24 No'lu DERS İÇİN
"ARAÇLI ANALİZ YÖNTEMLERİ"
REFRAKTOMETRİ.
Edebiyat:
1. V.D. Ponomarev “Analitik Kimya” 1983 246-251
2. A.A. Ishchenko “Analitik Kimya” 2004 s. 181-184
REFRAKTOMETRİ.
Refraktometri, minimum miktarda analit kullanılarak yapılan en basit fiziksel analiz yöntemlerinden biridir ve çok kısa sürede gerçekleştirilir.
Refraktometri- kırılma veya kırılma olgusuna dayalı bir yöntem; Bir ortamdan diğerine geçerken ışığın yayılma yönünün değiştirilmesi.
Kırılma ve ışığın emilmesi, ortamla etkileşiminin bir sonucudur. Refraktometri kelimesi şu anlama gelir: ölçüm kırılma indisinin değeri ile tahmin edilen ışığın kırılması.
Kırılma indeksi değeri N bağlı olmak
1) maddelerin ve sistemlerin bileşimi hakkında,
2) gerçekte hangi konsantrasyonda ve ışık ışınının yolu üzerinde hangi moleküllerle karşılaştığını, çünkü Işığın etkisi altında farklı maddelerin molekülleri farklı şekilde polarize olur. Refraktometrik yöntemin temeli bu bağımlılığa dayanmaktadır.
Bu yöntemin bir takım avantajları vardır ve bunun sonucunda şunları buldu: geniş uygulama hem kimyasal araştırmalarda hem de proses kontrolünde.
1)Kırılma indekslerinin ölçümü oldukça yüksektir basit süreç, doğru bir şekilde ve minimum zaman ve miktarda madde ile gerçekleştirilir.
2) Tipik olarak refraktometreler, ışığın kırılma indisini ve analitin içeriğini belirlemede %10'a kadar doğruluk sağlar
Refraktometri yöntemi özgünlüğü ve saflığı kontrol etmek, tek tek maddeleri tanımlamak, organik ve inorganik bileşiklerçözümleri incelerken. Refraktometri, iki bileşenli çözeltilerin ve üçlü sistemlerin bileşimini belirlemek için kullanılır.
Fiziksel Temeller yöntem
KIRILMA ENDEKSİ.
Bir ışık ışınının bir ortamdan diğerine geçerken orijinal yönünden sapması ne kadar büyük olursa daha fazla farkışığın iki saniyede yayılma hızında
bu ortamlar.
Herhangi iki şeffaf ortam I ve II'nin sınırında bir ışık ışınının kırılmasını ele alalım (Bkz. Şekil). Ortam II'nin daha büyük bir kırılma gücüne sahip olduğu konusunda hemfikir olalım ve bu nedenle, n 1 Ve n 2- ilgili ortamın kırılmasını gösterir. Ortam I bir vakum veya hava değilse, ışık ışınının geliş açısının günah kırılma açısına oranı, bağıl kırılma indeksi nrel'in değerini verecektir. Değer n bağıl. aynı zamanda söz konusu ortamın kırılma indislerinin oranı olarak da tanımlanabilir.
n göreceli. = ----- = ---
Kırılma indeksinin değeri şunlara bağlıdır:
1) maddelerin doğası
İçindeki maddenin doğası bu durumdaışığın etkisi altında moleküllerinin deforme olabilirlik derecesini - polarize edilebilirlik derecesini - belirler. Polarize edilebilirlik ne kadar yoğun olursa ışığın kırılması da o kadar güçlü olur.
2)gelen ışığın dalga boyu
Kırılma indisi ölçümü, 589,3 nm ışık dalga boyunda (sodyum spektrumunun D çizgisi) gerçekleştirilir.
Kırılma indisinin ışığın dalga boyuna bağımlılığına dağılım denir. Dalga boyu ne kadar kısa olursa kırılma o kadar büyük olur. Bu nedenle farklı dalga boylarındaki ışınlar farklı şekilde kırılır.
3)sıcaklık , ölçümün gerçekleştirildiği yer. Gerekli koşul kırılma indisinin belirlenmesi uyumluluktur sıcaklık rejimi. Genellikle belirleme 20±0,3 0 C'de yapılır.
Sıcaklık arttıkça kırılma indisi azalır; sıcaklık azaldıkça artar..
