3. Вимірювання показника заломлення.

Практично показник заломлення визначають у видимій частині спектру за допомогою приладу рефрактометру. Використовують два основні види цих приладів: рефрактометри типу Аббе і рефрактометри типу Пульфриха. Схема і техніка роботи на цих приладах однакова, різниця тільки в конструкції. Найчастіше користуються рефрактометрами типу Аббе: рефрактометр лабораторний універсальний РЛУ, рефрактометр ІРФ-22, рефрактометр лабораторний РЛ, рефрактометр лабораторний харчовий РХЛ-4 та інші.

Визначити показник заломлення на цьому приладі можна як у прохідному (для прозорих речовин), так і у відбитому (для темних, забарвлених, мутних речовин) світлі. Відповідно, при вимірах використовуються два методи: метод граничного заломлення променя і метод повного внутрішнього відбиття.

В рефрактометрі рпл−4 показники заломлення прозорих розчинів визначаються методом граничного кута заломлення.

3.1. Граничний кут заломлення

Якщо світловий промінь падає не перпендикулярно на межу поділу двох прозорих середовищ, швидкість поширення світла в яких різна, відбувається зміна напрямку його поширення – заломлення або рефракція світла. Згідно із законом заломлення світла:

, (1)

де n₁ і n₂ – абсолютні показники заломлення 1 і 2 середовищ, – відносний показник заломлення другого середовища по відношенню до першого і – кут падіння r – кут заломлення.

При переході світла з менш оптично густого середовища в більш оптично густе середовище (n₂>n₁) кут падіння i буде більшим, ніж кут заломлення r (рис. 2, промені 1 і 1`). Якщо промінь світла падає на межу поділу двох середовищ під кутом i, що наближається до 90º, то він заломлюється під кутом r<sub>гр.</sub> (промені 2 і 2`). Цей кут є найбільшим кутом заломлення для даних середовищ і називається граничним кутом заломлення r_гр.

1 середовище

1

n₁˂n₂, і> r

і

і=90º

2

r_гр 2`

r 2 середовище

1`

Рис. 2. Хід променів при переході світла з менш оптично густого середовища в більш оптично густе середовище (n₂>n₁).

Згідно (1):

; (2)

3.2. Граничний кут повного внутрішнього відбивання.

При переході світла з більш оптично густого середовища в менш оптично густе кут заломлення буде більшим, ніж кут падіння – i˂ r (рис. 3, пр. 1 і 1 `). При деякому значенні кута падіння і<sub>гр.</sub> кут заломлення дорівнюватиме 90 º, тобто заломлений промінь ковзатиме вздовж межі поділу двох середовищ (промінь 2 і 2`). При подальшому збільшенні кута падіння заломлення не відбувається, все падаюче світло буде відбиватися від межі поділу двох середовищ (промені 3 та 3`). Це явище називається повним внутрішнім відбиванням, а кут і_гр – граничним кутом повного внутрішнього відбивання.

Згідно (1) ; (3)

1 середовище

1

2

n₁>n₂, i˂ r

3 і_гр. 3`

2`

2 середовище

r=90º

1`

Рис. 3. Хід променів при переході світла з більш оптично густого середовища в менш оптично густе

Отже, граничний кут заломлення і граничний кут повного внутрішнього відбивання для даних середовищ визначається величинами абсолютних показників заломлення (2-3).

Існує зв’язок між граничним кутом заломлення r_гр. і показником заломлення. Проте експериментально виміряти r_гр. не можна. Але певній величині r_гр. завжди відповідає певне значення кута β виходу променя з вимірювальної призми в повітря. Спираючись на певні теореми і вирази можна отримати співвідношення, яке пов’язує показник заломлення досліджуваної речовини з кутом виходу променя з вимірювальної призми в повітря.