Regn ut brytningsindeksen. Absolutt brytningsindeks og dens forhold til relativ brytningsindeks

Bruksområder for refraktometri.

Design og prinsipp for drift av IRF-22 refraktometer.

Konseptet med brytningsindeks.

Plan

Refraktometri. Egenskaper og essens i metoden.

For å identifisere stoffer og sjekke renheten deres bruker de

brytningsmaker.

Brytningsindeks for et stoff- en verdi lik forholdet mellom lysets fasehastigheter ( elektromagnetiske bølger) i et vakuum og synlig miljø.

Brytningsindeksen avhenger av stoffets egenskaper og bølgelengden

elektromagnetisk stråling. Forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen i forhold til

normalen trukket til brytningsplanet (α) til strålen til sinusen til brytningsvinkelen

brytning (β) når en stråle går fra medium A til medium B kalles den relative brytningsindeksen for dette medieparet.

Verdien n er den relative brytningsindeksen til medium B iht

forhold til miljø A, og

Relativ brytningsindeks for medium A mht

Brytningsindeksen til en stråle som faller inn på et medium fra en airless

rommet kalles dens absolutte brytningsindeks eller

ganske enkelt brytningsindeksen til et gitt medium (tabell 1).

Tabell 1 - Brytningsindekser for ulike medier

Væsker har en brytningsindeks i området 1,2-1,9. Fast

stoffer 1,3-4,0. Noen mineraler har ikke eksakt verdi vise-

for brytning. Dens verdi er i noen "gaffel" og bestemmer

på grunn av tilstedeværelsen av urenheter i krystallstrukturen, som bestemmer fargen

krystall.

Det er vanskelig å identifisere et mineral med "farge". Således eksisterer mineralet korund i form av rubin, safir, leukosafir, forskjellig i

brytningsindeks og farge. Røde korund kalles rubiner

(krom urenhet), fargeløs blå, lyseblå, rosa, gul, grønn,

lilla - safirer (blandinger av kobolt, titan, etc.). Lyse farger

hvite safirer eller fargeløs korund kalles leukosafir (utbredt

brukes i optikk som et filter). Brytningsindeksen til disse krystallene

stål ligger i området 1.757-1.778 og er grunnlaget for å identifisere

Figur 3.1 – Ruby Figur 3.2 – Blå safir

Organiske og uorganiske væsker har også karakteristiske verdier brytningsindekser, som karakteriserer dem som kjemiske

Russiske forbindelser og kvaliteten på deres syntese (tabell 2):

Tabell 2 - Brytningsindekser for noen væsker ved 20 °C

4.2. Refraktometri: konsept, prinsipp.

En metode for å studere stoffer basert på å bestemme en indikator

(indeks) av brytning (brytning) kalles refraktometri (fra

lat. refractus - brutt og gresk. meter - jeg måler). Refraktometri

(refraktometrisk metode) brukes til å identifisere kjemikalier

forbindelser, kvantitativ og strukturell analyse, bestemmelse av fysikalsk

kjemiske parametere for stoffer. Prinsippet om refraktometri implementert

i Abbe refraktometre, er illustrert i figur 1.

Figur 1 - Prinsipp for refraktometri

Abbe-prismeblokken består av to rektangulære prismer: belysning

telial og målende, foldet av hypotenusansikter. Illuminator-

Dette prismet har en grov (matt) hypotenusflate og er beregnet

chen for å belyse en prøve av væske plassert mellom prismene.

Spredt lys passerer gjennom et plan-parallelt lag av væsken som studeres og, blir brutt i væsken, faller på måleprismet. Måleprismet er laget av optisk tett glass (tung flint) og har en brytningsindeks større enn 1,7. Av denne grunn måler Abbe refraktometer n verdier mindre enn 1,7. Å øke måleområdet for brytningsindeksen kan bare oppnås ved å bytte ut måleprismet.

Testprøven helles på hypotenusflaten til måleprismet og presses med et lysende prisme. I dette tilfellet gjenstår et gap på 0,1-0,2 mm mellom prismene der prøven er plassert, og gjennom

som går gjennom brutt lys. For å måle brytningsindeksen

bruke fenomenet total intern refleksjon. Den ligger i

neste.

Hvis strålene 1, 2, 3 faller på grensesnittet mellom to medier, så avhengig

avhengig av innfallsvinkelen når du observerer dem i brytningsmediet vil være

Det er en overgang mellom områder med forskjellig belysning. Det er koblet sammen

med en del av lyset som faller på brytningsgrensen i en vinkel nær

kim til 90° i forhold til normalen (bjelke 3). (Figur 2).

