Показник заломлення формули через довжину хвилі. Закон заломлення світла. Абсолютний та відносний показники (коефіцієнти) заломлення. Повне внутрішнє відображення

Заломлення показник

Показник заломленняречовини - величина, що дорівнює відношенню фазових швидкостей світла (електромагнітних хвиль) у вакуумі та в даному середовищі. Також про показник заломлення іноді говорять для будь-яких інших хвиль, наприклад звукових, хоча в таких випадках, як останній, визначення, звичайно, доводиться якось модифікувати.

Показник заломлення залежить від властивостей речовини і довжини хвилі випромінювання, для деяких речовин показник заломлення досить сильно змінюється при зміні частоти електромагнітних хвиль від низьких частот до оптичних і далі, а також може різкіше змінюватися в певних областях частотної шкали. За умовчанням зазвичай мають на увазі оптичний діапазон або діапазон, що визначається контекстом.

Посилання

• RefractiveIndex.INFO база даних показників заломлення

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитися що таке "Показник" в інших словниках:

Відносний двох середовищ n21, безрозмірне відношення швидкостей поширення оптичного випромінювання (світла) в першій (c1) і в другій (с2) середовищах: n21 = с1/с2. Водночас відносить. П. п. є відношення синусів в го л а п д е н я j і уг л ... Фізична енциклопедія

Показник заломлення …

Показник заломлення. * * * ПЕРЕЛОМЛЕННЯ ПОКАЗНИК ПЕРЕЛОМЛЕННЯ ПОКАЗНИК, див. Енциклопедичний словник- ПОКАЗНИК ПЕРЕЛОМЛЕННЯ, величина, що характеризує середовище і дорівнює відношенню швидкості світла у вакуумі до швидкості світла в середовищі (абсолютний показник заломлення). Показник заломлення n залежить від діелектричної e та магнітної m проникності. Ілюстрований енциклопедичний словник

- (Див. ПРИМІЛКИ ПОКАЗНИК). Фізичний енциклопедичний словник. М: Радянська енциклопедія. Головний редактор А. М. Прохоров. 1983 р. … Фізична енциклопедія

Див Заломлення показник … Велика Радянська Енциклопедія

Відношення швидкості світла у вакуумі до швидкості світла у середовищі (абсолютний показник заломлення). Відносний показник заломлення 2 середовищ відношення швидкості світла в середовищі, з якого світло падає на межу розділу, до швидкості світла по другій. Великий Енциклопедичний словник

Заломлення або рефракція - це явище, при якому відбувається зміна спрямованості променя світла, або інших хвиль, коли вони переходять кордон, що розділяє два середовища, як прозорі (пропускають ці хвилі), так і всередині середовища, в якому безперервно змінюються властивості.

З явищем заломлення ми стикаємося досить часто й сприймаємо звичайним явищем: можемо побачити, що паличка, що у прозорому склянці з пофарбованої рідиною, «переломлена» у місці поділу повітря та води (рис. 1). При заломленні та відображенні світла під час дощу ми радіємо, побачивши веселку (рис. 2).

Показник заломлення – важлива характеристика речовини, пов'язана з її фізико-хімічними властивостями. Він залежить від значень температур, і навіть від довжини світлових хвиль, у яких проводиться визначення. За даними контролю якості у розчині на показник заломлення впливає концентрація розчиненої у ньому речовини, і навіть природа розчинника. Зокрема, на показник заломлення кров'яної сироватки впливає кількість білка, що міститься у ній. Якщо ми розділимо світлову швидкість у вакуумі на світлову швидкість у досліджуваній речовині, вийде абсолютний показник заломлення (індекс рефракції). Практично визначається показник заломлення відносний (n ), що є відношенням світлової швидкості в повітрі до світлової швидкості в досліджуваній речовині.

Кількісно показник заломлення визначають, використовуючи спеціальний прилад рефрактометр.

