Формула для определения показателя преломления. Показатель преломления
Определение показателя (коэффициента) преломления
При переходе световых лучей из одной среды в другую их скорость и направление меняются. Эти явления в физике называются лучепреломлением или рефракцией.
Если луч попадает из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, то он приближается к перпендикуляру, восстановленному в точке перехода. И наоборот, луч удаляется от этого перпендикуляра, если он попадает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную. С изменением угла падения меняется угол преломления, но отношение синусов этих углов для одной и той же среды остается постоянным. И это отношение называется коэффициентом (показателем) преломления
,
где a – угол падения (рис. 6);
b – угол преломления.
При некотором значении угла a=j угол преломления окажется равным 90° и преломленный луч будет скользить по поверхности раздела. В этом случае угол называется углом полного внутреннего отражения, а синус его будет численно равен коэффициенту преломления, так как при b =90° sinb равен 1, т.е. n=sin j.
Нефтепродукт, коэффициент преломления которого требуется определить, обычно помещают на стекле. Для практической рефрактометрии важно, чтобы плоскость стекла, на которую падают лучи света, была перпендикулярной к плоскости раздела стекло – нефтепродукт.
На фиксации угла полного внутреннего отражения основаны приборы для определения показателей преломления различных веществ, называемые рефрактометрами.
Для лучей света различной длины волны показатели преломления неодинаковы. Чаще всего определяют показатель преломления для желтого луча натрия (фраунгоферова линия D натриевого пламени).
Наиболее распространен рефрактометр универсальный лабораторный УРЛ, оптическая схема которого показана на рис. 7.
Оптическая схема прибора УРЛ: 1 – источник света; 2,3 – конденсатор; 4 – осветительная призма; 5 – измерительная призма; 6 – призма прямого действия; 7 – призма, направляющая луч в объектив зрительной трубы; 8 – объектив зрительной трубы; 9 – сетка; 10 – неподвижная шкала; 11 – окуляр зрительной трубы.
На основании закона предельного преломления (полного внутреннего отражения)
где nD – показатель преломления исследуемого вещества;
n – показатель преломления оптического стекла, из которого изготовлена измерительная призма;
j – предельный угол преломления (угол полного внутреннего отражения).
Предельные и преломленные под различными углами лучи выходят затем через вторую грань измерительной призмы, фокусируются объективом 8 зрительной трубы в поле ее зрения, образуя светлую и темную часть поля, разделенную прямой границей. Границей светотени являются предельные лучи.
Для фиксации положения границы светотени относительно неподвижной шкалы 10 зрительная труба вращается по оси.
Через окуляр 11 зрительной трубы наблюдаются граница светотени, перекрестие сетки 9, шкала 10.
Шкала рассчитана на основные формулы предельного преломления и просчета хода предельных лучей, вышедших из измерительной призмы. Для компенсации дисперсии вышедших из измерительной призмы лучей в зрительной трубе установлены две призмы прямого зрения, вращающиеся относительно оси зрительной трубы. Призмы путем вращения устанавливают в такое положение, при котором граница светотени не имеет спектральной окраски. Границу светотени подводят к центру перекрестия сетки 9 и производят отсчет по шкале 10. Четвертый десятичный знак отсчитывают визуально. Записывают показатель преломления и температуру. Открывают поверхность призм 4,5, промывают их легким бензином или эфиром досуха и повторяют определение снова. Результат дают в виде среднего арифметического двух определений.
109.201.137.33 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
Лаб. 3. Определение показателя преломления стекла
Определение показателя преломления стекла
10. Вычислите средние значения длин отрезков и . Данные занесите в таблицу. (для 1)
11. Вследствие того, что sinα = AE/AB, sinγ = DC/BC и AB = DC, абсолютный показатель преломления стекла можно вычислить по формуле = / . (для 3)
12. Рассчитайте абсолютные погрешности измерения отрезков
13. 13. Рассчитайте относительную погрешность косвенного измерения абсолютного показателя преломления стекла. (для 1)
14. Рассчитайте абсолютную погрешность косвенного измерения абсолютного показателя преломления стекла. (для 1)
15. Запишите значения показателя преломления стекла и относительной погрешности его измерения. (для 1)
16. Ответы на контрольные вопросы
1. Запишите формулы для вычисления скорости света в веществе с показателем преломления n.
v = c/n, где c = 3 · 10⁸ м/с — скорость света в вакууме
2. От чего зависит показатель преломления вещества?
