إلى محاضرة №24

"طرق التحليل الآلية"

قياس الانعكاس.

الأدب:

1. في. بونوماريف "كيمياء تحليلية" 1983246-251

2. أ. Ishchenko "الكيمياء التحليلية" 2004 ص 181-184

قياس الانعكاس.

قياس الانكسار هو أحد أبسط طرق التحليل الفيزيائية ، حيث يتطلب الحد الأدنى من التحليل ويتم تنفيذه في وقت قصير جدًا.

قياس الانكسار- طريقة تعتمد على ظاهرة الانكسار أو الانكسار ، أي تغيير في اتجاه انتشار الضوء عند المرور من وسط إلى آخر.

الانكسار ، وكذلك امتصاص الضوء ، هو نتيجة تفاعله مع الوسط. كلمة قياس الانكسار تعني قياس انكسار الضوء ويقدر بقيمة معامل الانكسار.

قيمة معامل الانكسار نيعتمد على

1) على تكوين المواد والأنظمة ،

2) من في أي تركيز وما الجزيئات التي يلتقي بها شعاع الضوء في طريقه ، لأن تحت تأثير الضوء ، يتم استقطاب جزيئات المواد المختلفة بطرق مختلفة. على هذا الاعتماد تعتمد طريقة قياس الانكسار.

هذه الطريقة لها عدد من المزايا ، ونتيجة لذلك وجد تطبيق واسعفي كل من البحث الكيميائي والتحكم في العمليات.

1) قياس مؤشرات الانكسار بدرجة عالية عملية بسيطة، والتي يتم إجراؤها بدقة وبأقل وقت وكمية من الجوهر.

2) عادةً ما توفر أجهزة قياس الانكسار دقة تصل إلى 10٪ في تحديد معامل انكسار الضوء ومحتوى المادة التحليلية

تُستخدم طريقة قياس الانكسار للتحكم في الأصالة والنقاء ، وتحديد المواد الفردية ، وتحديد بنية المواد العضوية و المركبات غير العضويةعند دراسة الحلول. يستخدم قياس الانكسار لتحديد تكوين المحاليل المكونة من عنصرين وللأنظمة الثلاثية.

أسس فيزيائيةطريقة

مؤشر الانكسار.

يكون انحراف شعاع ضوئي عن اتجاهه الأصلي عندما ينتقل من وسيط إلى آخر أكبر من المزيد من الاختلاففي سرعة انتشار الضوء في جزأين

هذه البيئات.

ضع في اعتبارك انكسار شعاع الضوء عند حدود أي وسيطين شفافين الأول والثاني (انظر الشكل). دعونا نتفق على أن الوسيط II لديه قوة انكسار أكبر ، وبالتالي ، ن 1و ن 2- يوضح انكسار الوسائط المقابلة. إذا لم يكن الوسط I عبارة عن فراغ أو هواء ، فإن النسبة sin زاوية سقوط الحزمة الضوئية إلى الخطيئة لزاوية الانكسار ستعطي قيمة معامل الانكسار النسبي n rel. قيمة n rel. يمكن أيضًا تعريفها على أنها نسبة مؤشرات الانكسار للوسائط قيد الدراسة.

ن متعلق. = ----- = -

تعتمد قيمة معامل الانكسار على

1) طبيعة المواد

طبيعة المادة في هذه القضيةيحدد درجة تشوه جزيئاته تحت تأثير الضوء - درجة الاستقطاب. كلما زادت كثافة الاستقطاب ، كان انكسار الضوء أقوى.

2)الطول الموجي للضوء الساقط

يتم قياس معامل الانكسار بطول موجة ضوئية 589.3 نانومتر (الخط D من طيف الصوديوم).

يُطلق على اعتماد معامل الانكسار على الطول الموجي للضوء التشتت. كلما كان الطول الموجي أقصر ، زاد الانكسار. لذلك ، تنكسر الأشعة ذات الأطوال الموجية المختلفة بشكل مختلف.

3)درجة حرارة حيث يتم أخذ القياس. شرط أساسيتحديد معامل الانكسار هو الامتثال نظام درجة الحرارة. عادة ما يتم إجراء التحديد عند 20 ± 0.3 0 درجة مئوية.

مع ارتفاع درجة الحرارة ، ينخفض ​​معامل الانكسار ، وتزداد كلما انخفضت درجة الحرارة..

يتم حساب تصحيح درجة الحرارة باستخدام الصيغة التالية:

n t \ u003d n 20 + (20-t) 0.0002 ، أين

ن ر -الوداع عامل الانكسار في درجة حرارة معينة,

ن 20 - معامل الانكسار عند 20 درجة مئوية

يرتبط تأثير درجة الحرارة على قيم مؤشرات الانكسار للغازات والسوائل بقيم معاملاتها للتمدد الحجمي. يزداد حجم جميع الغازات والسوائل عند تسخينها ، وتقل الكثافة ، وبالتالي ينخفض ​​المؤشر

يُقاس معامل الانكسار عند درجة حرارة 20 درجة مئوية ويبلغ طول موجة الضوء 589.3 نانومتر ، ويشار إليه بالمؤشر ن د 20

يتم تحديد اعتماد معامل الانكسار لنظام متجانس مكون من عنصرين على حالته بشكل تجريبي عن طريق تحديد معامل الانكسار لعدد من الأنظمة القياسية (على سبيل المثال ، الحلول) ، محتوى المكونات المعروف فيها.