Рефрактометрія - один із найлегших методів фізичного аналізу і може застосовуватися в лабораторіях контролю якості при виробництві хімічної, харчової, біологічно активних добавок до їжі, косметичної та інших видів продукції з мінімальними витратами часу та кількості досліджуваних проб.

Конструкція рефрактометра полягає в тому, що промені світла повністю відбиваються, коли переходять через межу двох середовищ (одне їх – це призма зі скла, інша – досліджуваний розчин) (рис. 3).

Мал. 3. Схема рефрактометра

Від джерела (1) світловий промінь падає на дзеркальну поверхню (2), потім, відбиваючись, переходить у верхню призму освітлювальну (3), потім у нижню вимірювальну призму (4), яка виготовлена ​​зі скла, що володіє великим показником заломлення. Між призмами (3) та (4) за допомогою капіляра наносять 1–2 крапельки проби. Щоб не завдати призмі механічних пошкоджень, необхідно не торкатися капіляром поверхні.

В окулярі (9) бачать поле з перехрещеними лініями, щоб встановити межу розділу. Переміщуючи окуляр, точку перетину полів потрібно поєднати з межею розділу (рис. 4). Площина призми (4) відіграє роль межі розділу, на поверхні якої заломлюється світловий промінь. Так як промені розсіюються, межа світла і тіні виходить розпливчастою, райдужною. Це усувається компенсатором дисперсії (5). Потім промінь пропускається об'єктивом (6) та призмою (7). На пластині (8) є візирні штрихи (дві прямі лінії, пересічені хрестоподібно), а також шкала з показниками заломлення, яка спостерігається в окуляр (9). Нею і відраховується показник заломлення.

Лінія поділу меж полів буде відповідати куту внутрішнього повного відображення, що залежить від показника заломлення проби.

Рефрактометрія застосовується з метою встановлення чистоти та справжності речовини. Цей метод застосовується також, щоб при контролі якості визначити концентрацію речовин у розчинах, яку обчислюють за градуювальним графіком (графік, що показує залежність показника заломлення проби від її концентрації).

У компанії «КорольовФарм» показник заломлення визначається згідно із затвердженою нормативною документацією при вхідному контролі сировини, в екстрактах власного виробництва, а також при випуску готової продукції. Визначення проводиться кваліфікованими співробітниками акредитованої фізико-хімічної лабораторії за допомогою рефрактометра ІРФ – 454 Б2М.

Якщо за результатами вхідного контролю сировини показник заломлення відповідає необхідним вимогам, відділом контролю якості оформляється Акт про невідповідність, виходячи з якого дана партія сировини повертається постачальнику.

Методика визначення

1. Перед початком вимірювань перевіряється чистота поверхонь призм, що стикаються між собою.

2. Перевірка точки нуля. На поверхню призми вимірювальної наносимо 2÷3 краплі дистильованої води, обережно закриваємо призмою освітлювальної. Відкриваємо освітлювальне віконце і, застосовуючи дзеркало, встановлюємо світлове джерело найбільш інтенсивно. Обертаючи гвинти окуляра, отримуємо в його полі зору чітке, різке розмежування темного та світлого полів. Обертаємо гвинт і наводимо лінію тіні і світла так, щоб вона збіглася з точкою, в якій перетинаються лінії у верхньому вікні окуляра. На вертикальній лінії в нижньому вікні окуляра бачимо потрібний результат – показник заломлення дистильованої води при 20 ° С (1,333). Якщо показання інші, встановлюємо гвинтом показник заломлення значення 1,333, і за допомогою ключа (зняти гвинт регулювальний) наводимо межу тіні і світла до місця точки перетину ліній.

