INDEX lomu(index lomu) - optické. charakteristické pre prostredie spojené s lom svetla na rozhraní dvoch transparentných opticky homogénnych a izotropných prostredí pri jeho prechode z jedného prostredia do druhého a v dôsledku rozdielu fázových rýchlostí šírenia svetla v médiách. Hodnota P. p. sa rovná pomeru týchto rýchlostí. príbuzný

P. p. týchto prostredí. Ak svetlo dopadá na druhé alebo prvé médium (odkiaľ je rýchlosť svetla s), potom množstvá absolútne pp týchto priemerov. V tomto prípade môže byť zákon lomu napísaný v tvare kde a sú uhly dopadu a lomu.

Hodnota absolútneho pp závisí od charakteru a štruktúry látky, jej stav agregácie, teplota, tlak a pod. Pri vysokých intenzitách závisí PP od intenzity svetla (viď. nelineárna optika). V rade látok sa vplyvom vonkajších vplyvov P. mení. elektrický polia ( Kerrov efekt- v kvapalinách a plynoch; elektro-optické Pockelsov efekt- v kryštáloch).

Pre dané médium závisí absorpčný pás od vlnovej dĺžky svetla l a v oblasti absorpčných pásov je táto závislosť anomálna (pozri obr. Rozptyl svetla).V röntgene. oblasti, účinník pre takmer všetky médiá je blízky 1, vo viditeľnej oblasti pre kvapaliny a tuhé látky je to asi 1,5; v IR oblasti pre množstvo transparentných médií 4.0 (pre Ge).

Vyznačujú sa dvoma PP: obyčajným (podobným izotropným médiám) a mimoriadnym, ktorých veľkosť závisí od uhla dopadu lúča, a teda aj od smeru šírenia svetla v prostredí (viď. Kryštálová optika Pre médiá s absorpciou (najmä pre kovy) je absorpčný koeficient komplexnou hodnotou a môže byť vyjadrený vo forme, kde ha je obvyklý absorpčný koeficient a je absorpčný index (pozri Absorpcia svetla, kovová optika).

P. p. je makroskopický. vlastnosti prostredia a súvisí s ním dielektrická konštanta n mag. priepustnosť klasické elektrónová teória (pozri Rozptyl svetla) nám umožňuje dať do vzťahu hodnotu P. p. s mikroskopickým. charakteristika prostredia - elektron polarizovateľnosť atóm (alebo molekula) v závislosti od povahy atómov a frekvencie svetla a prostredia: kde N- počet atómov na jednotku objemu. Elektrina pôsobiaca na atóm (molekulu). Pole svetelnej vlny spôsobuje posun optickej vlny. elektrón z rovnovážnej polohy; atóm získava induktory. dipólový moment sa mení v čase s frekvenciou dopadajúceho svetla a je zdrojom sekundárnych koherentných vĺn, ktoré. pri interferencii s vlnou dopadajúcou na médium vytvárajú výslednú svetelnú vlnu šíriacu sa v médiu fázovou rýchlosťou, a preto

Intenzita bežných (nelaserových) svetelných zdrojov je pomerne nízka, elektrická intenzita. Pole svetelnej vlny pôsobiacej na atóm je oveľa menšie ako vnútroatómová elektrická energia. polia a elektrón v atóme možno považovať za harmonický. oscilátor. V tomto priblížení sa hodnota a P. p.

Sú to konštantné veličiny (pri danej frekvencii), nezávislé od intenzity svetla. V intenzívnych svetelných tokoch vytvorených výkonnými lasermi je elektrická hodnota. Pole svetelnej vlny môže byť úmerné vnútroatómovej elektrickej energii. polia a model oscilátora harmónie sa ukazuje ako neprijateľný. Zohľadnenie anharmonicity síl v systéme elektrón-atóm vedie k závislosti polarizovateľnosti atómu, a teda polarizovateľnosti častice, od intenzity svetla. Vzťah medzi a ukazuje sa ako nelineárny; P. p. môže byť zastúpený vo forme

Kde - P. p. pri nízkej intenzite svetla; (zvyčajne akceptované označenie) - nelineárne sčítanie P. p., alebo koeficientu. nelinearita. P. p. závisí od charakteru prostredia, napr. pre silikátové sklá

P. p. je tiež ovplyvnený vysokou intenzitou v dôsledku účinku elektrostrikcia, zmena hustoty média, vysoká frekvencia pre anizotropné molekuly (v kvapaline) a tiež v dôsledku zvýšenia teploty spôsobeného absorpciou

Prejdime k podrobnejšej úvahe o indexe lomu, ktorý sme zaviedli v §81 pri formulovaní zákona lomu.