Sıcaklık etkilerinin düzeltilmesi aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:
n t =n 20 + (20-t) 0,0002, burada
hayır – Güle güle kırılma ayarlayıcısı verilen sıcaklık,
n 20 - 20 0 C'de kırılma indisi
Sıcaklığın gazların ve sıvıların kırılma indekslerinin değerleri üzerindeki etkisi, hacimsel genleşme katsayılarının değerleriyle ilişkilidir. Isıtıldığında tüm gazların ve sıvıların hacmi artar, yoğunluk azalır ve dolayısıyla gösterge azalır
20 0 C'de ölçülen kırılma indisi ve 589,3 nm ışık dalga boyu, indeks ile belirtilir. n D 20
Homojen iki bileşenli bir sistemin kırılma indeksinin durumuna bağımlılığı, bileşenlerin içeriği bilinen bir dizi standart sistem (örneğin çözümler) için kırılma indeksinin belirlenmesiyle deneysel olarak belirlenir.
4) maddenin çözelti içindeki konsantrasyonu.
Birçok sulu madde çözeltisi için, farklı konsantrasyonlarda ve sıcaklıklarda kırılma indisleri güvenilir bir şekilde ölçülür ve bu durumlarda referans kitapları kullanılabilir. refraktometrik tablolar. Uygulama, çözünmüş madde içeriğinin% 10-20'yi geçmediği durumlarda grafiksel yöntemle birlikte birçok durumda kullanmanın mümkün olduğunu göstermektedir. aşağıdaki gibi doğrusal denklem:
n=n veya +FC,
N-çözeltinin kırılma indisi,
HAYIR- saf bir çözücünün kırılma indisi,
C- çözünen konsantrasyonu,%
F-değeri bulunan ampirik katsayı
Bilinen konsantrasyondaki çözeltilerin kırılma indeksini belirleyerek.
REFRAKTOMETRELER.
Refraktometreler kırılma indeksini ölçmek için kullanılan aletlerdir. Bu cihazların 2 tipi vardır: Abbe tipi ve Pulfrich tipi refraktometre. Her iki durumda da ölçümler maksimum kırılma açısının belirlenmesine dayanmaktadır. Pratikte refraktometreler kullanılır çeşitli sistemler: laboratuvar-RL, evrensel RLU, vb.
Damıtılmış suyun kırılma indisi n 0 = 1,33299'dur ancak pratikte bu gösterge n 0 olarak referans olarak alınır. =1,333.
Refraktometrelerin çalışma prensibi, sınırlayıcı açı yöntemi (açı) kullanılarak kırılma indisinin belirlenmesine dayanmaktadır. toplam yansıma Sveta).
El tipi refraktometre
Abbe refraktometre
Işıkla ilişkili süreçler fiziğin önemli bir bileşenidir ve çevremizde bizi kuşatır. günlük yaşam her yer. Bu durumda en önemlisi, modern optiğin dayandığı ışığın yansıma ve kırılma yasalarıdır. Işığın kırılması modern bilimin önemli bir parçasıdır.
Distorsiyon etkisi
Bu makale size ışığın kırılması olgusunun ne olduğunu, kırılma yasasının neye benzediğini ve bundan ne çıktığını anlatacaktır.
Fiziksel bir olgunun temelleri
Bir ışın, farklı optik yoğunluklara sahip iki şeffaf maddeyle ayrılmış bir yüzeye düştüğünde (örneğin, farklı gözlük veya suda), ışınların bir kısmı yansıtılacak ve bir kısmı ikinci yapıya nüfuz edecektir (örneğin, suda veya camda yayılacaktır). Bir ortamdan diğerine geçerken ışın genellikle yönünü değiştirir. Bu, ışığın kırılması olgusudur.
Işığın yansıması ve kırılması özellikle suda görülür.
Suda bozulma etkisi
Sudaki şeylere bakıldığında çarpık görünüyorlar. Bu özellikle hava ve su arasındaki sınırda fark edilir. Görsel olarak su altındaki nesneler hafifçe sapmış gibi görünür. Tanımlanan fiziksel olay, suda tüm nesnelerin çarpık görünmesinin nedenidir. Işınlar cama çarptığında bu etki daha az fark edilir.
Işığın kırılması, güneş ışınının bir ortamdan (yapıdan) diğerine geçtiği anda hareket yönündeki değişiklik ile karakterize edilen fiziksel bir olgudur.
Bu süreci daha iyi anlamak için havadan suya çarpan bir ışın örneğini düşünün (cam için olduğu gibi). Ara yüzey boyunca bir dik çizilerek ışık ışınının kırılma ve geri dönüş açısı ölçülebilir. Bu indeks (kırılma açısı), akış suya (camın içine) nüfuz ettikçe değişecektir.
Dikkat etmek! Bu parametre, bir ışın birinci yapıdan ikinciye girdiğinde iki maddenin ayrılmasına çizilen dikin oluşturduğu açı olarak anlaşılmaktadır.