3. Визначаємо коефіцієнт заломлення. Піднімаємо камеру призми освітлювальним і папером фільтрувальним або марлевою серветкою знімаємо воду. Далі наносимо 1-2 краплі випробуваного розчину на поверхню вимірювальної призми і закриваємо камеру. Обертаємо гвинти до моменту, поки межі тіні і світла не збігатимуться з точкою перетину ліній. На вертикальній лінії в нижньому вікні окуляра бачимо потрібний результат - показник заломлення досліджуваної проби. Проводимо підрахунок коефіцієнта заломлення за шкалою в нижньому вікні окуляра.

4. Використовуючи градуювальний графік, встановлюємо взаємозв'язок між концентрацією розчину та показником заломлення. Щоб побудувати графік, необхідно приготувати стандартні розчини кількох концентрацій, використовуючи препарати хімічно чистих речовин, виміряти їх показники заломлення і відкласти отримані значення на осі ординат, на осі абсцис відкласти відповідні концентрації розчинів. Необхідно вибирати інтервали концентрацій, при яких між концентрацією та показником заломлення спостерігається лінійна залежність. Вимірюємо показник заломлення досліджуваної проби та за допомогою графіка визначаємо його концентрацію.

Області застосування рефрактометрії.

Пристрій та принцип дії рефрактометра ІРФ-22.

Поняття показника заломлення.

План

Рефрактометрія. Характеристика та сутність методу.

Для ідентифікації речовин і перевірки їх чистоти використовують поки-

залом заломлення.

Показник заломлення речовини- величина, що дорівнює відношенню фазових швидкостей світла (електромагнітних хвиль) у вакуумі та видному середовищі.

Показник заломлення залежить від властивостей речовини та довжини хвилі

електромагнітного випромінювання Відношення синуса кута падіння щодо

нормалі, проведеної до площини заломлення (α) променя до синуса кута пре-

ломлення (β) при переході променя з середовища A в середовище B називається відносним показником заломлення для цієї пари середовищ.

Величина n є відносний показник заломлення середовища

по відношенню до середовища А, а

Відносний показник заломлення середовища А стосовно

Показник заломлення променя, що падає на середу з безповітряно-

го простору, називається його абсолютним показником заломлення або

просто показником заломлення цього середовища (таблиця 1).

Таблиця 1 - Показники заломлення різних середовищ

Рідина має показник заломлення в інтервалі 1.2-1,9. Тверді

речовини 13-40. Деякі мінерали не мають точного значення показників.

ля заломлення. Його величина знаходиться в деякій "вилці" і визначає-

ся присутністю домішок у кристалічній структурі, що визначає колір

кристала.

Ідентифікація мінералу за кольором скрутна. Так, мінерал корунд існує у вигляді рубіну, сапфіру, лейкосапфіру, відрізняючись по

показнику заломлення та кольору. Червоні корунди називаються рубінами

(Домішка хрому), сині безбарвні, блакитні, рожеві, жовті, зелені,

фіолетові - сапфірами (домішки кобальту, титану та ін). Світлозабарвлений-

ні сапфіри або безбарвний корунд носить назву лейкосапфір (широко

застосовується в оптиці як світлофільтр). Показник заломлення цих кри-

сталлів лежить в діапазоні 1,757-1,778 і є підставою для ідентифікації.

Малюнок 3.1 – Рубін Малюнок 3.2 – Сапфір синій

Органічні та неорганічні рідини також мають характерні значення показників заломлення, які характеризують їх як хімічні властивості.

ські сполуки та якість їх синтезу (таблиця 2):

Таблиця 2 – Показники заломлення деяких рідин при 20 °C

4.2. Рефрактометрія: поняття, принцип.

Метод дослідження речовин, заснований на визначенні показника

(коефіцієнта) заломлення (рефракції) називається рефрактометрією (від

лат. refractus - заломлений і грецьк. metreo – вимірюю). Рефрактометрія

(Рефрактометричний метод) застосовується для ідентифікації хімічних

сполук, кількісного та структурного аналізу, визначення фізико-

хімічних властивостей речовин. Принцип рефрактометрії, реалізований

у рефрактометрах Аббе, пояснюється малюнком 1.