Figur 2 – Bilde av refrakterte stråler

Denne delen av strålene reflekteres ikke og danner derfor et lettere miljø.

kraft under brytning. Stråler med mindre vinkler opplever også refleksjon

og brytning. Derfor dannes et område med mindre belysning. I volum

Grenselinjen for total intern refleksjon er synlig på linsen, posisjonen

som avhenger av prøvens brytningsegenskaper.

Eliminering av spredningsfenomenet (farging av grensesnittet mellom to belysningsområder i regnbuens farger på grunn av bruken av komplekst hvitt lys i Abbe refraktometre) oppnås ved å bruke to Amici-prismer i kompensatoren, som er montert i teleskopet . Samtidig projiseres en skala inn i linsen (Figur 3). For analyse er 0,05 ml væske tilstrekkelig.

Figur 3 - Se gjennom refraktometer-okularet. (Riktig skala gjenspeiler

konsentrasjon av den målte komponenten i ppm)

I tillegg til analysen av enkeltkomponentprøver,

to-komponent systemer (vandige løsninger, løsninger av stoffer der

eller løsemiddel). I ideelle to-komponent systemer (forming

uten å endre volumet og polariserbarheten til komponentene), viser avhengigheten

Avhengigheten av brytning av sammensetning er nær lineær hvis sammensetningen er uttrykt i

volumbrøker (prosent)

hvor: n, n1, n2 - brytningsindekser for blandingen og komponentene,

V1 og V2 er volumfraksjonene av komponentene (V1 + V2 = 1).

Effekten av temperatur på brytningsindeksen bestemmes av to

faktorer: endring i antall væskepartikler per volumenhet og

avhengigheten av polariserbarheten til molekyler av temperatur. Den andre faktoren ble

blir signifikant bare ved svært store temperaturendringer.

Temperaturkoeffisienten til brytningsindeksen er proporsjonal med temperaturkoeffisienten for tetthet. Siden alle væsker utvider seg når de varmes opp, reduseres brytningsindeksene deres når temperaturen øker. Temperaturkoeffisienten avhenger av væskens temperatur, men i små temperaturintervaller kan den betraktes som konstant. Av denne grunn de fleste refraktometre har ikke temperaturkontroll, men noen design gir

vanntermostat.

Lineær ekstrapolering av brytningsindeksen med temperaturendringer er akseptabel for små temperaturforskjeller (10 – 20°C).

Nøyaktig definisjon Brytningsindeksen i brede temperaturområder beregnes ved å bruke empiriske formler på formen:

nt=n0+ved+bt2+…

For refraktometri av løsninger over brede konsentrasjonsområder

bruke tabeller eller empiriske formler. Visningsavhengighet -

brytningsindeks vandige løsninger noen stoffer avhengig av konsentrasjon

er nær lineær og gjør det mulig å bestemme konsentrasjonene av disse stoffene i

vann i brede konsentrasjonsområder (Figur 4) ved bruk av refraksjon

tometer.

Figur 4 - Brytningsindeks for noen vandige løsninger

Vanligvis bestemmes n flytende og faste legemer av refraktometre med presisjon

opptil 0,0001. De vanligste er Abbe refraktometre (Figur 5) med prismeblokker og spredningskompensatorer, som gjør at nD kan bestemmes i "hvitt" lys ved hjelp av en skala eller digital indikator.

Figur 5 - Abbe refraktometer (IRF-454; IRF-22)

Refraksjon er et visst abstrakt tall som karakteriserer brytningsevnen til ethvert transparent medium. Det er vanlig å betegne det n. Det er absolutt brytningsindeks og relativ indeks.

Den første beregnes ved å bruke en av to formler:

n = sin α / sin β = const (der sin α er sinusen til innfallsvinkelen, og sin β er sinusen til lysstrålen som kommer inn i mediet som vurderes fra tomrommet)

n = c / υ λ (hvor c er lysets hastighet i vakuum, υ λ er lysets hastighet i mediet som studeres).

Her viser beregningen hvor mange ganger lys endrer sin forplantningshastighet i overgangsøyeblikket fra vakuum til et transparent medium. Dette bestemmer brytningsindeksen (absolutt). For å finne ut relativ, bruk formelen:

Det vil si at i dette tilfellet vurderes de absolutte brytningsindeksene for stoffer forskjellige tettheter, som luft og glass.

Generelt sett er de absolutte koeffisientene til ethvert legeme, enten det er gassformig, flytende eller fast, alltid større enn 1. I utgangspunktet varierer verdiene deres fra 1 til 2. Denne verdien kan være høyere enn 2 bare i unntakstilfeller. Betydningen av denne parameteren for noen miljøer er:

Denne verdien når den brukes på det hardeste naturlige stoffet på planeten, diamant, er 2,42. Svært ofte, når du utfører vitenskapelig forskning, etc., er det nødvendig å vite brytningsindeksen til vann. Denne parameteren er 1.334.