Index lomu závisí od optických vlastností prostredia, z ktorého lúč dopadá, ako aj od média, do ktorého preniká. Index lomu získaný pri dopade svetla z vákua na akékoľvek médium sa nazýva absolútny index lomu tohto média.

Ryža. 184. Relatívny index lomu dvoch médií:

Nech absolútne index lomu prvé prostredie je a druhé prostredie je . Vzhľadom na lom na rozhraní prvého a druhého prostredia dbáme na to, aby sa index lomu pri prechode z prvého prostredia do druhého, takzvaný relatívny index lomu, rovnal pomeru absolútnych indexov lomu prostredia. druhé a prvé médium:

(Obr. 184). Naopak, pri prechode z druhého prostredia do prvého máme relatívny index lomu

Stanovené spojenie medzi relatívnym indexom lomu dvoch prostredí a ich absolútnymi indexmi lomu by sa dalo odvodiť teoreticky bez nových experimentov, rovnako ako to možno urobiť pre zákon reverzibility (§ 82),

Prostredie s vyšším indexom lomu sa nazýva opticky hustejšie. Zvyčajne sa meria index lomu rôzne prostredia vzhľadom na vzduch. Absolútny index lomu vzduchu je . Podľa vzorca teda absolútny index lomu akéhokoľvek média súvisí s jeho indexom lomu vzhľadom na vzduch

Tabuľka 6. Index lomu rôznych látok vo vzťahu k vzduchu

Kvapaliny

Pevné látky

Látka

Látka

Etanol

Sirouhlík

Glycerol

Sklo (svetlá korunka)

Kvapalný vodík

Sklo (ťažký pazúrik)

Kvapalné hélium

Index lomu závisí od vlnovej dĺžky svetla, teda od jeho farby. Rôzne farby zodpovedajú rôznym indexom lomu. Tento jav, nazývaný disperzia, hrá dôležitá úloha v optike. Týmto javom sa budeme opakovane zaoberať v nasledujúcich kapitolách. Údaje uvedené v tabuľke. 6, pozri žlté svetlo.

Je zaujímavé poznamenať, že zákon odrazu môže byť formálne napísaný v rovnakej forme ako zákon lomu. Pripomeňme si, že sme sa dohodli, že budeme vždy merať uhly od kolmice k príslušnému lúču. Preto musíme uhol dopadu a uhol odrazu považovať za opačné znamienka, t.j. zákon odrazu možno napísať ako

Pri porovnaní (83.4) so ​​zákonom lomu vidíme, že zákon odrazu možno považovať za špeciálny prípad zákon lomu pri . Táto formálna podobnosť zákonov odrazu a lomu je veľkým prínosom pri riešení praktických problémov.

V predchádzajúcej prezentácii mal index lomu význam konštanty média, nezávisle od intenzity svetla, ktoré ním prechádza. Táto interpretácia indexu lomu je celkom prirodzená, ale v prípade vysokých intenzít žiarenia, dosiahnuteľných pomocou moderných laserov, nie je opodstatnená. Vlastnosti prostredia, ktorým prechádza silné svetelné žiarenie, závisia v tomto prípade od jeho intenzity. Ako sa hovorí, prostredie sa stáva nelineárnym. Nelinearita prostredia sa prejavuje najmä tým, že svetelná vlna vysokej intenzity mení index lomu. Závislosť indexu lomu od intenzity žiarenia má tvar

Tu je obvyklý index lomu a je to nelineárny index lomu a je to faktor proporcionality. Dodatočný výraz v tomto vzorci môže byť kladný alebo záporný.