Kiriş Geçişi
Aynı gösterge diğer ortamlar için de tipiktir. Bu göstergenin maddenin yoğunluğuna bağlı olduğu tespit edilmiştir. Eğer ışın daha az yoğun bir yapıdan daha yoğun bir yapıya düşerse, oluşan distorsiyon açısı daha büyük olacaktır. Ve eğer tam tersi ise, o zaman daha azdır.
Aynı zamanda düşüşün eğimindeki bir değişiklik de bu göstergeyi etkileyecektir. Ancak aralarındaki ilişki sabit kalmıyor. Aynı zamanda sinüslerinin oranı da kalacak sabit değer, aşağıdaki formülle yansıtılır: sinα / sinγ = n, burada:
- n, her bir spesifik madde (hava, cam, su vb.) için tanımlanan sabit bir değerdir. Dolayısıyla bu değerin ne olacağı özel tablolar kullanılarak belirlenebilir;
- α – geliş açısı;
- γ – kırılma açısı.
Bu fiziksel olguyu belirlemek için kırılma yasası oluşturuldu.
Fiziksel kanun
Işık akılarının kırılma yasası, şeffaf maddelerin özelliklerini belirlememizi sağlar. Kanunun kendisi iki hükümden oluşmaktadır:
- ilk bölüm. Kiriş (olay, değiştirilmiş) ve örneğin hava ve su (cam vb.) sınırındaki geliş noktasında restore edilen dikey aynı düzlemde bulunacaktır;
- ikinci kısım. Geliş açısının sinüsünün, sınırı geçerken oluşan aynı açının sinüsüne oranı sabit bir değer olacaktır.
Kanunun açıklaması
Bu durumda ışın ikinci yapıdan çıkıp birinciye geçtiği anda (örneğin ışık akısı havadan camdan geçip tekrar havaya geçtiğinde) bir distorsiyon etkisi de oluşacaktır.
Farklı nesneler için önemli bir parametre
Bu durumda ana gösterge, geliş açısının sinüsünün benzer bir parametreye oranıdır, ancak distorsiyon için. Yukarıda açıklanan kanundan da anlaşılabileceği gibi bu gösterge sabit bir değerdir.
Üstelik düşüş eğiminin değeri değiştiğinde benzer bir gösterge için de aynı durum tipik olacaktır. Bu parametre büyük değerçünkü şeffaf maddelerin ayrılmaz bir özelliğidir.
Farklı nesneler için göstergeler
Bu parametre sayesinde cam türlerini ve çeşitli değerli taşları oldukça etkili bir şekilde ayırt edebilirsiniz. Işığın seyahat hızını belirlemek için de önemlidir. farklı ortamlar Ah.
Dikkat etmek! Işık akışının en yüksek hızı boşluktadır.
Bir maddeden diğerine geçerken hızı azalacaktır. Örneğin kırılma indisi en yüksek olan elmasta fotonun yayılma hızı havanınkinden 2,42 kat daha fazla olacaktır. Suda 1,33 kat daha yavaş yayılırlar. İçin farklı türler cam, bu parametre 1,4 ile 2,2 arasında değişmektedir.
Dikkat etmek! Bazı camların kırılma indisi 2,2 olup elmasa (2,4) çok yakındır. Bu nedenle bir cam parçasını gerçek bir elmastan ayırmak her zaman mümkün olmuyor.
Maddelerin optik yoğunluğu
Işık geçebilir farklı maddeler Farklı optik yoğunluklarla karakterize edilenler. Daha önce de söylediğimiz gibi bu yasayı kullanarak ortamın (yapının) yoğunluk özelliğini belirleyebilirsiniz. Ne kadar yoğun olursa ışığın onun içinde yayılma hızı da o kadar yavaş olur. Örneğin cam veya su optik olarak havadan daha yoğun olacaktır.
Bu parametre sabit bir değer olmasının yanı sıra ışık hızının iki maddedeki oranını da yansıtır. Fiziksel anlam aşağıdaki formülle görüntülenebilir:
Bu gösterge, bir maddeden diğerine geçerken fotonların yayılma hızının nasıl değiştiğini anlatır.
Bir diğer önemli gösterge
Bir ışık akısı şeffaf nesnelerin içinden geçtiğinde polarizasyonu mümkündür. Dielektrik izotropik ortamdan ışık akısının geçişi sırasında gözlenir. Fotonlar camdan geçtiğinde polarizasyon meydana gelir.
Polarizasyon etkisi
İki dielektrik sınırındaki ışık akısının geliş açısı sıfırdan farklı olduğunda kısmi polarizasyon gözlenir.
Polarizasyon derecesi, geliş açılarının ne olduğuna bağlıdır (Brewster yasası).
Tam iç yansıma
Kısa gezimizi bitirirken, böyle bir etkiyi tam bir iç yansıma olarak düşünmek hala gerekli.
