2-ая физическая лаборатория / Описания / 74 - Полярные молекулы

Лабораторная работа ¹74

Измеряя угол выхода предельного луча из призмы DЕF нетрудн о вычислить показатель преломления жидкости: n = ± sin ϕ N 2 − sin2 ϕ − sin ψ cos α (17)

α - угол в призме (выведите эту формулу самостоятельно).

Для измерения угла ψ , под которым предельный луч выходит из измерительной призмы, служит труба Т, оптическая ось которой пер пендикулярна оси вращения призмы. Труба фокусируется на бесконечность . В каждой точке фокальной плоскости объектива собираются лучи, выходящи е из измерительной призмы по какому-либо определенному направлению. Легк о видеть, что направления предельных лучей образуют в фокальной плоск ости границу между освещенной и неосвещенной частями поля зрения. Поворачив ая призму так, чтобы эта граничная линия совпадала с расположенным в фок альной плоскости объектива крестом нитей, можно отсчитать по лимбу уго лψ , а затем по формуле (17) вычислить показатель преломления жидкости.

В рефрактометре ИРФ-22 на лимбе нанесены не значения, а непо средственно значения показателей преломления.

Описанный метод применяется при измерении показателя пр еломления прозрачной жидкости. Для исследования непрозрачных веществ измерительная призма освещается через матовую грань DF, для чего в оправе этой призмы имеется специальное окошко, обычно закрытое крышкой. Гран ица света и тени соответствует в этом случае полному отражению на гра ни DЕ.

Все сказанное выше относилось к случаю, когда призма рефр актометра освещается монохроматическим светом. Рефрактометр ИРФ-22 имеет приспособление, позволяющее измерять показатель преломления для желтой ли-

ния натрия (линии Д, λ =589 нм), пользуясь белым светом. Для этой цели служит компенсатор дисперсии, состоящий из двух призм пря мого зрения

Амичи p1 è p2 . Каждая из этих призм склеена из трех призмочек, средняя из них имеет большой показатель преломления и совсем малую д исперсию. По-

0

казатели преломления подобраны так, чтобы луч с длиной волны λ = 5890 A (Д-линия натрия), падающий на призму параллельно ее основа нию, выходил из призмы по тому же направлению, не отклоняясь. Лучи други х длин волн будут отклоняться так, что белый свет разложится в спектр . Вторая призма при такой установке, как показано на рис.3, вновь соберет лу чи разных длин волн в один параллельный пучок. Если же повернуть призмы в округ оси трубы в противоположных направлениях, то вся система из двух призм будет

11

Лабораторная работа ¹74

иметь дисперсию, величина в направлении которой зависит о т поворота при-

0

змы. При этом луч с длиной волны λ = 5890 A , идущий вдоль оси трубки не отклоняется.

При освещении рефрактометра белым светом граница света и тени в фокальной плоскости трубы будет окрашенной из-за дисперсии в исследуемой жидкости и в измерительной призме: углы выхода предельног о луча (углыψ )

будут разными для разных длин волн. Но поворотом призмы ко мпенсатора можно добиться того, что окраска практически полностью ис чезнет.

Поскольку призмы прямого зрения отклоняют лучи всех длин волн, кроме луча Д-линии, граница света и тени в лучах Д-линии не будет с мещаться при повороте призмы компенсатора. Таким образом, положение гр аницы света и тени в момент исчезновения окраски определяется величин ойnÄ .

§6.МЕТОД РАБОТЫ С РЕФРАКТОМЕТРОМ АББЕ.

На матовую поверхность осветительной призмы стеклянной палочкой (или пипеткой с закругленным концом) наносят несколько капель исследуемой жидкости и плотно прижимают призму одну к другой, наблюда ют в окошко, через которое свет выходит из измерительной призмы, хорош о ли исследуемая жидкость заполнила зазор между измерительной и осветительной призмами.

Осветительное зеркало устанавливают так, чтобы свет от ис точника (дневной свет или лампа накаливания) через окно в осветительно й призме равномерно освещал ее матовую поверхность.

Меняя наклон призм и наблюдая в зрительную трубу, находят границу света и тени и вращением компенсатора добиваются устранения ее окраски.

После этого точно совмещают границу раздела светлого и те много полей с визирным крестом и снимают отсчет по шкале показателя пре ломления.

Перед началом работы следует проверить установку прибор а на "0". Для этого используется жидкость с известным показателем пре ломления, например, вода (n=1,333).

Студентам запрещается исправлять установку прибора.

Если прибор дает неверные показания, следует с помощью сп ециального ключа исправить положение креста нитей (только с разрешения преподавателя!). Протирают поверхность призмы мягкой тряпочкой, чтобы уд алить остатки жидкости. Это необходимо для того, чтобы не загрязня ть новую жидкость.

12

Лабораторная работа ¹74

Студент обязан с величайшей осторожностью обращаться с п олированной поверхностью измерительной призмы, чтобы не поцарапать е е. По окончании всех измерений нужно также очистить поверхность призмы и положить между ними фильтрованную бумагу или мягкую тряпочку.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1.Включить приборы. Дать им прогреться 5-10 мин.

2.При поднятом штативе со стаканчиком измерить частотомет ром частоту генератора. Частота должна оказаться в диапазоне 3,5-4,0 Мгц. И змеренную

частоту обозначим через n1 .

3.Опустить штатив со стаканчиком. Наполнить стаканчик бен золом (1820 мл), поднять штатив со стаканчиком и снова измерить часто ту генератора (частота должна понизиться, но не более, чем на 20%). Если из менения малы по сравнению с самой частотой, то относительное изме нение полной емкости генератора определяется по очень удобной формул е:

Отсюда, зная диэлектрическую постоянную бензола, определ яют относительную емкость конденсатора

C0 = DC0 × 1

C C e - 1

4.Добавляют в бензол 0,4 мл полярной жидкости (этиловый спирт C2H5OH ), жидкость взбалтывают и измеряют частоту генератора (обоз начим ееnε2 ).

5.Далее добавляют еще 0,4 мл спирта и повторяют измерения. В ре зультате получается серия значений e12 для растворов разной коцентрации. Предельное количество спирта около 2 мл.

6.По полученным значениям e12 рассчитывается сначала Ð12 , а потом Ð2

13

Лабораторная работа ¹74

(ñì ñòð. 5-6).

7.Измеряя показатель преломления спирта с помощью рефракт ометра Аббе, вычисляется Р2¢ , затем Р2² = Ð2 - Ð2¢ и потом определяется m .

8.Изучается температурная зависимость e12 для раствора с наиболее высо-

кой концентрацией спирта (при этом используется уже ране е приготовленный раствор).

9.Определяется электрический дипольный момент молекулы m по второму способу. Поскольку изменения e12 с температурой невелики (а малые изменения почти всегда можно апроксимировать прямой), то для уменьшения объема вычислений можно поступить так: нанести точки на график з ависимостиe12

от 1/Т, провести через эти точки прямую, взять две точки на ко нцах полученной прямой (не экспериментальные точки, а точки на усредне нной прямой) и

для них вычислить Ð12 , потом Ð2 . Обозначим полученные значения Ð2 через

Оглавление

14