, ışığın boşluktaki hızından küçüktür.

Kesin gerekçeler vermeden (karmaşık ve hantaldırlar), ışığın boşluktan maddeye geçişi sırasında hızının azalmasının nedeninin, ışık dalgasının maddenin atomları ve molekülleri ile etkileşimi olduğunu belirtiyoruz. Bir maddenin optik yoğunluğu ne kadar büyük olursa, bu etkileşim o kadar güçlü olur, ışığın hızı o kadar düşük ve kırılma indisi de o kadar yüksek olur. Böylece ışığın bir ortamdaki hızı ve mutlak kırılma indisi bu ortamın özelliklerine göre belirlenir.

Maddelerin kırılma indekslerinin sayısal değerlerine dayanarak optik yoğunlukları karşılaştırılabilir. Örneğin farklı cam türlerinin kırılma indisi 1.470 ila 2.040 arasında değişirken suyun kırılma indisi 1.333'tür. Bu, camın optik olarak sudan daha yoğun bir ortam olduğu anlamına gelir.

Şekil 142'ye dönelim, bunun yardımıyla iki ortamın sınırında hızdaki bir değişiklikle ışık dalgasının yayılma yönünün neden değiştiğini açıklayabiliriz.

Pirinç. 142. Işık dalgaları havadan suya geçerken ışığın hızı azalır, dalganın ön tarafı ve onunla birlikte hızı da yön değiştirir.

Şekil havadan suya geçen ve bu ortamlar arasındaki arayüze a açısıyla gelen bir ışık dalgasını göstermektedir. Işık havada v1 hızıyla, suda ise daha düşük v2 hızıyla hareket eder.

Dalganın A noktası sınıra ilk olarak ulaşır. Δt zaman periyodunda, havada aynı v1 hızıyla hareket eden B noktası B noktasına ulaşacaktır." Aynı süre içinde suda daha düşük bir v2 hızıyla hareket eden A noktası daha kısa bir mesafe kat edecektir. yalnızca A noktasına ulaşıyor." Bu durumda AB dalgasının sudaki ön tarafı havadaki AB dalgasının ön kısmına göre belirli bir açıyla dönecektir. Ve hız vektörü (her zaman dalganın önüne dik olan ve yayılma yönü ile çakışan), ortamlar arasındaki arayüze dik olan OO" düz çizgisine yaklaşarak döner. Bu durumda kırılma açısı β geliş açısından α'dan daha küçük olduğu ortaya çıkıyor.Işığın kırılması bu şekilde gerçekleşir.

Ayrıca, başka bir ortama hareket ederken ve dalga cephesini döndürürken dalga boyunun da değiştiği şekilden açıkça görülmektedir: optik olarak daha yoğun bir ortama geçerken hız azalır, dalga boyu da azalır (λ 2)< λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.

Sorular

1. İki maddeden hangisi optik olarak daha yoğundur?
2. Ortamdaki ışığın hızına göre kırılma indisleri nasıl belirlenir?
3. Işık en hızlı nerede hareket eder?
4. Işığın boşluktan bir ortama veya optik yoğunluğu daha düşük olan bir ortamdan daha yüksek olan bir ortama geçerken hızının azalmasının fiziksel nedeni nedir?
5. Bir ortamın mutlak kırılma indisini ve içindeki ışığın hızını ne belirler (yani neye bağlıdır)?
6. Bize Şekil 142'nin neyi gösterdiğini söyleyin.

Egzersiz yapmak

Kırılma yasasını formüle ederken §81'de tanıttığımız kırılma indisinin daha ayrıntılı bir incelemesine geçelim.

Kırılma indisi hem ışının düştüğü ortamın hem de nüfuz ettiği ortamın optik özelliklerine bağlıdır. Boşluktan gelen ışık herhangi bir ortama düştüğünde elde edilen kırılma indisine o ortamın mutlak kırılma indisi denir.

Pirinç. 184. İki ortamın bağıl kırılma indisi:

Birinci ortamın mutlak kırılma indisi ve ikinci ortamın mutlak kırılma indisi - olsun. Birinci ve ikinci ortamın sınırındaki kırılma dikkate alındığında, birinci ortamdan ikinciye geçiş sırasındaki kırılma indisinin, yani göreceli kırılma indisinin, ortamın mutlak kırılma indislerinin oranına eşit olmasını sağlıyoruz. ikinci ve birinci medya:

(Şek. 184). Aksine, ikinci ortamdan birinciye geçerken göreceli bir kırılma indisine sahip oluruz.

İki ortamın bağıl kırılma indisi ile mutlak kırılma indisleri arasında kurulan bağlantı, tıpkı tersinirlik yasası için yapılabileceği gibi (§82), yeni deneyler olmadan teorik olarak türetilebilir,

Daha yüksek kırılma indisine sahip bir ortama optik olarak daha yoğun denir. Çeşitli ortamların havaya göre kırılma indisi genellikle ölçülür. Havanın mutlak kırılma indisi. Bu nedenle, herhangi bir ortamın mutlak kırılma indisi, aşağıdaki formülle havaya göre kırılma indisi ile ilişkilidir.

Tablo 6. Çeşitli maddelerin havaya göre kırılma indisi

Kırılma indisi ışığın dalga boyuna, yani rengine bağlıdır. Farklı renkler farklı kırılma indekslerine karşılık gelir. Dispersiyon adı verilen bu olay optikte önemli bir rol oynar. Bu olguyu sonraki bölümlerde tekrar tekrar ele alacağız. Tabloda verilen veriler. 6, sarı ışığa bakın.

