Mutlaq va nisbiy sindirish ko'rsatkichlari o'rtasidagi bog'liqlik. Moddaning sindirish ko'rsatkichi nimaga bog'liq?
tushish burchagi sinusining sinish burchagi sinusiga nisbatidan boshqa hech narsa yo'q.
Sinishi ko'rsatkichi moddaning xususiyatlariga va nurlanishning to'lqin uzunligiga bog'liq, ba'zi moddalar uchun elektromagnit to'lqinlarning chastotasi past chastotalardan optik va undan tashqariga o'zgarganda sinishi ko'rsatkichi juda kuchli o'zgaradi va ma'lum bir chastotada yanada keskin o'zgarishi mumkin. chastota shkalasining hududlari. Standart odatda optik diapazon yoki kontekst tomonidan belgilanadigan diapazondir.
n qiymati, boshqa narsalar teng bo'lsa, odatda birdan kam nur zichroq muhitdan kamroq zichroq muhitga o'tganda va nur kamroq zichroq muhitdan zichroq muhitga o'tganda birlikdan ko'p (masalan, gaz yoki vakuumdan suyuqlik yoki qattiq holatga). Ushbu qoidadan istisnolar mavjud va shuning uchun muhitni boshqasiga qaraganda optik jihatdan ko'proq yoki kamroq zich deb atash odatiy holdir (muhitning shaffofligi o'lchovi sifatida optik zichlik bilan adashtirmaslik kerak).
Jadvalda ba'zi ommaviy axborot vositalari uchun ba'zi sinishi indeks qiymatlari ko'rsatilgan:
Sinishi ko'rsatkichi yuqori bo'lgan muhit optik jihatdan zichroq deyiladi. Sinishi indeksi odatda o'lchanadi turli muhitlar havoga nisbatan. Havoning mutlaq sindirish ko'rsatkichi . Shunday qilib, har qanday muhitning mutlaq sinishi ko'rsatkichi uning havoga nisbatan sinishi ko'rsatkichi bilan quyidagi formula bo'yicha bog'lanadi:
Sinishi ko'rsatkichi yorug'likning to'lqin uzunligiga, ya'ni rangiga bog'liq. Turli xil ranglar turli xil sinishi ko'rsatkichlariga mos keladi. Dispersiya deb ataladigan bu hodisa optikada muhim rol o'ynaydi.
Optika fizikaning eng qadimgi sohalaridan biridir. Qadimgi Yunonistondan beri ko'plab faylasuflar suv, shisha, olmos va havo kabi turli xil shaffof materiallardagi yorug'likning harakati va tarqalishi qonunlari bilan qiziqishgan. Ushbu maqolada yorug'likning sinishi hodisasi ko'rib chiqiladi, diqqat havoning sinishi ko'rsatkichiga qaratilgan.
Yorug'lik nurlarining sinishi effekti
Har bir inson o'z hayotida suv omborining tubiga yoki ichiga biron bir narsa qo'yilgan stakan suvga qaraganida yuzlab marta bunday ta'sirga duch kelgan. Shu bilan birga, suv ombori unchalik chuqur emas, bir stakan suvdagi narsalar deformatsiyalangan yoki singan ko'rinardi.
Sinishi hodisasi ikkita shaffof material orasidagi interfeysni kesib o'tganda uning to'g'ri chiziqli traektoriyasining uzilishidan iborat. Xulosa qilish ko'p miqdorda ushbu tajribalardan 17-asrning boshlarida gollandiyalik Villebrord Snell ushbu hodisani aniq tasvirlaydigan matematik ifodani oldi. Bu ifoda quyidagi shaklda yoziladi:
n 1 *sin(th 1) = n 2 *sin(th 2) = const.
Bu erda n 1, n 2 mos keladigan materialdagi yorug'likning absolyut sindirish ko'rsatkichlari, th 1 va th 2 - tushayotgan va singan nurlar orasidagi burchaklar va nurning kesishish nuqtasi orqali o'tkaziladigan interfeys tekisligiga perpendikulyar. va bu samolyot.
Ushbu formula Snell yoki Snell-Dekart qonuni deb ataladi (uni taqdim etilgan shaklda frantsuz yozgan, gollandiyalik sinuslarni emas, balki uzunlik birliklarini ishlatgan).
