Теория метода

Измерение ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.2

Цель работы: изучить принцип действия рефрактометра и определить с его помощью показатели преломлений некоторых жидкостей.

Оборудование: рефрактометр, исследуемые жидкости.

Рефрактометрами называются приборы, служащие для определения показателей преломления. Пусть на матовое стекло MN (рис.1) падает пучок света. Тогда нижняя поверхность матового стекла является источником световых лучей всевозможного направления. Между матовым стеклом и призмой с показателем преломления n₂ помещается исследуемая жидкость с показателем преломления n₁

Рис. 1. Схема хода луча MOB в рефрактометре. n₁ и n₂ – жидкости и призмы П. i и i’ – углы падения на первую и вторую грани призмы, r и r’ - углы преломления на первой и второй грани призмы, α – угол при вершине призмы. Т – зрительная труба.

Рассмотрим луч MO падающий под углом i к нормали поверхности призмы

(1)

Для треугольника OBC внешний угол BCD равен α (r+r′=α)

(2)

Из уравнения (1) следует что

Подставляя в уравнение (2),получим

(3)

Из рис.1 видно, что при таком способе освещения жидкости нельзя получить лучи, скользящие по входной грани измерительной призмы. Если слой. жидкости тонок, то наблюдаемый в такой системе граничный луч в требуемых пределах точности будет скользить вдоль грани призмы i=90⁰. В этом случае

(4)

Покажем, что при любых других углах падения i< 90° световые лучи выходят из призмы под углами i′, большими, чем i′₀. Действительно

–n₁cos α < –n₁cosα sin i,

Складывая эти два неравенства, получим

Тогда на основании формул (3) и (4)

sin i′₀ < sin i′ и i′₀<i′,

т.е. угол i′₀ является минимальным.

Пусть на рис.1 угол i′=i′₀ является предельным. Рассматривая совокупность падающих лучей, можно заключить, что из призмы выходят параллельные пучки лучей под углами, большими i′₀.Пусть оптическая ось зрительной трубы, наведенной на бесконечность, совпадает с направлением предельного луча. Тогда все лучи, параллельные предельному, дадут изображение в фокальной плоскости на оптической оси трубы. Параллельные лучи, идущие под углами, большими предельного, дадут изображения правее (изображение перевернуто). Таким образом, верхняя половина поля зрения будет светлой. Так как параллельные лучи, идущие под углами меньшими предельного, отсутствуют, то нижняя половина поля зрения будет темной. Из формулы (4) следует, что предельный угол i′₀ зависит только от показателя преломления исследуемой жидкости n₁,так как величины n₂ и α являются постоянными. Зная n₂,α и i′₀, по формуле (4) можно рассчитать значение n₁.На практике формула (4), используется для градуирования шкалы рефрактометра при составления расчетных таблиц.

Изучите устройство рефрактометра, используя имевшуюся в лаборатории литературу.

Особенности рефрактометров (рис.2) заключаются в наличии, верхней дополнительной, так называемой осветительной призмы и использовании для измерений белого (дневного или электрического) света. Грань гипотенузы осветительной призмы делается матовой. Так как показатель преломления зависит от длины волны (дисперсия),то при наблюдении в белой свете вместо резкой границы света и тени получается размытая радужная

полоса. Для устранения этого эффекта служит компенсатор дисперсии, устанавливаемый перед объективом зрительной трубы. Основная деталь компенсатора – призма прямого зрения (призма Амичи).Она склеена из трех призм: двух крайних из крона и средней из флинта. Если на пути выходящего из измерительной призмы пучка цветных лучей установить такую приему Амичи, чтобы ее дисперсия была равна по величине, но

Рис. 2. В рефрактометре используются две призмы.

противоположна по знаку дисперсии измерительной призмы, то суммарная дисперсия будет равна нулю. При этом пучок световых лучей соберется в белый луч. направление которого совпадает с направлением желтого граничного луча „ Д " (λ=5893Å).Общий вид рефрактометра Аббе представлен на рис.3

Дата добавления: 2015-06-04