Yansıma yasasının resmi olarak kırılma yasasıyla aynı biçimde yazılabildiğini belirtmek ilginçtir. Her zaman dik açıdan karşılık gelen ışına kadar olan açıları ölçme konusunda anlaştığımızı hatırlayalım. Bu nedenle, geliş açısı ile yansıma açısının zıt işaretlere sahip olduğunu düşünmeliyiz; yansıma yasası şu şekilde yazılabilir:

(83.4)'ü kırılma kanunu ile karşılaştırdığımızda, yansıma kanununun, kırılma kanununun özel bir durumu olarak değerlendirilebileceğini görüyoruz. Yansıma ve kırılma yasalarının bu biçimsel benzerliği, pratik sorunların çözümünde büyük fayda sağlar.

Önceki sunumda kırılma indisi, içinden geçen ışığın yoğunluğundan bağımsız olarak ortamın sabiti anlamına geliyordu. Kırılma indisinin bu şekilde yorumlanması oldukça doğaldır, ancak modern lazerler kullanılarak elde edilebilen yüksek radyasyon yoğunlukları durumunda bu doğrulanmaz. Güçlü ışık ışınımının geçtiği ortamın özellikleri bu durumda yoğunluğuna bağlıdır. Dedikleri gibi, ortam doğrusal olmayan hale geliyor. Ortamın doğrusal olmaması, özellikle yüksek yoğunluklu bir ışık dalgasının kırılma indisini değiştirmesiyle kendini gösterir. Kırılma indisinin radyasyon yoğunluğuna bağımlılığı şu şekildedir:

Burada olağan kırılma indisi, doğrusal olmayan kırılma indisidir ve orantı faktörüdür. Bu formüldeki ek terim pozitif ya da negatif olabilir.

Kırılma indeksindeki göreceli değişiklikler nispeten küçüktür. Şu tarihte: doğrusal olmayan kırılma indeksi. Bununla birlikte, kırılma indeksindeki bu kadar küçük değişiklikler bile dikkat çekicidir: kendilerini, ışığın kendi kendine odaklanması gibi tuhaf bir fenomenle gösterirler.

Pozitif doğrusal olmayan kırılma indisine sahip bir ortam düşünelim. Bu durumda, ışık yoğunluğunun arttığı alanlar aynı zamanda kırılma indisinin de arttığı alanlardır. Tipik olarak, gerçek lazer radyasyonunda, bir ışın demetinin kesiti üzerindeki yoğunluk dağılımı düzgün değildir: yoğunluk eksen boyunca maksimumdur ve Şekil 2'de gösterildiği gibi ışının kenarlarına doğru düzgün bir şekilde azalır. 185 katı eğri. Benzer bir dağılım aynı zamanda lazer ışınının yayıldığı eksen boyunca doğrusal olmayan bir ortama sahip bir hücrenin kesiti boyunca kırılma indisindeki değişimi de tanımlar. Küvetin ekseni boyunca en büyük olan kırılma indisi, duvarlarına doğru düzgün bir şekilde azalır (Şekil 185'teki kesikli eğriler).

Lazeri eksene paralel olarak bırakan ve değişken kırılma indisine sahip bir ortama giren ışın demeti, daha büyük olduğu yönde saptırılır. Bu nedenle, küvetin yakınında artan yoğunluk, kesitlerde ve Şekil 2'de şematik olarak gösterilen bu alanda ışık ışınlarının yoğunlaşmasına neden olur. 185 ve bu daha da fazla bir artışa yol açıyor. Sonuçta doğrusal olmayan bir ortamdan geçen ışık ışınının etkin kesiti önemli ölçüde azalır. Işık, yüksek kırılma indisine sahip dar bir kanaldan geçer. Böylece lazer ışın demeti daralır ve yoğun radyasyonun etkisi altındaki doğrusal olmayan ortam toplayıcı mercek görevi görür. Bu olguya kendine odaklanma denir. Örneğin sıvı nitrobenzende gözlemlenebilir.

Pirinç. 185. Küvetin girişindeki (a), giriş ucunun yakınında (), ortada (), küvetin çıkış ucunun yakınında () bir lazer ışın ışınının kesiti üzerinde radyasyon yoğunluğunun ve kırılma indeksinin dağılımı ( )

Şeffaf katıların kırılma indisinin belirlenmesi

Ve sıvılar

Cihazlar ve aksesuarlar: ışık filtreli mikroskop, üzerinde AB işareti bulunan çapraz düzlem paralel plaka; refraktometre markası "RL"; sıvı seti.

Çalışmanın amacı: Cam ve sıvıların kırılma indislerini belirler.

Mikroskop kullanarak camın kırılma indisinin belirlenmesi

Şeffaf bir katının kırılma indisini belirlemek için, bu malzemeden yapılmış işaretli düzlem paralel bir plaka kullanılır.

İşaret, biri (A) tabana, ikincisi (B) plakanın üst yüzeyine uygulanan karşılıklı iki dik çizikten oluşur. Plaka tek renkli ışıkla aydınlatılır ve mikroskopla incelenir. Açık
pirinç. Şekil 4.7, incelenen plakanın dikey düzlemdeki bir kesitini göstermektedir.

AD ve AE ışınları, cam-hava arayüzünde kırıldıktan sonra DD1 ve EE1 yönünde hareket ederek mikroskop merceğine girer.

Plakaya yukarıdan bakan bir gözlemci, DD1 ve EE1 ışınlarının devamının kesişme noktasında A noktasını görür, yani. C noktasında.

