ضریب شکست نسبی جدول متوسط. ضریب شکست مطلق
انکسار یا شکست پدیده ای است که در آن تغییر جهت یک پرتو نور، یا امواج دیگر، زمانی رخ می دهد که آنها از مرز جداکننده دو رسانه، هر دو شفاف (انتقال این امواج) و داخل محیطی که خواص آن به طور مداوم در حال تغییر است، رخ می دهد. .
ما اغلب با پدیده انکسار مواجه می شویم و آن را به عنوان یک پدیده معمولی درک می کنیم: می بینیم که چوبی که در یک شیشه شفاف با مایع رنگی قرار دارد در نقطه ای که هوا و آب از هم جدا می شوند "شکسته" شده است (شکل 1). هنگامی که نور در هنگام باران شکسته و منعکس می شود، با دیدن رنگین کمان خوشحال می شویم (شکل 2).
ضریب شکست یک ویژگی مهم یک ماده مرتبط با آن است خواص فیزیکی و شیمیایی. این بستگی به مقادیر دما و همچنین به طول موج امواج نوری دارد که در آن تعیین انجام می شود. با توجه به داده های کنترل کیفیت در یک محلول، ضریب شکست تحت تأثیر غلظت ماده محلول در آن و همچنین ماهیت حلال است. به ویژه میزان پروتئین موجود در آن بر ضریب شکست سرم خون تأثیر می گذارد، این امر به این دلیل است که در سرعت های مختلف انتشار پرتوهای نور در محیط هایی که دارای چگالی متفاوت، جهت آنها در نقطه جدایی دو رسانه تغییر می کند. اگر به اشتراک بگذاریم سرعت نوردر خلاء نسبت به سرعت نور در ماده مورد مطالعه، ضریب شکست مطلق (ضریب شکست) به دست خواهد آمد. در عمل، ضریب شکست نسبی (n) تعیین می شود که نسبت سرعت نور در هوا به سرعت نور در ماده مورد مطالعه است.
ضریب شکست با استفاده از یک دستگاه خاص - یک انکسارسنج اندازه گیری می شود.
رفرکتومتری یکی از ساده‌ترین روشهای آنالیز فیزیکی است و می‌تواند در آزمایشگاه‌های کنترل کیفیت در تولید مکمل‌های غذایی شیمیایی، غذایی، مواد غذایی فعال بیولوژیکی، لوازم آرایشی و بهداشتی و انواع دیگر محصولات با حداقل زمان و تعداد نمونه‌های مورد آزمایش مورد استفاده قرار گیرد.
طراحی انکسارسنج بر این واقعیت استوار است که پرتوهای نور هنگام عبور از مرز دو محیط (یکی از آنها منشور شیشه ای و دیگری محلول آزمایشی است) کاملاً منعکس می شوند (شکل 3).
| برنج. 3. طرح انکسارسنج |
از منبع (1)، پرتو نور بر روی سطح آینه (2) می افتد، سپس با انعکاس، به منشور نورانی بالایی (3) و سپس به منشور اندازه گیری پایین (4) که از شیشه ساخته شده است، عبور می کند. با ضریب شکست بالا بین منشورهای (3) و (4) 1-2 قطره از نمونه با استفاده از مویرگی اعمال می شود. برای اینکه آسیب مکانیکی به منشور وارد نشود، لازم است که سطح آن را با مویرگ لمس نکنید.
چشمی (9) میدانی را با خطوط متقاطع برای تنظیم رابط می بیند. با حرکت چشمی باید نقطه تلاقی میدان ها با سطح مشترک تراز شود (شکل 4) صفحه منشور (4) نقش رابط را ایفا می کند که در سطح آن پرتو نور شکسته می شود. از آنجایی که پرتوها پراکنده هستند، مرز نور و سایه تار و رنگین کمانی به نظر می رسد. این پدیده توسط جبران کننده پراکندگی (5) حذف می شود. سپس پرتو از عدسی (6) و منشور (7) عبور داده می شود. روی صفحه (8) ضربات دید (دو خط مستقیم به صورت متقاطع) و همچنین یک مقیاس با ضریب انکسار وجود دارد که در چشمی (9) مشاهده می شود. برای محاسبه ضریب شکست استفاده می شود.