Siden bølgelengden selvfølgelig er en variabel indikator, er en indeks tilordnet bokstaven n. Dens betydning hjelper til med å forstå hvilken bølge av spekteret denne koeffisienten gjelder. Når man vurderer det samme stoffet, men med økende bølgelengde av lys, vil brytningsindeksen avta. Denne omstendigheten forårsaker dekomponering av lys til et spektrum når det passerer gjennom en linse, prisme, etc.

Ved verdien av brytningsindeksen kan du for eksempel bestemme hvor mye av ett stoff som er oppløst i et annet. Dette kan være nyttig for eksempel ved brygging eller når du skal vite konsentrasjonen av sukker, frukt eller bær i juice. Denne indikatoren er viktig både for å bestemme kvaliteten på petroleumsprodukter og i smykker, når det er nødvendig å bevise ektheten til en stein, etc.

Uten bruk av noe stoff vil skalaen som er synlig i okularet til enheten være helt blå. Hvis du slipper vanlig destillert vann på prismet, hvis instrumentet er riktig kalibrert, vil grensen mellom blå og hvite blomster vil passere strengt tatt på nullmerket. Når man studerer et annet stoff, vil det skifte langs skalaen i henhold til hvilken brytningsindeks som er karakteristisk for det.

Brytningsindeksen til mediet i forhold til vakuum, dvs. for tilfellet med overgangen av lysstråler fra vakuum til medium, kalles absolutt og bestemmes av formel (27.10): n=c/v.

Ved beregning tas absolutte brytningsindekser fra tabeller, siden verdien bestemmes ganske nøyaktig gjennom eksperimenter. Siden c er større enn v, da Den absolutte brytningsindeksen er alltid større enn enhet.

Hvis lysstråling går fra et vakuum til et medium, skrives formelen for den andre brytningsloven som:

sin i/sin β = n. (29,6)

Formel (29.6) brukes ofte i praksis når stråler går fra luft til et medium, siden lysets forplantningshastighet i luft skiller seg svært lite fra ca. Dette kan sees fra det faktum at den absolutte brytningsindeksen til luft er 1,0029.

Når en stråle går fra et medium til et vakuum (til luft), har formelen for den andre brytningsloven formen:

sin i/sin β = 1 /n. (29,7)

I dette tilfellet beveger strålene seg, når de forlater mediet, nødvendigvis vekk fra vinkelrett på grensesnittet mellom mediet og vakuum.

La oss finne ut hvordan du finner den relative brytningsindeksen n21 fra de absolutte brytningsindeksene. La lys gå fra et medium med absolutt eksponent n1 til et medium med absolutt eksponent n2. Da er n1 = c/V1 ogn2 = c/v2, fra:

n2/n1=v1/v2=n21. (29,8)

Formelen for den andre brytningsloven for et slikt tilfelle er ofte skrevet som følger:

sin i/sin β = n2/n1. (29,9)

La oss huske det ved Maxwells teori absolutte eksponent brytning kan finnes fra relasjonen: n = √(με). Siden for stoffer som er gjennomsiktige for lysstråling, er μ praktisk talt lik enhet, kan vi anta at:

n = √ε. (29.10)

Siden frekvensen av oscillasjoner i lysstråling er i størrelsesorden 10 14 Hz, har verken dipoler eller ioner i dielektrikumet, stor masse, har ikke tid til å endre sin posisjon med en slik frekvens, og de dielektriske egenskapene til et stoff under disse forholdene bestemmes bare av den elektroniske polariseringen av dets atomer. Det er nettopp dette som forklarer forskjellen mellom verdien ε=n 2 fra (29.10) og ε st i elektrostatikk. Så for vann ε = n 2 = 1,77, og ε st = 81; for det ioniske faste dielektriske NaCl ε = 2,25, og ε st = 5,6. Når et stoff består av homogene atomer eller ikke-polare molekyler, det vil si at det verken inneholder ioner eller naturlige dipoler, kan polarisasjonen bare være elektronisk. For lignende stoffer er ε fra (29.10) og ε st sammenfallende. Et eksempel på et slikt stoff er diamant, som kun består av karbonatomer.

Merk at verdien av den absolutte brytningsindeksen, i tillegg til typen stoff, også avhenger av svingningsfrekvensen, eller av bølgelengden til strålingen . Når bølgelengden avtar, øker som regel brytningsindeksen.

