Indeks bias tertinggi. Pembuatan kontrak

Cahaya pada dasarnya merambat melalui media berbeda dengan kecepatan berbeda. Semakin padat suatu medium, semakin rendah kecepatan rambat cahaya di dalamnya. Suatu ukuran yang tepat telah ditetapkan yang berhubungan dengan kepadatan material dan kecepatan rambat cahaya pada material tersebut. Ukuran ini disebut indeks bias. Untuk bahan apa pun, indeks bias diukur relatif terhadap kecepatan cahaya dalam ruang hampa (ruang hampa sering disebut ruang bebas). Rumus berikut menjelaskan hubungan ini.

Semakin tinggi indeks bias suatu bahan, semakin padat bahan tersebut. Ketika seberkas cahaya merambat dari suatu bahan ke bahan lain (dengan indeks bias berbeda), maka sudut biasnya akan berbeda dengan sudut datangnya. Seberkas cahaya yang menembus suatu medium yang indeks biasnya lebih rendah akan keluar dengan sudut yang lebih besar dari sudut datang. Seberkas cahaya yang menembus medium yang indeks biasnya tinggi akan keluar dengan sudut yang lebih kecil dari sudut datang. Ini ditunjukkan pada Gambar. 3.5.

Beras. 3.5.a. Sinar merambat dari medium N 1 tinggi ke medium N 2 rendah

Beras. 3.5.b. Sinar merambat dari medium N 1 rendah ke medium N 2 tinggi

Dalam hal ini, θ 1 adalah sudut datang, dan θ 2 adalah sudut bias. Beberapa indeks bias tipikal tercantum di bawah ini.

Menarik untuk dicatat bahwa untuk sinar-X, indeks bias kaca selalu lebih kecil daripada indeks bias udara, sehingga ketika melewati udara ke kaca, indeks bias tersebut dibelokkan menjauhi tegak lurus, dan tidak menuju tegak lurus, seperti sinar cahaya.

Mari kita beralih ke pertimbangan lebih rinci tentang indeks bias, yang kita perkenalkan di §81 ketika merumuskan hukum bias.

Indeks bias bergantung pada sifat optik medium tempat sinar jatuh dan medium penetrasinya. Indeks bias yang diperoleh ketika cahaya dari ruang hampa jatuh pada suatu medium disebut indeks bias absolut medium tersebut.

Beras. 184. Indeks bias relatif dua media:

Misalkan indeks bias mutlak medium pertama dan indeks bias medium kedua - . Mengingat pembiasan pada batas media pertama dan kedua, kami memastikan bahwa indeks bias selama transisi dari media pertama ke media kedua, yang disebut indeks bias relatif, sama dengan rasio indeks bias absolut media tersebut. media kedua dan pertama:

(Gbr. 184). Sebaliknya, ketika berpindah dari medium kedua ke medium pertama kita mempunyai indeks bias relatif

Hubungan yang terjalin antara indeks bias relatif dua media dan indeks bias absolutnya dapat diturunkan secara teoritis, tanpa eksperimen baru, seperti halnya hal ini dapat dilakukan untuk hukum reversibilitas (§82),

Media dengan indeks bias lebih tinggi disebut lebih padat secara optik. Indeks bias berbagai media relatif terhadap udara biasanya diukur. Indeks bias mutlak udara adalah . Jadi, indeks bias absolut suatu medium dihubungkan dengan indeks biasnya relatif terhadap udara sesuai dengan rumusnya

Tabel 6. Indeks bias berbagai zat relatif terhadap udara

Indeks bias bergantung pada panjang gelombang cahaya, yaitu warnanya. Warna yang berbeda sesuai dengan indeks bias yang berbeda. Fenomena yang disebut dispersi ini memainkan peran penting dalam optik. Kita akan membahas fenomena ini berulang kali pada bab-bab selanjutnya. Data diberikan dalam tabel. 6, lihat lampu kuning.

Menarik untuk diperhatikan bahwa hukum pemantulan dapat ditulis secara formal dalam bentuk yang sama dengan hukum pembiasan. Ingatlah bahwa kita sepakat untuk selalu mengukur sudut dari tegak lurus terhadap sinar yang bersesuaian. Oleh karena itu, kita harus menganggap sudut datang dan sudut pantul mempunyai tanda yang berlawanan, yaitu. hukum pemantulan dapat ditulis sebagai

Membandingkan (83.4) dengan hukum pembiasan, kita melihat bahwa hukum pemantulan dapat dianggap sebagai kasus khusus dari hukum pembiasan di . Kesamaan formal antara hukum pemantulan dan pembiasan ini sangat bermanfaat dalam menyelesaikan masalah-masalah praktis.

Pada pemaparan sebelumnya, indeks bias mempunyai arti suatu konstanta medium, tidak bergantung pada intensitas cahaya yang melewatinya. Penafsiran indeks bias ini cukup alami, tetapi dalam kasus intensitas radiasi tinggi yang dapat dicapai dengan menggunakan laser modern, hal ini tidak dapat dibenarkan. Sifat-sifat medium yang dilalui radiasi cahaya kuat dalam hal ini bergantung pada intensitasnya. Seperti yang mereka katakan, lingkungan menjadi nonlinier. Nonlinier medium dimanifestasikan, khususnya, dalam kenyataan bahwa gelombang cahaya berintensitas tinggi mengubah indeks bias. Ketergantungan indeks bias pada intensitas radiasi berbentuk

Berikut adalah indeks bias biasa, dan merupakan indeks bias nonlinier, dan merupakan faktor proporsionalitas. Suku tambahan dalam rumus ini bisa positif atau negatif.