Bu formuladan tashqari, sinish hodisasi geometrik xususiyatga ega bo'lgan boshqa qonun bilan tavsiflanadi. Bu tekislikka belgilangan perpendikulyar va ikkita nur (singan va tushuvchi) bir tekislikda yotishidan iborat.
Mutlaq sindirish ko'rsatkichi
Bu qiymat Snell formulasiga kiritilgan va uning qiymati muhim rol o'ynaydi. Matematik jihatdan sindirish ko'rsatkichi n formulaga mos keladi:
C belgisi elektromagnit to'lqinlarning vakuumdagi tezligidir. Taxminan 3*10 8 m/s ni tashkil qiladi. v qiymati muhitdagi yorug'lik tezligi. Shunday qilib, sinishi ko'rsatkichi havosiz bo'shliqqa nisbatan muhitda yorug'likning sekinlashishi miqdorini aks ettiradi.
Yuqoridagi formuladan ikkita muhim xulosa kelib chiqadi:
- n ning qiymati har doim 1 dan katta (vakuum uchun u birga teng);
- bu o'lchovsiz miqdordir.
Masalan, havoning sinishi indeksi 1,00029, suv uchun esa 1,33 ga teng.
Sinishi indeksi ma'lum bir muhit uchun doimiy qiymat emas. Bu haroratga bog'liq. Bundan tashqari, elektromagnit to'lqinning har bir chastotasi uchun uning o'ziga xos ma'nosi bor. Shunday qilib, yuqoridagi raqamlar 20 o C haroratga va ko'rinadigan spektrning sariq qismiga (to'lqin uzunligi - taxminan 580-590 nm) mos keladi.
n qiymatining yorug'lik chastotasiga bog'liqligi kengayishda o'zini namoyon qiladi oq nur bir qator ranglardagi prizma, shuningdek kuchli yomg'ir paytida osmonda kamalak shakllanishida.
Havodagi yorug'likning sinishi ko'rsatkichi
Uning qiymati (1,00029) allaqachon yuqorida berilgan. Havoning sinishi ko'rsatkichi faqat to'rtinchi kasrda noldan farq qilganligi sababli, amaliy muammolarni hal qilish uchun uni birga teng deb hisoblash mumkin. Havo uchun n ning birlikdan kichik farqi yorug'likning havo molekulalari tomonidan amalda sekinlashmasligini ko'rsatadi, bu uning nisbatan past zichligi bilan bog'liq. Shunday qilib, havoning o'rtacha zichligi 1,225 kg / m 3 ni tashkil qiladi, ya'ni toza suvdan 800 martadan ko'proq engilroq.
Havo optik jihatdan yupqa muhitdir. Materialda yorug'lik tezligini sekinlashtirish jarayonining o'zi kvant xarakteriga ega va materiya atomlari tomonidan fotonlarni yutish va chiqarish harakatlari bilan bog'liq.
Havo tarkibidagi o'zgarishlar (masalan, undagi suv bug'ining ko'payishi) va haroratning o'zgarishi sindirish ko'rsatkichining sezilarli o'zgarishiga olib keladi. Asosiy misol bilan havo qatlamlarining sinish ko'rsatkichlarining farqi tufayli yuzaga keladigan sahrodagi sarobning ta'siri. har xil haroratlar.
shisha-havo interfeysi
Shisha havodan ancha zichroq muhitdir. Uning mutlaq sinishi indeksi shisha turiga qarab 1,5 dan 1,66 gacha. Agar biz o'rtacha 1,55 qiymatini oladigan bo'lsak, u holda havo oynasi interfeysidagi nurning sinishi quyidagi formula yordamida hisoblanishi mumkin:
gunoh (th 1) / gunoh (th 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1,55.
n 21 qiymati chaqiriladi nisbiy ko'rsatkich sinishi havosi - shisha. Agar nur oynadan havoga chiqsa, quyidagi formuladan foydalanish kerak:
gunoh (th 1) / gunoh (th 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1 / 1,55 \u003d 0,645.
Agar ikkinchi holatda singan nurning burchagi 90 o ga teng bo'lsa, unda mos keladigani kritik deb ataladi. Shisha-havo chegarasi uchun u quyidagilarga teng:
th 1 \u003d arksin (0,645) \u003d 40,17 o.