Relatívne zmeny indexu lomu sú relatívne malé. o nelineárny index lomu. Aj takéto malé zmeny v indexe lomu sú však badateľné: prejavujú sa zvláštnym fenoménom samozaostrovania svetla.

Uvažujme médium s kladným nelineárnym indexom lomu. V tomto prípade sú oblasti so zvýšenou intenzitou svetla súčasne oblasťami so zvýšeným indexom lomu. Zvyčajne v reálnom laserové žiarenie Rozloženie intenzity v priereze lúča lúčov je nerovnomerné: intenzita je maximálna pozdĺž osi a plynule klesá smerom k okrajom lúča, ako je znázornené na obr. 185 pevných kriviek. Podobná distribúcia popisuje aj zmenu indexu lomu naprieč prierezom bunky s nelineárnym prostredím pozdĺž osi, ktorou sa laserový lúč šíri. Index lomu, ktorý je najväčší pozdĺž osi kyvety, plynule klesá smerom k jej stenám (prerušované krivky na obr. 185).

Lúč lúčov opúšťajúcich laser rovnobežne s osou, vstupujúci do prostredia s premenlivým indexom lomu, je vychýlený v smere, kde je väčší. Preto zvýšená intenzita v blízkosti kyvety vedie ku koncentrácii svetelných lúčov v tejto oblasti, schematicky znázornenej v rezoch a na obr. 185, čo vedie k ďalšiemu zvýšeniu. V konečnom dôsledku je efektívny prierez svetelného lúča prechádzajúceho nelineárnym prostredím výrazne znížený. Svetlo prechádza úzkym kanálom s vysokým indexom lomu. Laserový lúč lúčov je teda zúžený a nelineárne médium pod vplyvom intenzívneho žiarenia pôsobí ako zberná šošovka. Tento jav sa nazýva samozaostrovanie. Dá sa pozorovať napríklad v kvapalnom nitrobenzéne.

Ryža. 185. Rozloženie intenzity žiarenia a indexu lomu cez prierez laserového lúča lúčov pri vstupe do kyvety (a), blízko vstupného konca (), v strede (), blízko výstupného konca kyvety ( )

Neexistuje nič iné ako pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu

Index lomu závisí od vlastností látky a vlnovej dĺžky žiarenia, pri niektorých látkach sa index lomu pri zmene frekvencie dosť výrazne mení. elektromagnetické vlny z nízkych frekvencií na optické a mimo nich a môžu sa tiež meniť ešte výraznejšie v určitých oblastiach frekvenčnej stupnice. Predvolené nastavenie sa zvyčajne vzťahuje na optický rozsah alebo rozsah určený kontextom.

Hodnota n, ak sú ostatné veci rovnaké, je zvyčajne menšia ako jedna, keď lúč prechádza z média s vyššou hustotou do média s menšou hustotou, a väčšia ako jedna, keď lúč prechádza z média s menšou hustotou do média s hustejšou (napr. z plynu alebo z vákua na kvapalinu alebo pevnú látku). Z tohto pravidla existujú výnimky, a preto je zvykom nazývať médium opticky viac či menej husté ako iné (nezamieňať s optická hustota ako meradlo nepriehľadnosti prostredia).

V tabuľke sú uvedené niektoré hodnoty indexu lomu pre niektoré médiá:

Prostredie s vyšším indexom lomu sa nazýva opticky hustejšie. Zvyčajne sa meria index lomu rôznych médií vo vzťahu k vzduchu. Absolútny index lomu vzduchu je . Absolútny index lomu akéhokoľvek média teda súvisí s jeho indexom lomu vzhľadom na vzduch podľa vzorca:

Index lomu závisí od vlnovej dĺžky svetla, teda od jeho farby. Rôzne farby zodpovedajú rôznym indexom lomu. Tento jav, nazývaný disperzia, zohráva v optike dôležitú úlohu.

Oblasti použitia refraktometrie.

Konštrukcia a princíp činnosti refraktometra IRF-22.

Pojem index lomu.

Plán

Refraktometria. Charakteristika a podstata metódy.

Na identifikáciu látok a kontrolu ich čistoty používajú

refrakčný výrobca.