Loven om lysbrytning. Absolutte og relative brytningsindekser (koeffisienter). Total intern refleksjon

Loven om lysbrytning ble etablert eksperimentelt på 1600-tallet. Når lys går fra et gjennomsiktig medium til et annet, kan lysets retning endres. Endringen i lysretningen ved grensen til forskjellige medier kalles lysbrytning. Som et resultat av brytning oppstår en tilsynelatende endring i formen til objektet. (eksempel: skje i et glass vann). Loven for lysbrytning: Ved grensen til to medier ligger den brutte strålen i innfallsplanet og danner, med normalen til grensesnittet gjenopprettet ved innfallspunktet, en brytningsvinkel slik at: =n 1-innfall, 2-refleksjon, n-brytningsindeks (f. Snelius) - relativ indikator Brytningsindeksen til en stråle som faller inn på et medium fra luftløst rom kalles dens absolutt brytningsindeks. Innfallsvinkelen som den brutte strålen begynner å gli langs grensesnittet mellom to medier uten å gå inn i et optisk tettere medium – begrensende vinkel for total intern refleksjon. Total intern refleksjon- intern refleksjon, forutsatt at innfallsvinkelen overstiger en viss kritisk vinkel. I dette tilfellet reflekteres den innfallende bølgen fullstendig, og verdien av refleksjonskoeffisienten overskrider maksimumsverdien store verdier for polerte overflater. Refleksjonsevnen til total intern refleksjon er uavhengig av bølgelengden. I optikk er dette fenomenet observert for et bredt spekter av elektromagnetisk stråling, inkludert røntgenområdet. I geometrisk optikk er fenomenet forklart innenfor rammen av Snells lov. Tatt i betraktning at brytningsvinkelen ikke kan overstige 90°, finner vi at ved en innfallsvinkel hvis sinus er større enn forholdet mellom den mindre brytningsindeksen og den større indeksen, må den elektromagnetiske bølgen reflekteres fullstendig inn i det første mediet. Eksempel: Den lyse glansen av mange naturlige krystaller, og spesielt kuttet dyrebare og halvedelstener forklart i sin helhet indre refleksjon, som et resultat av at hver stråle som kommer inn i krystallen dannes stort antall Ganske lyse stråler sendes ut, farget som et resultat av spredning.

Brytningsindeks

Brytningsindeks stoffer - en mengde lik forholdet mellom fasehastighetene til lys (elektromagnetiske bølger) i et vakuum og i et gitt medium. I tillegg snakkes det noen ganger om brytningsindeksen for andre bølger, for eksempel lyd, selv om i tilfeller som sistnevnte, definisjonen selvfølgelig må endres på en eller annen måte.

Brytningsindeksen avhenger av stoffets egenskaper og bølgelengden til strålingen for noen stoffer, brytningsindeksen endres ganske kraftig når frekvensen av elektromagnetiske bølger endres fra lave frekvenser til optiske og utover, og kan også endre seg enda kraftigere i; visse områder av frekvensskalaen. Standarden refererer vanligvis til det optiske området eller området som bestemmes av konteksten.

Linker

• RefractiveIndex.INFO brytningsindeksdatabase

Wikimedia Foundation.

2010.

Se hva "brytningsindeks" er i andre ordbøker: Relativt til to medier n21, dimensjonsløst forhold mellom forplantningshastighetene til optisk stråling (c veta) i det første (c1) og andre (c2) mediet: n21 = c1/c2. Samtidig gjelder det. P. p er forholdet mellom sinusene til g l a p a d e n i j og y g l ... ...

Fysisk leksikon

Se brytningsindeks... Se brytningsindeks. * * * REFRACTIVE INDEX REFRACTIVE INDEX, se Brytningsindeks (se REFRACTIVE INDEX) ... Encyklopedisk ordbok - REFRACTIVE INDEX, en mengde som karakteriserer mediet og lik forholdet mellom lysets hastighet i vakuum og lysets hastighet i mediet (absolutt brytningsindeks). Brytningsindeksen n avhenger av dielektrisk e og magnetisk permeabilitet m... ... encyklopedisk ordbok

- (se REFRAKTIONSINDEKS). Fysisk leksikon ordbok. M.: Sovjetisk leksikon. Ansvarlig redaktør A. M. Prokhorov. 1983 ... Relativt til to medier n21, dimensjonsløst forhold mellom forplantningshastighetene til optisk stråling (c veta) i det første (c1) og andre (c2) mediet: n21 = c1/c2. Samtidig gjelder det. P. p er forholdet mellom sinusene til g l a p a d e n i j og y g l ... ...

Se brytningsindeks... Stor sovjetisk leksikon

Forholdet mellom lysets hastighet i vakuum og lysets hastighet i et medium (absolutt brytningsindeks). Den relative brytningsindeksen til 2 medier er forholdet mellom lyshastigheten i mediet som lyset faller fra på grensesnittet og lysets hastighet i den andre... ... Stor encyklopedisk ordbok