Хід променів у рефрактометрі з урахуванням явища повного внутрішнього відбиття (зазвичай щодо
Лабораторна робота №21
Рефрактометрія
Студент повинен знати:Закони заломлення світла, абсолютний та відносний показники заломлення, зв'язок між ними, їх фізичний зміст. Залежність показника заломлення речовини від його діелектричної та магнітної проникності. Яви повного внутрішнього відображення та граничного заломлення, граничні кути. Хід променів у рефрактометрі (два випадки). Волоконна оптика та її застосування в медицині. Дисперсія світла (нормальна та аномальна та їх пояснення з висновком формули для абсолютного показника заломлення).
Студент повинен вміти:визначати показник заломлення речовини за допомогою рефрактометра та за калібрувальним графіком знаходити невідому концентрацію розчину, визначати за допомогою рефрактометра концентрацію розчину цукру з поправкою на температуру.
Коротка теорія
При проходженні світла через межу розділу двох середовищ падаючий промінь світлаАТподіляється, як правило, на два промені - відбитий проміньОВі заломлений проміньОД(рис.1 ).
Напрями цих променів визначаються такими законами відбиття і заломлення світла:
1. ПроміньОА, що падає на поверхню, нормаль до поверхні в точці падінняР1ОР, промінь відбитийOBі промінь, заломленийОДлежать в одній площині.
2. Кут відображенняРОВчисельно дорівнює куту падінняРОА.
3. Для цих двох середовищ відношення синуса кута падіння «i» до синуса кута заломлення «r» дорівнює відношенню швидкості світла в першому середовищі до швидкості світла в другому середовищіназиваєтьсявідносним показником заломленнядругого середовища по відношенню до першоїn21:
. (1)
Мал.1
Хід променів із середовища оптично менш щільний n1
в середу оптично більш щільну n2 (n2 &n n1)
Показник заломлення будь-якої речовини по відношенню до вакууму називається абсолютним показником заломлення даної речовини або просто показником заломлення.
Для першого середовища абсолютний показник заломлення дорівнює; для другої - . (2)
Тоді (3)
Абсолютний показник заломлення речовини залежить від його діелектричної та магнітної проникності, від частоти падаючого світла.
З електромагнітної теорії світла випливає, що швидкість світла у будь-якому середовищі визначається за формулою:
,
де , - Електрична і магнітна постійні, , - Діелектрична і магнітна проникності речовини.
Т.к. для вакууму = =1, то швидкість світла у вакуумі дорівнює .
З формули (2) випливає, що абсолютний показник заломлення речовини .
З формул (1) та (3) маємо:
або . (4)
З формули (4) випливає:
1. Якщо промінь світла проходить із середовища оптично більш щільного в середовище оптично менш щільного (n1>n2), то іr > i(рис.2).
В цьому випадку існує такий найменший кут падіння, званий граничним кутом падіння inp , при якому заломлений промінь йде по межі розділу двох середовищ, тобто. ,
або . (5)
Мал.2
Хід променів із середовища оптично більш щільного n1 в середовище оптично менш щільного n2 (n2 . sin iпр .
Мал.4а
Хід променів у рефрактометрі на основі явища повного внутрішнього відбиття (зазвичай при визначенні показника заломлення каламутних або пофарбованих)розчинів)
При визначенні показника заломлення з урахуванням явища граничного заломлення (рис.4б) промінь світла джерела світла падає через граньАВна матову граньАБ. Розсіяний пучок світла падає на межуГДпід різними кутами (від 0 до ) і з рідини переходить у скло, де поширюється в межах кута , Поле зору труби, поділяється на світлу нижню і темну верхню частину.