Böylece A noktası gözlemciye C noktasındaymış gibi görünür. Plaka malzemesinin kırılma indisi n, kalınlığı d ve plakanın görünür kalınlığı d1 arasındaki ilişkiyi bulalım.

4.7 VD = VСtgi, BD = АВtgr olduğu açıktır, dolayısıyla

tgi/tgr = AB/BC,

AB = d – levha kalınlığı; BC = d1 plakanın görünen kalınlığı.

Eğer i ve r açıları küçükse, o zaman

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4.5)

onlar. Sini/Sinr = d/d1.

Işığın kırılma yasasını dikkate alarak şunu elde ederiz:

d/d1 ölçümü mikroskop kullanılarak yapılır.

Mikroskopun optik tasarımı iki sistemden oluşur: bir mercek ve bir tüpe monte edilmiş bir göz merceği içeren bir gözlem sistemi ve bir ayna ve çıkarılabilir bir filtreden oluşan bir aydınlatma sistemi. Görüntü, tüpün her iki yanında bulunan tutamaçların döndürülmesiyle odaklanır.

Sağ kolun eksenine kadran ölçeğine sahip bir disk monte edilmiştir.

Kadran boyunca sabit ibreye göre okunan b değeri, mercek ile mikroskop tablası arasındaki h mesafesini belirler:

K katsayısı, sap 1° döndürüldüğünde mikroskop tüpünün hangi yüksekliğe hareket ettiğini gösterir.

Bu kurulumdaki merceğin çapı, h mesafesine kıyasla küçüktür, bu nedenle merceğe giren aşırı ışın, mikroskobun optik ekseni ile küçük bir i açısı oluşturur.

Plakadaki ışığın kırılma açısı r, i açısından küçüktür; aynı zamanda küçüktür ve bu durum (4.5) koşuluna karşılık gelir.

İş emri

1. Plakayı, A ve B çizgilerinin kesişme noktası olacak şekilde mikroskop tablasına yerleştirin (bkz.

Kırılma indisi

4.7) görünürdeydi.

2. Boruyu üst konuma kaldırmak için kaldırma mekanizmasının kolunu döndürün.

3. Göz merceğinden bakarak, görüş alanında plakanın üst yüzeyine uygulanan B çiziğinin net bir görüntüsü görünene kadar mikroskop tüpünü düzgün bir şekilde indirmek için kolu döndürün. Mikroskop merceğinden plakanın üst kenarına kadar olan h1 mesafesiyle orantılı olan uzvun b1 okumasını kaydedin: h1 = kb1 (Şek.

4. Gözlemciye C noktasında yer aldığı anlaşılan A çiziğinin net bir görüntüsünü elde edinceye kadar tüpü yumuşak bir şekilde indirmeye devam edin. Kadranın yeni b2 değerini kaydedin. h1 merceğinden plakanın üst yüzeyine olan mesafe b2 ile orantılıdır:
h2 = kb2 (Şekil 4.8, b).

Gözlemci bunları eşit netlikte gördüğü için B ve C noktalarından merceğe olan mesafeler eşittir.

h1-h2 tüpünün yer değiştirmesi plakanın görünür kalınlığına eşittir (Şekil 1).

d1 = h1-h2 = (b1-b2)k. (4.8)

5. Konturların kesiştiği noktada d plakasının kalınlığını ölçün. Bunu yapmak için, incelenen plakanın (1) altına yardımcı bir cam plaka (2) yerleştirin (Şekil 4.9) ve mikroskop tüpünü, mercek (hafifçe) incelenen plakaya dokunana kadar indirin. a1 kadranının göstergesine dikkat edin. Çalışma altındaki plakayı çıkarın ve mikroskop tüpünü lens plaka 2'ye dokunana kadar indirin.

a2 okuma notu.

Mikroskop merceği daha sonra incelenen plakanın kalınlığına eşit bir yüksekliğe alçalır, yani.

d = (a1-a2)k. (4.9)

6. Aşağıdaki formülü kullanarak plaka malzemesinin kırılma indisini hesaplayın

n = d/d1 = (a1-a2)/(b1-b2). (4.10)

7. Yukarıdaki ölçümlerin tümünü 3 - 5 kez tekrarlayın, ortalama değer n'yi, mutlak ve bağıl hataları rn ve rn/n'yi hesaplayın.

Refraktometre kullanılarak sıvıların kırılma indeksinin belirlenmesi

Kırılma indekslerini belirlemek için kullanılan aletlere refraktometre denir.

RL refraktometrenin genel görünümü ve optik tasarımı Şekil 1'de gösterilmektedir. 4.10 ve 4.11.

Bir RL refraktometre kullanarak sıvıların kırılma indeksinin ölçülmesi, farklı kırılma indislerine sahip iki ortam arasındaki arayüzden geçen ışığın kırılması olgusuna dayanır.

Işık demeti (Şek.

Şekil 4.11) kaynak 1'den (akkor lamba veya gün ışığı dağınık ışık) ayna 2 yardımıyla cihaz gövdesindeki bir pencereden kırılma indisi 1.540 olan camdan yapılmış prizmalar 3 ve 4'ten oluşan çift prizmaya yönlendirilir. .

Üst aydınlatma prizmasının 3 AA yüzeyi (Şek.

4.12, a) mattır ve prizmalar 3 ve 4 arasındaki boşlukta ince bir tabaka halinde biriken dağınık ışıkla sıvıyı aydınlatmaya yarar. Mat yüzey 3 tarafından saçılan ışık, incelenen sıvının düzlemsel paralel tabakasından geçer ve düşer alt prizmanın 4 diyagonal yüzü BB üzerinde farklı koşullar altında
i açıları sıfırdan 90°'ye kadar değişir.