4) تركيز مادة في محلول.

بالنسبة للعديد من المحاليل المائية للمواد ، تم قياس مؤشرات الانكسار بتركيزات ودرجات حرارة مختلفة بشكل موثوق ، وفي هذه الحالات يمكن استخدام البيانات المرجعية. طاولات قياس الانكسار. تبين الممارسة أنه عندما لا يتجاوز محتوى المادة المذابة 10-20٪ ، جنبًا إلى جنب مع الطريقة الرسومية ، فمن الممكن في كثير من الحالات استخدام معادلة خطية مثل:

n = n o + FC ،

ن-معامل الانكسار للمحلول ،

لاهو معامل الانكسار للمذيب النقي ،

ج- تركيز المادة المذابة ،٪

F- المعامل التجريبي الذي تم إيجاد قيمته

عن طريق تحديد مؤشرات الانكسار لمحاليل التركيز المعروفة.

أجهزة قياس الانكسار.

أجهزة قياس الانكسار هي أجهزة تستخدم لقياس معامل الانكسار. هناك نوعان من هذه الأدوات: مقياس إنكسار من نوع Abbe ونوع Pulfrich. في كل من هؤلاء وفي غيرهم ، تستند القياسات إلى تحديد حجم زاوية الانكسار المحددة. في الممارسة العملية ، يتم استخدام أجهزة قياس الانكسار أنظمة مختلفة: مختبر- RL ، RLU عالمي ، إلخ.

معامل الانكسار للماء المقطر n 0 \ u003d 1.33299 ، في الممارسة العملية ، يأخذ هذا المؤشر كمرجع كـ n 0 =1,333.

يعتمد مبدأ التشغيل على أجهزة قياس الانكسار على تحديد معامل الانكسار بطريقة الزاوية المحددة (الزاوية انعكاس كليسفيتا).

مقياس انكسار اليد

مقياس الانكسار آبي

تعتبر العمليات المرتبطة بالضوء مكونًا مهمًا للفيزياء وتحيط بنا في منطقتنا الحياة اليوميةفي كل مكان. الأهم في هذه الحالة هي قوانين انعكاس وانكسار الضوء ، والتي تقوم عليها البصريات الحديثة. يعد انكسار الضوء جزءًا مهمًا من العلم الحديث.

تأثير التشويه

ستخبرك هذه المقالة عن ظاهرة انكسار الضوء ، وكذلك كيف يبدو قانون الانكسار وما يتبعها.

أساسيات الظاهرة الفيزيائية

عندما يسقط شعاع على سطح مفصول بين مادتين شفافتين لهما كثافة بصرية مختلفة (على سبيل المثال ، نظارات مختلفةأو في الماء) ، سوف تنعكس بعض الأشعة ، وسوف يخترق البعض الهيكل الثاني (على سبيل المثال ، سوف ينتشر في الماء أو الزجاج). عند المرور من وسيط إلى آخر ، يتميز الشعاع بتغيير في اتجاهه. هذه هي ظاهرة انكسار الضوء.
يمكن رؤية انعكاس وانكسار الضوء بشكل جيد في الماء.

تأثير تشويه المياه

عند النظر إلى الأشياء الموجودة في الماء ، تبدو مشوهة. هذا ملحوظ بشكل خاص على الحدود بين الهواء والماء. بصريًا يبدو أن الأجسام الموجودة تحت الماء منحرفة قليلاً. الظاهرة الفيزيائية الموصوفة هي بالتحديد سبب تشويه كل الأشياء في الماء. عندما تصطدم الأشعة بالزجاج ، يكون هذا التأثير أقل وضوحًا.
انكسار الضوء ظاهرة فيزيائية تتميز بتغيير اتجاه الحزمة الشمسية في لحظة الانتقال من وسط (هيكل) إلى آخر.
لتحسين فهم هذه العملية ، ضع في اعتبارك مثال شعاع يسقط من الهواء إلى الماء (على غرار الزجاج). من خلال رسم عمودي على طول الواجهة ، يمكن قياس زاوية الانكسار وعودة حزمة الضوء. سيتغير هذا المؤشر (زاوية الانكسار) عندما يخترق التدفق الماء (داخل الزجاج).
ملحوظة! تُفهم هذه المعلمة على أنها الزاوية التي تشكل عموديًا مرسومًا على فصل مادتين عندما تخترق الحزمة من الهيكل الأول إلى الثاني.

