Determinarea indicelui de refracție al solidelor transparente
Aparate și accesorii. un microscop cu un filtru de lumină, o placă plană paralelă cu o marcă AB sub formă de cruce; refractometru al mărcii "RL"; set de lichide.
Obiectiv: determinarea indicilor de refracție ai sticlei și lichidelor.
Determinarea indicelui de refracție al sticlei cu ajutorul unui microscop
Pentru a determina indicele de refracție al unui corp solid transparent, este utilizată o placă plană paralelă realizată din acest material cu o etichetă. Marcajul este format din două zgârieturi perpendiculare, dintre care una (A) este aplicată pe partea inferioară și cea de-a doua (B) - pe suprafața superioară a plăcii. Placa este iluminată prin lumină monocromatică și văzută într-un microscop. Pe
Fig. 4.7 prezintă secțiunea transversală a plăcii în studiu printr-un plan vertical.
Grinzile AD și AE după refracție la interfața sticlă-aer merg pe direcțiile DD1 și EE1 și intră în obiectivul microscopului. Un observator care se uită la placa de deasupra vede punctul A la intersecția continuării razei DD1 și EE1. și anume la punctul C.
Astfel, punctul A apare observatorului localizat la punctul C. Să găsim relația dintre indicele de refracție n al materialului plăcii, grosimea d și grosimea aparentă d1 a plăcii.
Din fig. 4.7 VD = BCtgi, BD = ABtgr, din care
unde AB = d este grosimea plăcii; BC = d1 este grosimea aparentă a plăcii.
Dacă unghiurile i și r sunt mici, atunci
Sini / Sinr = tgi / tgr, (4,5)
Luând în considerare legea refracției luminii, obținem
Măsurarea d / d1 se efectuează cu ajutorul unui microscop.
Schema optică a microscopului este alcătuită din două sisteme: sistemul de observare, care include lentilele și ocularul, montat în tub și cel care iluminează, constând dintr-o oglindă și un filtru detașabil. Imaginea este focalizată prin rotirea mânerelor situate pe ambele părți ale tubului. Pe axa mânerului drept este fixat un cadran cu un cadran al membrelor.
Citirea b de-a lungul membrelor relative la indicatorul fix determină distanța h de la obiectiv la stadiul microscopului:
Coeficientul k indică înălțimea tubului microscopic atunci când mânerul este rotit cu 1 °.
Diametrul lentilei în această configurație este mic în comparație cu distanța h, astfel încât fasciculul extrem care intră în lentilă formează un unghi mic i cu axa optică a microscopului. Unghiul refracției r al luminii din placă este mai mic decât unghiul i, adică, este de asemenea mică, ceea ce corespunde condiției (4.5).
Ordinea de executare a muncii
1. Plasați placa pe stadiul microscopului astfel încât punctul de intersecție al liniilor A și B (vezi Figura 4.7) să fie în câmpul de vedere.
2. Rotiți mânerul mecanismului de ridicare, ridicați tubul în poziția superioară.
3. Privind prin ocular, rotind mânerul pentru a coborî microscop tub lin, atâta timp cât câmpul de vedere nu se obține o imagine clară a zgârieturilor depuse pe suprafața superioară a plăcii. Se înregistrează membrul indicația b1, care este proporțională cu distanța H1 de la obiectivul microscopului pe fața superioară a plăcii: = H1 KB1 (figura 4.8 a.).
4. Continuați să coborâți ușor tubul până când obțineți o imagine clară a zgârieturii A, care pare a fi observatorul situat la punctul C. Scrieți o nouă citire b2 a membrelor. Distanța h1 de la lentilă la suprafața superioară a plăcii este proporțională cu b2.
h2 = kb2 (figura 4.8, b).
Distanțele de la punctele B și C la obiectiv sunt egale, deoarece observatorul le vede la fel de clar.
Deplasarea tubului h1-h2 este egală cu grosimea aparentă a plăcii (figura 4.8, b)
5. Măsurați grosimea plăcii d la intersecția curbelor. În acest scop, sub placa cercetate 1 (fig. 4.9), pentru a plasa o placă de sticlă de susținere 2 și coborâți tubul microscopului atâta timp cât obiectul nu va afecta (ușor) înregistrările de studiu. Notați citirea membrului a1. Scoateți placa de test și coborâți tubul microscopului până când obiectivul atinge placa 2. Notați citirea a2.
Obiectivul microscopului coboară în acest caz la o înălțime egală cu grosimea plăcii de testare, adică
6. Calculați indicele de refracție al materialului plăcii utilizând formula
7. Repetați toate măsurătorile de mai sus de 3 până la 5 ori, calculați valoarea medie a n, erorile absolute și relative rn și rn / n.
Determinarea indicelui de refracție al lichidelor utilizând un refractometru
Instrumentele care servesc la determinarea indicilor de refracție se numesc refractometre. Vederea generală și schema optică a refractometrului RL sunt prezentate în Fig. 4.10 și 4.11.
Măsurarea indicelui de refracție a lichidelor utilizând un refractometru RL se bazează pe fenomenul de refracție a luminii care trece prin interfața dintre două medii cu indicatori de refracție diferiți.
Fasciculul de lumină (fig. 4.11) de la sursa 1 (lumină incandescentă sau lumină ambientală) prin oglinzi 2 este direcționat printr-o fereastră în carcasă pentru prisma duală care constă din prisme 3 și 4, care sunt realizate din sticlă, cu indice de refracție 1.540.
