 |
Метод полного внутреннего отражения
|
|
|
|
В этом случае свет от источника S после отражения от зеркала M1 падает на матовую грань ed призмы P2 (в методе скользящего луча эта поверхность закрывается металлической шторкой). После рассеяния на грани ed свет падает на границу раздела стекло-жидкость под всевозможными углами. При r > rпр наступает полное внутреннее отражение, при r < rпр свет отражается частично. В поле 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 оказывается одинаковым.
Заметим, что, в отличие от метода скользящего луча, метод полного внутреннего отражения позволяет измерять показатели преломления непрозрачных веществ.
Рефрактометрия
Показатели преломления жидких и твердых тел могут измеряться с большой точностью. При данной температуре и для данной длины волны они являются важнейшей характеристикой вещества. Измерения показателей преломления может быть использовано для исследования веществ. Соответствующий раздел науки носит название рефрактометрии. Обычно эти измерения проводятся для D – линии натрия. Однако, нередко преломляющее вещество характеризуют величиной относительной дисперсии, под которой понимают отношение:
nF – nC / nD – 1, (7)
где nF – показатель преломления синей линии водорода для λF = 486,1 нм; nC – показатель преломления красной линии водорода для λ = 656,4 нм.
В каталогах же обычно фигурирует величина, обратная относительной дисперсии – число Аббе:
ν = nD – 1 / nF – nC. (8)
Это важная характеристика стекла, так как она свидетельствует о наличии хроматических аберраций, вызывающих, например, снижение остроты зрения у людей, носящих очки. Как правило, чем больше показатель преломления, тем меньше число Аббе и сильнее выражена хроматическая дисперсия. Число Аббе для очковых линз варьируется от 30 до 58. С увеличением числа Аббе повышается «комфортность» линзы.
|
|
|
Обычно, но не всегда, дисперсия растет вместе со средним значением показателя преломления. С помощью рефрактометра по формуле (8) можно определить число Аббе. Для этого вращая головку с накаткой необходимо устранить окрашенность границы раздела света и тени. Затем по шкале головки определить число Z и по нему из таблицы 1 выписать σ. Далее, используя внутреннюю шкалу прибора, находят nD и С (концентрацию раствора в процентах), а зная nD по таблице 2 определяют значения А и В. Обе таблицы находятся у лаборанта. Поскольку
А + В σ = nF – nC (9)
по формуле (8) можно рассчитать число Аббе.
Пример: Вода при 20°С. Показатель преломления, определенный по прибору из 5 измерений nD =1,3330. Отсчет по шкале 2 компенсатора окраски Z = 41,9; 41,8; 41,9; 41,8; 41,9. Тогда средняя величина B = 0,03220; σ = −0,584; А = 0,02471;
В·σ = 0,03220·(−0,584)= −0,01880
А+В·σ = 0,00591= nF – nC;
ν = nD – 1 / nF – nC = 0,3330/0,00591 = 56,3
Порядок работы на приборе:
1. Для определения показателя преломления nD и концентрации сахарного раствора в процентах поднимают прикрывающую призму, наносят на горизонтальную поверхность измерительной призмы несколько капель раствора и осторожно опускают призму.
2. Направив источник света на призму, добиваются максимальной освещенности в поле зрения с перекрестием.
3. Зеркало необходимо отвести от корпуса, обеспечив достаточную освещенность шкалы отсчета в нижней части поля зрения (метод полного внутреннего отражения).
4. Вращая за накатку окуляр, получить резкое изображение перекрестия нитей.
5. Далее необходимо устранить окраску и подвести границу раздела света и тени к перекрестию нитей.
|
|
|
6. По верхней шкале снять отсчет nD до тысячных долей, десятитысячную оценить на глаз. Концентрацию С в процентах с точностью до десятых долей определить по нижней шкале.
Порядок выполнения работы:
1. Пользуясь указаниями по работе с прибором определить три раза nD, Z и C для каждого из растворов и для дистиллированной воды, начиная измерения с параметров воды. Результаты измерений занести в таблицу.
2. По средним значениям nD найти σ, А и В. Вычислить число Аббе ν для каждого раствора и дистиллированной воды.
| nD | Z | C % | < А > | < В > | <σ> | <ν> | |
| Дистиллированная вода | 1. 2. 3. | 1. 2. 3. | 1. 2. 3. | ||||
| < nD > | < Z > | < C > | |||||
| 1 раствор | 1. 2. 3. | 1. 2. 3. | 1. 2. 3. | ||||
| < nD > | < Z > | < C > | |||||
| 2 раствор | 1. 2. 3. | 1. 2. 3. | 1. 2. 3. | ||||
| < nD > | < Z > | < C > | |||||
| 3 раствор | 1. 2. 3. | 1. 2. 3. | 1. 2. 3. | ||||
| < nD > | < Z > | < C > |
3. Построить графики зависимости nD = f(C) и ν = f(nD).
4. После выполнения каждого измерения необходимо тщательно удалять остатки предыдущего раствора с измерительных поверхностей призм, пользуясь х/б салфеткой.
5. Не допускать проливания растворов на прибор. По окончании работы прибор накрыть чехлом, растворы сдать лаборанту.
Контрольные вопросы:
1. Основные законы геометрической оптики: законы отражения и преломления света с точки зрения волновой теории.
2. Абсолютный и относительный показатели преломления света, их физический смысл.
3. Явление полного внутреннего отражения и его применение в данной работе.
4. Дисперсия света, нормальная и аномальная дисперсия, теория дисперсии света.
5. Устройство, принцип действия и назначение рефрактометра.
Библиографический список:
1. Савельев И. В. Курс общей физики т.2 [Текст]: учеб. пособие / И. В. Савельев; М.: Наука, 1989.
2. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики т.3 [Текст]: учеб. пособие / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский; М: Высшая школа, 1989.
3. Ландсберг Г. С. Оптика [Текст]: учеб. пособие / Г. С. Ландсберг; М.: Наука, 1976.
|
|
|