Patlayıcının yüzeyinde ışığın toplam iç yansıması olgusunu önlemek için, incelenen sıvının kırılma indeksi, prizma 4 camının kırılma indeksinden daha az olmalıdır;

1.540'tan az.

Gelme açısı 90° olan ışık ışınına otlama denir.

Sıvı-cam arayüzünde kırılan kayan bir ışın, prizma 4'te maksimum kırılma açısında hareket edecektir. R vesaire< 90о.

Kayan bir ışının D noktasında kırılması (bkz. Şekil 4.12, a) yasaya uyar

nst/nl = sinipr/sinrpr (4.11)

veya nf = nst sinrpr, (4.12)

sinip = 1 olduğundan.

Prizma 4'ün BC yüzeyinde ışık ışınlarının yeniden kırılması meydana gelir ve ardından

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

burada a prizma 4'ün kırılan ışınıdır.

Denklem sistemini (4.12), (4.13), (4.14) birlikte çözerek, incelenen sıvının kırılma indeksi nj'yi prizmadan çıkan ışının sınırlayıcı kırılma açısı r'pr ile ilişkilendiren bir formül elde edebiliriz. 4:

Prizma 4'ten çıkan ışınların yoluna bir teleskop yerleştirilirse, görüş alanının alt kısmı aydınlanacak, üst kısmı karanlık olacaktır. Açık ve karanlık alanlar arasındaki arayüz, maksimum kırılma açısı r¢pr olan ışınlardan oluşur. Bu sistemde kırılma açısı r¢pr'den küçük olan ışın yoktur (Şekil 1).

Bu nedenle r¢pr'nin değeri ve chiaroscuro sınırının konumu, yalnızca incelenen sıvının kırılma indisine nf bağlıdır, çünkü nst ve a bu cihazda sabit değerlerdir.

Nst, a ve r¢pr'yi bilerek, (4.15) formülünü kullanarak nl'yi hesaplayabilirsiniz. Pratikte refraktometre ölçeğini kalibre etmek için formül (4.15) kullanılır.

9'u ölçeklendirmek için (bkz.

pirinç. 4.11) solda ld = 5893 Å için kırılma indisi değerleri bulunmaktadır. Göz merceğinin (10 - 11) önünde (—-) işaretli bir plaka (8) bulunmaktadır.

Göz merceğini plaka (8) ile birlikte ölçek boyunca hareket ettirerek, işaretin karanlık ve aydınlık görüş alanları arasındaki arayüzle hizalanması mümkündür.

Dereceli ölçeğin (9) işarete denk gelen bölümü, incelenen sıvının kırılma indisinin (nl) değerini verir. Mercek 6 ve göz merceği 10 - 11 bir teleskop oluşturur.

Dönen prizma 7, ışının yönünü değiştirerek onu göz merceğine yönlendirir.

Camın ve incelenen sıvının dağılması nedeniyle, karanlık ve açık alanlar arasında net bir sınır yerine, beyaz ışıkta gözlemlendiğinde gökkuşağı şeridi elde edilir. Bu etkiyi ortadan kaldırmak için teleskop merceğinin önüne takılan dağılım dengeleyici 5 kullanılır. Kompansatörün ana kısmı, üç prizmadan birbirine yapıştırılmış ve teleskopun eksenine göre dönebilen bir prizmadır.

Prizmanın ve malzemelerinin kırılma açıları, lд =5893 Å dalga boyuna sahip sarı ışığın kırılmadan içinden geçeceği şekilde seçilir. Renkli ışınların yolu üzerine, dağılımı büyüklük olarak eşit ancak işaret olarak ölçüm prizması ve sıvının dağılımına zıt olacak şekilde bir dengeleme prizması yerleştirilirse, o zaman toplam dağılım sıfır olacaktır. Bu durumda, ışık ışınlarının demeti, yönü sınırlayıcı sarı ışının yönüyle çakışan beyaz bir ışın halinde toplanacaktır.

Böylece telafi edici prizma döndürüldüğünde renk gölgesi ortadan kalkar. Prizma (5) ile birlikte, dağılım kadranı (12) sabit ibreye göre döner (bkz. Şekil 4.10). Uzuvun dönme açısı Z, incelenen sıvının ortalama dağılım değerinin değerlendirilmesine olanak tanır.

Kadran ölçeği kademeli olmalıdır. Kuruluma bir program dahildir.

İş emri

1. Prizma 3'ü kaldırın, prizma 4'ün yüzeyine 2-3 damla test sıvısı koyun ve prizma 3'ü indirin (bkz. Şekil 4.10).

3. Oküler hedeflemeyi kullanarak ölçeğin ve görüş alanları arasındaki arayüzün keskin bir görüntüsünü elde edin.

4. Dengeleyicinin (5) kolunu (12) döndürerek görsel alanlar arasındaki arayüzün rengini yok edin.

Merceği ölçek boyunca hareket ettirerek, (—-) işaretini karanlık ve açık alanların sınırıyla hizalayın ve sıvı göstergesinin değerini yazın.

6. Önerilen sıvı setini inceleyin ve ölçüm hatasını değerlendirin.

7. Her ölçümden sonra prizmaların yüzeyini damıtılmış suya batırılmış filtre kağıdıyla silin.

Kontrol soruları

seçenek 1

Bir ortamın mutlak ve bağıl kırılma indislerini tanımlar.

2. İki ortam (n2> n1 ve n2) arasındaki arayüzde ışınların yolunu çizin< n1).