Tam ekran olgusu Görünmek maddeler arasındaki arayüzde daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama geçiş anında ışık akısının geliş açısının arttırılması gerekir. Bu parametrenin belirli bir sınır değeri aşması durumunda bu bölümün sınırına gelen fotonlar tamamen yansıtılacaktır. Aslında bu bizim istediğimiz olgu olacaktır. Bu olmadan fiber optik yapmak imkansızdı.
Çözüm
Işık akısı davranışının pratik uygulaması, hayatımızı iyileştirecek çeşitli teknik cihazlar yaratarak çok şey kazandırdı. Aynı zamanda ışık henüz tüm olanaklarını insanlığa açıklamadı ve pratik potansiyeli henüz tam olarak gerçekleşmedi.
Kendi elinizle bir kağıt lamba nasıl yapılır
Bir LED şeridin performansı nasıl kontrol edilir
Refraktometrinin uygulama alanları.
IRF-22 refraktometrenin tasarımı ve çalışma prensibi.
Kırılma indisi kavramı.
Planı
Refraktometri. Yöntemin özellikleri ve özü.
Maddeleri tanımlamak ve saflıklarını kontrol etmek için şunları kullanırlar:
kırılma yapıcı.
Bir maddenin kırılma indisi- ışığın (elektromanyetik dalgalar) vakumdaki ve görünür ortamdaki faz hızlarının oranına eşit bir değer.
Kırılma indisi maddenin özelliklerine ve dalga boyuna bağlıdır.
elektromanyetik radyasyon. Geliş açısının sinüsünün göreceli oranı
ışının kırılma düzlemine (α) kırılma açısının sinüsüne çizilen normal
Bir ışının A ortamından B ortamına geçerken kırılmasına (β), bu ortam çiftinin bağıl kırılma indisi denir.
n değeri bağıl gösterge B ortamının kırılması
A ortamıyla ilişki ve
A ortamının bağıl kırılma indisi
Havasız bir ortamdan bir ortama gelen ışının kırılma indisi
uzaya mutlak kırılma indisi denir veya
basitçe belirli bir ortamın kırılma indisi (Tablo 1).
Tablo 1 - Çeşitli ortamların kırılma indeksleri
Sıvıların kırılma indisi 1,2-1,9 aralığındadır. Sağlam
maddeler 1.3-4.0. Bazı mineraller yoktur kesin değer göstermek-
kırılma için. Değeri bir “çatal”dadır ve belirler
Rengi belirleyen kristal yapıdaki yabancı maddelerin varlığı nedeniyle
kristal.
Bir mineralin “renk” ile tanımlanması zordur. Böylece, mineral korindon yakut, safir, lökosafir formunda farklılık gösterir.
kırılma indisi ve rengi. Kırmızı korundumlara yakut denir
(krom safsızlığı), renksiz mavi, açık mavi, pembe, sarı, yeşil,
menekşe - safirler (kobalt, titanyum vb. katkıları). Açık renkli
beyaz safir veya renksiz korindon, lökosafir olarak adlandırılır (yaygın olarak
optikte filtre olarak kullanılır). Bu kristallerin kırılma indisi
çelikler 1.757-1.778 aralığında yer alır ve tanımlamanın temelini oluşturur
Şekil 3.1 – Yakut Şekil 3.2 – Mavi safir
Organik ve inorganik sıvılar da karakteristik değerler onları kimyasal olarak karakterize eden kırılma indeksleri
Rus bileşikleri ve sentezlerinin kalitesi (Tablo 2):
Tablo 2 - Bazı sıvıların 20 °C'deki kırılma indisleri
4.2. Refraktometri: kavram, prensip.
Bir göstergenin belirlenmesine dayalı maddeleri incelemek için bir yöntem
Kırılma (kırılma) (indeksi) refraktometri olarak adlandırılır (dan
enlem. refraktus - kırılmış ve Yunanca. metreo - ölçüyorum). Refraktometri
(refraktometrik yöntem) kimyasalların tanımlanmasında kullanılır.
bileşikler, kantitatif ve yapısal analiz, fiziksel tayini
Maddelerin kimyasal parametreleri. Uygulanan refraktometri prensibi
Abbe refraktometrelerinde, Şekil 1'de gösterilmektedir.
Şekil 1 - Refraktometri prensibi
Abbe prizma bloğu iki dikdörtgen prizmadan oluşur: aydınlatma
hipotenüs yüzleriyle katlanmış telial ve ölçüm. Aydınlatıcı-
Bu prizmanın kaba (mat) bir hipotenüs yüzeyi vardır ve
Prizmalar arasına yerleştirilen bir sıvı numunesinin aydınlatılması için Chen.
Dağınık ışık, incelenen sıvının düzlemsel paralel katmanından geçer ve sıvı içinde kırılarak ölçüm prizmasının üzerine düşer. Ölçüm prizması optik olarak yoğun camdan (ağır çakmaktaşı) yapılmıştır ve kırılma indisi 1,7'den yüksektir. Bu nedenle Abbe refraktometresi 1,7'den küçük n değeri ölçer. Kırılma indisi ölçüm aralığının arttırılması yalnızca ölçüm prizmasının değiştirilmesiyle sağlanabilir.
Test numunesi ölçüm prizmasının hipotenüs yüzeyine dökülür ve aydınlatıcı bir prizma ile bastırılır. Bu durumda numunenin yerleştirildiği prizmalar arasında 0,1-0,2 mm'lik bir boşluk kalır.
kırılan ışıktan geçer. Kırılma indeksini ölçmek için
Toplam iç yansıma olgusunu kullanın. İçinde yatıyor
Sonraki.
1, 2, 3 numaralı ışınlar iki ortam arasındaki arayüze düşerse, o zaman
kırılma ortamında gözlemlenirken geliş açısına bağlı olarak
Farklı aydınlatmaya sahip alanlar arasında geçiş vardır. Bağlı
ışığın bir kısmı kırılma sınırına yakın bir açıyla düşüyor
normale göre 90°'ye kadar (kiriş 3). (Şekil 2).
Şekil 2 - Kırılan ışınların görüntüsü
Işınların bu kısmı yansımadığından daha hafif bir ortam oluşturur.
kırılma sırasındaki güç. Daha küçük açılı ışınlar da yansımaya maruz kalır
ve kırılma. Dolayısıyla daha az aydınlığın olduğu bir alan oluşur. Hacim olarak
Toplam iç yansımanın sınır çizgisi mercek üzerinde görülebilir, konum
bu, numunenin kırılma özelliklerine bağlıdır.
Dağılma olgusunun ortadan kaldırılması (Abbe refraktometrelerinde karmaşık beyaz ışık kullanılması nedeniyle iki aydınlatma alanı arasındaki arayüzün gökkuşağı renklerinde renklendirilmesi), teleskopa monte edilen kompansatördeki iki Amici prizması kullanılarak elde edilir. . Aynı zamanda merceğe bir ölçek yansıtılır (Şekil 3). Analiz için 0,05 ml sıvı yeterlidir.
Şekil 3 - Refraktometre göz merceğinden görünüm. (Doğru ölçek yansıtır
ölçülen bileşenin ppm cinsinden konsantrasyonu)
Tek bileşenli numunelerin analizine ek olarak,
iki bileşenli sistemler (sulu çözeltiler, maddelerin çözeltileri)
veya solvent). İdeal iki bileşenli sistemlerde (oluşturan
bileşenlerin hacmini ve polarize edilebilirliğini değiştirmeden), bağımlılık şunu gösterir:
Eğer bileşim şu şekilde ifade edilirse, kırılmanın bileşime bağımlılığı doğrusala yakındır.
hacim kesirleri (yüzde)
burada: n, n1, n2 - karışımın ve bileşenlerin kırılma indeksleri,
V1 ve V2, bileşenlerin hacim kesirleridir (V1 + V2 = 1).
Sıcaklığın kırılma indisi üzerindeki etkisi iki faktör tarafından belirlenir.
faktörler: birim hacim başına sıvı parçacıkların sayısındaki değişiklik ve
Moleküllerin polarize edilebilirliğinin sıcaklığa bağımlılığı. İkinci faktör oldu
yalnızca çok büyük sıcaklık değişimlerinde anlamlı hale gelir.
Kırılma indeksinin sıcaklık katsayısı, yoğunluğun sıcaklık katsayısı ile orantılıdır. Tüm sıvılar ısıtıldığında genleştiği için sıcaklık arttıkça kırılma indisleri azalır. Sıcaklık katsayısı sıvının sıcaklığına bağlıdır ancak küçük sıcaklık aralıklarında sabit kabul edilebilir. Bu nedenle çoğu refraktometrede sıcaklık kontrolü yoktur ancak bazı tasarımlar sıcaklık kontrolü sağlar.
su termostatı.
Kırılma indisinin sıcaklık değişiklikleriyle doğrusal ekstrapolasyonu, küçük sıcaklık farkları için (10 – 20°C) kabul edilebilir.
Geniş sıcaklık aralıklarında kırılma indisinin doğru belirlenmesi, aşağıdaki ampirik formüller kullanılarak gerçekleştirilir:
nt=n0+at+bt2+…
Geniş konsantrasyon aralıklarındaki çözeltilerin refraktometrisi için
tablolar veya ampirik formüller kullanın. Görüntü bağımlılığı -
Konsantrasyona bağlı olarak bazı maddelerin sulu çözeltilerinin kırılma indisi
doğrusala yakındır ve bu maddelerin konsantrasyonlarını belirlemeyi mümkün kılar.
kırılmayı kullanarak geniş konsantrasyon aralıklarındaki su (Şekil 4)
tometreler.
Şekil 4 - Bazı sulu çözeltilerin kırılma indisi
Genellikle n sıvı ve katılar Refraktometreler hassas bir şekilde belirler
0,0001'e kadar. En yaygın olanı, nD'nin bir ölçek veya dijital gösterge kullanılarak "beyaz" ışıkta belirlenmesine olanak tanıyan prizma bloklu ve dağılım kompansatörlü Abbe refraktometreleridir (Şekil 5).
Şekil 5 - Abbe refraktometresi (IRF-454; IRF-22)
Fizik yasaları çok etkili önemli rol herhangi bir ürünün üretimi için belirli bir strateji planlamak için hesaplamalar yaparken veya çeşitli amaçlara yönelik yapıların inşası için bir proje hazırlarken. Birçok miktar hesaplanır, bu nedenle planlama çalışması başlamadan önce ölçümler ve hesaplamalar yapılır. Örneğin, camın kırılma indisi, gelme açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranına eşittir.
Yani önce açıları ölçme işlemi yapılır, ardından sinüsleri hesaplanır ve ancak o zaman istenen değer elde edilebilir. Tablosal verilerin mevcudiyetine rağmen, referans kitaplarının sıklıkla kullandığından, her seferinde ek hesaplamalar yapmaya değer. ideal koşullar bu başarılabilir gerçek hayat neredeyse imkansız. Bu nedenle gerçekte gösterge mutlaka tablodan farklı olacaktır ve bazı durumlarda bu temel öneme sahiptir.
Mutlak gösterge
Mutlak kırılma indisi camın markasına bağlıdır, çünkü pratikte bileşim ve şeffaflık derecesi bakımından farklılık gösteren çok sayıda seçenek vardır. Ortalama olarak 1,5'tir ve bu değer etrafında şu veya bu yönde 0,2 oranında dalgalanır. Nadir durumlarda bu rakamdan sapmalar olabilir.
Yine, eğer doğru bir gösterge önemliyse, ilave ölçümlerden kaçınılamaz. Ancak aynı zamanda %100 güvenilir bir sonuç da vermezler çünkü nihai değer ölçüm gününde güneşin gökyüzündeki konumundan ve bulutluluktan etkilenecektir. Neyse ki, vakaların% 99,99'unda, cam gibi bir malzemenin kırılma indeksinin birden büyük ve ikiden küçük olduğunu ve diğer tüm onda ve yüzde birlerin önemli olmadığını bilmek yeterlidir.
Fizik problemlerinin çözümüne yardımcı olan forumlarda sıklıkla şu soru ortaya çıkıyor: Cam ve elmasın kırılma indisi nedir? Birçok kişi, bu iki maddenin görünüş olarak benzer olması nedeniyle özelliklerinin yaklaşık olarak aynı olması gerektiğini düşünmektedir. Ancak bu bir yanılgıdır.
Camın maksimum kırılması 1,7 civarında olurken, elmas için bu gösterge 2,42'ye ulaşıyor. Verilen mücevher Dünya üzerinde kırılma indisi 2'yi aşan az sayıdaki malzemeden biridir. Bunun nedeni kristal yapısından ve yüksek seviyeışık ışınlarının saçılması. Kesim, tablo değerindeki değişikliklerde minimum rol oynar.
Göreli gösterge
Bazı ortamlar için göreceli gösterge şu şekilde karakterize edilebilir:
- - camın suya göre kırılma indeksi yaklaşık 1,18'dir;
- - aynı malzemenin havaya göre kırılma indeksi 1,5'e eşittir;
- - alkole göre kırılma indisi - 1.1.
Göstergenin ölçümleri ve göreceli değerin hesaplanması, iyi bilinen bir algoritmaya göre gerçekleştirilir. Göreli bir parametre bulmak için bir tablo değerini diğerine bölmeniz gerekir. Veya iki ortam için deneysel hesaplamalar yapın ve elde edilen verileri bölün. Bu tür işlemler genellikle laboratuvar fizik derslerinde gerçekleştirilir.
Kırılma indeksinin belirlenmesi
Uygulamada camın kırılma indisinin belirlenmesi oldukça zordur çünkü başlangıç verilerinin ölçülmesi için yüksek hassasiyetli aletler gereklidir. Hesaplamada hata olmamasını gerektiren karmaşık formüller kullanıldığı için herhangi bir hata artacaktır.
Genel olarak bu katsayı, belirli bir engelden geçerken ışık ışınlarının yayılma hızının ne kadar yavaşladığını gösterir. Bu nedenle yalnızca şeffaf malzemeler için tipiktir. Gazların kırılma indisi referans değer yani birim olarak alınır. Bu, hesaplamalar yaparken bazı değerlerden başlamanın mümkün olması için yapıldı.
Güneş ışını camın yüzeyine masa değerine eşit kırılma indisi ile düşerse, birkaç şekilde değiştirilebilir:
- 1. Üstüne, kırılma indisi camınkinden daha yüksek olacak bir film yapıştırın. Bu prensip, yolcu konforunu artırmak ve sürücünün trafik koşullarını daha net görebilmesini sağlamak için araba camlarının renklendirilmesinde kullanılır. Film aynı zamanda ultraviyole radyasyonu da engelleyecektir.
- 2. Camı boyayla boyayın. Ucuz güneş gözlüğü üreticileri bunu yapıyor ancak bunun görmeye zararlı olabileceğini de hesaba katmakta fayda var. İyi modellerde camlar özel bir teknoloji kullanılarak anında renkli olarak üretilir.
- 3. Bardağı bir miktar sıvıya batırın. Bu yalnızca deneyler için kullanışlıdır.
Bir ışık ışını camdan geçerse, bir sonraki malzemenin kırılma indisi kullanılarak hesaplanır. bağıl katsayı tablo değerleri karşılaştırılarak elde edilebilir. Bu hesaplamalar pratik veya deneysel yük taşıyan optik sistemlerin tasarımında oldukça önemlidir. Buradaki hatalar kabul edilemez, çünkü bunlar tüm cihazın yanlış çalışmasına yol açacak ve daha sonra onun yardımıyla elde edilen veriler işe yaramaz hale gelecektir.
Kırılma indisi ile ışığın camdaki hızını belirlemek için, boşluktaki hızın mutlak değerini kırılma indisine bölmeniz gerekir. Vakum bir referans ortamı olarak kullanılır çünkü ışık ışınlarının belirli bir yol boyunca düzgün hareketine müdahale edebilecek herhangi bir maddenin bulunmaması nedeniyle herhangi bir kırılma yoktur.
Hesaplanan herhangi bir göstergede, kırılma indisi her zaman birlikten büyük olduğundan hız referans ortamdan daha az olacaktır.
Optik problemlerini çözerken sıklıkla camın, suyun veya başka bir maddenin kırılma indisini bilmeniz gerekir. Üstelik farklı durumlarda bu miktarın hem mutlak hem de bağıl değerleri kullanılabilir.
İki tür kırılma indisi
Öncelikle bu sayının neyi gösterdiğinden bahsedelim: Şu veya bu şeffaf ortamda ışığın yayılma yönünün nasıl değiştiği. Dahası, bir elektromanyetik dalga boşluktan gelebilir ve daha sonra camın veya başka bir maddenin kırılma indisi mutlak olarak adlandırılacaktır. Çoğu durumda değeri 1 ila 2 arasındadır. Sadece çok nadir durumlarda kırılma indisi ikiden büyüktür.
Nesnenin önünde boşluktan daha yoğun bir ortam varsa, o zaman zaten bahsediyorlar göreceli değer. Ve ikinin oranı olarak hesaplanır mutlak değerler. Örneğin su camının bağıl kırılma indisi, cam ve suyun mutlak değerlerinin oranına eşit olacaktır.
Her durumda, belirlenmiş Latince harf"tr" -n. Bu değer aynı değerlerin birbirine bölünmesiyle elde edilir, dolayısıyla adı olmayan bir katsayıdır.
Kırılma indisini hesaplamak için hangi formülü kullanabilirsiniz?
Gelme açısını “alfa” ve kırılma açısını “beta” olarak alırsak formül mutlak değer kırılma indisi şuna benzer: n = sin α/sin β. İngiliz dili literatüründe sıklıkla farklı bir tanım bulabilirsiniz. Gelme açısı i ve kırılma açısı r olduğunda.
Cam ve diğer şeffaf ortamlarda ışığın kırılma indisinin nasıl hesaplanacağına dair başka bir formül daha vardır. Işığın boşluktaki hızıyla ilgilidir ve aynı, ancak söz konusu maddede.
O zaman şöyle görünür: n = c/νλ. Burada c ışığın boşluktaki hızı, ν şeffaf ortamdaki hızı ve λ dalga boyudur.
Kırılma indisi neye bağlıdır?
Işığın söz konusu ortamda yayılma hızına göre belirlenir. Bu bakımdan hava, boşluğa çok yakındır, bu nedenle ışık dalgaları, orijinal yönlerinden sapmadan pratik olarak onun içinde yayılır. Bu nedenle, cam havanın veya havayı çevreleyen herhangi bir maddenin kırılma indisi belirlenirse, ikincisi geleneksel olarak bir vakum olarak alınır.
Her ortamın kendine has özellikleri vardır. Farklı yoğunlukları vardır, kendi sıcaklıkları ve elastik gerilmeleri vardır. Bütün bunlar, madde tarafından ışığın kırılmasının sonucunu etkiler.
Olumsuz son rol Işığın özellikleri dalganın yayılma yönünün değişmesinde rol oynar. Beyaz ışık kırmızıdan mora kadar pek çok renkten oluşur. Spektrumun her kısmı kendi yolunda kırılır. Üstelik spektrumun kırmızı kısmının dalgasına ilişkin göstergenin değeri her zaman diğerlerinden daha az olacaktır. Örneğin, TF-1 camının kırılma indisi, spektrumun kırmızıdan mor kısmına sırasıyla 1,6421 ila 1,67298 arasında değişmektedir.
Farklı maddeler için değer örnekleri
Burada mutlak değerlerin değerleri, yani bir ışının boşluktan (havaya eşdeğer) başka bir maddeden geçerken kırılma indisi bulunur.
Camın diğer ortamlara göre kırılma indeksinin belirlenmesi gerekiyorsa bu rakamlara ihtiyaç duyulacaktır.
Problemleri çözerken başka hangi nicelikler kullanılır?
Toplam yansıma. Işığın çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçmesiyle gözlenir. Burada belirli bir geliş açısında dik açıda kırılma meydana gelir. Yani ışın iki ortamın sınırı boyunca kayar.
Toplam yansımanın sınır açısı, ışığın daha az yoğun bir ortama kaçmadığı minimum değerdir. Daha azı kırılma anlamına gelir ve daha fazlası ışığın hareket ettiği ortama yansıma anlamına gelir.
Görev No.1
Durum. Camın kırılma indisi 1,52 değerine sahiptir. Işığın yüzeylerin arayüzeyinden tamamen yansıdığı sınır açısını belirlemek gerekir: cam ile hava, su ile hava, cam ile su.
Su için tabloda verilen kırılma indisi verilerini kullanmanız gerekecektir. Hava için birliğe eşit alınır.
Her üç durumda da çözüm, aşağıdaki formülü kullanan hesaplamalara dayanır:
sin α 0 /sin β = n 1 /n 2, burada n 2, ışığın yayıldığı ortamı ve n 1, ışığın nüfuz ettiği ortamı belirtir.
α 0 harfi sınır açısını belirtir. β açısının değeri 90 derecedir. Yani sinüsü bir olacaktır.
İlk durumda: sin α 0 = 1 /n cam, o zaman sınırlama açısının 1 /n camın ark sinüsüne eşit olduğu ortaya çıkar. 1/1,52 = 0,6579. Açı 41,14°'dir.
İkinci durumda, ark sinüsünü belirlerken suyun kırılma indisinin değerini değiştirmeniz gerekir. Suyun 1/n oranı 1/1,33 = 0,7519 değerini alacaktır. Bu 48,75° açısının ark sinüsüdür.
Üçüncü durum n su ve n cam oranıyla açıklanmaktadır. Ark sinüsünün kesir için hesaplanması gerekecektir: 1,33/1,52, yani 0,875 sayısı. Sınır açısının değerini ark sinüsüne göre buluyoruz: 61.05°.
Cevap: 41,14°, 48,75°, 61,05°.
Sorun No. 2
Durum. İçinde su bulunan bir kaba bir cam prizma daldırılır. Kırılma indisi 1,5'tir. Prizma dik üçgene dayanmaktadır. Büyük bacak tabana dik, ikincisi ise ona paraleldir. Bir ışık ışını prizmanın üst yüzüne normal olarak düşer. Işığın kabın tabanına dik olan bacağa ulaşması ve prizmadan çıkması için yatay bacak ile hipotenüs arasındaki en küçük açı ne olmalıdır?
Işının prizmadan anlatılan şekilde çıkabilmesi için iç yüze (prizmanın kesitindeki üçgenin hipotenüsü olan) maksimum açıyla düşmesi gerekir. Bu sınırlayıcı açının istenen açıya eşit olduğu ortaya çıkıyor dik üçgen. Işığın kırılma yasasından, sınırlayıcı açının sinüsünün 90 derecelik sinüse bölünmesinin, iki kırılma indeksinin: suyun cama oranına eşit olduğu ortaya çıkıyor.
Hesaplamalar sınırlama açısı için şu değeri verir: 62°30´.