Index lomu látky- hodnota rovnajúca sa pomeru fázových rýchlostí svetla (elektromagnetických vĺn) vo vákuu a vo viditeľnom prostredí.

Index lomu závisí od vlastností látky a vlnovej dĺžky

elektromagnetická radiácia. Pomer sínusu uhla dopadu vzhľadom k

normála nakreslená k rovine lomu (α) lúča k sínusu uhla lomu

lom (β), keď lúč prechádza z média A do média B, sa nazýva relatívny index lomu pre tento pár médií.

Hodnota n je relatívny index lomu média B podľa

vzťah k prostrediu A, a

Relatívny index lomu média A vzhľadom na

Index lomu lúča dopadajúceho na médium z bezvzduchu

priestor, nazýva sa to absolútny ukazovateľ refrakcia resp

jednoducho index lomu daného média (tabuľka 1).

Tabuľka 1 - Indexy lomu rôznych médií

Kvapaliny majú index lomu v rozmedzí 1,2-1,9. Pevné

látky 1,3-4,0. Niektoré minerály nemajú presná hodnotašou-

pre refrakciu. Jeho hodnota je v nejakej „vidličke“ a určuje

kvôli prítomnosti nečistôt v kryštálovej štruktúre, ktorá určuje farbu

kryštál.

Identifikácia minerálu podľa „farby“ je náročná. Minerál korund teda existuje vo forme rubínu, zafíru, leukozafíru, ktoré sa líšia

index lomu a farba. Červené korundy sa nazývajú rubíny

(chrómová nečistota), bezfarebná modrá, svetlomodrá, ružová, žltá, zelená,

fialová - zafíry (prímesi kobaltu, titánu atď.). Svetlé farby

biele zafíry alebo bezfarebný korund sa nazývajú leukozafír (široko

používa sa v optike ako filter). Index lomu týchto kryštálov

ocele leží v rozmedzí 1,757-1,778 a je základom pre identifikáciu

Obrázok 3.1 – Ruby Obrázok 3.2 – Modrý zafír

Organické a anorganické kvapaliny majú tiež charakteristické hodnoty indexov lomu, ktoré ich charakterizujú ako chemické

Ruské zlúčeniny a kvalita ich syntézy (tabuľka 2):

Tabuľka 2 - Indexy lomu niektorých kvapalín pri 20 °C

4.2. Refraktometria: pojem, princíp.

Metóda na štúdium látok založená na stanovení indikátora



(index) lomu (refrakcie) sa nazýva refraktometria (od

lat. refractus – lomený a grécky. metero - meriam). Refraktometria

(refraktometrická metóda) sa používa na identifikáciu chemických látok

zlúčenín, kvantitatívna a štruktúrna analýza, stanovenie fyz

chemické parametre látok. Implementovaný princíp refraktometrie

v Abbe refraktometroch, je znázornená na obrázku 1.

Obrázok 1 - Princíp refraktometrie

Blok hranolov Abbe pozostáva z dvoch pravouhlých hranolov: iluminácia

telial a meracie, preložené preponami tváre. Iluminátor -

Tento hranol má drsnú (matnú) preponu a je určený

chen na osvetlenie vzorky kvapaliny umiestnenej medzi hranoly.

Rozptýlené svetlo prechádza cez planparalelnú vrstvu skúmanej kvapaliny a láme sa v kvapaline a dopadá na merací hranol. Merací hranol je vyrobený z opticky hustého skla (ťažký pazúrik) a má index lomu väčší ako 1,7. Z tohto dôvodu Abbe refraktometer meria n hodnoty menšie ako 1,7. Zväčšenie rozsahu merania indexu lomu je možné dosiahnuť len výmenou meracieho hranola.

Skúšobná vzorka sa naleje na preponu meracieho hranola a pritlačí sa osvetľovacím hranolom. V tomto prípade zostáva medzi hranolmi, v ktorých sa vzorka nachádza, medzera 0,1-0,2 mm a cez

ktorý prechádza lomeným svetlom. Na meranie indexu lomu

využiť fenomén úplného vnútorný odraz. Leží v

Ďalšie.