3. Kırılma indeksi n'yi plakanın kalınlığı d ve görünür kalınlığı d¢ ile ilişkilendiren bir ilişki elde edin.

4. Görev. Belirli bir madde için toplam iç yansımanın sınır açısı 30°'dir.

Bu maddenin kırılma indisini bulun.

Cevap: n =2.

seçenek 2

1. Toplam iç yansıma olgusu nedir?

2. RL-2 refraktometrenin tasarımını ve çalışma prensibini açıklayınız.

3. Refraktometrede kompansatörün rolünü açıklayınız.

4. Görev. Yuvarlak bir salın ortasından bir ampul 10 m derinliğe indiriliyor. Salın minimum yarıçapını bulun, ampulden gelen tek bir ışın bile yüzeye ulaşmamalıdır.

Cevap: R = 11,3 m.

KIRILMA İNDİSİ, veya KIRILMA İNDİSİ, şeffaf bir ortamın kırılma gücünü karakterize eden soyut bir sayıdır. Kırılma indisi Latin harfi π ile gösterilir ve bir boşluktan belirli bir şeffaf ortama giren bir ışının gelme açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı olarak tanımlanır:

n = sin α/sin β = sabit veya ışığın boşluktaki hızının belirli bir şeffaf ortamdaki hızına oranı olarak: n = c/νλ boşluktan belirli bir şeffaf ortama doğru.

Kırılma indisi bir ortamın optik yoğunluğunun bir ölçüsü olarak kabul edilir

Bu şekilde belirlenen kırılma indisine, göreceli olarak adlandırılanın aksine, mutlak kırılma indisi denir.

e., ışın bir ortamdan geçerken geliş açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranıyla belirlenen kırılma indisi değiştiğinde ışığın yayılma hızının kaç kez yavaşladığını gösterir. bir yoğunluktan başka yoğunluktaki bir ortama. Göreceli kırılma indisi, mutlak kırılma indislerinin oranına eşittir: n = n2/n1; burada n1 ve n2, birinci ve ikinci ortamın mutlak kırılma indisleridir.

Tüm cisimlerin (katı, sıvı ve gaz) mutlak kırılma indisi birden büyüktür ve 1 ile 2 arasında değişir, yalnızca nadir durumlarda 2'yi aşar.

Kırılma indisi hem ortamın özelliklerine hem de ışığın dalga boyuna bağlıdır ve dalga boyu azaldıkça artar.

Bu nedenle p harfine göstergenin hangi dalga boyuna ait olduğunu gösteren bir indeks atanır.

KIRILMA İNDİSİ

Örneğin, TF-1 camı için spektrumun kırmızı kısmındaki kırılma indisi nC = 1,64210 ve mor kısmında nG' = 1,67298'dir.

Bazı şeffaf cisimlerin kırılma indisleri

Hava - 1.000292

Su - 1.334

Eter - 1.358

Etil alkol - 1.363

Gliserin - 1.473

Organik cam (pleksiglas) - 1, 49

Benzen - 1.503

(Taç cam - 1.5163

Köknar (Kanada), balsam 1,54

Cam ağır taç - 1, 61 26

Çakmaktaşı cam - 1.6164

Karbon disülfit - 1.629

Cam ağır çakmaktaşı - 1, 64 75

Monobromonaftalin - 1.66

Cam en ağır çakmaktaşıdır - 1.92

Elmas - 2.42

Spektrumun farklı bölümleri için kırılma indisindeki fark, kromatizmin nedenidir;

Beyaz ışığın kırılma elemanlarından (mercekler, prizmalar vb.) geçerken ayrışması.

41 numaralı laboratuvar çalışması

Refraktometre kullanılarak sıvıların kırılma indeksinin belirlenmesi

Çalışmanın amacı: Refraktometre kullanılarak toplam iç yansıma yöntemiyle sıvıların kırılma indeksinin belirlenmesi IRF-454B; Bir çözeltinin kırılma indisinin konsantrasyonuna bağımlılığının incelenmesi.

Kurulum açıklaması

Monokromatik olmayan ışık kırıldığında bileşen renklerine bir spektrum halinde ayrışır.

Bu fenomen, bir maddenin kırılma indisinin ışığın frekansına (dalga boyu) bağımlılığından kaynaklanır ve ışık dağılımı olarak adlandırılır.

Bir ortamın kırılma gücünü, dalga boyundaki kırılma indisi ile karakterize etmek gelenekseldir. λ = 589,3 nm (sodyum buharı spektrumundaki iki yakın sarı çizginin ortalama dalga boyu).

60. Atomik absorpsiyon analizinde bir çözeltideki maddelerin konsantrasyonunu belirlemek için hangi yöntemler kullanılır?

Bu kırılma indisi belirlenmiş ND.

Dağılımın ölçüsü, fark olarak tanımlanan ortalama dağılımdır ( NF-NC), Nerede NF- bir dalga boyunda bir maddenin kırılma indisi λ = 486,1 nm (hidrojen spektrumunda mavi çizgi), NC– maddenin kırılma indisi λ - 656,3 nm (hidrojen spektrumunda kırmızı çizgi).

Bir maddenin kırılması, bağıl dağılımın değeri ile karakterize edilir:
Referans kitapları genellikle göreceli dağılımın tersini verir;

e.
,Nerede — dağılım katsayısı veya Abbe numarası.

Sıvıların kırılma indeksini belirlemeye yönelik kurulum bir refraktometreden oluşur IRF-454B göstergenin ölçüm sınırları ile; refraksiyon ND 1,2 ila 1,7 aralığında; test sıvısı, prizmaların yüzeylerini silmek için peçeteler.

