3. Показатель преломления.

Относительный показатель преломления двух сред n₂₁ — безразмерное отношение скоростей распространения оптического излучения — света (реже — излучения радиодиапазона) в первой (u₁) и во второй (u₂) средах: n₂₁ = u₁/u₂. В то же время относительный показатель преломления есть отношение синусов угла падения φ и угла преломления ψ излучения на границе раздела этих сред: n₂₁ = sinφ/sinψ . Если 1-й средой служит вакуум (в котором скорость света с = 3·10¹⁰ см/сек), то показатель преломления среды относительно него называют абсолютным: n=c/u. Физический смысл абсолютного показателя преломления заключается в том, что он показывает во сколько раз скорость распространения излучения в среде меньше скорости света в вакууме. Относительный показатель преломления есть отношение абсолютных показателей преломления сред: n₂₁ = n₂/n₁.

Показатель преломления зависит от длины волны λ (частоты ν) излучения (так называемое явление дисперсии света). С диэлектрической проницаемостью ε и магнитной проницаемостью μ среды абсолютный показатель преломления связан выражением .

В диапазоне видимого света показатель преломления для слабо поглощающих (прозрачных) твёрдых тел меняется от 1,3 до 4,0; для жидкостей — от 1,2 до 1,9.

4. Рефрактометр.

В основу принципа действия рефрактометра положены явления, наблюдаемые при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления. По закону преломления света:

(2.1)

О сновной частью рефрактометра является измерительная призма А₁В₁С₁ (рис. 2.1), сделанная из стекла с большим показателем преломления (N = 1,7). Осветительная призма АВС прижимается специальным устройством к гипотенузной грани измерительной призмы. В тонком зазоре между призмами помещается исследуемая жидкость, показатель преломления которой определяется. Грань АС осветительной призмы матирована, поэтому свет, падающий на эту грань, рассеивается и падает на грань измерительной призмы под всевозможными углами (показаны стрелками). Поскольку максимальное значение = 90°, а = 1 (скользящий луч), то из равенства (1) следует, что не может быть больше , то есть из грани будут выходить лучи под всевозможными углами, удовлетворяющими условию:

. (2.2)

Если (скользящие лучи), то предельное значение (рис.2.2), определяющее границу раздела поля зрения, не зависит от , а равно , как и в случае измерения показателя преломления жидкости.

Р ефрактометр ИРФ-22, используемый в настоящей работе, состоит из следующих основных частей (рис. 2.3): корпуса 1, измерительной головки 2 и зрительной трубы с отчетным устройством 3. Измерительная головка, смонтированная на корпусе прибора, представляет собой два литых полушария, которые служат оправами для осветительной и измерительной призм. С головкой жестко соединена шкала отсчетного устройства, расположенная внутри корпуса прибора. В зрительную трубу наблюдается освещенное поле зрения с перекрестием и шкала отсчетного устройства. Чтобы найти границу раздела и совместить ее с перекрестием сетки, необходимо, вращая маховичок 4, наклонить измерительную головку.

П оказатель преломления любого вещества зависит от длины волны, поэтому положение границы раздела различно для лучей света разных длин волн, и граница раздела представляется размытой и окрашенной.

Чтобы устранить это, между окуляром и измерительной призмой установлен компенсатор из двух призм прямого зрения, которые маховиком 5 можно поворачивать относительно друг друга вокруг оси, совпадающей с осью зрительной трубы. Каждая такая призма (рис. 2.4) состоит из склеенных между собой трех призм, изготовленных из разных сортов стекла.

Показатели преломления стекол и углы призм подобраны так, что компенсатор не отклоняет лучи с длиной волны 5893 Å. Лучи с большей длиной волны отклоняются призмой прямого зрения в одну сторону, с меньшей ─ в другую сторону, т.е. призма прямого зрения о бладает угловой дисперсией.

Е сли обе призмы сложить так, как показано на рис.2.4(а), дисперсия системы будет вдвое больше дисперсии каждой из призм, дисперсия же системы, показанной на рис. 2.4(б) равна нулю. В промежуточных положениях дисперсия компенсатора будет также принимать промежуточные значения. Поворачивая призмы относительно друг друга, можно изменять дисперсию всего компенсатора в целом от нуля до удвоенной дисперсии одной призмы прямого зрения. Таким образом, вращая маховичок 5, можно добиться четкой неокрашенной границы раздела.

Центру поля зрения зрительной трубы (перекрестию) соответствует длина волны 6893 А (желтой линии натрия, которую обычно называют D-линией). Поэтому измеренный рефрактометром показатель преломления соответствует длине волны D-линии и обозначается .