5_3 (810500)
Текст из файла
Московский физико-технический институт(государственный университет)Цель работы: Знакомство с методом измерения показателей преломления твёрдых и жидких сред в монохроматическом свете.В работе используются: технический рефрактометр Аббе; осветитель; набор стеклянных образцов; жидкости с неизвестными показателями преломления (глицерин, этиловый спирт); монобромнафталин;дистиллированная вода.РЕФРАКТОМЕТР АББЕТехнический рефрактометр Аббе служит для быстрого (и сравнительно грубого) измерения показателей преломления жидких и твёрдыхтел.
Устройство рефрактометра Аббе основано на явлении полного внутреннего отражения.Пусть луч света падает на границу раздела двух сред со стороныоптически более плотной среды (n = n2 ). Для углов падения r, меньшихпредельного rпр , свет частично проникает в оптически менее плотнуюсреду (n = n1 ), а частично отражается. При rпр < r < 90◦ преломлённыйлуч отсутствует, и наступает полное отражение (рис.
1а). В результатеэтого в отражённых лучах образуется граница между светлой областьюPSfrag replacements(полное отражение) и полутенью (частичное отражение).11Лабораторная работа № 5.3i22n1n2r321i2r3rпр2n2 > n 1rпр1121а)б)Рис. 1. Предельный угол полного внутреннего отражения (а)и предельный угол преломления (б)Предельный угол rпр соответствует углу преломления i = 90◦ ; следовательно,n1sin rпр =.(1)n2МОСКВА 2005Зная показатель преломления одной из сред и определяя на опытепредельный угол, можно с помощью (1) определить показатель преломления второй среды.Пусть свет падает на границу раздела со стороны оптически менееплотной среды (рис. 1б).
В зависимости от угла падения луч во второй3среде может составлять с нормалью углы, расположенные в интервалеот нуля до rпр . Предельный угол преломления rпр соответствует углупадения i = 90◦ (скользящий луч). В результате в преломлённых лучахобразуется резкая граница между светлой и тёмной областями. Легковидеть, что величина предельного угла и в этом случае определяетсяформулой (1).При измерениях показателя преломления с помощью рефрактометраАббе можно пользоваться как методом полного внутреннего отражения,так и методом скользящего луча.Оптическая схема рефрактометра Аббе и ход лучей при измерениипоказателяпреломления жидкости по методу скользящего луча показаeplacementsны на рис.
2.SfF90◦Л2P1acП1P2rпрbdСкользящему лучу в жидкости (i = 90◦ ) соответствует предельныйугол преломления rпр . Преломлённые лучи с углами больше rпр не возникают. В связи с этим угол выхода лучей из грани ce может изменятьсялишь в некотором интервале.Если свет, выходящий из грани ce, пропустить через собирающуюлинзу Л1 , то в её фокальной плоскости наблюдается резкая граница света и темноты. Граница рассматривается с помощью линзы Л2 . ЛинзыЛ1 и Л2 образуют зрительную трубу, установленную на бесконечность.В их общей фокальной плоскости находится изображение шкалы величин показателя преломления и указатели (нить и перекрестие). В полезрения окуляра Л2 трубы одновременно можно увидеть только частьизображения шкалы и часть поля сфокусированных лучей, выходящихиз призмы P2 .
Вращая систему призм P1 и P2 и, следовательно, изменяянаклон предельного пучка лучей относительно оси зрительной трубы,можно добиться, чтобы граница света и тени оказалась в поле зренияокуляра Л2 и совпала с положением указателя. При вращении системыпризм поворачивается и шкала показателей преломления, установленная на пластине, жёстко связанной с системой призм P1 и P2 (на рис. 2шкала не показана). Значение показателя преломления жидкости отсчитывается по шкале на уровне резкой границы света и тени.Основной частью рефрактометра являются две стеклянные прямоугольные призмы P1 и P2 , изготовленные из стекла с большим показателем преломления.
В разрезе призмы имеют вид прямоугольных треугольников, обращенных друг к другу гипотенузами; зазор между призмами составляет около 0,1 мм и служит для помещения исследуемойжидкости. Свет проникает в призму P1 через грань bf и попадает вжидкость через матовую грань ab. Свет, рассеянный матовой поверхностью, проходит слой жидкости и под всевозможными углами падает награнь cd призмы P2 .Если источник света S не является монохроматическим, то наблюдаемая в окуляре трубы граница света и темноты часто оказываетсяразмытой и окрашенной из-за дисперсии показателя преломления исследуемого вещества (т.
