Определение показателя преломления рефрактометром

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ. Луч (cветовой луч) — геометрическая линия, вдоль которой распространяется энергия, переносимая электромагнитными волна­ми.

Законы геометрической оптики можно использовать в том слу­чае, когда площадь фронта волны значительно больше произведения bl (b — расстояние от линзы до точки наблюдения, l — длина волны).

Закон прямолинейного распространения света в однородной среде:в однородной среде лучи являются прямыми линиями.

Углом падения называется угол между на­правлением падающего луча и перпендикуляром к границе раздела в точке падения. Угол между этим перпендикуляром и направлением отраженного луча называется углом отражения.

Закон отражения. Падающий и отраженный лучи и перпендикуляр к поверхности в точке падения лежат в одной плос­кости. При падении луча на границу раздела двух изотропных сред угол отражения равен углу падения.

В зависимости от свойств границы раздела различают два вида отражения света. Если поверхность раздела имеет неровности, раз­меры которых значительно меньше длины волны света, то происхо­дит зеркальное отражение. В этом случае падающие параллельные лучи света после отражения остаются параллельными. Если неровности расположены на отражающей поверхности хаотич­но и имеют размеры, сравнимые с длиной волны, то происходит диффузное отражение. В этом случае параллельные лучи света после отражения перестают быть параллельными, однако при усло­вии (h — размеры неровностей; i — угол падения лучей) отраженные лучи становятся почти параллельными, т. е. отражение можно считать зеркальным.

Угол между перпендикуляром к границе раздела сред в точке падения луча и направлением преломленного луча называется углом преломления.

Закон преломления(для изотропных сред). Падающий и преломленный лучи, перпендикуляр в точке падения лежат в одной плоскости.

При преломлении светового луча на границе раздела двух дан­ных изотропных сред отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данной длины волны:

,

где n – относительный показатель преломления второй среды относительно первой – физическая величина, равная отношению скоростей света в соответствующих средах:

. (1)

Показатель преломления среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления среды.

Показатель преломления среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления среды. Показатель преломления среды зависит от длины волны падающего света (или его частоты). Среда, в которой скорость света больше называется оптически менее плотной, иначе – оптически более плотной.

При переходе из среды, оптически более плотной, в среду, оптически менее плотную, луч может полностью отражаться. Это явление называется полным отражением. Угол падения i_пр, начиная с которого свет полностью отражается от границы раздела, называется предельным угломполного отражения. Он определяется из соотношения:

,

где n определяется формулой (1). c₂ – скорость света в оптически более плотной среде.

Оптические приборы, предназначенные для измерения показателя преломления, называ­ются рефрактометрами.

Определение показателя преломления можно проводить различ­ными способами: по измерению углов падения и преломления, по измерению наименьшего угла отклонения призмы и её преломляющего угла, интерференционными методами (по смещению интерференционных полос), по смещению изображения предмета, рассматриваемого через плоскопараллельную пластинку с помощью микроскопа, иммерсионными методами и методами, основанными на полном отражении. В работе применяется рефрактометр Аббэ. Исследуемая среда (обычно жидкость) помещается в зазоре (око­ло 0.1 мм) между гранями двух стеклянных прямоугольных призм (рис. 1).

При измерениях используются два метода: метод скользящего луча и метод полного отражения.

Метод скользящего луча. Свет направляется через грань АВ призмы Р₁, проходит через матовую поверхность АС и далее че­рез слой жидкости проникает в призму P₂. Для лучей, которые скользят вдоль грани, можно записать закон преломления в виде:

, (1)

где равен предельному углу отражения для границы стекло - исследуемое вещество, - показатель преломления исследуемой среды в зазоpe; - показатель преломления стекла призмы ( ).Для грани ЕF закон преломления записывается в виде:

. (2)