Refraktometre IRF-454B sıvıların kırılma indisini doğrudan ölçmek ve ayrıca laboratuvar koşullarında sıvıların ortalama dağılımını belirlemek için tasarlanmış bir cihazdır.

Cihazın çalışma prensibi IRF-454B Işığın toplam iç yansıması olgusuna dayanmaktadır.

Cihazın şematik diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.

Test edilecek sıvı prizma 1 ve 2'nin iki yüzü arasına yerleştirilir. Kenarları iyi cilalanmış prizma 2 ABölçüyor ve mat kenarlı prizma 1 A1 İÇİNDE1 - aydınlatma. Bir ışık kaynağından gelen ışınlar kenara düşer A1 İLE1 mat bir yüzeye düşmek, kırılmak A1 İÇİNDE1 ve bu yüzey tarafından dağılmışlardır.

Daha sonra incelenen sıvı tabakasından geçerek yüzeye ulaşırlar. AB prizmalar 2.

Kırılma yasasına göre
, Nerede
Ve sırasıyla sıvı ve prizmadaki ışınların kırılma açılarıdır.

Geliş açısı arttıkça
kırılma açısı da artar ve maksimum değerine ulaşır
, Ne zaman
, T.

e. sıvı içindeki bir ışın bir yüzey üzerinde kaydığında AB. Buradan,
. Böylece prizma 2'den çıkan ışınlar belirli bir açıyla sınırlandırılır.
.

Sıvıdan prizma 2'ye geniş açılarla gelen ışınlar arayüzeyde toplam iç yansımaya uğrar AB ve prizmadan geçmeyin.

Söz konusu cihaz sıvıları, kırılma indisini inceliyor kırılma indisinden daha küçüktür prizma 2, bu nedenle sıvı ve cam sınırında kırılan her yönden gelen ışınlar prizmaya girecektir.

Açıkçası, prizmanın geçmeyen ışınlara karşılık gelen kısmı kararacaktır. Prizmadan çıkan ışınların yolu üzerinde bulunan teleskop (4) sayesinde görüş alanının aydınlık ve karanlık kısımlara bölünmesi gözlemlenebilir.

Prizma sisteminin 1-2 döndürülmesiyle, aydınlık ve karanlık alanlar arasındaki arayüz, teleskop göz merceğinin dişlerinin çapraz çizgisiyle hizalanır. 1-2 numaralı prizmalardan oluşan sistem, kırılma indisi değerlerine göre kalibre edilmiş bir ölçeğe bağlanır.

Ölçek, borunun görüş alanının alt kısmında bulunur ve görüş alanının bir bölümünü çapraz ipliklerle birleştirirken, sıvının kırılma indeksinin karşılık gelen değerini verir. .

Dağılım nedeniyle beyaz ışıkta görüş alanının arayüzü renkli olacaktır. Renklenmeyi ortadan kaldırmak ve test maddesinin ortalama dağılımını belirlemek için, iki yapıştırılmış doğrudan görüş prizması sisteminden (Amichi prizmaları) oluşan kompansatör 3 kullanılır.

Prizmalar, hassas bir döner mekanik cihaz kullanılarak aynı anda farklı yönlerde döndürülebilir, böylece dengeleyicinin kendi dağılımı değiştirilir ve optik sistem (4) aracılığıyla gözlemlenen görüş alanı sınırındaki renklenme ortadan kaldırılır. Ölçekli bir tambur ilişkilendirilmiştir. dispersiyon parametresinin belirlendiği kompansatör ile ortalama dispersiyonun maddelerin hesaplanmasına olanak sağlar.

İş emri

Cihazı, kaynaktan (akkor lamba) gelen ışık aydınlatma prizmasına girecek ve görüş alanını eşit şekilde aydınlatacak şekilde ayarlayın.

2. Ölçüm prizmasını açın.

Bir cam çubuk kullanarak yüzeyine birkaç damla su damlatın ve prizmayı dikkatlice kapatın. Prizmalar arasındaki boşluk ince bir su tabakasıyla eşit şekilde doldurulmalıdır (buna özellikle dikkat edin).

Cihazın terazili vidasını kullanarak görüş alanındaki renklenmeyi ortadan kaldırın ve ışık ile gölge arasında keskin bir sınır elde edin. Başka bir vida kullanarak bunu alet merceğinin referans çarpı işaretiyle hizalayın. Göz merceği ölçeğini kullanarak suyun kırılma indisini binde bir doğrulukla belirleyin.

Elde edilen sonuçları su için referans verilerle karşılaştırın. Ölçülen kırılma indisi ile tablodaki arasındaki fark ± 0,001'i geçmiyorsa ölçüm doğru yapılmıştır.

1. Egzersiz

1. Sofra tuzu çözeltisi hazırlayın ( NaCl) çözünürlük sınırına yakın bir konsantrasyona sahip (örneğin, C = 200 g/litre).

Ortaya çıkan çözeltinin kırılma indisini ölçün.

3. Çözeltiyi tamsayı sayıda seyrelterek göstergenin bağımlılığını elde edin; Çözeltinin konsantrasyonundaki kırılma ve tabloyu doldurun. 1.

tablo 1

Egzersiz yapmak. Yalnızca seyreltme ile maksimumun (başlangıç) 3/4'üne eşit bir çözelti konsantrasyonu nasıl elde edilir?

Bağımlılık grafiği oluşturma n=n(C). Deneysel verilerin daha fazla işlenmesi öğretmenin talimatına göre gerçekleştirilir.