е. из-за зависимости n от длины волны λ). Длятого чтобы получить и в этом случае резкое изображение границы, напути лучей, выходящих из призмы P2 , помещают компенсатор с переменной дисперсией. Компенсатор содержит две одинаковые дисперсионныепризмы Амичи (призмы П1 и П2 на рис. 2), каждая из которых состоитиз трёх склеенных призм, обладающих различными показателями преломления и различной дисперсией.
Призмы рассчитываются так, чтобымонохроматический луч с длиной волны λD = 589,3 нм (среднее значение длины волны жёлтого дублета натрия) не испытывал отклонения.Лучи с другими длинами волн отклоняются в ту или иную сторону. Еслиположение призм соответствует рис. 2, то дисперсия двух призм равнаудвоенной дисперсии каждой из них. При повороте одной из призм Амичи на 180◦ относительно другой (вокруг оптической оси) полная дисперсия компенсатора оказывается равной нулю, так как дисперсия одной изпризм скомпенсирована дисперсией другой.
В зависимости от взаимнойориентации призм дисперсия компенсатора изменяется, таким образом,в пределах от нуля до удвоенного значения дисперсии одной призмы.4590◦Л1П2eПРис. 2. Ход лучей в рефрактометре при измерении показателя преломленияжидкости методом скользящего лучаДля поворота призм друг относительно друга служат специальнаярукоятка и система конических шестерен, с помощью которых призмыодновременно поворачиваются в противоположных направлениях.
Вращая ручку компенсатора, следует добиваться того, чтобы граница светаи тени в поле зрения стала достаточно резкой. Положение границы приэтом соответствует длине волны λD , для которой обычно и приводятсязначения показателя преломления.eplacements В некоторых случаях, когда дисперсия исследуемого вещества особенно велика, диапазон компенсатора оказывается недостаточным и чёткойграницы получить не удаётся. В этом случае рекомендуется устанавливать перед осветителем жёлтый светофильтр.Применяемая в рефрактометре Аббе поворотная призма П (призмаДове) позволяет сделать прибор более компактным.На рис.
3 показан ход лучей в рефрактометре при работе по методуполного внутреннего отражения. В этом случае свет от источника Sпосле отражения от зеркала M1 падает на матовую грань ed призмы P2(в методе скользящего луча эта поверхность закрывается металлическойшторкой). После рассеяния на грани ed свет падает на границу разделастекло-жидкость под всевозможными углами. При r > rпр наступаетполное внутреннее отражение, при r < rпр свет отражается частично.
Вполе зрения трубы наблюдается граница света и полутени.Так как условия, определяющие величину предельного угла в методе скользящего луча и в методе полного внутреннего отражения, совпадают, положение линии раздела в обоих случаях также оказываетсяодинаковым.Заметим, что, в отличие от метода скользящего луча, метод полного внутреннего отражения позволяет измерять показатели преломлениянепрозрачных веществ.Рефрактометр Аббе можно использовать и для измерения показателей преломления твёрдых тел. И в этом случае применимы как методполного внутреннего отражения, так и метод скользящего луча.
Исследуемый образец должен иметь плоскую полированную поверхность; этойповерхностью он прижимается к гипотенузе cd призмы P2 (призма P1при этом отклоняется в сторону). Для обеспечения оптического контактав зазор между соприкасающимися поверхностями вводится тонкий слойжидкости, показатель преломления n которой удовлетворяет условию:n1 6 n 6 n2 , где n1 — показатель преломления исследуемого образца, аn2 — показатель преломления призмы P2 .
При выполнении этого условия наличие слоя жидкости не искажает результатов измерения. (Студентам предлагается самостоятельно разобраться в этом вопросе.) Обычно для создания оптического контакта используют монобромнафталин,показатель преломления которого для жёлтых линий натрия равен n0 == 1,66.PSfrag replacementsПри работе по методу скользящего лучаобразец должен иметь полированную боковую поверхность, сквозь которую в него проn1никает свет (рис. 4).cdn2P2rпрРабота с прибором.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