Agar nur shisha-havo chegarasiga 40,17 o dan katta burchaklar bilan tushsa, u shisha ichiga butunlay qaytadan aks etadi. Bu hodisa "to'liq ichki aks ettirish" deb ataladi.
Kritik burchak faqat nur zich muhitdan (shishadan havoga, lekin aksincha) harakat qilganda mavjud bo'ladi.
Yorug'lik o'z tabiatiga ko'ra turli muhitlarda turli tezlikda tarqaladi. Muhit qanchalik zich bo'lsa, undagi yorug'likning tarqalish tezligi shunchalik past bo'ladi. Materialning zichligiga ham, ushbu materialdagi yorug'likning tarqalish tezligiga ham tegishli o'lchov o'rnatildi. Ushbu ko'rsatkich sinishi indeksi deb ataladi. Har qanday material uchun sinishi indeksi vakuumdagi yorug'lik tezligiga nisbatan o'lchanadi (vakuum ko'pincha bo'sh joy deb ataladi). Quyidagi formula bu munosabatni tavsiflaydi.
Materialning sinishi ko'rsatkichi qanchalik yuqori bo'lsa, u shunchalik zichroq bo'ladi. Yorug'lik nuri bir materialdan ikkinchisiga o'tganda (boshqa sinishi indeksiga ega), sinish burchagi tushish burchagidan farq qiladi. Pastroq sinishi indeksiga ega bo'lgan muhitga kiradigan yorug'lik nuri tushish burchagidan kattaroq burchak ostida chiqadi. Yuqori sinishi indeksiga ega bo'lgan muhitga kiradigan yorug'lik nuri tushish burchagidan kichikroq burchak ostida chiqadi. Bu rasmda ko'rsatilgan. 3.5.
Guruch. 3.5.a. Yuqori N 1 bo'lgan muhitdan past N 2 bo'lgan muhitga o'tadigan nur
Guruch. 3.5.b. Past N 1 bo'lgan muhitdan N 2 yuqori bo'lgan muhitga o'tadigan nur
Bunda th 1 tushish burchagi, th 2 esa sinish burchagi. Ba'zi tipik sinishi ko'rsatkichlari quyida keltirilgan.
uchun shuni ta'kidlash qiziq rentgen nurlari shishaning sinishi ko'rsatkichi har doim havodan kamroq bo'ladi, shuning uchun havodan shishaga o'tganda, ular yorug'lik nurlari kabi perpendikulyar tomonga emas, balki perpendikulyardan uzoqlashadi.
Refraktometriyani qo'llash sohalari.
IRF-22 refraktometrining qurilmasi va ishlash printsipi.
Sinishi ko'rsatkichi haqida tushuncha.
Reja
Refraktometriya. Usulning xususiyatlari va mohiyati.
Moddalarni aniqlash va ularning tozaligini tekshirish uchun foydalaning
refrakter.
Moddaning sindirish ko'rsatkichi- vakuumdagi yorug'lik (elektromagnit to'lqinlar) va ko'rinadigan muhitdagi faza tezligining nisbatiga teng qiymat.
Sinishi indeksi moddaning xususiyatlariga va to'lqin uzunligiga bog'liq
elektromagnit nurlanish. ga nisbatan tushish burchagi sinusining nisbati
nurning sinish tekisligiga (a) sinish burchagi sinusiga chizilgan normal
nurning A muhitdan B muhitga o'tish paytidagi sinishi (b) bu juft muhit uchun nisbiy sinishi ko'rsatkichi deb ataladi.
Qiymati n mos ravishda B muhitining nisbiy sindirish ko'rsatkichidir
A muhitiga nisbatan va
ga nisbatan A muhitning nisbiy sindirish ko'rsatkichi
Havosiz muhitdan kelgan nurning sinishi ko'rsatkichi
th fazo uning absolyut sindirish ko'rsatkichi yoki deyiladi
oddiygina berilgan muhitning sindirish ko'rsatkichi (1-jadval).