Ak lúče 1, 2, 3 dopadnú na rozhranie medzi dvoma médiami, potom v závislosti

v závislosti od uhla dopadu pri ich pozorovaní v refrakčnom prostredí bude

Medzi oblasťami rôzneho osvetlenia je prechod. Je to prepojené

pričom určitá časť svetla dopadá na hranicu lomu pod uhlom blízkym

kim na 90° vzhľadom k normálu (lúč 3). (Obrázok 2).

Obrázok 2 – Obrázok lomených lúčov

Táto časť lúčov sa neodráža a preto vytvára svetlejšie prostredie.

výkon počas lomu. Lúče s menšími uhlami tiež zažívajú odraz

a lom. Preto sa vytvára oblasť s menším osvetlením. V objeme

Hraničná čiara úplného vnútorného odrazu je viditeľná na šošovke, polohe

čo závisí od refrakčných vlastností vzorky.

Eliminácia javu disperzie (zafarbenie rozhrania medzi dvoma plochami osvetlenia vo farbách dúhy v dôsledku použitia komplexného bieleho svetla v Abbe refraktometroch) sa dosiahne použitím dvoch Amici hranolov v kompenzátore, ktoré sú namontované v teleskope . Zároveň sa do šošovky premieta stupnica (obrázok 3). Na analýzu stačí 0,05 ml tekutiny.

Obrázok 3 - Pohľad cez okulár refraktometra. (Správna mierka odráža

koncentrácia meranej zložky v ppm)

Okrem analýzy jednozložkových vzoriek,

dvojzložkové systémy (vodné roztoky, roztoky látok, v ktorých

alebo rozpúšťadlo). V ideálnych dvojzložkových systémoch (tvarovanie

bez zmeny objemu a polarizovateľnosti komponentov), ​​závislosť ukazuje

Závislosť lomu od zloženia je blízka lineárnej, ak je zloženie vyjadrené v

objemové zlomky (percentá)

kde: n, n1, n2 - indexy lomu zmesi a zložiek,

V1 a V2 sú objemové podiely zložiek (V1 + V2 = 1).

Vplyv teploty na index lomu je určený dvoma

faktory: zmena počtu kvapalných častíc na jednotku objemu a

závislosť polarizovateľnosti molekúl od teploty. Druhým faktorom sa stal

sa stáva významným len pri veľmi veľkých teplotných zmenách.

Teplotný koeficient indexu lomu je úmerný teplotnému koeficientu hustoty. Pretože všetky kvapaliny sa pri zahrievaní rozťahujú, ich indexy lomu sa znižujú so zvyšujúcou sa teplotou. Teplotný koeficient závisí od teploty kvapaliny, ale v malých teplotných intervaloch ho možno považovať za konštantný. Z tohto dôvodu väčšina refraktometrov nemá reguláciu teploty, ale niektoré konštrukcie to umožňujú

termostatovanie vody.

Lineárna extrapolácia indexu lomu so zmenami teploty je prijateľná pre malé teplotné rozdiely (10 – 20°C).

Presná definícia Index lomu v širokom rozsahu teplôt sa vypočíta pomocou empirických vzorcov vo forme:

nt=n0+at+bt2+…

Na refraktometriu roztokov v širokom rozsahu koncentrácií

použiť tabuľky alebo empirické vzorce. Závislosť zobrazenia -

index lomu vodných roztokov niektorých látok v závislosti od koncentrácie

je blízka lineárnej a umožňuje určiť koncentrácie týchto látok v

vody v širokom rozsahu koncentrácie (obrázok 4) pomocou lomu

počítadlá.

Obrázok 4 - Index lomu niektorých vodných roztokov

Zvyčajne sa pomocou refraktometrov s presnosťou stanoví n kvapalných a pevných telies

do 0,0001. Najbežnejšie sú Abbe refraktometre (obrázok 5) s hranolovými blokmi a disperznými kompenzátormi, ktoré umožňujú určiť nD v „bielom“ svetle pomocou stupnice alebo digitálneho indikátora.

Obrázok 5 - Abbe refraktometer (IRF-454; IRF-22)