Рисунок 1 - Принцип рефрактометрії

Призменный блок Аббе і двох прямокутних призм: висвітли-

ної та вимірювальної, складених гіпотенузними гранями. Освітлювач-

ная призма має шорстку (матову) гіпотенузну грань і призна-

чена для освітлення зразка рідини, що міститься між призмами.

Розсіяне світло проходить плоскопаралельний шар досліджуваної рідини і, переломлюючись у рідині, падає на вимірювальну призму. Вимірювальна призма виконана з оптично щільного скла (важкий флінт) та має показник заломлення більше 1,7. Тому рефрактометр Аббе вимірює величини n менші, ніж 1,7. Збільшення діапазону вимірювання показника заломлення може бути досягнуто шляхом заміни вимірювальної призми.

Досліджуваний зразок наливають на гіпотенузну грань вимірювальної призми і притискають освітлювальною призмою. При цьому між призмами залишається зазор 0,1-0,2 мм, в якому знаходиться зразок, і через

який проходить заломлюючись світло. Для вимірювання показника заломлення

використовують явище повного внутрішнього відбиття. Воно полягає в

наступному.

Якщо на межу розділу двох середовищ падають промені 1, 2, 3, то залежно-

сти від кута падіння при спостереженні за ними в середовищі заломлення буде на-

дотримуватися наявність переходу областей різного освітлення. Воно пов'язане

з падінням деякої частини світла на межу заломлення під кутом близько-

ким до 90° по відношенню до нормалі (промінь 3). (Малюнок 2).

Рисунок 2 – Зображення заломлюваних променів

Ця частина променів не відбивається і тому утворює світлішу об-

ласть при заломленні. Промені з меншими кутами відчувають і відображення

та заломлення. Тому утворюється область меншої освітленості. В об'єм-

ективі видно граничну лінію повного внутрішнього відображення, положення

якої залежить від заломлюючих властивостей зразка.

Усунення явища дисперсії (фарбування межі розділу двох областей освітленості в кольори веселки через використання в рефрактометрах Аббе складного білого світла) досягається використанням двох призм Амічі в компенсаторі, які вмонтовані в зорову трубу. Одночасно в об'єктив проектується шкала (Малюнок 3). Для аналізу достатньо 0,05мл рідини.

Малюнок 3 - Вид на окуляр рефрактометра. (Права шкала відображає

концентрацію вимірюваного компонента в промілі)

Крім аналізу однокомпонентних зразків, широко аналізуються.

двокомпонентні системи (водні розчини, розчини речовин у якому

або розчиннику). В ідеальних двокомпонентних системах (утворювальних-

ся без зміни обсягу і поляризуемості компонентів) залежність поки-

зателя заломлення від складу близька до лінійної, якщо склад виражений у

об'ємних частках (відсотках)

де: n, n1 ,n2 - показники заломлення суміші та компонентів,

V1 та V2 – об'ємні частки компонентів (V1 + V2 = 1).

Вплив температури на показник заломлення визначається двома

факторами: зміною кількості частинок рідини в одиниці об'єму та за-

висимістю поляризуемості молекул від температури. Другий фактор стано-

виться суттєвим лише за дуже велику зміну температури.

Температурний коефіцієнт показника заломлення пропорційний температурному коефіцієнту густини. Оскільки всі рідини при нагріванні розширюються, їх показники заломлення зменшуються при підвищенні температури. Температурний коефіцієнт залежить від величини температури рідини, але у невеликих температурних інтервалах може вважатися незмінним. З цієї причини більша частина рефрактометрів не має термостатування, проте в деяких конструкціях передбачено

водяне термостатування.

Лінійна екстраполяція показника заломлення за зміни температури допустима на невеликі різниці температур (10 – 20°С).