1-jadval - Turli muhitlarning sinishi ko'rsatkichlari
Suyuqliklar 1,2-1,9 oralig'ida sindirish ko'rsatkichiga ega. Qattiq
moddalar 1,3-4,0. Ba'zi minerallar indikatorning aniq qiymatiga ega emas
sinishi uchun. Uning qiymati ma'lum bir "vilka" da va aniqlaydi
rangni aniqlaydigan kristall tuzilishda aralashmalar mavjudligi sababli
kristall.
Mineralni "rang" bilan aniqlash qiyin. Demak, korund minerali yoqut, sapfir, leykosafir shaklida mavjud bo'lib, bir-biridan farq qiladi.
sindirish ko'rsatkichi va rangi. Qizil korundlar yoqut deb ataladi
(xrom aralashmasi), rangsiz ko'k, och ko'k, pushti, sariq, yashil,
binafsha - safirlar (kobalt, titan va boshqalarning aralashmalari). Ochiq rangli
nye safir yoki rangsiz korund leykosafir deb ataladi (keng tarqalgan
yorug'lik filtri sifatida optikada ishlatiladi). Bu kristallarning sindirish ko'rsatkichi
stall 1,757-1,778 oralig'ida yotadi va aniqlash uchun asosdir.
3.1-rasm - Ruby 3.2-rasm - Safir ko'k
Organik va noorganik suyuqliklar ham mavjud xarakterli qadriyatlar ularni kimyoviy sifatida tavsiflovchi sinishi ko'rsatkichlari
nye birikmalari va ularning sintez sifati (2-jadval):
2-jadval - 20 ° C da ba'zi suyuqliklarning sinishi ko'rsatkichlari
4.2. Refraktometriya: tushunchasi, printsipi.
Indikatorni aniqlashga asoslangan moddalarni o'rganish usuli
Sinishi (sinishi) (koeffitsienti) refraktometriya deb ataladi (dan
lat. refractus - singan va yunoncha. metro - o'lchayman). Refraktometriya
(refraktometriya usuli) kimyoviy aniqlash uchun ishlatiladi
birikmalar, miqdoriy va strukturaviy tahlil, fizika-
moddalarning kimyoviy parametrlari. Refraktometriya printsipi amalga oshirildi
Abbe refraktometrlarida, 1-rasmda tasvirlangan.
1-rasm - Refraktometriya printsipi
Abbe prizma bloki ikkita to'rtburchaklar prizmadan iborat: yorituvchi
tanasi va o'lchash, gipotenuz yuzlar bilan buklangan. Yoritgich -
prizma qo'pol (mat) gipotenuz yuziga ega va mo'ljallangan
prizmalar orasiga joylashtirilgan suyuqlik namunasini yoritish uchun chena.
Tarqalgan yorug'lik tekshirilayotgan suyuqlikning tekis-parallel qatlamidan o'tadi va suyuqlikda singan holda o'lchov prizmasiga tushadi. O'lchov prizmasi optik jihatdan zich shishadan (og'ir chaqmoq tosh) yasalgan va sinishi ko'rsatkichi 1,7 dan katta. Shu sababli, Abbe refraktometri n qiymatni 1,7 dan kam o'lchaydi. Sinishi ko'rsatkichining o'lchov diapazonini oshirishga faqat o'lchov prizmasini o'zgartirish orqali erishish mumkin.
Sinov namunasi o'lchov prizmasining gipotenuza yuzasiga quyiladi va yorituvchi prizmaga bosiladi. Bunday holda, namuna joylashgan prizmalar o'rtasida va orqali 0,1-0,2 mm bo'shliq qoladi.
yorug'likni sindirish orqali o'tadi. Sinishi indeksini o'lchash uchun
tugallanish hodisasidan foydalaning ichki aks ettirish. dan iborat
Keyingisi.
Agar 1, 2, 3 nurlar ikkita vosita orasidagi interfeysga tushsa, u holda bog'liq
ularni sindiruvchi muhitda kuzatishda tushish burchagi bo'ladi
turli xil yorug'lik maydonlarining o'tish mavjudligi kuzatiladi. U bog'langan
nurning bir qismining sinishi chegarasiga taxminan burchak ostida tushishi bilan.
kim normalga nisbatan 90° ga (nur 3). (2-rasm).