خط تقسیم مرزهای فیلدها با گوشه داخلی مطابقت دارد بازتاب کاملبسته به ضریب شکست نمونه.
از رفرکتومتری برای تعیین خلوص و اصالت یک ماده استفاده می شود. همچنین از این روش برای تعیین غلظت مواد در محلول ها در هنگام کنترل کیفیت استفاده می شود که از نمودار کالیبراسیون (گرافی که وابستگی ضریب شکست نمونه به غلظت آن را نشان می دهد) محاسبه می شود.
در KorolevPharm، ضریب شکست مطابق با اسناد نظارتی تایید شده در هنگام کنترل ورودی مواد اولیه، در عصاره های تولید خودمان و همچنین در تولید محصولات نهایی تعیین می شود. این تعیین توسط کارمندان واجد شرایط یک آزمایشگاه فیزیکی و شیمیایی معتبر با استفاده از رفرکتومتر IRF-454 B2M انجام می شود.
اگر بر اساس نتایج کنترل ورودی مواد اولیه، ضریب شکست الزامات لازم را برآورده نکند، بخش کنترل کیفیت قانون عدم انطباق را تنظیم می کند که بر اساس آن این دسته از مواد اولیه به تامین کننده.
روش تعیین
1. قبل از شروع اندازه گیری، تمیزی سطوح منشورها در تماس با یکدیگر بررسی می شود.
2. بررسی نقطه صفر. 2÷3 قطره آب مقطر را روی سطح منشور اندازه گیری می ریزیم، آن را با احتیاط با یک منشور روشن کننده می بندیم. پنجره روشنایی را باز کنید و با استفاده از یک آینه، منبع نور را در شدیدترین جهت تنظیم کنید. با چرخاندن پیچ های چشمی، تمایز واضح و واضحی بین میدان های تیره و روشن در میدان دید آن به دست می آوریم. پیچ را می چرخانیم و خط سایه و نور را طوری هدایت می کنیم که با نقطه تقاطع خطوط در پنجره بالایی چشمی منطبق شود. در خط عمودی در پنجره پایین چشمی، نتیجه مطلوب را مشاهده می کنیم - ضریب شکست آب مقطر در دمای 20 درجه سانتیگراد (1.333). اگر قرائت ها متفاوت است، پیچ را روی ضریب شکست 1.333 قرار دهید و با کمک یک کلید (پیچ تنظیم را بردارید) مرز سایه و نور را به نقطه تلاقی خطوط می رسانیم.
3. ضریب شکست را تعیین کنید. محفظه روشنایی منشور را بالا ببرید و آب را با کاغذ صافی یا دستمال گازی بردارید. سپس 1-2 قطره از محلول آزمایش را روی سطح منشور اندازه گیری بمالید و محفظه را ببندید. پیچ ها را می چرخانیم تا مرزهای سایه و نور با نقطه تلاقی خطوط منطبق شود. در خط عمودی در پنجره پایین چشمی، نتیجه مطلوب - ضریب شکست نمونه آزمایش را مشاهده می کنیم. ضریب شکست روی ترازو در پنجره پایینی چشمی را محاسبه می کنیم.
4. با استفاده از نمودار کالیبراسیون، رابطه بین غلظت محلول و ضریب شکست را برقرار می کنیم. برای ساخت یک نمودار، لازم است محلول های استاندارد با غلظت های مختلف با استفاده از مواد شیمیایی آماده شود مواد خالصضریب شکست آنها را اندازه گیری کرده و مقادیر به دست آمده را روی محور ارتین رسم کنید، غلظت های مربوطه محلول ها را روی محور آبسیسا رسم کنید. انتخاب فواصل غلظتی که در آن رابطه خطی بین غلظت و ضریب شکست مشاهده می شود ضروری است. ضریب شکست نمونه آزمایش را اندازه گیری می کنیم و از نمودار برای تعیین غلظت آن استفاده می کنیم.
زمینه های کاربرد رفرکتومتری.
دستگاه و اصل عملکرد رفرکتومتر IRF-22.