مرور الشعاع

نفس المؤشر نموذجي للبيئات الأخرى. ثبت أن هذا المؤشر يعتمد على كثافة المادة. إذا سقطت الحزمة من هيكل أقل كثافة إلى هيكل أكثر كثافة ، فإن زاوية التشويه الناتجة ستكون أكبر. وإذا كان العكس ، ثم أقل.
في الوقت نفسه ، سيؤثر التغيير في منحدر السقوط أيضًا على هذا المؤشر. لكن العلاقة بينهما لا تبقى ثابتة. في نفس الوقت ، ستبقى نسبة جيوبهم قيمة ثابتة، والتي يتم عرضها بالصيغة التالية: sinα / sinγ = n ، حيث:

• n هي قيمة ثابتة يتم وصفها لكل مادة محددة (هواء ، زجاج ، ماء ، إلخ). لذلك ، يمكن تحديد هذه القيمة من جداول خاصة ؛
• α هي زاوية السقوط ؛
• γ هي زاوية الانكسار.

لتحديد هذه الظاهرة الفيزيائية ، تم إنشاء قانون الانكسار.

القانون الفيزيائي

يسمح لك قانون انكسار تدفقات الضوء بتحديد خصائص المواد الشفافة. يتكون القانون نفسه من حكمين:

• الجزء الاول. سيكون الشعاع (الحادث ، المتغير) والعمودي ، الذي تم استعادته عند نقطة الوقوع عند الحدود ، على سبيل المثال ، الهواء والماء (الزجاج ، إلخ) ، في نفس المستوى ؛
• الجزء الثاني. سيكون مؤشر نسبة جيب الزاوية لزاوية السقوط إلى جيب الزاوية نفسها المتكونة عند عبور الحدود قيمة ثابتة.

وصف القانون

في هذه الحالة ، في الوقت الحالي ، يخرج الشعاع من الهيكل الثاني إلى الأول (على سبيل المثال ، عندما يمر تدفق الضوء من الهواء ، عبر الزجاج والعودة إلى الهواء) ، سيحدث أيضًا تأثير تشويه.

معلمة مهمة لكائنات مختلفة

المؤشر الرئيسي في هذه الحالة هو نسبة الجيب لزاوية السقوط إلى معلمة مماثلة ، ولكن للتشويه. على النحو التالي من القانون الموصوف أعلاه ، فإن هذا المؤشر هو قيمة ثابتة.
في الوقت نفسه ، عندما تتغير قيمة منحدر السقوط ، سيكون نفس الموقف نموذجيًا لمؤشر مماثل. هذا الإعداد له أهمية عظيمة، لأنها خاصية لا يتجزأ من المواد الشفافة.

مؤشرات لأجسام مختلفة

بفضل هذه المعلمة ، يمكنك التمييز بشكل فعال بين أنواع الزجاج ، بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من الأحجار الكريمة. من المهم أيضًا تحديد سرعة انتقال الضوء في بيئات مختلفةأوه.

ملحوظة! أعلى سرعة لتدفق الضوء في الفراغ.

عند الانتقال من مادة إلى أخرى ، تنخفض سرعتها. على سبيل المثال ، الماس ، الذي يحتوي على أعلى معامل انكسار ، سيكون له سرعة انتشار للفوتون 2.42 مرة أسرع من الهواء. في الماء ، سينتشرون أبطأ 1.33 مرة. ل أنواع مختلفةالنظارات ، تتراوح هذه المعلمة من 1.4 إلى 2.2.

ملحوظة! بعض النظارات لها معامل انكسار 2.2 ، وهو قريب جدًا من الماس (2.4). لذلك ، ليس من الممكن دائمًا التمييز بين قطعة من الزجاج والماس الحقيقي.

الكثافة البصرية للمواد

يمكن للضوء أن يمر مواد مختلفة، والتي تتميز بمؤشرات مختلفة للكثافة البصرية. كما قلنا سابقًا ، باستخدام هذا القانون ، يمكنك تحديد خاصية كثافة الوسط (الهيكل). كلما كانت أكثر كثافة ، ستنتشر سرعة الضوء بشكل أبطأ. على سبيل المثال ، سيكون الزجاج أو الماء أكثر كثافة بصريًا من الهواء.
بالإضافة إلى حقيقة أن هذه المعلمة قيمة ثابتة ، فهي تعكس أيضًا نسبة سرعة الضوء في مادتين. يمكن عرض المعنى المادي بالصيغة التالية:

يوضح هذا المؤشر كيف تتغير سرعة انتشار الفوتونات عند الانتقال من مادة إلى أخرى.

مؤشر مهم آخر

عند تحريك تدفق الضوء عبر أجسام شفافة ، يكون استقطابه ممكنًا. لوحظ أثناء مرور تدفق الضوء من وسائط الخواص العازلة. يحدث الاستقطاب عندما تمر الفوتونات عبر الزجاج.

تأثير الاستقطاب

يُلاحظ الاستقطاب الجزئي عندما تختلف زاوية حدوث تدفق الضوء عند حدود عازلين كهربائيين عن الصفر. درجة الاستقطاب تعتمد على ماهية زوايا السقوط (قانون بروستر).

انعكاس داخلي كامل

في ختام هذا الاستطراد القصير ، لا يزال من الضروري اعتبار مثل هذا التأثير انعكاسًا داخليًا كاملًا.