Perubahan relatif pada indeks bias relatif kecil. Pada indeks bias nonlinier. Namun, bahkan perubahan kecil dalam indeks bias pun terlihat: perubahan tersebut memanifestasikan dirinya dalam fenomena aneh pemfokusan cahaya sendiri.

Mari kita perhatikan medium dengan indeks bias nonlinier positif. Dalam hal ini, area dengan intensitas cahaya yang meningkat juga merupakan area dengan indeks bias yang meningkat. Biasanya, dalam radiasi laser nyata, distribusi intensitas pada penampang berkas sinar tidak seragam: intensitas maksimum sepanjang sumbu dan menurun secara bertahap ke arah tepi berkas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 185 kurva padat. Distribusi serupa juga menggambarkan perubahan indeks bias pada penampang sel dengan media nonlinier sepanjang sumbu rambat sinar laser. Indeks bias, yang terbesar di sepanjang sumbu kuvet, menurun secara bertahap ke arah dindingnya (kurva putus-putus pada Gambar 185).

Seberkas sinar yang meninggalkan laser sejajar sumbunya, memasuki medium dengan indeks bias variabel, dibelokkan ke arah yang lebih besar. Oleh karena itu, peningkatan intensitas di dekat kuvet menyebabkan konsentrasi sinar cahaya di area ini, ditunjukkan secara skematis pada penampang dan pada Gambar. 185, dan ini menyebabkan peningkatan lebih lanjut. Pada akhirnya, penampang efektif berkas cahaya yang melewati media nonlinier berkurang secara signifikan. Cahaya melewati saluran sempit dengan indeks bias tinggi. Dengan demikian, pancaran sinar laser menyempit, dan media nonlinier, di bawah pengaruh radiasi intens, bertindak sebagai lensa pengumpul. Fenomena ini disebut pemfokusan diri. Hal ini dapat diamati, misalnya, dalam nitrobenzena cair.

Beras. 185. Distribusi intensitas radiasi dan indeks bias pada penampang berkas sinar laser di pintu masuk kuvet (a), dekat ujung masukan (), di tengah (), dekat ujung keluaran kuvet ( )

Saat memecahkan masalah optik, Anda sering kali perlu mengetahui indeks bias kaca, air, atau zat lain. Selain itu, dalam situasi yang berbeda, nilai absolut dan relatif dari besaran ini dapat digunakan.

Dua jenis indeks bias

Pertama, mari kita bahas apa yang ditunjukkan oleh angka ini: bagaimana arah rambat cahaya berubah dalam media transparan tertentu. Selain itu, gelombang elektromagnetik dapat berasal dari ruang hampa, dan kemudian indeks bias kaca atau zat lain disebut absolut. Dalam kebanyakan kasus, nilainya terletak pada kisaran 1 hingga 2. Hanya dalam kasus yang sangat jarang indeks biasnya lebih besar dari dua.

Jika di depan suatu benda terdapat medium yang lebih padat daripada ruang hampa, maka hal tersebut menunjukkan besaran relatif. Dan itu dihitung sebagai rasio dua nilai absolut. Misalnya, indeks bias relatif kaca air akan sama dengan hasil bagi nilai absolut kaca dan air.

Bagaimanapun, ini dilambangkan dengan huruf Latin "en" - n. Nilai ini diperoleh dengan membagi nilai yang sama satu sama lain, oleh karena itu ia hanyalah sebuah koefisien yang tidak memiliki nama.

Rumus apa yang dapat Anda gunakan untuk menghitung indeks bias?

Jika kita mengambil sudut datang sebagai “alfa” dan sudut bias sebagai “beta”, maka rumus nilai absolut indeks biasnya adalah sebagai berikut: n = sin α/sin β. Dalam literatur berbahasa Inggris seringkali Anda dapat menemukan sebutan yang berbeda. Jika sudut datangnya i dan sudut biasnya r.

Ada rumus lain cara menghitung indeks bias cahaya pada kaca dan media transparan lainnya. Hal ini terkait dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa dan sama, tetapi pada zat yang diteliti.

Maka tampilannya seperti ini: n = c/νλ. Di sini c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, ν adalah kecepatannya dalam media transparan, dan λ adalah panjang gelombang.

Indeks bias bergantung pada apa?

Hal ini ditentukan oleh kecepatan rambat cahaya dalam medium yang ditinjau. Udara dalam hal ini sangat dekat dengan ruang hampa, sehingga gelombang cahaya merambat di dalamnya secara praktis tanpa menyimpang dari arah aslinya. Oleh karena itu, jika indeks bias kaca-udara atau zat lain yang berbatasan dengan udara ditentukan, maka udara tersebut secara konvensional dianggap sebagai ruang hampa.

Setiap lingkungan lain mempunyai karakteristiknya masing-masing. Mereka memiliki kepadatan yang berbeda, mereka memiliki suhu sendiri, serta tegangan elastis. Semua ini mempengaruhi hasil pembiasan cahaya oleh zat tersebut.