مفهوم ضریب شکست.
طرح
رفرکتومتری. ویژگی ها و ماهیت روش.
برای شناسایی مواد و بررسی خلوص آنها استفاده کنید
انکسارگر
ضریب شکست یک ماده- مقداری برابر با نسبت سرعت فاز نور (امواج الکترومغناطیسی) در خلاء و محیط دیده شده.
ضریب شکست به خواص ماده و طول موج بستگی دارد
تابش الکترومغناطیسی نسبت سینوس زاویه تابش نسبت به
نرمال کشیده شده به صفحه شکست (α) پرتو به سینوس زاویه شکست
شکست (β) در طول انتقال پرتو از محیط A به محیط B، ضریب شکست نسبی برای این جفت محیط نامیده می شود.
مقدار n ضریب شکست نسبی محیط B است
در رابطه با محیط A، و
ضریب شکست نسبی محیط A نسبت به
ضریب انکسار یک پرتو بر روی یک محیط از یک بدون هوا
به فضا ضریب شکست مطلق آن یا
به سادگی ضریب شکست یک محیط معین (جدول 1).
جدول 1 - ضریب شکست محیط های مختلف
مایعات دارای ضریب شکست در محدوده 1.2-1.9 هستند. جامد
مواد 1.3-4.0. برخی از مواد معدنی اینطور نیستند ارزش دقیقنشان دادن-
برای شکست ارزش آن در یک "چنگال" خاص است و تعیین می کند
به دلیل وجود ناخالصی در ساختار کریستالی که رنگ را تعیین می کند
کریستال
شناسایی ماده معدنی با "رنگ" دشوار است. بنابراین، کوراندوم معدنی به شکل یاقوت، یاقوت کبود، لوکوزافیر وجود دارد که در
ضریب شکست و رنگ به کوراندوم های قرمز یاقوت سرخ می گویند
(مخلوط کروم)، آبی بی رنگ، آبی روشن، صورتی، زرد، سبز،
بنفش - یاقوت کبود (ناخالصی های کبالت، تیتانیوم و غیره). رنگ روشن
یاقوت کبود نای یا کوراندوم بی رنگ را لوکوزافیر می نامند (به طور گسترده
در اپتیک به عنوان فیلتر نور استفاده می شود). ضریب شکست این کریستال ها
استال در محدوده 1.757-1.778 قرار دارد و مبنای شناسایی است
شکل 3.1 - یاقوتی شکل 3.2 - آبی یاقوت کبود
مایعات آلی و معدنی همچنین دارای مقادیر ضریب شکست مشخصه ای هستند که آنها را به عنوان مواد شیمیایی مشخص می کند.
ترکیبات nye و کیفیت سنتز آنها (جدول 2):
جدول 2 - ضریب شکست برخی مایعات در دمای 20 درجه سانتی گراد
4.2. رفرکتومتری: مفهوم، اصل.
روش مطالعه مواد بر اساس تعیین شاخص
(ضریب) شکست (انکسار) را انکسار سنجی (از
لات refractus - شکسته و یونانی. مترئو - اندازه می‌گیرم). رفرکتومتری
(روش شکست سنجی) برای شناسایی مواد شیمیایی استفاده می شود
ترکیبات، کمی و تحلیل ساختاری، تعاریف فیزیکی
پارامترهای شیمیایی مواد اصل رفرکتومتری اجرا شد
در رفرکتومترهای Abbe که در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل 1 - اصل انکسار سنجی
بلوک منشور Abbe از دو منشور مستطیلی تشکیل شده است: روشن کننده
بدن و اندازه گیری، توسط صورت های هیپوتنوز تا شده است. روشنگر-
منشور دارای صورت هیپوتنوزی خشن (مات) بوده و در نظر گرفته شده است
چنا برای روشن کردن یک نمونه مایع قرار داده شده بین منشورها.
نور پراکنده از یک لایه موازی سطحی از مایع مورد بررسی عبور می کند و در حال شکست در مایع، بر روی منشور اندازه گیری می افتد. منشور اندازه گیری از شیشه متراکم نوری (چخماق سنگین) ساخته شده است و دارای ضریب شکست بیشتر از 1.7 است. به همین دلیل، رفرکتومتر Abbe n مقدار کمتر از 1.7 را اندازه گیری می کند. افزایش دامنه اندازه گیری ضریب شکست تنها با تغییر منشور اندازه گیری امکان پذیر است.
