Теоретичні відомості. Лабораторна робота О–1

Лабораторна робота О–1

ВИМІРЮВАННЯ ПОКАЗНИКІВ ЗАЛОМЛЕННЯ

РІДКИХ І ТВЕРДИХ ТІЛ ЗА ДОПОМОГОЮ РЕФРАКТОМЕТРА

Обладнання: технічний рефрактометр, набір скляних пластинок, прозорі й непрозорі рідини з невідомими показниками заломлення, дистильована вода, керосин, гліцерин та касторове масло.

Мета роботи: визначити показники заломлення керосину, гліцерину та касторового масла за допомогою рефрактометра Аббе.

Теоретичні відомості.

Заломлення світла. Заломленням світла називається зміна напрямку розповсюдження світлової хвилі, обумовлене переходом її з одного середовища в інше, що відрізняється від першого швидкістю розповсюдження хвиль.

Теорію Гюйгенса пов’язує відносний показник заломлення зі швидкістю світла в середовищах I і II (мал.1):

. (1)

Абсолютним показником заломлення середовища називається показник заломлення цього середовища відносно вакууму.

Середовище з більшим абсолютним показником заломлення (меншою швидкістю розповсюдження світла) вважають оптично більш щільнім.

Таким чином, якщо світло йде із оптично менш щільного середовища I в оптично більш щільне середовище 2, то , і, випливає з (1), і , тобто заломлений промінь наближується до перпендикуляру, відновленому в точці заломлення (див мал. 1).

Мал. 1 Мал. 2

Якщо світло йде з оптично більш щільного середовища в менш щільне,

то і (мал. 2) .

Показник заломлення можна визначити за допомогою рефрактометра. Рефрактометр складається з освітлювача з відбивачем 1 (мал. 1), двох прямокутних скляних призм 2 і 3, відлікової шкали, спеціального компенсатора 4 і зорової труби 5.

Досліджувана рідина, показник переломлення якої менший показника заломлення призми 3, розміщується в отвір (товщиною біля 0,1мм) між полірованою гіпотенузною гранню вимірювальної призми 3 і матовою гіпотенузною межею освітлювальної призми 2.

Рідина освітлюється зі сторони матової поверхні АВ освітлювальної призми.

Поверхня матового скла є джерелом світлових променів усіляких напрямків. Розсіяний промінь, пройшовши через плоско паралельний шар рідини, падає на грань гіпотенузи вимірювальної призми під різними кутами від . Пучок світла, кут падіння якого дорівнює , є ковзаючим пучком, а так як показник заломлення призми більше, ніж показник заломлення рідини, то ковзаючий світловий пучок, заломлюючись на межі рідина-скло, пройде в нижній призмі під граничним кутом заломлення. Промінь ST, падаючий під цим кутом, визначить границю світлотіні на виходи з призми. Знаючи кут і показник переломлення скла призми, можна, користуючись законами заломлення, підрахувати показник заломлення n рідини. Звичайно вимірюють не , а кут вихід граничного променя з призми у повітря.

Спеціальний компенсатор 4 (мал. 1) дозволяє компенсувати дисперсію призм і зразка і працювати з джерелом білого світла.

Мал. 1

Компенсатор складається з двох обертових дисперсійних призм Амічі, склеєних кожна з трьох спектральних призм. Дві зовнішні з крону і одна внутрішня з флінту (мал. 5). Дисперсія матеріалів призми підібрана так, що промінь світла якоїсь однієї довжини хвилі проходить призму без відхилення.

МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Джерелом світла є лампа Мн-15. Пучок світла направити у вікно освітлювальної призми.

2. Для проведення вимірювання відкрити верхню камеру, промити та витерти насухо дотичні площини камер.

3. Перед початком роботи з приладом, а у відповідальних випадках перед кожним виміром, перевіряється нульова точка приладу за допомогою дистильованої води: наносять на поверхню вимірювальної призми піпеткою 1-2 краплі води, верхню камеру плавно закривають.

4. Окуляр установити на різкість так, щоб поле зору та візирні лінії були чітко видимі.

5. Якщо при установці на різкість в окулярі зорової труби буде спостерігатись дисперсія, усунути її обертанням лімбу дисперсії.

6. Рукояткою окуляра візирну лінію сітки сполучити з границею світлотіні і по шкалі зробити розрахунок. При правильній установці приладу на нуль-пункт, границя світлотіні при повинна бути сполучена з поділкою 1,333 шкали показника заломлення.

7. У випадку відхилення від цих значень прилад необхідно установити на нуль (установку на нуль робить лаборант).

8. Після перевірки нульової точки, підняти верхню камеру і прибрати воду м’якою неворсистою серветкою. Потім нанести 1-2 кралі досліджуваного розчину і закрити камеру.

9. Аналогічно, спостерігаючи в окуляр, ввести в поле зору межу світлотіні і сполучити її з візирною лінією сітки, потім провести відлік по шкалі показників заломлення.

10. Після роботи камери ретельно протерти.

11. Після цього визначити показники заломлення декількох рідин (керосину, гліцерину та касторового масла).

Література.

1. С.Э. Фриш, А.В. Тиморева. Курс общей физики Т.Ш. М.Л., Физматгиз, 1962, (параграф 251,277)

2. А.С. Шубин. Курс общей физики. М., «Высшая школа», 1969, стр. 368-370.

ОПИС ПРИЛАДУ

Рефрактометр складається з наступних основних частин: вимірювальної призми, зорової труби, відлікового пристрою, освітлювальної системи.

Для підтримання постійної температури досліджуваної рідини призма може розігрітись поточною подою із термостату. На стаканчик для кращої теплоізоляції надягають дерев’яний корпус.

Температура визначається термометром з точністю до . Вимірювання починають після того, як досліджувана рідина прийме температуру термостатичної рідини (дистильована вода).

Оптична система рефрактометра дозволяє застосовувати два типи джерел світла: гейслерові труби й натрієву лампу I. Освітлювання натрієвою лампою відбувається через призму 2 і вимірювальну призму 3. Зорова труба складається з об’єктива 4, окуляра 5, обертальної призми 6 і перехрестя ниток 7. У відлікову систему входять градусний лімб 8 і мікроскоп 9 зі спіральним мікрометром 10.

Мал. 2

Величину кута визначають по лімбу спірального окулярного мікрометра. У полі зору мікрометра одночасно видні два-три штрихи лімбу, нерухома шкала десятих часток градуса з поділками від 0 до 10, кругова шкала для відліку сотих і тисячних долей градусу і десять подвійних витків спіралі.

Щоб провести відлік, необхідно маховичком підвести подвійний виток спіралі так, щоб градусний штрих, розташований в зоні подвійних витків опинився точно посередині між лініями витка. Для відліку градусних поділок шкали десятих долей градуса. На мал. 3 буде плюс відрізок від штриха 41 до нульового штриха шкали десятих долей градуса. Цей відрізок містить десяті, соті, тисячні і десятитисячні долі градуса.

Число десятих долей градуса показує цифра останнього штриха -2 (мал. 3) соті та тисячні долі градуса відраховуються по коловій шкалі – 78 (мал. 3), ціна поділки кругової шкали 0,001. Десятитисячні долі градуса оцінюють на око, в десятих долях поділки шкали. Кінцевий відлік на малюнку:41,2788.

Мал. 3

Дата добавления: 2015-10-29