Краткая теория. «Определение показателя преломления жидкости с помощью рефрактометра»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

«Определение показателя преломления жидкости с помощью рефрактометра»

Выполнил:

Парамонов М.С

Проверил:

Неверов В.А.

Саранск 2011

Цель работы: ознакомление с принципом дейсвия рефрактометра; освоение методики измерений показателя преломления на рефрактометре Аббе. Изменение показателей преломления некоторых жидкостей.

Оборудование: рефрактометр ИРФ-22. Жидкости с неизвестным показателем преломления.

Краткая теория

При преломлении немонохроматического света происходит его разложение на составные цвета в спектр. Это явление обусловлено зависимостью показателя преломления вещества от частоты (длины волны) света и называется дисперсией света.

Принято характеризовать преломляющую способность среды показателем преломления на длине волны λ = 589,3 нм (среднее значение длин волн двух близких желтых линий в спектре паров натрия). Этот показатель преломления обозначается n_D.

Мерой дисперсии служит средняя дисперсия, определяемая как разность (n_F - n_C), где n_F - показатель преломления вещества на длине волны λ = 486,1 нм (голубая линия в спектре водорода), n_C – показатель преломления вещества на λ - 656,3 нм (красная линия в спектре водорода).

Преломление вещества характеризуют величиной относительной дисперсии: В справочниках обычно приводится величина, обратная относительной дисперсии, т. е. ,где - коэффициент дисперсии, или число Аббе.

Установка для определения показателя преломления жидкостей состоит из рефрактометра ИРФ-454Б с пределами измерения показателя; преломления n_D в диапазоне от 1,2 до 1,7; исследуемой жидкости, салфетки для протирания поверхностей призм.

Рефрактометр ИРФ-454Б является контрольно-измерительным прибором, предназначенным для непосредственного измерения показателя преломления жидкостей, а также для определения средней дисперсии жидкостей в лабораторных условиях.

Принцип действия прибора ИРФ-454Б основан на явлении полного внутреннего отражения света. Принципиальная схема прибора показана на рис. 1.

Исследуемая жидкость помещается между двумя гранями призмы 1 и 2. Призма 2 с хорошо отполированной гранью АВ является измерительной, а призма 1 с матовой гранью А₁В₁ - осветительной. Лучи от источника света падают на грань А₁С₁, преломляются, падают на матовую поверхность А₁В₁ и рассеиваются этой поверхностью. Затем они проходят слой исследуемой жидкости и попадают на поверхность АВ призмы 2.

Рис. 1.

По закону преломления , где и - углы преломления лучей в жидкости и призме соответственно. При увеличении угла падения угол преломления также увеличивается и достигает максимального значения , когда , т. е. когда луч в жидкости скользит по поверхности АВ. Следовательно, . Таким образом, выходящие из призмы 2 лучи ограничены определенным углом . Лучи, идущие из жидкости в призму 2 под большими углами претерпевают полное внутреннее отражение на границе раздела АВ и не проходят через призму.

На рассматриваемом приборе исследуются жидкости, показатель преломления которых меньше показателя преломления призмы 2, следовательно, лучи всех направлений, преломившиеся на границе жидкости и стекла, войдут в призму. Очевидно, часть призмы, соответствующая не прошедшим лучам будет затемненной. В зрительную трубу 4, расположенную на пути выходящих из призмы лучей, можно наблюдать разделение поля зрения на светлую и темную части. Поворачивая систему призм 1-2, совмещают границу раздела светлого и темного поля с крестом нитей окуляра зрительной трубы. Система призм 1-2 связана со шкалой, которая отградуирована в значениях показателя преломления. Шкала расположена в нижней части поля зрения трубы и при совмещении раздела поля зрения с крестом нитей даёт соответствующее значение показателя преломления жидкости .

Из-за дисперсии граница раздела поля зрения в белом свете будет окрашена. Для устранения окрашенности, а также для определения средней дисперсии исследуемого вещества служит компенсатор 3, состоящий из двух систем склеенных призм прямого зрения (призм Амичи). Призмы можно вращать одновременно в разные стороны с помощью точного поворотного механического устройства, меняя тем самым собственную дисперсию компенсатора и устраняя окрашенность границы поля зрения, наблюдаемую через оптическую систему 4. С компенсатором связан барабан со шкалой, по которой определяют параметр дисперсии, позволяющий рассчитать среднюю дисперсию вещества.