Контрольні питання

1. Пояснити будову і принцип дії фотоопору.

2. Дати означення фотоефекту і написати рівняння Ейнштейна для фотоефекту.

3. Дати визначення вольт-амперної та світлової характеристики фотоопору.

4. Що називається питомою та інтегральною чутливістю фотоопору?

Лабораторна робота № 115

Визначення концентрації розчину цукру за допомогою рефрактометра

Прилади і матеріали: рефрактометр, пробірка з дистильованою водою, пробірки з розчинами цукру різних концентрацій, скляні палички.

Мета роботи: вивчити явища заломлення світла та використати його для визначення концентрації цукрових розчинів.

І. Теоретичні відомості

При переході світла із середовища з більшим показником заломлення n₁ (оптично більш густого) в середовище з меншим показником n₂ (оптично менш густе) одержуємо:

sin r/ sin i = n₁/n₂ >1, (1)

Заломлений промінь віддаляється від перпендикуляра. Із збільшенням кута падіння (і) зростає кут заломлення (r> і )/ Коли кут падіння досягне деякого граничного значення і_гран, що визначається з умови:

sin i _гран. = n₂/n₁ = n₂₁, (2)

sin r = 1, оскільки r= π/2

і заломлений кут направлений вздовж грані розділу (рис.1).

Рис.1.

За умови ще більшого кута падіння і>i _гран.

sin i > n₂/n₁ (3)

sin r = n₁/n₂ sin i > 1.

Отже, при і>i_гран заломлення припиняється і залишається лише відбитий промінь. Це явище називається певним внутрішнім відбиванням – вся енергія світла, що падає на межу розділу, при цьому повністю відбивається в перше ж середовище.

Явище повного внутрішнього відбивання використовується для вимірювання показника заломлення рефрактометричним методом. У рефрактометрі крапля досліджуваної речовини вводиться між двома призмами АВС і DEF, виготовленими із скла з високим показником заломлення (n₀ ~ 1,72, рис.2). Розсіяне світло спрямовується зверху на грань АВ і потрапляє на межу ВС з рідиною (показник заломлення n₂>n₁) з різними кутами падіння. Ті з променів, які падають на поверхню ВС під кутом, меншим граничного, практично не відіб’ються, а пройдуть в рідину і далі в призму DEF. Ті промені, які впадуть на шар рідини під кутом, більшим граничного, будуть мати в призмі DEF повне внутрішнє відбивання і вийдуть через грань DE. В полі зору труби Т, що знаходиться на шляху променів, будуть спостерігатися дві області: верхня – темна і нижня – освітлена. Кут виходу крайнього променя з призми залежить від показників заломлення рідини n₂, скла призми n₁ і заломлюючого кута призми . Згідно з (3):

n₂ = n₁sin i_гран. (4)

Показник заломлення призми n₁ відомий, шкалу рефрактометра градуюють безпосередньо в значеннях величини n₂ (рідини). Показник заломлення рідини залежить від її складу. Тому, вимірюючи за допомогою рефрактометра величину n₂, можна визначити концентрацію розчину.

У цій роботі необхідно встановити залежність між поділками шкали рефрактометра n і концентрацією розчину С, тобто проградуювати рефрактометр.

Іі .Опис приладів і методика вимірювання

Рис.2.

Основу оптичної системи рефрактометра, призначеного для визначення концентрації цукрових розчинів становлять дві прямокутні призми, між якими поміщається тонкий шар досліджуваної рідини (див. рис.2). Верхня призма М – освітлювальна, її грань АВ – матова. Нижня призма N – вимірювальна. Промені від джерела світла S спрямовують на бічну грань призми. При проходженні через матову грань АВ світло розсіюється. Промені розсіяного світла проходять через шар досліджуваної рідини і входять у вимірювальну призму N під різними кутами, включаючи і кути, близькі до 90. Падаючи на грань СD під кутами, меншими за граничний ₀, промені проходять призму. Через грань DЕ промені виходять з призми і потрапляють у зорову трубу L. Якщо вісь зорової труби L встановлена за напрямом променів, які обмежують граничний кут заломлення, то поле зору в фокальній площині об’єктива розділяється на світлу і темну половини.

Встановлюючи перехрестя зорової труби на межу між світлим і темним полями (це пряма лінія), за шкалою, яка в полі зору труби розташована ліворуч, можна знайти концентрацію цукрового розчину.