ظاهرة العرض الكامل

للمظهر هذا التأثيرمن الضروري زيادة زاوية حدوث تدفق الضوء في لحظة انتقاله من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة عند السطح البيني بين المواد. في الحالة التي تتجاوز فيها هذه المعلمة قيمة حدية معينة ، ستنعكس الفوتونات الواقعة على حدود هذا القسم تمامًا. في الواقع ، ستكون هذه هي الظاهرة التي نرغب فيها. بدونها ، كان من المستحيل صنع الألياف البصرية.

خاتمة

أعطى التطبيق العملي لخصائص سلوك تدفق الضوء الكثير ، وخلق مجموعة متنوعة من الأجهزة التقنية لتحسين حياتنا. في الوقت نفسه ، لم يفتح الضوء كل إمكانياته للبشرية ، ولم تتحقق بعد إمكاناته العملية بالكامل.

كيف تصنع مصباحًا ورقيًا بيديك
كيفية التحقق من أداء شريط LED

مجالات تطبيق قياس الانكسار.

جهاز ومبدأ تشغيل مقياس الانكسار IRF-22.

مفهوم معامل الانكسار.

يخطط

قياس الانكسار. خصائص وجوهر الطريقة.

لتحديد المواد والتحقق من نقاوتها ، استخدم

المنكسر.

معامل الانكسار للمادة- قيمة مساوية لنسبة سرعات طور الضوء (الموجات الكهرومغناطيسية) في الفراغ والوسط المرئي.

يعتمد معامل الانكسار على خصائص المادة وطول الموجة

الاشعاع الكهرومغناطيسي. نسبة جيب الزاوية بالنسبة لزاوية السقوط

المعدل الطبيعي المرسوم على مستوى الانكسار (α) للشعاع إلى جيب زاوية الانكسار

يسمى الانكسار (β) أثناء انتقال الحزمة من المتوسط ​​A إلى المتوسط ​​B بمعامل الانكسار النسبي لهذا الزوج من الوسائط.

القيمة ن هي مؤشر نسبيانكسار الوسط B بواسطة

فيما يتعلق بالبيئة أ ، و

معامل الانكسار النسبي للوسط أ بالنسبة إلى

معامل الانكسار لحزمة شعاع على وسيط من الهواء

يسمى الفضاء بمعامل الانكسار المطلق أو

ببساطة معامل الانكسار لوسط معين (الجدول 1).

الجدول 1 - مؤشرات الانكسار لمختلف الوسائط

السوائل لها معامل انكسار في حدود 1.2-1.9. صلب

المواد 1.3-4.0. بعض المعادن لا تفعل ذلك القيمة الدقيقةيعرض-

للانكسار. قيمته في "مفترق" معين ويحدد

بسبب وجود الشوائب في التركيب البلوري الذي يحدد اللون

كريستال.

من الصعب تحديد المعدن بواسطة "اللون". لذلك ، يوجد اكسيد الالمونيوم في شكل الياقوت والياقوت والياقوت ، ويختلف في

معامل الانكسار واللون. الياقوت الأحمر يسمى الياقوت

(خليط الكروم) ، أزرق عديم اللون ، أزرق فاتح ، وردي ، أصفر ، أخضر ،

البنفسجي - الياقوت (شوائب الكوبالت والتيتانيوم وما إلى ذلك). فاتح اللون

ناي الياقوت أو اكسيد الالمونيوم عديم اللون يسمى leucosapphire (على نطاق واسع

المستخدمة في البصريات كمرشح ضوئي). معامل الانكسار لهذه البلورات

يقع المماطلة في نطاق 1.757-1.778 وهو أساس التحديد

الشكل 3.1 - شكل روبي 3.2 - الياقوت الأزرق

السوائل العضوية وغير العضوية لها أيضًا القيم المميزةمؤشرات الانكسار التي تميزها بأنها كيميائية

مركبات nye وجودة تركيبها (الجدول 2):

الجدول 2 - مؤشرات الانكسار لبعض السوائل عند 20 درجة مئوية

4.2 قياس الانكسار: المفهوم ، المبدأ.

طريقة دراسة المواد بناءً على تحديد المؤشر

(معامل) الانكسار (الانكسار) يسمى قياس الانكسار (from

اللات. الانكسار - منكسر ويوناني. metreo - أنا أقيس). قياس الانكسار

(طريقة قياس الانكسار) لتحديد المادة الكيميائية

المركبات ، التحليل الكمي والبنيوي ، تحديد الفيزيائية

البارامترات الكيميائية للمواد. تم تطبيق مبدأ قياس الانكسار

في مقاييس معامل الانكسار في آبي ، كما هو موضح في الشكل 1.

الشكل 1 - مبدأ قياس الانكسار

تتكون كتلة موشور آبي من موشوريين مستطيلي الشكل: الإنارة

الجسم والقياس ، مطويان بواسطة وجوه الوتر. المنور-

المنشور له وجه وتر خشن (غير لامع) وهو مقصود

شينا لإضاءة عينة سائلة موضوعة بين المنشور.