Показатель преломления вещества зависит от частоты волны.
3. В чём заключается явление полного отражения света на границе раздела двух сред?
Полное отражение света на границе раздела двух сред при переходе света из более плотной оптической среды в менее плотную оптическую среду — угол преломления становится больше угла падения. По мере увеличения угла падения при некотором его значении α = 0, угол преломления составит 90°.
Коэффициент преломления стекла постоянен для двух сред, не зависящий от угла падения. При увеличении угла падения смещение луча увеличивается.
17. Суперзадание
Попробуйте, используя данную стеклянную пластинку, наблюдать явление полного отражения. Зарисуйте оптическую схему для его наблюдения.
Для наблюдения полного отражения нужно постоянно увеличивать угол падения. Для этого мы плавно поворачиваем стеклянную пластинку так, чтобы угол между плоскостью грани, из которой он выходит, и выходящим лучом увеличивался. Постоянно выходящий луч будет параллелен грани, а после небольшого поворота луч исчезнет и появится уже со стороны, где и входящий.
Контрактное производство
Косметических средств, БАД к пище, фасовка пищевой продукции.
- Вы здесь:
- Качество
- Методики и тесты
- Методика определения показателя преломления
Методика определения показателя преломления
Преломление или рефракция — это явление, при котором происходит изменение направленности луча света, или иных волн, когда они переходят границу, разделяющую две среды, как прозрачные (пропускающие эти волны), так и внутри среды, в которой непрерывно изменяются свойства.
С явлением преломления мы сталкиваемся довольно часто и воспринимаем обыденным явлением: можем увидеть, что палочка, находящаяся в прозрачном стакане с окрашенной жидкостью, «переломлена» в месте раздела воздуха и воды (рис. 1). При преломлении и отражении света во время дождя мы радуемся, увидев радугу (рис. 2).
Показатель преломления – важная характеристика вещества, связанная с его физико-химическими свойствами. Он находится в зависимости от значений температур, а также от длины световых волн, при которых проводится определение. По данным контроля качества в растворе на показатель преломления влияет концентрация растворенного в нем вещества, а также природа растворителя. В частности, на показатель преломления кровяной сыворотки влияет количество белка, содержащегося в ней.Это происходит из-за того, что при разной скорости распространения световых лучей в средах, имеющих различную плотность, их направление изменяется в месте раздела двух сред. Если мы разделим световую скорость в вакууме на световую скорость в исследуемом веществе, получится показатель преломления абсолютный (индекс рефракции). Практически определяется показатель преломления относительный ( n ), представляющий собой отношение световой скорости в воздухе к световой скорости в исследуемом веществе.
Количественно показатель преломления определяют, используя специальный прибор – рефрактометр.
Рефрактометрия – один из наиболее легких методов физического анализа и может применяться в лабораториях контроля качества при производстве химической, пищевой, биологически активных добавок к пище, косметической и других видов продукции с минимальными затратами времени и количества исследуемых проб.
Конструкция рефрактометра основана на том, что лучи света полностью отражаются, когда переходят через границу двух сред (одна из них – это призма из стекла, другая – исследуемый раствор) (рис. 3).
От источника (1) световой луч падает на зеркальную поверхность (2), затем, отражаясь, переходит в верхнюю призму осветительную (3), потом в нижнюю призму измерительную (4), которая изготовлена из стекла, обладающего большим показателем преломления. Между призмами (3) и (4) с помощью капилляра наносят 1–2 капельки пробы. Чтобы не нанести призме механических повреждений, необходимо не касаться капилляром ее поверхности.
