МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей и теоретической физики

Определение показателя преломления

И средней дисперсии жидкости

С помощью рефрактометра ирф-22

Методические указания

по выполнению лабораторных работ

для студентов 2 курса

Издательство "Самарский университет"

2001

Методические указания содержат подробное описание одной лабораторной работы общего физического практикума по оптике. Целью работы является определение показателей преломления и величины средней дисперсии прозрачных и мутных жидкостей. Для измерений используется рефрактометр ИРФ-22, принцип действия которого основан на явлении полного внутреннего отражения света.

Указания предназначены для студентов всех специальностей, изучающих оптику в разделе курса общей физики.

Составители канд.физ.-мат.наук Г.П.Мартынова, Т.Г.Скрябина, Г.Ф.Туманова

Рецензент канд.физ.-мат.наук С.П.Котова

Лабораторная работа

Определение средней дисперсии и показателя преломления жидкости

С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА ИРФ-22

Теоретические основы эксперимента

1. Понятие средней дисперсии в жидкости

Волновая теория позволяет успешно описать одно из наиболее важных свойств света – его цвет. Цвет зависит от длины волны или частоты света. Видимый свет (тот, который воспринимает наш глаз) соответствует диапазону волн от 4,010^-5 см до 7,510^-5 см.. Это видимая область спектра (или оптический диапазон). Она включает различные цвета от фиолетового до красного. Свет с длинами волн короче 4,010^-5 см называется ультрафиолетовым, а с длинами волн больше 7,510^-5 см. – инфракрасным.

Известно со времен Ньютона, что призма разлагает белый цвет на все цвета радуги. Происходит это из-за того, что показатель преломления зависит от длины волны. Подобное разложение белого света в полный спектр называют дисперсией Объяснение дисперсии света, т.е. зависимости n = f() явилось одним из фундаментальных затруднений первоначальной электромагнитной теории света Максвелла. Эта теория связала воедино электромагнитные и оптические явления, и одним из важных ее выводов явилось получение Максвеллом формулы для показателя преломления электромагнитных волн

где  - диэлектрическая, а  - магнитная проницаемость среды. Для подавляющего большинства диэлектрических прозрачных сред  практически не отличается от единицы, поэтому показатель преломления равен просто корню квадратному из диэлектрической проницаемости, которая должна являться постоянной характеристикой среды. Чтобы сохранить формулу Максвелла, необходимо предположить, что  не остается постоянной величиной, а меняется вместе с частотой поля (или с длиной электромагнитной волны).

Измеряя показатель преломления для разных длин волн, можно исследовать дисперсионную способность веществ, т.е. функцию n = f(). В настоящее время известно, что зависимость показателя преломления от длины волны (или частоты) может быть весьма сложной. Обычно в бесцветных прозрачных жидкостях в видимой части спектра показатель преломления убывает при увеличении длины волны – так называемая нормальная дисперсия. Известна и аномальная дисперсия (почти всегда в ультрафиолетовой области спектра), когда волны с короткой длиной преломляются меньше, чем более длинные. Для адекватного описания дисперсии и устранения трудностей в рамках представлений теории Максвелла необходимо углубиться в теорию атомного строения материи. В настоящее время дисперсионные явления достаточно хорошо объясняются классической электронной теорией, которую существенно дополняют квантовые представления.

Для экспериментального исследования зависимости n = f() используют яркие линии в спектре излучения ряда химических элементов. Сотни таких линий в солнечном спектре были открыты и исследованы Йозефом Фраунгофером. Для наиболее резко выраженных линий (фраунгоферовых линий) было введено обозначение большими и малыми буквами латинского алфавита: A, D, C,… Z, a, b, … z. Аналогичные буквенные индексы приписывают показателям преломления при их измерениях. Например, записи n_C , n_D, n_F означают, что измерения данных показателей преломления были выполнены с использованием соответственно длин волн _C = 6,56310^-5 см (красная линия), _D = 5,89310^-5 см (желтая линия) и _F = 4,86110^-5 см (синяя линия).

С редней дисперсией называется разность показателей преломления вещества n_F - n_C для двух фраунгоферовых линий в спектре водорода. Часто преломляющее вещество характеризуют величиной относительной дисперсии, под которой понимают отношение

В практических каталогах обычно фигурирует величина, обратная относительной дисперсии, так называемый коэффициент дисперсии или число Аббе:

В настоящей работе проводится измерение средней дисперсии различных жидкостей: бесцветных и окрашенных, прозрачных и полупрозрачных (мутных).