نمونه آزمایشی بر روی سطح هیپوتنوز منشور اندازه گیری ریخته می شود و در برابر منشور روشن کننده فشار داده می شود. در این حالت، بین منشورهایی که نمونه در آن قرار دارد، فاصله ای به اندازه 0.1-0.2 میلی متر باقی می ماند.
که با شکست نور می گذرد. برای اندازه گیری ضریب شکست
از پدیده کامل استفاده کنید بازتاب داخلی. شامل
بعد.
اگر پرتوهای 1، 2، 3 بر روی رابط بین دو رسانه بیفتند، بسته به
زاویه تابش در هنگام مشاهده آنها در یک محیط انکساری خواهد بود
وجود انتقال مناطق با نورهای مختلف مشاهده می شود. متصل است
با تابش قسمتی از نور در مرز شکست با زاویه تقریبی.
کیم تا 90 درجه نسبت به حالت عادی (پرتو 3). (شکل 2).
شکل 2 - تصویر پرتوهای شکسته
این قسمت از پرتوها منعکس نمی شود و بنابراین جسم سبک تری را تشکیل می دهد.
انکسار پرتوهایی با زوایای کوچکتر تجربه و منعکس می شوند
و شکست. بنابراین، منطقه ای با نور کمتر تشکیل می شود. در حجم
خط مرزی بازتاب داخلی کل روی لنز، موقعیت قابل مشاهده است
که به خاصیت انکساری نمونه بستگی دارد.
حذف پدیده پراکندگی (رنگ آمیزی سطح مشترک بین دو ناحیه روشنایی در رنگ های رنگین کمان به دلیل استفاده از پیچیده نور سفید) با استفاده از دو منشور Amici در جبران کننده که در تلسکوپ نصب شده اند به دست می آید. در همان زمان، یک مقیاس به لنز نمایش داده می شود (شکل 3). 0.05 میلی لیتر مایع برای تجزیه و تحلیل کافی است.
شکل 3 - مشاهده از طریق چشمی رفرکتومتر. (مقیاس مناسب منعکس کننده است
غلظت جزء اندازه گیری شده بر حسب ppm)
علاوه بر تجزیه و تحلیل نمونه های تک جزئی، به طور گسترده ای تجزیه و تحلیل وجود دارد
سیستم های دو جزئی (محلول های آبی، محلول های موادی که در آنها
یا حلال). در سیستم های دو جزئی ایده آل (تشکیل-
بدون تغییر حجم و قطبش پذیری اجزاء)، وابستگی نشان داده شده است
اگر ترکیب بر حسب بیان شود، ضریب شکست روی ترکیب نزدیک به خطی است
کسر حجمی (درصد)
جایی که: n، n1، n2 - ضریب شکست مخلوط و اجزاء،
V1 و V2 کسر حجمی اجزا هستند (V1 + V2 = 1).
اثر دما بر ضریب شکست با دو مشخص می شود
عوامل: تغییر در تعداد ذرات مایع در واحد حجم و
وابستگی قطبش پذیری مولکول ها به دما عامل دوم شد
فقط در تغییرات دمایی بسیار زیاد قابل توجه می شود.
ضریب دمایی ضریب شکست متناسب با ضریب دمایی چگالی است. از آنجایی که همه مایعات هنگام گرم شدن منبسط می شوند، با افزایش دما، ضریب شکست آنها کاهش می یابد. ضریب دما به دمای مایع بستگی دارد، اما در بازه های دمایی کوچک می توان آن را ثابت در نظر گرفت. به همین دلیل، اکثر رفرکتومترها کنترل دما ندارند، با این حال، برخی از طراحی ها ارائه می دهند
کنترل دمای آب
برون یابی خطی ضریب شکست با تغییرات دما برای اختلاف دماهای کوچک (10 - 20 درجه سانتیگراد) قابل قبول است.