AA suprafața superioară a prismei de iluminat 3 (Fig. 4.12, a) mată și servește pentru a ilumina lumina difuză lichid, acoperită cu un strat subțire în spațiul dintre prismele 3 și 4. lumina difuză suprafața mată 3, se extinde strat plan paralel a lichidului probei și cade pe fața diagonală BB din prisma inferioară 4 sub diferite
unghiurile i în intervalul de la zero la 90 °. Pentru a evita fenomenul de reflexie internă totală a luminii pe suprafața explozivului, indicele de refracție al lichidului trebuie să fie mai mic decât indicele de refracție al prismei 4; mai puțin de 1.540.
deoarece sinipr = 1.
Pe suprafața avionului prismei 4, razele luminoase sunt în mod repetat refractate și apoi
unde a este fasciculul refractar al prismei.
Rezolvarea sistemului de ecuații (4.12) (4.13) (4.14), putem obține o formulă care se referă indicele de refracție NZH lichid de test cu unghiul limită de refracție r'pr fascicul iese din prisma 4:
Dacă în calea razelor care ies din prisma 4, pentru a plasa telescopul, partea inferioară a câmpului de vedere va fi iluminată, iar partea superioară - întunecată. Limita dintre câmpurile lumină și întuneric este formată din raze cu un unghi de refracție limitat r ¢ pr. Grinzi cu un unghi de refracție mai mic decât r ¢ pr. în acest sistem nu există (Figura 4.12, b).
Cantitatea r ¢ pr, prin urmare, și poziția limbajului luminii și nuanței depinde numai de indicele de refracție n al lichidului studiat, deoarece nst și o valoare în acest dispozitiv sunt constante. Știind nst. a și r ¢ pr. putem calcula nj din formula (4.15). În practică, formula (4.15) este utilizată pentru a scala scara refractometrului.
Pe scala 9 (vezi Figura 4.11) din stânga sunt reprezentate grafic indicele de refracție pentru lq = 5893 Å. Înainte de ocularul 10-11 există o placă 8 cu o etichetă (----). Mutarea ocularului împreună cu plăcuța 8 de-a lungul scalei este posibilă realizarea alinierii marcajului cu interfața dintre câmpurile întunecate și cele luminoase de vedere. Divizarea scării gradate 9. care coincide cu eticheta, dă valoarea indicelui de refracție n al lichidului în studiu. Obiectivul 6 și ocularul 10-11 formează un telescop. Prisma de prindere 7 modifică fasciculul, direcționându-l spre ocular.
Datorită dispersiei sticlei și a lichidului care se studiază, în loc de o interfață clară între câmpurile întunecate și lumină, când este privită în lumină albă, se obține o bandă curcubeu. Pentru a elimina acest efect, se folosește compensatorul de dispersie 5 instalat în fața obiectivului telescopului. Partea principală a compensatorului este o prismă, care este lipită de trei prisme și se poate roti în raport cu axa telescopului. Unghiile refractare ale prismei și a materialului lor sunt alese astfel încât lumina galbenă cu lungimea de undă ld = 5893 Å trece prin ele fără refracție. În cazul în care calea razelor colorate pentru a stabili prismă compensatorii, astfel încât varianța este egală în mărime, dar în semn opus prisma de măsurare și o dispersie lichidă, dispersia totală este zero. Când acest fascicul de lumină se va întâlni un fascicul alb, a cărei direcție coincide cu direcția fasciculului galben limită. Astfel, atunci când prisma compensatoare este rotită, culoarea nuanței de culoare este eliminată. Împreună cu prismei 5 se rotește cu dispersie la nivelul membrelor 12 în raport cu un indicator fix (vezi. Fig. 4.10). Unghiul de rotație Z al membrelor permite evaluarea valorii dispersiei medii a lichidului studiat. Scala membrelor trebuie să fie gradată. Programul este atașat instalării.
Ordinea de executare a muncii
1. Ridicați prisma 3, plasați 2-3 picături de lichid în studiu pe suprafața prismei 4 și coborâți prisma 3 (vezi Figura 4.10).
2. Folosiți reflectorul 2 pentru a direcționa fasciculul luminii către prisma 3.
3. Obiectivul ocular pentru a obține o imagine clară a scalei și a interfeței dintre câmpurile de vizibilitate.
4. Rotirea mânerului compensatorului 12, îndepărtează culoarea colorată a interfeței dintre câmpurile de vizibilitate.
5. Mutați ocularul de-a lungul scalei, combinați marcajul (----) cu limita câmpurilor întunecate și luminoase și înregistrați valoarea indicelui fluidului.
6. Investigați setul de lichide propus și evaluați eroarea de măsurare.
7. După fiecare măsurătoare, ștergeți suprafața prismelor cu hârtie de filtru înmuiată în apă distilată.
1. Definiți indicele de refracție absolut și relativ al mediului.
2. Desenați calea razei prin interfața dintre două medii (n2> n1 și n2 3. Obțineți o relație care corelează indicele de refracție n cu grosimea d și grosimea aparentă d ¢ a plăcii. 4. Sarcina. Unghiul de limitare a reflexiei interne totale pentru o anumită substanță este de 30 °. Găsiți indicele de refracție al acestei substanțe. 1. Care este fenomenul reflecției interne totale? 2. Descrieți proiectarea și funcționarea refractometrului RL-2. 3. Explicați rolul compensatorului în refractometru. 4. Sarcina. Un bec se coboară din centrul plouarului rotund la o adâncime de 10 m. Găsiți raza minimă a plutei, fără ca fasciculul becului să iasă la suprafață.
Trimiteți-le prietenilor: