Работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ

С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА

Приборы и принадлежности:

1. Рефрактометр ИРФ – 4546.

2. Исследуемые растворы.

3. Дистиллированная вода.

Краткая теория и описание установки

Рефрактометр – это прибор, применяемый для измерения показателя преломления твердых, жидких и газообразных веществ, а также для определения концентрации раствора.

В основе действия рефрактометра лежит явление полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления (рис.9).

рис. 9

По закону преломления света (вывести самостоятельно)

, (1)

где - угол падения луча,

- угол получения луча,

- относительный показатель преломления второй среды по отношению к первой.

, (2)

где - абсолютные показатели преломления сред.

Вещество с большим показателем преломления называется оптически более плотным.

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную и при можно получить , т. е. преломленный луч будет скользить по границе раздела двух сред (рис. 10).

рис. 10

Это явление называется полным внутренним отражением. Угол называется предельным углом. Согласно (1)

, откуда (3)

(4)

При углах падения, заключенных в пределах до , свет во вторую среду практически не проходит. Если луч 1 заставить идти обратно из среды с в среду с (из 2-й в 1-ю), картина остается та же – это следует из принципа обратимости световых лучей. Этот принцип справедлив для всех лучей, падающих под любыми углами на границу раздела двух сред.

Описание установки и методика эксперимента

Внешний вид рефрактометра показан на рис. 11

рис.11

Рефрактометр состоит из основания 1 и корпуса 2. К корпусу прикреплена нижняя камера с измерительной призмой 3 и осветительной призмой 6, которая шарнирно соединена с нижней и может поворачиваться относительно нее. На штуцере нижней камеры подвижно укреплен осветитель.

Для контроля температуры измеряемого раствора служит термометр. Со стороны передней крышки корпуса видна шкала 9 рефрактометра. На оси прибора укреплены:

• рукоятка 11 с окуляром 10 и настроечным механизмом 14, облегчающим совмещение границы светотени с перекрестием;

• лимб 7 для устранения дисперсионной окрашенности границы светотени;

• отверстие, закрытое пробкой 8, служащее для ввода ключа и установки нуль-пункта;

• тумблер включения сети.

Основной частью рефрактометра являются две призмы А и В. Между этими призмами вводится исследуемый раствор (рис 12).

рис. 12.

Пучок света от осветителя, пройдя грань СЕ осветительной призмы А, падает на грань СД. Эта грань- матовая, рассеивает свет в жидкости по всем направлениям, и лучи падают на грань С'Д' измерительной призмы В под различными углами. Очевидно, что наибольший возможный угол падения лучей на грань С'Д' равен 90º, следовательно, луча с большим углом падения быть не может. Этот луч преломится в призме В под предельным углом τпр (принцип обратимости световых лучей).Все остальные лучи, например 1 и 2-й, падающие на грань С'Д' под углом, меньшим 90º, преломятся в призме под углами, меньше τ_пр. Если на пути этих лучей поставить собирающую линзу, то в ее фокальной плоскости получится изображение, на котором будет видна резкая граница света и тени Положение границы светотени определится величиной угла τ_пр, который зависит от показателя преломления жидкости.

Шкала рефрактометра сразу дает значение показателя преломления.

Порядок выполнения работы

Упражнение 1