2-rasm - Singan nurlarning tasviri
Nurlarning bu qismi aks ettirilmaydi va shuning uchun engilroq ob'ektni hosil qiladi.
sinishi. Kichikroq burchakli nurlar sezadi va aks etadi
va sinishi. Shunday qilib, kamroq yorug'lik maydoni hosil bo'ladi. Hajmida
umumiy ichki aks ettirishning chegara chizig'i linzalarda, pozitsiyada ko'rinadi
bu namunaning sindirish xususiyatlariga bog'liq.
Dispersiya hodisasini yo'q qilish (Abbe refraktometrlarida murakkab oq yorug'likdan foydalanish tufayli kamalak ranglaridagi ikkita yorug'lik sohasi orasidagi interfeysning ranglanishi) kompensatorda o'rnatilgan ikkita Amici prizmasi yordamida erishiladi. teleskop. Shu bilan birga, linzaga masshtab proyeksiya qilinadi (3-rasm). Tahlil qilish uchun 0,05 ml suyuqlik etarli.
3-rasm - Refraktometrning okulyar orqali ko'rish. (To'g'ri o'lchov aks ettiradi
ppm da o'lchangan komponentning konsentratsiyasi)
Yagona komponentli namunalarni tahlil qilishdan tashqari, keng tarqalgan tahlillar mavjud
ikki komponentli tizimlar (suvli eritmalar, moddalarning eritmalari
yoki erituvchi). Ideal ikki komponentli tizimlarda (shakllantirish-
komponentlarning hajmini va polarizatsiyasini o'zgartirmasdan), bog'liqlik ko'rsatilgan
kompozitsiyada ifodalangan bo'lsa, kompozitsiyadagi sinishi ko'rsatkichi chiziqli ko'rsatkichga yaqin
hajm kasrlari (foiz)
Bu erda: n, n1, n2 - aralashma va komponentlarning sinishi ko'rsatkichlari,
V1 va V2 - komponentlarning hajm ulushlari (V1 + V2 = 1).
Haroratning sinishi ko'rsatkichiga ta'siri ikkita bilan aniqlanadi
omillar: birlik hajmdagi suyuqlik zarralari sonining o'zgarishi va
molekulalarning qutblanish qobiliyatining haroratga bog'liqligi. Ikkinchi omil bo'ldi
faqat juda katta harorat o'zgarishlarida sezilarli bo'ladi.
Harorat koeffitsienti sindirish ko'rsatkichi harorat zichligi koeffitsientiga proportsionaldir. Barcha suyuqliklar qizdirilganda kengayganligi sababli, harorat oshishi bilan ularning sinishi ko'rsatkichlari kamayadi. Harorat koeffitsienti suyuqlikning haroratiga bog'liq, ammo kichik harorat oralig'ida uni doimiy deb hisoblash mumkin. Shu sababli katta qism refraktometrlarda harorat nazorati mavjud emas, ammo ba'zi dizaynlar ta'minlaydi
suv haroratini nazorat qilish.
Haroratning o'zgarishi bilan sinishi indeksining chiziqli ekstrapolyatsiyasi kichik harorat farqlari uchun (10 - 20 ° C) qabul qilinadi.
Aniq ta'rif Keng harorat oralig'ida sinishi ko'rsatkichi empirik formulalar bo'yicha ishlab chiqariladi:
nt=n0+at+bt2+…
Keng konsentratsiyali diapazonlarda eritma refraktometriyasi uchun
jadvallar yoki empirik formulalardan foydalaning. Displeyga bog'liqlik -
sindiruvchi tana suvli eritmalar kontsentratsiyadan ba'zi moddalar
chiziqliga yaqin va bu moddalarning konsentrasiyalarini aniqlash imkonini beradi
sinishi yordamida keng konsentratsiyali suv (4-rasm).
tometrlar.
4-rasm - Ba'zi suvli eritmalarning sindirish ko'rsatkichi
Odatda n suyuqlik va qattiq moddalar refraktometrlar aniqlik bilan aniqlaydi
0,0001 gacha. Eng keng tarqalgan Abbe refraktometrlari (5-rasm) prizma bloklari va dispersiya kompensatorlari bo'lib, ular shkala yoki raqamli indikatorda "oq" nurda nD ni aniqlash imkonini beradi.
5-rasm - Abbe refraktometri (IRF-454; IRF-22)