Определение показателя преломления и концентраций растворов с помощью рефрактометра Аббе.. Определение показателя преломления и концентраций растворов с по. Лабораторная работа Определение показателя преломления и концентраций растворов с помощью рефрактометра Аббе
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
Лабораторная работа № 5. Определение показателя преломления и концентраций растворов с помощью рефрактометра Аббе. Цель работы: определение показателя преломления и концентрации исследуемых растворов с помощью рефрактометра Аббе. Оборудование: Рефрактометр Аббе; вода дистиллированная, два прозрачных раствора с неизвестными показателями преломления и концентрациями. Теория. Оптические приборы, предназначенные для измерения показателя преломления, называются рефрактометрами. Определения показателя преломления можно проводить различными способами. В данной работе используется рефрактометр Аббе. Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падающий луч 1 (рис.1.) разделяется на два – отраженный 2 и преломленный 3, направления которых задаются законами отражения и преломления.  Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред:  , (1)где  - относительный показатель преломления второй среды относительно первой.Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления. Абсолютным показателем преломления среды называется величина  , равная отношению скорости  электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости  в среде: . (2)Закон преломления (1) можно записать в виде:  . (3)Из симметрии выражения (3) вытекает обратимость световых лучей. Если обратить луч 3 (рис.1.), заставив его падать на границу раздела под углом  , то преломленный луч в первой среде будет распространятся под углом  , т.е. пойдет в обратном направлении вдоль луча 1.Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления  (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления  (оптически менее плотную) ( > ), например из стекла в воду, то согласно (3) получаем, что  Отсюда следует, что преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления больше, чем угол падения (рис.2.)Явление полного отражения наблюдается только при переходе света из среды более плотной в среду менее плотную (n2>n1) (рис.3.) При увеличении угла падения увеличивается и угол преломления . Для каждых двух сред существует такой угол падения , при котором угол преломленния будет равен 900, а соответствующий ему угол падения называется предельным:  = пред, (луч 2.) Закон преломления для луча 2 в данном случае будет иметь вид:  (4)откуда  (5)где n1 и n2 – абсолютные показатели преломления данных сред. Если угол падения больше пред, то существует только отраженный луч. (луч 3, рис.3.)Метод полного отражения, используемый в рефрактометре Аббе дает возможность быстро и с большой точностью определить показатель преломления вещества и концентрацию растворов. Устройство и принцип работы рефрактометра Аббе. Схематический ход лучей в рефрактометре Аббе представлен на рис.4, где: П1-откидная призма (осветительная), П2-основная призма (измерительная), К-призма - компенсатор (призмы Амичи), ОБ-объектив трубы, П3-оборотная призма, ОК-окуляр с отсчетной шкалой Ш2, расположенной фокальной плоскости окуляра. Общий вид рефрактометра типа РЛ показана на рис.5. Обозначения те же самые, что и на рис.4. Для удобства измерений имеются 2 шкалы одна – отградуирована непосредственно в значениях показателя преломления, другая – в % определяет концентрацию.  рис.4. В указанной конструкции рефрактометра имеются два окна, что позволяет вести измерения двумя способами: методом скользящего луча и методом полного отражения. Одно из окон при измерениях закрывается шторкой. Для установки компенсатора, убирающего спектр на границе свет-тень служит головка Г (рис.5.). П  ри измерении показателя преломления твердых тел используемый образец должен иметь полированную плоскость. Этой плоскостью он прижимается к призме П2 (откидная призма отводиться при этом в сторону). Для обеспечения оптического контакта между соприкасающимися поверхностями вводится тонкий слой жидкости с известным показателем преломления, причем показатель преломления (жидкости) nж  nтв (nтв – показатель преломления призмы).рис.5. Главной частью рефрактометра являются две призмы АВС и DEF, изготовленные из стекла с большим показателем преломления. Между этими призмами вводится капля исследуемой жидкости, растекающейся в тонкий слой при опускании верхней призмы.  рис. 6.а. рис.6.б. Грань FD осветительной призмы DEF – матовая (рис. 6.а.) Грань СВ измерительной призмы АВС – матовая (рис. 6 б.) Метод скользящего луча. Ход лучей при работе по методу скользящего луча изображен на рис.6.а. Cвет проникает в призму П1 через грань FE и попадает в жидкость через матовую грань FD. Свет рассеянный матовой поверхностью, проходит слой жидкости и под всевозможными углами β (от 00 ≤ β ≤ 900) падает на сторону АС призмы П2. Скользящему лучу в жидкости (β = 900) соответствует предельный угол преломления αпр. Преломленные лучи с углами больше αпр не возникают. Если свет, выходящий из грани АВ, рассматривать через окуляр (рис.4), то видна граница света и темноты. Положение этой границы определяется величиной предельного угла:  (6)Следовательно, на грани ВА будет наблюдаться на участке ВМ - свет, а на участке МА - темнота. Положение точки М (граница света и тени) определяется величиной предельного угла. Методика измерений. Приступая к измерениям, необходимо, прежде всего, убедиться в правильности работы прибора. Такую проверку проще всего выполнить, измерив показатель преломления вещества с известным показателем преломления, например, измерить показатель преломления дистиллированной воды. Для этого: 1. Направить солнечный свет или свет от электрической лампочки с помощью зеркала на осветительную призму. 2. Открыть камеру измерительной призмы и с помощью трубочки нанести каплю дистиллированной воды на измерительную призму, затем закрыть камеру. 3. Поворотом зеркала добиться наилучшей освещенности поля зрения и установить окуляр на отчетливую видимость. 4. Вращая маховичок компенсатора Г, добиться уничтожения окраски на границе свет-тень. 5. Точно установить визирные линии (- - -) на границу светлого и темного полей и произвести отсчет по шкале. Если рефрактометр исправен и установлен правильно, то для воды должно получиться значение n = 1,333 при температуре 20 о С. Если измерение дает другой результат, то следует определить поправку к шкале. 6. Определить показатели преломления жидкости различной концентрации, используя при измерениях метод скользящего луча. 7. Полученные результаты внести в таблицу. Примечание: за абсолютную ошибку измеряемых величин принять цену деления шкалы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. 1. На каком физическом явлении основано устройство рефрактометра? 2. Объяснить ход лучей в измерительных призмах рефрактометра Аббе (метод скользящего луча, метод полного отражения). 3. Как измеряется показатель преломления жидкости рефрактометром? 4. Что называется абсолютным и относительным показателем преломления? 5. В чем заключается явление полного отражения? 6. Куда смещается граница светотени в методе скользящего луча c увеличением показателя преломления исследуемого вещества? Ответ поясните чертежом и формулами. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
n