يمر الضوء المتناثر عبر طبقة موازية للمستوى من السائل الذي تم فحصه ، وعندما ينكسر في السائل ، يسقط على منشور القياس. يتكون منشور القياس من زجاج كثيف بصريًا (صوان ثقيل) وله معامل انكسار أكبر من 1.7. لهذا السبب ، يقيس مقياس إنكسار Abbe قيم n أقل من 1.7. لا يمكن تحقيق زيادة في نطاق قياس معامل الانكسار إلا عن طريق تغيير منشور القياس.

تُسكب عينة الاختبار على وجه الوتر لمنشور القياس وتضغط على المنشور المضيء. في هذه الحالة ، تبقى فجوة من 0.1-0.2 مم بين المنشورات التي توجد بها العينة ، ومن خلالها

الذي يمر بانكسار الضوء. لقياس معامل الانكسار

استخدام ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي. يتكون في

التالي.

إذا كانت الأشعة 1 و 2 و 3 تقع على الواجهة بين وسيطين ، فاعتمد على

ستكون زاوية السقوط عند ملاحظتها في وسط انكسار

لوحظ وجود انتقال لمناطق الإضاءة المختلفة. إنه متصل

مع حدوث جزء من الضوء على حدود الانكسار بزاوية تقريبًا.

كيم إلى 90 درجة فيما يتعلق بالعادي (شعاع 3). (الشكل 2).

الشكل 2 - صورة الأشعة المنكسرة

لا ينعكس هذا الجزء من الأشعة ، وبالتالي يشكل جسمًا أخف وزنًا.

الانكسار. تجربة الأشعة ذات الزوايا الأصغر وتعكس

والانكسار. لذلك ، يتم تشكيل مساحة أقل إضاءة. في حجم

يكون خط حدود الانعكاس الداخلي الكلي مرئيًا على العدسة ، الموضع

والتي تعتمد على خصائص الانكسار للعينة.

يتم القضاء على ظاهرة التشتت (تلوين الواجهة بين منطقتين من الإضاءة بألوان قوس قزح بسبب استخدام الضوء الأبيض المعقد في مقاييس إنكسار Abbe) باستخدام اثنين من موشورات Amici في المعوض ، والتي يتم تركيبها في تلسكوب. في الوقت نفسه ، يتم عرض مقياس في العدسة (الشكل 3). 0.05 مل من السائل كافٍ للتحليل.

الشكل 3 - عرض من خلال العدسة العينية لمقياس الانكسار. (يعكس المقياس الصحيح

تركيز المكون المقاس في جزء في المليون)

بالإضافة إلى تحليل العينات أحادية المكون ، يتم تحليلها على نطاق واسع

أنظمة مكونة من عنصرين (المحاليل المائية ، محاليل المواد التي

أو مذيب). في الأنظمة المثالية المكونة من عنصرين (تشكيل-

دون تغيير حجم واستقطاب المكونات) ، يظهر الاعتماد

يكون معامل الانكسار في التركيبة قريبًا من الخطي إذا تم التعبير عن التركيبة من حيث

الكسور الحجمية (نسبة مئوية)

حيث: n، n1، n2 - مؤشرات الانكسار للخليط والمكونات ،

V1 و V2 هما كسور الحجم للمكونات (V1 + V2 = 1).

يتم تحديد تأثير درجة الحرارة على معامل الانكسار بمقدار اثنين

العوامل: تغيير في عدد الجسيمات السائلة لكل وحدة حجم و

اعتماد استقطاب الجزيئات على درجة الحرارة. أصبح العامل الثاني

يصبح مهمًا فقط عند تغيرات درجة الحرارة الكبيرة جدًا.

يتناسب معامل درجة حرارة معامل الانكسار مع معامل درجة حرارة الكثافة. نظرًا لأن جميع السوائل تتمدد عند تسخينها ، تنخفض مؤشرات انكسارها مع ارتفاع درجة الحرارة. يعتمد معامل درجة الحرارة على درجة حرارة السائل ، ولكن يمكن اعتباره ثابتًا في فترات درجات الحرارة الصغيرة. لهذا السبب ، لا تتمتع معظم أجهزة قياس الانكسار بالتحكم في درجة الحرارة ، ومع ذلك ، توفر بعض التصميمات ذلك

التحكم في درجة حرارة الماء.

يعتبر الاستقراء الخطي لمؤشر الانكسار مع تغيرات درجة الحرارة مقبولاً للاختلافات الصغيرة في درجات الحرارة (10 - 20 درجة مئوية).

يتم التحديد الدقيق لمعامل الانكسار في نطاقات درجة حرارة واسعة وفقًا للصيغ التجريبية للشكل:

nt = n0 + at + bt2 + ...

لقياس انكسار المحلول على نطاقات تركيز واسعة

استخدم الجداول أو الصيغ التجريبية. عرض التبعية-

معامل الانكسار للمحاليل المائية لبعض المواد عند التركيز

قريب من الخطي ويجعل من الممكن تحديد تركيزات هذه المواد في

الماء في نطاق واسع من التركيزات (الشكل 4) باستخدام الانكسار

طن متري.