Точне визначення показника заломлення в широких температурних інтервалах здійснюється за емпіричними формулами:

nt=n0+at+bt2+…

Для рефрактометрії розчинів у широких діапазонах концентрацій

користуються таблицями чи емпіричними формулами. Залежність показу-

теля заломлення водних розчинів деяких речовин від концентрації

близька до лінійної і дозволяє визначати концентрації даних речовин у

воді в широких діапазонах концентрацій (рисунок 4) за допомогою рефракції

метрів.

Рисунок 4 - Показник заломлення деяких водних розчинів

Зазвичай n рідких і твердих тіл рефрактометрами визначають з точ-

ністю до 0,0001. Найбільш поширені рефрактометри Аббе (рисунок 5) із призмінними блоками та компенсаторами дисперсії, що дозволяють визначати nD у "білому" світлі за шкалою або цифровим індикатором.

Малюнок 5 - Рефрактометр Аббе (ІРФ-454; ІРФ-22)

Світло за своєю природою поширюється у різних середовищах із різними швидкостями. Чим щільніше середовище, тим нижча швидкість поширення у ній світла. Була встановлена ​​відповідна міра, що стосується як щільності матеріалу, так і швидкості поширення світла в цьому матеріалі. Цей захід назвали показником заломлення. Для будь-якого матеріалу показник заломлення вимірюється щодо швидкості розповсюдження світла у вакуумі (вакуум часто називають вільним простором). Наступна формула визначає це ставлення.

Що показник заломлення матеріалу, то він щільніше. Коли промінь світла проникає з одного матеріалу до іншого (з іншим показником заломлення), кут заломлення відрізнятиметься від кута падіння. Промінь світла, що проникає в середу з меншим показником заломлення, виходитиме з кутом, більшим за кут падіння. Промінь світла, що проникає в середу з великим показником заломлення, виходитиме з кутом, меншим за кут падіння. Це показано на рис. 3.5.

Мал. 3.5.а. Промінь, що проходить із середовища з високим N 1 у середу з низьким N 2

Мал. 3.5.б. Промінь, що проходить із середовища з низьким N 1 у середу з високим N 2

В даному випадку 1 є кутом падіння, а 2 - кутом заломлення. Нижче перераховані деякі типові показники заломлення.

Цікаво відзначити, що для рентгенівських променів показник заломлення скла завжди менше, ніж для повітря, тому вони при проходженні з повітря в скло відхиляють убік від перпендикуляра, а не перпендикуляра, як світлові промені.

Є ніщо інше, як відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення

Показник заломлення залежить від властивостей речовини і довжини хвилі випромінювання, для деяких речовин показник заломлення досить сильно змінюється при зміні частоти електромагнітних хвиль від низьких частот до оптичних і далі, а також може різкіше змінюватися в певних областях частотної шкали. За умовчанням зазвичай мають на увазі оптичний діапазон або діапазон, що визначається контекстом.

Величина n, за інших рівних умов, зазвичай менше одиниці при переході променя з середовища більш щільного в середовище менш щільне, і більше одиниці при переході променя з середовища менш щільного в середовище більш щільного (наприклад, газу або вакууму в рідину або тверде тіло ). Є винятки з цього правила, і тому прийнято називати середовище оптично більш менш щільним, ніж інше (не плутати з оптичною щільністю як мірою непрозорості середовища).

У таблиці наведено деякі значення показника заломлення для деяких середовищ:

Середовище, що має великий показник заломлення, називається оптично більш щільним. Зазвичай вимірюється показник заломлення різних середовищ щодо повітря. Абсолютний показник заломлення повітря дорівнює. Таким чином, абсолютний показник заломлення будь-якого середовища пов'язаний з її показником заломлення щодо повітря формулою:

Показник заломлення залежить від довжини хвилі світла, тобто від кольору. Різним кольорам відповідають різні показники заломлення. Це явище, яке називається дисперсією, відіграє важливу роль в оптиці.