Deneysel verilerin işlenmesi

a) Grafik yöntemi

Grafikten eğimi belirleyin İÇİNDE Deneysel koşullar altında çözünen ve çözücüyü karakterize edecek olan.

2. Grafiği kullanarak çözeltinin konsantrasyonunu belirleyin NaCl laboratuvar asistanı tarafından verilir.

b) Analitik yöntem

En küçük kareler yöntemini kullanarak hesaplama A, İÇİNDE Ve SB.

Bulunan değerlere göre A Ve İÇİNDE ortalamayı belirlemek
çözelti konsantrasyonu NaCl laboratuvar asistanı tarafından verilen

Kontrol soruları

Işığın dağılımı. Normal dağılım ile anormal dağılım arasındaki fark nedir?

2. Toplam iç yansıma olgusu nedir?

3. Bu düzen neden bir sıvının kırılma indisini prizmanın kırılma indisinden daha büyük ölçemiyor?

4. Neden prizma yüzü A1 İÇİNDE1 mat mı yapıyorlar?

Bozunma, İndeks

Psikolojik Ansiklopedi

Zihinsel bozulmanın derecesini değerlendirmenin bir yolu! Wechsler-Bellevue testiyle ölçülen işlevler. Endeks, testle ölçülen bazı yeteneklerin yaşla birlikte azaldığı, bazılarının ise azalmadığı gözlemine dayanıyor.

Dizin

Psikolojik Ansiklopedi

- indeks, isim kaydı, başlıklar vb. Psikolojide - niceliksel değerlendirme, fenomenlerin karakterizasyonu için dijital bir gösterge.

Bir maddenin kırılma indisi neye bağlıdır?

Dizin

Psikolojik Ansiklopedi

1. En genel anlamı: işaretlemek, tanımlamak veya yönlendirmek için kullanılan her şey; göstergeler, yazılar, işaretler veya semboller. 2. Genellikle katsayı olarak ifade edilen, değerler veya ölçümler arasındaki veya bunlar arasındaki bazı ilişkileri gösteren bir formül veya sayı...

Sosyallik, İndeks

Psikolojik Ansiklopedi

Bir kişinin sosyalliğini ifade eden bir özellik. Örneğin bir sosyogram, diğer ölçümlerin yanı sıra, farklı grup üyelerinin sosyalliğinin bir değerlendirmesini sağlar.

Seçim, Dizin

Psikolojik Ansiklopedi

Belirli bir testin veya test öğesinin bireyleri birbirinden ayırma gücünü tahmin etmeye yönelik bir formül.

Güvenilirlik, İndeks

Psikolojik Ansiklopedi

Bir testten elde edilen gerçek değerler ile teorik olarak doğru değerler arasındaki korelasyonun tahminini sağlayan bir istatistik.

Bu endeks r'nin değeri olarak verilmektedir; burada r, hesaplanan güvenilirlik katsayısıdır.

Performans Tahmini, Endeks

Psikolojik Ansiklopedi

Değişkenler arasındaki korelasyonun bilindiği göz önüne alındığında, bir değişken hakkındaki bilginin başka bir değişken hakkında tahminlerde bulunmak için ne ölçüde kullanılabileceğinin ölçümü. Genellikle sembolik formda bu E olarak ifade edilir, indeks ise 1 -((...

Kelimeler, Dizin

Psikolojik Ansiklopedi

Kelimelerin yazılı ve/veya konuşma dilindeki sistematik oluşum sıklığı için genel bir terim.

Genellikle bu tür indeksler belirli dilsel alanlarla sınırlıdır; örneğin birinci sınıf ders kitapları, ebeveyn-çocuk etkileşimleri. Ancak tahminler biliniyor...

Vücut Yapıları, Dizin

Psikolojik Ansiklopedi

Eysenck'in önerdiği vücut ölçümü, boy/göğüs çevresi oranına dayanmaktadır.

Puanları “normal” aralıkta olanlara mezomorf, standart sapma veya ortalamanın üzerinde olanlara leptomorf, standart sapma veya ortalamanın üzerinde olanlara ise leptomorf adı verildi.

24 No'lu DERS İÇİN

"ARAÇLI ANALİZ YÖNTEMLERİ"

REFRAKTOMETRİ.

Edebiyat:

1. V.D. Ponomarev “Analitik Kimya” 1983 246-251

2. A.A. Ishchenko “Analitik Kimya” 2004 s. 181-184

REFRAKTOMETRİ.

Refraktometri, minimum miktarda analit kullanılarak yapılan en basit fiziksel analiz yöntemlerinden biridir ve çok kısa sürede gerçekleştirilir.

Refraktometri- kırılma veya kırılma olgusuna dayalı bir yöntem;

Bir ortamdan diğerine geçerken ışığın yayılma yönünün değiştirilmesi.

Kırılma ve ışığın emilmesi, ortamla etkileşiminin bir sonucudur.

Refraktometri kelimesi şu anlama gelir: ölçüm kırılma indisinin değeri ile tahmin edilen ışığın kırılması.

Kırılma indeksi değeri N bağlı olmak

1) maddelerin ve sistemlerin bileşimi hakkında,

2) gerçekte hangi konsantrasyonda ve ışık ışınının yolu üzerinde hangi moleküllerle karşılaştığını, çünkü

Işığın etkisi altında farklı maddelerin molekülleri farklı şekilde polarize olur. Refraktometrik yöntemin temeli bu bağımlılığa dayanmaktadır.

Bu yöntemin bir takım avantajları vardır ve bunun sonucunda hem kimyasal araştırmalarda hem de teknolojik süreçlerin kontrolünde geniş uygulama alanı bulmuştur.