الشكل 4 - معامل الانكسار لبعض المحاليل المائية

عادة ن السائل و المواد الصلبةتحدد أجهزة قياس الانكسار بدقة

ما يصل إلى 0.0001. الأكثر شيوعًا هي مقاييس انكسار Abbe (الشكل 5) مع كتل المنشور ومعوضات التشتت ، مما يجعل من الممكن تحديد nD في الضوء "الأبيض" على مقياس أو مؤشر رقمي.

الشكل 5 - مقياس انكسار آبي (IRF-454 ؛ IRF-22)

تلعب قوانين الفيزياء دورًا كبيرًا دور مهمعند إجراء الحسابات لتخطيط إستراتيجية محددة لإنتاج أي منتج أو عند وضع مشروع لبناء الهياكل لأغراض مختلفة. يتم حساب العديد من القيم ، لذلك يتم إجراء القياسات والحسابات قبل بدء عمل التخطيط. على سبيل المثال ، معامل انكسار الزجاج يساوي نسبة الجيب لزاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار.

لذلك أولاً ، هناك عملية قياس الزوايا ، ثم يتم حساب جيبها ، وعندها فقط يمكنك الحصول على القيمة المرغوبة. على الرغم من توفر البيانات المجدولة ، فمن المفيد إجراء حسابات إضافية في كل مرة ، حيث تستخدم الكتب المرجعية غالبًا الظروف المثاليةليتم تحقيقه في الحياه الحقيقيهشبه مستحيل. لذلك ، في الواقع ، سيختلف المؤشر بالضرورة عن المؤشر الجدولي ، وفي بعض الحالات يكون لهذا أهمية أساسية.

مؤشر مطلق

يعتمد معامل الانكسار المطلق على العلامة التجارية للزجاج ، حيث يوجد في الواقع عدد كبير من الخيارات التي تختلف في التركيب ودرجة الشفافية. في المتوسط ​​، يبلغ 1.5 ويتأرجح حول هذه القيمة بمقدار 0.2 في اتجاه واحد أو آخر. في حالات نادرة ، قد يكون هناك انحرافات عن هذا الرقم.

مرة أخرى ، إذا كان المؤشر الدقيق مهمًا ، فلا غنى عن القياسات الإضافية. لكنها حتى لا تعطي نتيجة موثوقة بنسبة 100٪ ، لأن موقع الشمس في السماء والغيوم في يوم القياسات سيؤثران على القيمة النهائية. لحسن الحظ ، في 99.99٪ من الحالات ، يكفي أن نعرف ببساطة أن معامل الانكسار لمادة مثل الزجاج أكبر من واحد وأقل من اثنين ، وأن جميع الأعشار والمئات الأخرى لا تلعب دورًا.

في المنتديات التي تساعد في حل المشكلات في الفيزياء ، غالبًا ما يضيء السؤال ، ما هو معامل انكسار الزجاج والماس؟ يعتقد الكثير من الناس أنه نظرًا لأن هاتين المادتين متشابهتان في المظهر ، فيجب أن تكون خصائصهما متماثلة تقريبًا. لكن هذا وهم.

سيكون أقصى انكسار للزجاج حوالي 1.7 ، بينما يصل هذا الرقم بالنسبة للماس إلى 2.42. ال جوهرةهي واحدة من المواد القليلة على الأرض التي يتجاوز معامل انكسارها 2. ويرجع ذلك إلى تركيبتها البلورية و مستوى عالتشتت أشعة الضوء. يلعب الوجه دورًا ضئيلًا في التغييرات في قيمة الجدول.

مؤشر نسبي

يمكن وصف المؤشر النسبي لبعض البيئات على النحو التالي:

• - معامل انكسار الزجاج نسبة إلى الماء حوالي 1.18 ؛
• - معامل الانكسار لنفس المادة بالنسبة للهواء يساوي 1.5 ؛
• - معامل الانكسار بالنسبة للكحول - 1.1.

يتم قياس المؤشر وحساب القيمة النسبية وفقًا لخوارزمية معروفة. للعثور على معلمة نسبية ، تحتاج إلى تقسيم قيمة جدول على أخرى. أو قم بإجراء حسابات تجريبية لبيئتين ، ثم قسّم البيانات التي تم الحصول عليها. غالبًا ما يتم إجراء مثل هذه العمليات في فصول معملية في الفيزياء.

تحديد معامل الانكسار

من الصعب تحديد معامل انكسار الزجاج في الممارسة العملية ، لأن الأدوات عالية الدقة مطلوبة لقياس البيانات الأولية. سيزداد أي خطأ ، لأن الحساب يستخدم صيغًا معقدة تتطلب عدم وجود أخطاء.

بشكل عام ، يوضح هذا المعامل عدد المرات التي تتباطأ فيها سرعة انتشار أشعة الضوء عند المرور عبر عقبة معينة. لذلك ، فهو نموذجي فقط للمواد الشفافة. بالنسبة للقيمة المرجعية ، أي بالنسبة للوحدة ، يتم أخذ معامل انكسار الغازات. تم القيام بذلك من أجل التمكن من البدء من بعض القيمة في الحسابات.

إذا سقط شعاع الشمس على سطح زجاجي بمؤشر انكسار يساوي قيمة الجدول ، فيمكن تغييره بعدة طرق:

• 1. ألصِق فيلمًا في الأعلى يكون فيه معامل الانكسار أعلى من الزجاج. يستخدم هذا المبدأ في تظليل نوافذ السيارة لتحسين راحة الركاب والسماح للسائق برؤية الطريق بشكل أكثر وضوحًا. أيضا ، الفيلم سوف يحد من الأشعة فوق البنفسجية.
• 2. طلاء الزجاج بالطلاء. هذا ما يفعله مصنعو النظارات الشمسية الرخيصة ، لكن اعلم أنه يمكن أن يضر بصرك. في النماذج الجيدة ، يتم إنتاج الزجاج على الفور باستخدام تقنية خاصة.
• 3. اغمر الزجاج في بعض السوائل. هذا مفيد فقط للتجارب.

إذا مرت شعاع من الضوء من الزجاج ، فسيتم حساب معامل الانكسار على المادة التالية باستخدام معامل نسبي، والتي يمكن الحصول عليها من خلال مقارنة القيم المجدولة مع بعضها البعض. هذه الحسابات مهمة جدًا في تصميم الأنظمة البصرية التي تحمل عبئًا عمليًا أو تجريبيًا. لا يُسمح بالأخطاء هنا ، لأنها ستؤدي إلى تعطل الجهاز بأكمله ، ومن ثم تصبح أي بيانات يتم استلامها معها عديمة الفائدة.

لتحديد سرعة الضوء في الزجاج بمعامل انكسار ، تحتاج إلى قسمة القيمة المطلقة للسرعة في الفراغ على معامل الانكسار. يستخدم الفراغ كوسيط مرجعي ، لأن الانكسار لا يعمل هناك بسبب عدم وجود أي مواد يمكن أن تتداخل مع الحركة غير المعوقة لأشعة الضوء على طول مسار معين.

في أي مؤشرات محسوبة ، ستكون السرعة أقل من المتوسط ​​المرجعي ، لأن معامل الانكسار دائمًا أكبر من واحد.

عند حل مشكلات البصريات ، غالبًا ما يكون من الضروري معرفة معامل انكسار الزجاج أو الماء أو أي مادة أخرى. علاوة على ذلك ، في حالات مختلفة ، يمكن تضمين كل من القيم المطلقة والنسبية لهذه الكمية.

نوعان من معامل الانكسار

أولاً ، حول ما يظهره هذا الرقم: كيف يغير هذا الوسط الشفاف أو ذاك اتجاه انتشار الضوء. علاوة على ذلك ، يمكن أن تأتي الموجة الكهرومغناطيسية من فراغ ، ومن ثم يُطلق على معامل انكسار الزجاج أو أي مادة أخرى اسم مطلق. في معظم الحالات ، تقع قيمته في النطاق من 1 إلى 2. فقط في حالات نادرة جدًا يكون معامل الانكسار أكبر من اثنين.

إذا كان هناك وسط أكثر كثافة من الفراغ أمام الجسم ، فعندئذٍ يتحدث المرء عنه قيمة ذات صلة. ويتم حسابها على أنها نسبة اثنين القيم المطلقة. على سبيل المثال ، سيكون معامل الانكسار النسبي للزجاج المائي مساويًا لحاصل قسمة القيم المطلقة للزجاج والماء.

في أي حال ، تم وضع علامة عليه حرف لاتيني"en" - ن. يتم الحصول على هذه القيمة من خلال قسمة القيم التي تحمل الاسم نفسه على بعضها البعض ، وبالتالي فهي ببساطة معامل ليس له اسم.

ما هي معادلة حساب معامل الانكسار؟

إذا أخذنا زاوية السقوط على أنها "ألفا" ، ودلنا على زاوية الانكسار على أنها "بيتا" ، فإن الصيغة قيمه مطلقهيبدو معامل الانكسار على النحو التالي: n = sin α / sin β. في أدب اللغة الإنجليزية ، يمكنك غالبًا العثور على تسمية مختلفة. عندما تكون زاوية السقوط i وزاوية الانكسار r.

هناك معادلة أخرى لكيفية حساب معامل انكسار الضوء في الزجاج والوسائط الشفافة الأخرى. إنه مرتبط بسرعة الضوء في الفراغ ومعه ، ولكن بالفعل في المادة قيد النظر.

ثم يبدو كالتالي: n = c / νλ. هنا c هي سرعة الضوء في الفراغ ، و سرعته في وسط شفاف ، و هو الطول الموجي.

على ماذا يعتمد معامل الانكسار؟

يتم تحديده من خلال السرعة التي ينتشر بها الضوء في الوسط قيد النظر. الهواء في هذا الصدد قريب جدًا من الفراغ ، لذا فإن موجات الضوء تنتشر فيه عمليًا لا تنحرف عن اتجاهها الأصلي. لذلك ، إذا تم تحديد معامل الانكسار للهواء الزجاجي أو بعض المواد الأخرى المجاورة للهواء ، فعندئذ يتم اعتبار الأخير مشروطًا على أنه فراغ.

أي وسيلة أخرى لها خصائصها الخاصة. لديهم كثافة مختلفة ، لديهم درجة حرارتها الخاصة ، وكذلك ضغوط مرنة. كل هذا يؤثر على نتيجة انكسار الضوء بواسطة مادة ما.

لا الدور الأخيرفي تغيير اتجاه انتشار الموجة ، خصائص اللعب الخفيف. يتكون الضوء الأبيض من عدة ألوان ، من الأحمر إلى الأرجواني. كل جزء من الطيف ينكسر بطريقته الخاصة. علاوة على ذلك ، فإن قيمة المؤشر لموجة الجزء الأحمر من الطيف ستكون دائمًا أقل من قيمة البقية. على سبيل المثال ، يختلف معامل الانكسار لزجاج TF-1 من 1.6421 إلى 1.67298 ، على التوالي ، من الجزء الأحمر إلى الجزء البنفسجي من الطيف.

قيم المثال للمواد المختلفة

فيما يلي قيم القيم المطلقة ، أي معامل الانكسار عندما تمر الحزمة من فراغ (وهو ما يعادل الهواء) عبر مادة أخرى.

ستكون هذه الأرقام مطلوبة إذا كان من الضروري تحديد معامل انكسار الزجاج بالنسبة إلى الوسائط الأخرى.

ما هي الكميات الأخرى المستخدمة في حل المسائل؟

انعكاس كامل. يحدث عندما يمر الضوء من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة. هنا ، عند قيمة معينة لزاوية السقوط ، يحدث الانكسار بزاوية قائمة. أي أن الشعاع ينزلق على طول حدود وسيطين.

الزاوية المحددة للانعكاس الكلي هي القيمة الدنيا التي لا يهرب فيها الضوء إلى وسط أقل كثافة. أقل منه - يحدث الانكسار ، وأكثر - الانعكاس في نفس الوسط الذي تحرك منه الضوء.

مهمة 1

حالة. معامل انكسار الزجاج 1.52. من الضروري تحديد الزاوية المحددة التي ينعكس فيها الضوء تمامًا من الواجهة بين الأسطح: زجاج بهواء ، وماء بهواء ، وزجاج به ماء.

ستحتاج إلى استخدام بيانات معامل الانكسار للمياه الواردة في الجدول. تؤخذ مساوية لوحدة الهواء.

يتم تقليل الحل في جميع الحالات الثلاث إلى العمليات الحسابية باستخدام الصيغة:

sin α 0 / sin β = n 1 / n 2 ، حيث n 2 يشير إلى الوسط الذي ينتشر منه الضوء ، و n 1 حيث يخترق.

يشير الحرف α 0 إلى الزاوية المحددة. قيمة الزاوية β تساوي 90 درجة. أي أن شرطها سيكون الوحدة.

للحالة الأولى: sin α 0 = 1 / n زجاج ، فإن الزاوية المحددة تساوي قوس 1 / n زجاج. 1 / 1.52 = 0.6579. الزاوية 41.14 درجة.

في الحالة الثانية ، عند تحديد القوس ، تحتاج إلى استبدال قيمة معامل انكسار الماء. سيأخذ الكسر 1 / n من الماء القيمة 1 / 1.33 \ u003d 0. 7519. هذا هو قوس الزاوية للزاوية 48.75º.

الحالة الثالثة موصوفة بنسبة n ماء و n زجاج. يجب حساب القوس للكسر: 1.33 / 1.52 ، أي الرقم 0.875. نحسب قيمة زاوية الحد من قوسها: 61.05 درجة.

الجواب: 41.14 درجة ، 48.75 درجة ، 61.05 درجة.

المهمة رقم 2

حالة. منشور زجاجي مغمور في إناء مملوء بالماء. معامل انكساره 1.5. المنشور مبني على مثلث قائم الزاوية. تقع الساق الأكبر بشكل عمودي على القاع ، والثانية موازية لها. يسقط شعاع الضوء بشكل طبيعي على الوجه العلوي للمنشور. ما هي أصغر زاوية بين الساق الأفقية والوتر حتى يصل الضوء إلى الساق المتعامدة مع قاع الوعاء ويخرج من المنشور؟

لكي يترك الشعاع المنشور بالطريقة الموصوفة ، يجب أن يسقط بزاوية محددة على الوجه الداخلي (الذي يمثل وتر المثلث في قسم المنشور). هذه الزاوية المحددة ، من خلال البناء ، تساوي الزاوية المرغوبة مثلث قائم. من قانون انكسار الضوء ، يتضح أن جيب الزاوية المحددة ، مقسومًا على الجيب 90 درجة ، يساوي نسبة مؤشرين انكسار: الماء إلى الزجاج.

تؤدي الحسابات إلى مثل هذه القيمة لزاوية التحديد: 62-30 درجة.