Таблица 2

Полное внутреннее отражение используется при устройстве отражательных призм, применяемых в оптических приборах для поворота на 90˚ лучей, образующих изображение или для получения обратного (перевернутого) изображения. Во всех этих случаях лучи падают на соответствующую грань призмы под углом, большим предельного.

Полное внутреннее отражение используется также при устройстве гибких световодов, в которых свет, претерпевая многократное внутреннее отражение от стенок световода, может передаваться вдоль криволинейной траектории. В настоящее время этот принцип используется при устройстве приборов с волоконной оптикой. В них гибкий световод состоит из пучка тонких стеклянных нитей, каждая из которых покрыта оболочкой из вещества с меньшим показателем преломления. Такой световод может переносить свет от источника или, например, изображение предмета на значительные расстояния.

Явления предельного преломления и полного внутреннего отражения положены в основу конструкции прибора – рефрактометра, с помощью которого определяется показатель преломления вещества.

Описание установки

Величина показателя преломления некоторых растворов зависит от количества растворенного вещества, т. е. от концентрации вещества в растворе и температуры. Чем выше концентрация вещества в растворе (при одной и той же температуре), тем больше показатель преломления. Эта зависимость дает возможность определять концентрацию некоторых веществ (сахара, соли) в растворе по его показателю преломления.

В данной работе для определения показателя преломления п жидкости и определения концентрации сахара в ней применяется рефрактометр пищевой лабораторный РПЛ-З.

В основу конструкции прибора положен метод определения показателя преломления исследуемого раствора по предельному углу преломления или углу полного внутреннего отражения. Определение показателя преломления на приборе можно производить в проходящем и отраженном свете.

Основу прибора составляют две прямоугольные призмы из стекла с высоким показателем преломления, сложенные гипотенузными гранями, между которыми помещается тонкий слой (несколько капель) исследуемой жидкости (рис. 6.5).

39

На осветительную призму 3 от источника света направляется световой луч, который рассеивается, проходя тонкий слой исследуемого вещества, и преломляется на плоскости измерительной призмы 4. На границе двух сред, из которых одна должна быть оптически более плотной, чем другая, происходит явление предельного преломления или полного внутреннего отражения в зависимости от того, в преломленном или отраженном свете производится определение показателя преломления. Ход лучей в первом случае показан на рис. 6.5.

3

T

r

4

Рис. 6.5. Ход лучей в рефрактометре.

Свет, пройдя слой исследуемой жидкости, входит в измерительную призму по всевозможным направлениям, включая и угол падения, близкий к 90°. В измерительной призме лучи света проходят только в части ее, соответствующей предельному углу преломления rпр. Величина этого угла устанавливается с помощью зрительной трубы Т, объектив которой фокусирует параллельные лучи, выходящие из призмы в одинаковых направлениях, При установке трубы по направлению границы rпр. часть поля зрения трубы будет светлой, часть – темной. По положению границы между ними можно установить величину угла rпр, а по углу согласно формуле (5) показатель преломления исследуемой жидкости:

где n - показатель преломления исследуемой жидкости; nn - показатель преломления стекла призмы.

40

Порядок выполнения работы

В данной работе определяется показатель преломления жидкости.

1.Ознакомиться с конструкцией рефрактометра РПЛ-З.

2.Проверить установку нулевого отсчета шкалы прибора; для чего необходимо открыть верхнюю камеру, плоскости верхней и нижней камер промыть дистиллированной водой (можно спиртом) и досуха протереть чистой салфеткой, затем на плоскость измерительной призмы нанести две – три капли дистиллированной воды и закрыть верхнюю камеру. Рукоятку с окуляром опускают в нижнее положение и перемещают до тех пор, пока в поле зрения не появится граница светотени. Устранить окраску границы светотени поворотом винта дисперсионного компенсатора.

Затем поворачивают рукоятку окуляра, совмещая визирную линию сетки (три пунктирных штриха) с границей светотени, и производят отсчет по шкале.

При правильной установке прибора на «нулевую» точку отсчета граница светотени при 20° С должна быть совмещена с нулевым делением шкалы %,

атакже с делением п= 1,33298 шкалы показателя преломления.

3.Произвести измерения с исследуемыми растворами. Для проведения измерений открывают верхнюю камеру, досуха вытирают соприкасающиеся плоскости камер, на измерительную призму наносят две – три капли исследуемой жидкости и производят отсчет после совмещения визирной линии с границей светотени.

Отсчет нужно производить после закрытия камеры через несколько минут для уравновешивания температурного режима.

Если измерения производятся при температуре, отличной от температуры 20° С, необходимо произвести пересчет показаний на 20˚С с учетом поправки на температуру по табл. 4.

4.Данные занести в табл. 3.

5. Построить на миллиметровой бумаге график зависимости от п от Сt, откладывая по оси абсцисс Сtт и по оси ординат соответствующие значения показателя преломления.