Karakteristik cahaya berperan penting dalam mengubah arah rambat gelombang. Cahaya putih terdiri dari banyak warna, dari merah hingga ungu. Setiap bagian spektrum dibiaskan dengan caranya sendiri. Selain itu, nilai indikator gelombang bagian merah dari spektrum akan selalu lebih kecil dibandingkan dengan yang lain. Misalnya, indeks bias kaca TF-1 masing-masing bervariasi dari 1,6421 hingga 1,67298, dari bagian spektrum merah hingga ungu.

Contoh nilai zat yang berbeda

Berikut adalah nilai nilai mutlak yaitu indeks bias bila seberkas sinar berpindah dari ruang hampa (yang setara dengan udara) melalui zat lain.

Angka-angka ini akan diperlukan jika diperlukan untuk menentukan indeks bias kaca relatif terhadap media lain.

Besaran apa lagi yang digunakan saat menyelesaikan soal?

Refleksi total. Hal ini diamati ketika cahaya berpindah dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat. Di sini, pada sudut datang tertentu, pembiasan terjadi pada sudut siku-siku. Artinya, berkas meluncur sepanjang batas dua media.

Sudut pembatas pantulan total adalah nilai minimum di mana cahaya tidak lolos ke medium yang kurang rapat. Lebih sedikit berarti pembiasan, dan lebih banyak berarti pemantulan ke dalam medium yang sama tempat cahaya bergerak.

Tugas No.1

Kondisi. Indeks bias kaca memiliki nilai 1,52. Penting untuk menentukan sudut batas di mana cahaya dipantulkan sepenuhnya dari antarmuka permukaan: kaca dengan udara, air dengan udara, kaca dengan air.

Anda perlu menggunakan data indeks bias air yang diberikan dalam tabel. Hal ini dianggap sama dengan kesatuan untuk udara.

Solusi dalam ketiga kasus tersebut direduksi menjadi perhitungan menggunakan rumus:

sin α 0 /sin β = n 1 /n 2, di mana n 2 mengacu pada medium tempat cahaya merambat, dan n 1 di mana ia menembus.

Huruf α 0 menunjukkan sudut batas. Nilai sudut β adalah 90 derajat. Artinya, sinusnya akan menjadi satu.

Untuk kasus pertama: sin α 0 = 1 /n kaca, maka sudut pembatasnya ternyata sama dengan sinus busur 1 /n kaca. 1/1,52 = 0,6579. Sudutnya 41,14º.

Dalam kasus kedua, saat menentukan arcsinus, Anda perlu mengganti nilai indeks bias air. Pecahan 1 /n air bernilai 1/1,33 = 0,7519. Ini adalah sinus busur dari sudut 48,75º.

Kasus ketiga digambarkan dengan perbandingan n air dan n gelas. Arcsinus perlu dihitung untuk pecahan: 1,33/1,52, yaitu angka 0,875. Kita mencari nilai sudut pembatas berdasarkan busurnya: 61,05º.

Jawaban: 41,14º, 48,75º, 61,05º.

Masalah No.2

Kondisi. Sebuah prisma kaca dicelupkan ke dalam bejana berisi air. Indeks biasnya adalah 1,5. Sebuah prisma terletak pada segitiga siku-siku. Kaki yang lebih besar terletak tegak lurus ke bawah, dan kaki kedua sejajar dengannya. Seberkas cahaya biasanya jatuh pada permukaan atas prisma. Berapakah sudut terkecil antara kaki mendatar dan sisi miring agar cahaya dapat mencapai kaki yang terletak tegak lurus dasar wadah dan keluar dari prisma?

Agar sinar dapat keluar dari prisma seperti yang dijelaskan, sinar tersebut harus jatuh pada sudut maksimum ke permukaan bagian dalam (yang merupakan sisi miring segitiga pada penampang prisma). Sudut pembatas ini ternyata sama dengan sudut yang diinginkan pada segitiga siku-siku. Dari hukum pembiasan cahaya, ternyata sinus sudut pembatas dibagi sinus 90 derajat sama dengan perbandingan dua indeks bias: air terhadap kaca.

Perhitungan menghasilkan nilai sudut pembatas berikut: 62º30´.

UNTUK KULIAH No.24

"METODE ANALISIS INSTRUMENTAL"

REFRAKTOMETRI.

Literatur:

1. V.D. Ponomarev “Kimia Analitik” 1983 246-251

2. A A. Ishchenko “Kimia Analitik” 2004 hlm.181-184

REFRAKTOMETRI.

Refraktometri merupakan salah satu metode analisis fisika yang paling sederhana dengan menggunakan jumlah analit yang minimal dan dilakukan dalam waktu yang sangat singkat.

Refraktometri- metode yang didasarkan pada fenomena pembiasan atau pembiasan yaitu. mengubah arah rambat cahaya ketika berpindah dari satu medium ke medium lainnya.

Pembiasan, seperti halnya penyerapan cahaya, merupakan konsekuensi interaksinya dengan medium. Arti dari kata refraktometri adalah refraktometri pengukuran pembiasan cahaya, yang diperkirakan dengan nilai indeks bias.

Nilai indeks bias N bergantung

1) tentang komposisi zat dan sistem,

2) dari fakta dalam konsentrasi apa dan molekul apa yang ditemui berkas cahaya pada jalurnya, karena Di bawah pengaruh cahaya, molekul-molekul zat yang berbeda terpolarisasi secara berbeda. Ketergantungan inilah yang mendasari metode refraktometri.

Metode ini memiliki sejumlah keunggulan, sehingga telah diterapkan secara luas baik dalam penelitian kimia maupun dalam pengendalian proses teknologi.

1) Mengukur indeks bias adalah proses yang sangat sederhana yang dilakukan secara akurat dan dengan waktu serta jumlah material yang minimal.

2) Biasanya, refraktometer memberikan akurasi hingga 10% dalam menentukan indeks bias cahaya dan kandungan analit

Metode refraktometri digunakan untuk mengontrol keaslian dan kemurnian, untuk mengidentifikasi zat individu, dan untuk menentukan struktur senyawa organik dan anorganik ketika mempelajari larutan. Refraktometri digunakan untuk menentukan komposisi larutan dua komponen dan untuk sistem terner.

Dasar fisik dari metode ini

INDEKS REFRAKTIF.

Semakin besar perbedaan kecepatan rambat cahaya pada keduanya, maka semakin besar simpangan suatu sinar cahaya dari arah semula ketika berpindah dari satu medium ke medium lainnya.

lingkungan ini.

Mari kita perhatikan pembiasan berkas cahaya pada batas dua media transparan I dan II (Lihat Gambar). Mari kita sepakat bahwa medium II memiliki daya bias yang lebih besar dan, oleh karena itu, n 1 Dan n 2- menunjukkan pembiasan media yang bersangkutan. Jika medium I bukan ruang hampa atau udara, maka perbandingan sin sudut datang berkas cahaya dengan sin sudut bias akan menghasilkan nilai indeks bias relatif n rel. Nilai n rel. juga dapat didefinisikan sebagai rasio indeks bias media yang dipertimbangkan.

dan rel. = ----- = ---

Nilai indeks bias tergantung pada

1) sifat zat

Sifat suatu zat dalam hal ini ditentukan oleh derajat deformabilitas molekulnya di bawah pengaruh cahaya – derajat polarisasi. Semakin kuat polarisasinya, semakin kuat pembiasan cahayanya.

2)panjang gelombang cahaya datang

Pengukuran indeks bias dilakukan pada panjang gelombang cahaya 589,3 nm (garis D spektrum natrium).

Ketergantungan indeks bias pada panjang gelombang cahaya disebut dispersi. Semakin pendek panjang gelombangnya, semakin besar pembiasannya. Oleh karena itu, sinar dengan panjang gelombang berbeda dibiaskan secara berbeda.

3)suhu , di mana pengukuran dilakukan. Prasyarat untuk menentukan indeks bias adalah kepatuhan terhadap rezim suhu. Biasanya penentuan dilakukan pada suhu 20±0,3 0 C.

Ketika suhu meningkat, indeks bias menurun; ketika suhu menurun, indeks bias meningkat..

Koreksi pengaruh suhu dihitung menggunakan rumus berikut:

n t =n 20 + (20-t) 0,0002, dimana

tidak – Selamat tinggal indeks bias pada suhu tertentu,

n 20 - indeks bias pada 20 0 C

Pengaruh suhu terhadap nilai indeks bias gas dan cairan dikaitkan dengan nilai koefisien muai volumetriknya. Volume semua gas dan cairan meningkat ketika dipanaskan, massa jenisnya menurun dan, akibatnya, indikatornya menurun

Indeks bias yang diukur pada 20 0 C dan panjang gelombang cahaya 589,3 nm ditentukan oleh indeks dan 20

Ketergantungan indeks bias sistem dua komponen homogen pada keadaannya ditentukan secara eksperimental dengan menentukan indeks bias untuk sejumlah sistem standar (misalnya, larutan), yang kandungan komponennya diketahui.

4) konsentrasi zat dalam larutan.

Untuk banyak larutan zat dalam air, indeks bias pada konsentrasi dan suhu yang berbeda diukur secara andal, dan dalam kasus ini buku referensi dapat digunakan. tabel refraktometri. Praktek menunjukkan bahwa bila kandungan zat terlarut tidak melebihi 10-20%, bersama dengan metode grafis, dalam banyak kasus dimungkinkan untuk menggunakan persamaan linier seperti:

n=n o +FC,

N- indeks bias larutan,

TIDAK- indeks bias pelarut murni,

C- konsentrasi zat terlarut,%

F-koefisien empiris, yang nilainya ditemukan

dengan menentukan indeks bias larutan yang konsentrasinya diketahui.

REFRAKTOMETER.

Refraktometer adalah instrumen yang digunakan untuk mengukur indeks bias. Ada 2 tipe perangkat ini: Refraktometer tipe Abbe dan tipe Pulfrich. Dalam kedua kasus tersebut, pengukuran didasarkan pada penentuan sudut bias maksimum. Dalam praktiknya, refraktometer dari berbagai sistem digunakan: laboratorium-RL, RL universal, dll.

Indeks bias air suling adalah n 0 = 1,33299, namun secara praktis indikator ini dijadikan acuan sebagai n 0 =1,333.

Prinsip pengoperasian refraktometer didasarkan pada penentuan indeks bias dengan metode sudut pembatas (sudut pantulan total cahaya).

Refraktometer genggam

Refraktometer Abbe

Pekerjaan laboratorium

Pembiasan cahaya. Mengukur indeks bias suatu cairan

menggunakan refraktometer

Tujuan pekerjaan: memperdalam pemahaman tentang fenomena pembiasan cahaya; studi tentang metode pengukuran indeks bias media cair; mempelajari prinsip kerja dengan refraktometer.

Peralatan: refraktometer, larutan natrium klorida, pipet, kain lembut untuk menyeka bagian optik instrumen.

Teori

Hukum pemantulan dan pembiasan cahaya. Indeks bias.

Pada antarmuka antar media, cahaya mengubah arah rambatnya. Sebagian energi cahaya kembali ke medium pertama, yaitu. cahaya dipantulkan. Jika media kedua transparan, maka sebagian cahaya, dalam kondisi tertentu, melewati antarmuka antar media, biasanya mengubah arah rambatnya. Fenomena ini disebut pembiasan cahaya (Gbr. 1).

Beras. 1. Pemantulan dan pembiasan cahaya pada antarmuka datar antara dua media.

Arah sinar pantulan dan sinar bias ketika cahaya melewati antarmuka datar antara dua media transparan ditentukan oleh hukum pemantulan dan pembiasan cahaya.

Hukum pemantulan cahaya. Sinar pantul terletak pada bidang yang sama dengan sinar datang dan garis normal dikembalikan ke bidang pisah media pada titik datang. Sudut datang sama dengan sudut pantul .

Hukum pembiasan cahaya. Sinar bias terletak pada bidang yang sama dengan sinar datang dan garis normal dikembalikan ke bidang pisah media pada titik datang. Rasio sinus datang sudut α terhadap sinus sudut bias β terdapat nilai konstan untuk kedua media ini, yang disebut indeks bias relatif media kedua terhadap media pertama:

Indeks bias relatif dua media sama dengan perbandingan cepat rambat cahaya pada medium pertama v1 dengan cepat rambat cahaya pada medium kedua v2:

Jika cahaya datang dari ruang hampa ke suatu medium, maka indeks bias medium terhadap ruang hampa disebut indeks bias mutlak medium tersebut dan sama dengan perbandingan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa. Dengan dengan kecepatan cahaya dalam medium tertentu:

Indeks bias absolut selalu lebih besar dari satu; untuk udara N diambil sebagai satu.

Indeks bias relatif dua media dapat dinyatakan dalam indeks absolutnya N 1 Dan N 2 :

Penentuan indeks bias suatu zat cair

Untuk menentukan indeks bias cairan dengan cepat dan mudah, ada instrumen optik khusus - refraktometer, yang bagian utamanya adalah dua prisma (Gbr. 2): bantu jalan. 1 dan mengukur PR.2. Cairan yang akan diuji dituangkan ke dalam celah antar prisma.

Saat mengukur indikator, dua metode dapat digunakan: metode grazing beam (untuk cairan transparan) dan metode refleksi internal total (untuk larutan gelap, keruh, dan berwarna). Dalam karya ini, yang pertama digunakan.

Dalam metode grazing beam, cahaya dari sumber luar melewati wajah AB prisma Proyek 1, menghilang pada permukaan matte-nya AC dan kemudian menembus lapisan cairan yang diteliti ke dalam prisma PR.2. Permukaan matte menjadi sumber sinar ke segala arah, sehingga dapat diamati melalui tepinya EF prisma PR.2. Namun, ujungnya AC dapat dilihat melalui EF hanya pada sudut yang lebih besar dari sudut minimum tertentu Saya. Besarnya sudut ini secara unik berkaitan dengan indeks bias cairan yang terletak di antara prisma, yang merupakan ide utama di balik desain refraktometer.

Perhatikan pancaran cahaya melalui wajah EF prisma ukur yang lebih rendah PR.2. Seperti yang dapat dilihat dari Gambar. 2, dengan menerapkan hukum pembiasan cahaya dua kali, kita memperoleh dua hubungan:

Memecahkan sistem persamaan ini, mudah untuk sampai pada kesimpulan bahwa indeks bias zat cair

bergantung pada empat besaran: Q, R, R 1 Dan Saya. Namun tidak semuanya independen. Jadi, misalnya,

R+ S= R , (4)

Di mana R - sudut bias prisma Proyek 2. Selain itu juga dengan mengatur sudutnya Q nilai maksimumnya adalah 90°, dari persamaan (1) diperoleh:

Namun nilai sudut maksimalnya R , seperti yang dapat dilihat dari Gambar. 2 dan relasi (3) dan (4), nilai sudut minimumnya sesuai Saya Dan R 1 , itu. Saya menit Dan R menit .

Jadi, indeks bias suatu cairan untuk kasus sinar “penggembalaan” hanya dikaitkan dengan sudut Saya. Dalam hal ini, ada nilai sudut minimum Saya, ketika tepi AC masih teramati, yaitu pada bidang pandang tampak putih cermin. Pada sudut pandang yang lebih kecil, tepinya tidak terlihat, dan dalam bidang pandang tempat ini tampak hitam. Karena teleskop perangkat menangkap zona sudut yang relatif lebar, area terang dan hitam diamati secara bersamaan di bidang pandang, batas antara yang sesuai dengan sudut pengamatan minimum dan secara unik terkait dengan indeks bias cairan. Menggunakan rumus perhitungan akhir:

(kesimpulannya dihilangkan) dan sejumlah cairan dengan indeks bias yang diketahui, Anda dapat mengkalibrasi perangkat, yaitu, membuat korespondensi unik antara indeks bias cairan dan sudut Saya menit . Semua rumus yang diberikan diturunkan untuk sinar dengan panjang gelombang tertentu.

Cahaya dengan panjang gelombang berbeda akan dibiaskan dengan mempertimbangkan dispersi prisma. Jadi, ketika prisma disinari dengan cahaya putih, antarmuka akan menjadi kabur dan diwarnai dengan warna berbeda karena dispersi. Oleh karena itu, setiap refraktometer mempunyai kompensator yang menghilangkan hasil dispersi. Ini mungkin terdiri dari satu atau dua prisma penglihatan langsung - prisma Amici. Setiap prisma Amici terdiri dari tiga buah prisma kaca yang indeks biasnya berbeda-beda dan dispersinya berbeda-beda, misalnya prisma bagian luar terbuat dari kaca mahkota, dan prisma tengah terbuat dari kaca batu api (kaca mahkota dan kaca batu api adalah jenis kaca). Dengan memutar prisma kompensator menggunakan perangkat khusus, gambar antarmuka yang tajam dan tidak berwarna diperoleh, posisinya sesuai dengan nilai indeks bias untuk garis natrium kuning λ =5893 Å (prisma didesain sedemikian rupa sehingga sinar dengan panjang gelombang 5893 Å tidak mengalami pembelokan).

Sinar yang melewati kompensator masuk ke lensa teleskop, kemudian melewati prisma pembalik melalui lensa okuler teleskop ke mata pengamat. Jalur skema sinar ditunjukkan pada Gambar. 3.

Skala refraktometer dikalibrasi berdasarkan nilai indeks bias dan konsentrasi larutan sukrosa dalam air dan terletak pada bidang fokus lensa mata.

Bagian eksperimental

Tugas 1. Memeriksa refraktometer.

Arahkan cahaya menggunakan cermin ke prisma bantu refraktometer. Dengan prisma bantu terangkat, pipetkan beberapa tetes air suling ke prisma pengukur. Dengan menurunkan prisma bantu, dapatkan penerangan terbaik pada bidang pandang dan atur lensa okuler sehingga garis bidik dan skala indeks bias terlihat jelas. Dengan memutar kamera prisma pengukur, Anda mendapatkan batas cahaya dan bayangan pada bidang pandang. Putar kepala kompensator hingga warna batas antara cahaya dan bayangan hilang. Sejajarkan batas cahaya dan bayangan dengan titik bidik dan ukur indeks bias air N mengubah . Jika refraktometer berfungsi dengan baik, maka untuk air suling nilainya seharusnya N 0 = 1.333, apabila pembacaannya berbeda dengan nilai tersebut, maka harus dilakukan perubahan Δn= N mengubah - 1.333, yang kemudian harus diperhitungkan saat bekerja lebih lanjut dengan refraktometer. Mohon dilakukan koreksi pada Tabel 1.

Tabel 1.

Tugas 2. Penentuan indeks bias suatu zat cair.

Tentukan indeks bias larutan yang konsentrasinya diketahui, dengan mempertimbangkan koreksi yang ditemukan.

Tabel 2.

Buatlah grafik ketergantungan indeks bias larutan garam meja terhadap konsentrasi berdasarkan hasil yang diperoleh. Menarik kesimpulan tentang ketergantungan n pada C; menarik kesimpulan tentang keakuratan pengukuran menggunakan refraktometer.

Ambil larutan garam yang konsentrasinya tidak diketahui DENGAN X , tentukan indeks biasnya dan gunakan grafik untuk mencari konsentrasi larutan.

Bersihkan area kerja dan seka prisma refraktometer secara hati-hati dengan kain bersih dan lembap.

Pertanyaan keamanan

Pemantulan dan pembiasan cahaya.

Indeks bias absolut dan relatif suatu medium.

Prinsip pengoperasian refraktometer. Metode balok geser.

Jalur skema sinar dalam prisma. Mengapa prisma kompensator diperlukan?

Perambatan, pemantulan dan pembiasan cahaya

Sifat cahaya adalah elektromagnetik. Salah satu buktinya adalah kebetulan kecepatan gelombang elektromagnetik dan cahaya dalam ruang hampa.

Pada medium homogen, cahaya merambat lurus. Pernyataan ini disebut hukum perambatan cahaya bujursangkar. Bukti eksperimental dari hukum ini adalah bayangan tajam yang dihasilkan oleh sumber cahaya titik.

Garis geometri yang menunjukkan arah rambat cahaya disebut sinar cahaya. Dalam medium isotropik, sinar cahaya diarahkan tegak lurus terhadap muka gelombang.

Letak geometri titik-titik dalam medium yang berosilasi dalam satu fasa disebut permukaan gelombang, dan himpunan titik-titik yang dicapai osilasi pada suatu titik waktu tertentu disebut muka gelombang. Tergantung pada jenis muka gelombang, gelombang bidang dan gelombang bola dibedakan.

Untuk menjelaskan proses perambatan cahaya, digunakan prinsip umum teori gelombang tentang pergerakan muka gelombang di ruang angkasa, yang dikemukakan oleh fisikawan Belanda H. Huygens. Menurut prinsip Huygens, setiap titik dalam medium yang mencapai eksitasi cahaya adalah pusat gelombang sekunder berbentuk bola, yang juga merambat dengan kecepatan cahaya. Permukaan yang mengelilingi bagian depan gelombang sekunder ini memberikan posisi bagian depan gelombang yang sebenarnya merambat pada saat itu.

Penting untuk membedakan antara berkas cahaya dan berkas cahaya. Berkas cahaya adalah bagian dari gelombang cahaya yang membawa energi cahaya ke arah tertentu. Saat mengganti berkas cahaya dengan berkas cahaya yang mendeskripsikannya, berkas cahaya tersebut harus dianggap bertepatan dengan sumbu cahaya yang cukup sempit, tetapi pada saat yang sama memiliki lebar yang terbatas (dimensi penampang jauh lebih besar daripada panjang gelombang) cahaya balok.

Ada berkas cahaya divergen, konvergen, dan kuasi-paralel. Istilah pancaran sinar cahaya atau sederhananya sinar cahaya sering digunakan, yang berarti sekumpulan sinar cahaya yang menggambarkan berkas cahaya nyata.

Kecepatan cahaya dalam ruang hampa c = 3 108 m/s merupakan konstanta universal dan tidak bergantung pada frekuensi. Untuk pertama kalinya, kecepatan cahaya ditentukan secara eksperimental menggunakan metode astronomi oleh ilmuwan Denmark O. Roemer. Lebih tepatnya, kecepatan cahaya diukur oleh A. Michelson.

Dalam materi, kecepatan cahaya lebih kecil dibandingkan dalam ruang hampa. Perbandingan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa dengan cepatnya dalam medium tertentu disebut indeks bias mutlak medium:

dimana c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, v adalah kecepatan cahaya dalam medium tertentu. Indeks bias absolut semua zat lebih besar dari satu.

Ketika cahaya merambat melalui suatu medium, ia diserap dan dihamburkan, dan pada antarmuka antara media tersebut ia dipantulkan dan dibiaskan.

Hukum pemantulan cahaya: berkas datang, berkas pantul, dan tegak lurus antarmuka antara dua media, yang dipugar pada titik datang berkas, terletak pada bidang yang sama; sudut pantul g sama dengan sudut datang a (Gbr. 1). Hukum ini bertepatan dengan hukum pemantulan gelombang apa pun dan dapat diperoleh sebagai konsekuensi dari prinsip Huygens.

Hukum pembiasan cahaya: sinar datang, sinar bias, dan garis tegak lurus antarmuka antara dua media, yang dipugar pada titik datang sinar, terletak pada bidang yang sama; perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias untuk frekuensi cahaya tertentu adalah nilai konstan yang disebut indeks bias relatif medium kedua relatif terhadap medium pertama:

Hukum pembiasan cahaya yang ditetapkan secara eksperimental dijelaskan berdasarkan prinsip Huygens. Menurut konsep gelombang, pembiasan adalah akibat dari perubahan cepat rambat gelombang ketika berpindah dari satu medium ke medium lain, dan arti fisis indeks bias relatif adalah perbandingan cepat rambat gelombang pada medium pertama v1 hingga kecepatan propagasinya pada medium kedua

Untuk media dengan indeks bias mutlak n1 dan n2, indeks bias relatif media kedua terhadap media pertama sama dengan perbandingan indeks bias mutlak media kedua dengan indeks bias mutlak media pertama:

Media yang memiliki indeks bias lebih tinggi disebut lebih padat secara optik; kecepatan rambat cahaya di dalamnya lebih rendah. Jika cahaya merambat dari medium yang optiknya lebih rapat ke medium yang optiknya kurang rapat, maka pada sudut datang tertentu a0, sudut biasnya harus sama dengan p/2. Intensitas sinar bias dalam hal ini menjadi nol. Cahaya yang jatuh pada antarmuka antara dua media dipantulkan sepenuhnya darinya.

Sudut datang a0 di mana terjadi pemantulan internal total cahaya disebut sudut pembatas pemantulan internal total. Pada semua sudut datang yang sama dan lebih besar dari a0, terjadi pemantulan cahaya total.

Nilai sudut pembatas dicari dari relasi Jika n2 = 1 (vakum), maka

2 Indeks bias suatu zat adalah nilai yang sama dengan perbandingan kecepatan fasa cahaya (gelombang elektromagnetik) dalam ruang hampa dan media tertentu. Mereka juga berbicara tentang indeks bias untuk gelombang lain, misalnya suara

Indeks bias bergantung pada sifat zat dan panjang gelombang radiasi; untuk beberapa zat, indeks bias berubah cukup kuat ketika frekuensi gelombang elektromagnetik berubah dari frekuensi rendah ke frekuensi optik dan seterusnya, dan juga dapat berubah lebih tajam lagi dalam frekuensi gelombang elektromagnetik. area tertentu pada skala frekuensi. Standarnya biasanya mengacu pada rentang optik atau rentang yang ditentukan oleh konteks.

Ada zat optik anisotropik yang indeks biasnya bergantung pada arah dan polarisasi cahaya. Zat semacam itu cukup umum, khususnya, semuanya adalah kristal dengan simetri kisi kristal yang cukup rendah, serta zat yang mengalami deformasi mekanis.

Indeks bias dapat dinyatakan sebagai akar hasil kali konstanta magnet dan dielektrik medium

(perlu diingat bahwa nilai permeabilitas magnetik dan konstanta dielektrik absolut untuk rentang frekuensi yang diminati - misalnya optik - dapat sangat berbeda dari nilai statis nilai-nilai ini).

Untuk mengukur indeks bias digunakan refraktometer manual dan otomatis. Jika refraktometer digunakan untuk menentukan konsentrasi gula dalam larutan air, alat tersebut disebut sakarimeter.

Perbandingan sinus sudut datang () berkas dengan sinus sudut bias () ketika berkas merambat dari medium A ke medium B disebut indeks bias relatif pasangan media tersebut.

Besaran n adalah indeks bias relatif medium B terhadap medium A, dan" = 1/n adalah indeks bias relatif medium A terhadap medium B.

Nilai ini, jika semua hal lain dianggap sama, biasanya kurang dari satu ketika berkas merambat dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat, dan lebih dari satu ketika berkas berpindah dari medium yang kurang rapat ke medium yang lebih rapat (misalnya, dari gas atau dari ruang hampa menjadi cair atau padat). Ada pengecualian untuk aturan ini, dan oleh karena itu merupakan kebiasaan untuk menyebut suatu medium secara optik lebih atau kurang padat dibandingkan yang lain (jangan bingung dengan kerapatan optik sebagai ukuran opacity suatu medium).

Sinar yang jatuh dari ruang hampa udara ke permukaan suatu medium B dibiaskan lebih kuat dibandingkan bila jatuh dari medium lain A; Indeks bias sinar yang datang pada suatu medium dari ruang hampa udara disebut indeks bias absolutnya atau sekadar indeks bias suatu medium tertentu, yang definisinya diberikan di awal artikel. Indeks bias gas apa pun, termasuk udara, dalam kondisi normal jauh lebih kecil daripada indeks bias cairan atau padatan, oleh karena itu, kira-kira (dan dengan akurasi yang relatif baik) indeks bias absolut dapat dinilai dari indeks bias relatif terhadap udara.

Beras. 3. Prinsip pengoperasian refraktometer interferensi. Berkas cahaya dibagi sehingga kedua bagiannya melewati kuvet dengan panjang l yang diisi zat dengan indeks bias berbeda. Di pintu keluar dari kuvet, sinar-sinar memperoleh perbedaan jalur tertentu dan, jika disatukan, memberikan pada layar gambar interferensi maksimum dan minimum dengan orde k (ditunjukkan secara skematis di sebelah kanan). Beda indeks bias Dn=n2 –n1 =kl/2, dimana l adalah panjang gelombang cahaya.

Refraktometer adalah instrumen yang digunakan untuk mengukur indeks bias suatu zat. Prinsip pengoperasian refraktometer didasarkan pada fenomena pemantulan total. Jika seberkas cahaya yang tersebar jatuh pada antarmuka antara dua media dengan indeks bias dan, dari media yang lebih rapat optiknya, maka mulai dari sudut datang tertentu, sinar tersebut tidak masuk ke media kedua, tetapi dipantulkan seluruhnya dari antarmuka. pada media pertama. Sudut ini disebut sudut pembatas pantulan total. Gambar 1 menunjukkan perilaku sinar ketika arus tertentu mengenai permukaan tertentu. Sinar itu datang pada sudut yang ekstrim. Dari hukum pembiasan kita dapat menentukan : , (karena).

Besarnya sudut pembatas bergantung pada indeks bias relatif kedua media. Jika sinar-sinar yang dipantulkan dari permukaan diarahkan ke lensa pengumpul, maka pada bidang fokus lensa terlihat batas cahaya dan penumbra, dan kedudukan batas ini bergantung pada nilai sudut pembatas, dan oleh karena itu pada indeks bias. Perubahan indeks bias salah satu media menyebabkan perubahan posisi antarmuka. Antarmuka antara cahaya dan bayangan dapat berfungsi sebagai indikator dalam menentukan indeks bias, yang digunakan dalam refraktometer.

Cara penentuan indeks bias ini disebut metode refleksi total

Selain metode refleksi total, refraktometer menggunakan metode grazing beam.

Dalam metode ini, seberkas cahaya yang tersebar mengenai batas media yang kurang rapat secara optik pada semua sudut yang memungkinkan (Gbr. 2). Sinar yang meluncur sepanjang permukaan () sesuai dengan sudut bias pembatas (sinar pada Gambar 2). Jika kita menempatkan lensa pada jalur sinar () yang dibiaskan pada permukaan, maka pada bidang fokus lensa kita juga akan melihat batas tajam antara cahaya dan bayangan.

Karena kondisi yang menentukan nilai sudut pembatas sama pada kedua metode, maka posisi antarmuka juga sama. Kedua metode ini setara, tetapi metode refleksi total memungkinkan Anda mengukur indeks bias zat buram

Jalur sinar pada prisma segitiga = 589,3 mikron.

(panjang gelombang garis kuning natrium) tidak diuji setelah melewati kompensator defleksi. Sinar dengan panjang gelombang lain dibelokkan oleh prisma ke arah yang berbeda. Dengan menggerakkan prisma kompensator menggunakan pegangan khusus, kami memastikan batas antara terang dan gelap menjadi sejelas mungkin.

Sinar cahaya, setelah melewati kompensator, masuk ke lensa 6 teleskop. Gambar antarmuka bayangan cahaya dilihat melalui lensa okuler 7 teleskop. Pada saat yang sama, skala 8 dilihat melalui lensa mata. Karena sudut bias pembatas dan sudut pantulan total bergantung pada indeks bias zat cair, nilai indeks bias ini segera ditandai pada skala refraktometer. .