Пътят на лъчите в рефрактометър въз основа на явлението пълно вътрешно отражение (обикновено при определяне
Лаборатория #21
Рефрактометрия
Ученикът трябва да знае:Закони за пречупване на светлината, абсолютни и относителни показатели на пречупване, връзката между тях, физичното им значение. Зависимост на показателя на пречупване на веществото от неговата диелектрична и магнитна проницаемост. Явления на пълно вътрешно отражение и гранично пречупване, гранични ъгли. Път на лъч в рефрактометър (два случая). Фиброоптика и нейното приложение в медицината. Светлинна дисперсия (нормална и аномална и обяснението им с извеждане на формула за абсолютния показател на пречупване).
Ученикът трябва да може да:определя коефициента на пречупване на вещество с помощта на рефрактометър и да намира неизвестна концентрация на разтвор с помощта на калибровъчна крива, да определя концентрацията на захарен разтвор, коригирана за температура с помощта на рефрактометър.
Кратка теория
Когато светлината преминава през границата между две среди, падащият светлинен лъчАОсе разделя по правило на два лъча - отразен лъчОВи пречупен лъчOD(фиг. 1).
Посоките на тези лъчи се определят от следните законина отражение и пречупванена светлината:
1. ЛъчОА, падащ на повърхността, нормален към повърхността в точката на паданеP1OP, отразен лъчOBи лъч, пречупенODлежат в една равнина.
2. Ъгълът на отражениеROAе числено равен на ъгъла на паданеROA.
3. За тези две среди съотношението на синуса на ъгъла на падане "i" към синуса на ъгъла на пречупване "r" е равно на съотношението на скоростта на светлината в първата среда към скоростта на светлината във втората среда, исе наричаотносителен индекс на пречупванена втората среда по отношение на първатаn21:
. (1)
Фиг.1
Пътят на лъчите от оптично по-малко плътна среда n1
в оптично по-плътна среда n2 (n2 > n1)
Коефициентът на пречупване на всяко вещество по отношение на вакуума се наричаабсолютен индекс на пречупванена даденото вещество или просто индекс на пречупване.
За първата среда абсолютният индекс на пречупване е ; за второто - . (2)
Тогава (3)
Абсолютният показател на пречупване на дадено вещество зависи от неговата диелектрична и магнитна проницаемост, от честотата на падащата светлина.
От електромагнитната теория на светлината следва, че скоростта на светлината във всяка среда се определя по формулата:
,
където , - електрически и магнитни константи, , - диелектрична и магнитна проницаемост на веществото.
защото за вакуум = =1, тогава скоростта на светлината във вакуум е .
От формула (2) следва, че абсолютният индекс на пречупване на веществото .
От формули (1) и (3) имаме:
или . (4)
От формула (4) следва:
1. Ако лъч светлина преминава от оптично по-плътна среда към оптично по-малко плътна (n1>n2), тогаваr>gt; i(фиг.2).
В този случай има такъв най-малък ъгъл на падане, нареченграничен ъгъл на падане inp, при който пречупеният лъч преминава по границата между две среди, т.е. ,
или . (5)
Фиг.2
Пътят на лъчите от оптично по-плътна среда n1 до оптично по-малко плътна среда n2 (n2 . sin ipr .
Фиг.4а
Пътят на лъчите в рефрактометър въз основа на явлението пълно вътрешно отражение (обикновено при определяне на индекса на пречупване на мътен или оцветенрешения)
При определяне на коефициента на пречупване на базата на явлението ограничено пречупване (фиг.4b), светлинният лъч от източника на светлина пада през лицетоABвърху матовото лицеAB. Разсеяният лъч светлина пада върху лицетоGDпод различни ъгли (от 0 до ) и преминава от течността в стъклото, където се разпространява в рамките на ъгъла , Зрителното поле на тръбата е разделено на светла долна и тъмна горна част.