В окуляр (9) видят поле с перекрещенными линиями, чтобы установить границу раздела. Перемещая окуляр, точку пересечения полей нужно совместить с границей раздела (рис. 4).Плоскость призмы (4) играет роль границы раздела, на поверхности которой преломляется световой луч. Так как лучи рассеиваются, граница света и тени получается расплывчатой, радужной. Это явление устраняется компенсатором дисперсии (5). Затем луч пропускается объективом (6) и призмой (7). На пластине (8) имеются штрихи визирные (две прямые линии, пересеченные крестообразно), а также шкала с показателями преломления, которая наблюдается в окуляр (9). По ней и отсчитывается показатель преломления.
Линия раздела границ полей будет соответствовать углу внутреннего полного отражения, зависящего от показателя преломления пробы.
Рефрактометрия применяется с целью установления чистоты и подлинности вещества. Этот метод применяется также, чтобы при контроле качества определить концентрацию веществ в растворах, которую вычисляют по градуировочному графику (график, показывающий зависимость показателя преломления пробы от ее концентрации).
В компании «КоролёвФарм» показатель преломления определяется согласно утвержденной нормативной документации при входном контроле сырья, в экстрактах собственного производства, а также при выпуске готовой продукции. Определение производится квалифицированными сотрудниками аккредитованной физико-химической лаборатории с помощью рефрактометра ИРФ – 454 Б2М.
Если по результатам входного контроля сырья показатель преломления не соответствует необходимым требованиям, отделом контроля качества оформляется Акт о несоответствии, на основании которого данная партия сырья возвращается поставщику.
Методика определения
1. Перед началом измерений проверяется чистота поверхностей призм, соприкасающихся между собой.
2. Проверка точки нуля. На поверхность призмы измерительной наносим 2÷3 капли воды дистиллированной, осторожно закрываем призмой осветительной. Открываем осветительное окошко и, применяя зеркало, устанавливаем световой источник в наиболее интенсивном направлении. Вращая винты окуляра, получаем в его поле зрения четкое, резкое разграничение темного и светлого полей. Вращаем винт и наводим линию тени и света так, чтобы она совпала с точкой, в которой пересекаются линии в верхнем окошке окуляра. На вертикальной линии в нижнем окошке окуляра видим нужный результат – показатель преломления воды дистиллированной при 20 ° С (1,333). Если показания другие, устанавливаем винтом показатель преломления на значение 1,333, и с помощью ключа (снять винт регулировочный) приводим границу тени и света к месту точки пересечения линий.
3. Определяем коэффициент преломления. Приподнимаем камеру призмы осветительной и бумагой фильтровальной или салфеткой марлевой снимаем воду. Далее наносим 1-2 капли испытуемого раствора на поверхность призмы измерительной и закрываем камеру. Вращаем винты до момента, пока границы тени и света не совпадут с точкой пересечения линий. На вертикальной линии в нижнем окошке окуляра видим нужный результат – показатель преломления исследуемой пробы. Производим подсчет коэффициента преломления по шкале в нижнем окошке окуляра.
4. Используя градуировочный график, устанавливаем взаимосвязь между концентрацией раствора и показателем преломления. Чтобы построить график необходимо приготовить стандартные растворы нескольких концентраций, используя препараты химически чистых веществ, измерить их показатели преломления и отложить полученные значения на оси ординат, на оси абсцисс отложить соответствующие концентрации растворов. Необходимо выбирать интервалы концентраций, при которых между концентрацией и показателем преломления наблюдается зависимость линейная. Измеряем показатель преломления исследуемой пробы и с помощью графика определяем его концентрацию.
5. После завершения определения промываем камеры водой дистиллированной и вытираем досуха салфеткой или бумагой фильтровальной, закладываем между камерами прокладку, используя тонкий слой ваты.
В компании «КоролёвФарм» производится поверка рефрактометра в региональном органе метрологической государственной службы с периодичностью, установленной нормативной документацией. Это способствует обеспечению точности измерений и имеет важнейшее значение для процесса контроля качества и для выпуска безопасной и качественной продукции.
Источники:
http://studopedia.ru/17_4823_opredelenie-pokazatelya-koeffitsienta-prelomleniya.html
http://superresheba.by/resh/296
http://www.korolevpharm.ru/kachestvo/metodiki-i-testy/metodika-opredeleniya-pokazatelya-prelomleniya.html
Загрузка...