1) Kırılma indekslerinin ölçülmesi, doğru bir şekilde ve minimum zaman ve madde miktarıyla gerçekleştirilen çok basit bir işlemdir.

2) Tipik olarak refraktometreler, ışığın kırılma indisini ve analitin içeriğini belirlemede %10'a kadar doğruluk sağlar

Refraktometri yöntemi özgünlüğü ve saflığı kontrol etmek, tek tek maddeleri tanımlamak ve çözeltiler incelenirken organik ve inorganik bileşiklerin yapısını belirlemek için kullanılır.

Refraktometri, iki bileşenli çözeltilerin ve üçlü sistemlerin bileşimini belirlemek için kullanılır.

Yöntemin fiziksel temeli

KIRILMA İNDİSİ.

İkisinde ışığın yayılma hızı arasındaki fark ne kadar büyükse, bir ışık ışınının bir ortamdan diğerine geçerken orijinal yönünden sapması da o kadar büyük olur.

bu ortamlar.

Herhangi iki şeffaf ortam I ve II'nin sınırında bir ışık ışınının kırılmasını düşünelim (Bkz.

Pirinç.). Ortam II'nin daha büyük bir kırılma gücüne sahip olduğu konusunda hemfikir olalım ve bu nedenle, n1 Ve n2- karşılık gelen ortamın kırılmasını gösterir. Ortam I vakum veya hava değilse, ışık ışınının geliş açısının günah kırılma açısına oranı, bağıl kırılma indeksi nrel'in değerini verecektir. Değer n bağıl.

Camın kırılma indisi nedir? Peki bunu ne zaman bilmeniz gerekiyor?

aynı zamanda söz konusu ortamın kırılma indislerinin oranı olarak da tanımlanabilir.

Notrel. = —— = —

Kırılma indisinin değeri şunlara bağlıdır:

1) maddelerin doğası

Bu durumda maddenin doğası, moleküllerinin ışığın etkisi altında deforme olabilirlik derecesi - polarize edilebilirlik derecesi ile belirlenir.

Polarizasyon ne kadar yoğun olursa ışığın kırılması da o kadar güçlü olur.

2)gelen ışığın dalga boyu

Kırılma indisi ölçümü, 589,3 nm ışık dalga boyunda (sodyum spektrumunun D çizgisi) gerçekleştirilir.

Kırılma indisinin ışığın dalga boyuna bağımlılığına dağılım denir.

Dalga boyu ne kadar kısa olursa kırılma o kadar büyük olur. Bu nedenle farklı dalga boylarındaki ışınlar farklı şekilde kırılır.

3)sıcaklık ölçümün yapıldığı yer. Kırılma indeksini belirlemenin ön koşulu sıcaklık rejimine uygunluktur. Genellikle belirleme 20±0.30C'de yapılır.

Sıcaklık arttıkça kırılma indisi azalır, sıcaklık azaldıkça artar..

Sıcaklık etkilerinin düzeltilmesi aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

nt=n20+ (20-t) 0,0002, burada

nt – Hoşçakal Belirli bir sıcaklıkta kırılma indisi,

200C'de n20-kırılma indisi

Sıcaklığın gazların ve sıvıların kırılma indekslerinin değerleri üzerindeki etkisi, hacimsel genleşme katsayılarının değerleriyle ilişkilidir.

Isıtıldığında tüm gazların ve sıvıların hacmi artar, yoğunluk azalır ve sonuç olarak gösterge azalır

20°C'de ölçülen kırılma indisi ve 589,3 nm'lik ışık dalga boyu, indeks ile belirtilir. nD20

Homojen iki bileşenli bir sistemin kırılma indeksinin durumuna bağımlılığı, bileşenlerin içeriği bilinen bir dizi standart sistem (örneğin çözümler) için kırılma indeksinin belirlenmesiyle deneysel olarak belirlenir.

4) maddenin çözelti içindeki konsantrasyonu.

Birçok sulu madde çözeltisi için, farklı konsantrasyonlarda ve sıcaklıklarda kırılma indisleri güvenilir bir şekilde ölçülür ve bu durumlarda referans kitapları kullanılabilir. refraktometrik tablolar.

Uygulama, çözünmüş madde içeriğinin% 10-20'yi geçmediği durumlarda grafik yöntemle birlikte birçok durumda kullanmanın mümkün olduğunu göstermektedir. aşağıdaki gibi doğrusal denklem:

n=hayır+FC,

N-çözeltinin kırılma indisi,

HAYIR saf bir çözücünün kırılma indisidir,

C— çözünmüş maddenin konsantrasyonu, %

F-değeri bulunan ampirik katsayı

Bilinen konsantrasyondaki çözeltilerin kırılma indeksini belirleyerek.

REFRAKTOMETRELER.

Refraktometreler kırılma indeksini ölçmek için kullanılan aletlerdir.

Bu cihazların 2 tipi vardır: Abbe tipi ve Pulfrich tipi refraktometre. Her iki durumda da ölçümler maksimum kırılma açısının belirlenmesine dayanmaktadır. Uygulamada, çeşitli sistemlerin refraktometreleri kullanılır: laboratuvar-RL, evrensel RL, vb.

Damıtılmış suyun kırılma indisi n0 = 1,33299'dur ancak pratikte bu gösterge n0 olarak referans olarak alınır. =1,333.

Refraktometrelerin çalışma prensibi, sınırlayıcı açı yöntemi (ışığın toplam yansıma açısı) ile kırılma indisinin belirlenmesine dayanmaktadır.

El tipi refraktometre

Abbe refraktometre