تعیین دقیق ضریب شکست در محدوده های دمایی گسترده طبق فرمول های تجربی به شکل زیر انجام می شود:
nt=n0+at+bt2+…
برای رفرکتومتری محلول در محدوده غلظت های وسیع
از جداول یا فرمول های تجربی استفاده کنید. نمایش وابستگی-
ضریب شکست محلول های آبی برخی از مواد در غلظت
نزدیک به خطی است و امکان تعیین غلظت این مواد را در آن فراهم می کند
آب در محدوده وسیعی از غلظت (شکل 4) با استفاده از شکست
تومتر
شکل 4- ضریب شکست برخی محلول های آبی
معمولاً n جسم مایع و جامد توسط رفرکتومترها با دقت تعیین می شوند
تا 0.0001. متداول‌ترین آنها رفرکتومترهای Abbe (شکل 5) با بلوک‌های منشوری و جبران‌کننده‌های پراکندگی هستند که تعیین nD را در نور "سفید" در مقیاس یا نشانگر دیجیتال ممکن می‌سازند.
شکل 5 - رفرکتومتر Abbe (IRF-454; IRF-22)
برای سخنرانی شماره 24
"روشهای تحلیل ابزاری"
رفرکتومتری.
ادبیات:
1. V.D. پونومارف "شیمی تحلیلی" 1983 246-251
2. A.A. ایشچنکو "شیمی تحلیلی" 2004 صفحات 181-184
رفرکتومتری.
رفرکتومتری یکی از ساده ترین هاست روش های فیزیکیآنالیز با حداقل مقدار آنالیت و در زمان بسیار کوتاهی انجام می شود.
رفرکتومتری- روشی مبتنی بر پدیده شکست یا شکست یعنی. تغییر جهت انتشار نور هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر.
شکست، و همچنین جذب نور، پیامد برهمکنش آن با محیط است. کلمه انکسار سنجی به معنای اندازه گیری شکست نور، که با مقدار ضریب شکست تخمین زده می شود.
مقدار ضریب شکست nبستگی دارد
1) در مورد ترکیب مواد و سیستم ها،
2) از در چه غلظتی و چه مولکول هایی که پرتو نور در راه خود با آنها برخورد می کند، زیرا تحت تأثیر نور، مولکول های مواد مختلف به روش های مختلف قطبی می شوند. بر این وابستگی است که روش رفرکتومتری استوار است.
این روش دارای چندین مزیت است که در نتیجه کاربرد وسیعی هم در تحقیقات شیمیایی و هم در کنترل فرآیندهای تکنولوژیکی پیدا کرده است.
1) اندازه گیری ضریب شکست فرآیندی بسیار ساده است که با دقت و با حداقل سرمایه گذاری زمان و مقدار ماده انجام می شود.
2) به طور معمول، انکسارسنج ها تا 10 درصد دقت در تعیین ضریب شکست نور و محتوای آنالیت ارائه می دهند.
روش انکسار سنجی برای کنترل اصالت و خلوص، شناسایی مواد منفرد، تعیین ساختار ترکیبات آلی و معدنی در مطالعه محلول ها استفاده می شود. رفرکتومتری برای تعیین ترکیب محلول های دو جزئی و برای سیستم های سه تایی استفاده می شود.
مبنای فیزیکی روش
نشانگر انکسار.
انحراف پرتو نور از جهت اصلی خود هنگام عبور از یک محیط به رسانه دیگر بیشتر است تفاوت بیشتردر سرعت انتشار نور در دو
این محیط ها
شکست یک پرتو نور را در مرز هر دو محیط شفاف I و II در نظر بگیرید (شکل را ببینید). اجازه دهید قبول کنیم که محیط II قدرت انکساری بیشتری دارد و بنابراین، n 1و n 2- شکست رسانه مربوطه را نشان می دهد. اگر محیط I نه خلاء باشد و نه هوا، آنگاه نسبت sin زاویه تابش پرتو نور به sin زاویه شکست مقدار ضریب شکست نسبی n rel را به دست می دهد. مقدار n rel. همچنین می تواند به عنوان نسبت ضریب شکست رسانه مورد بررسی تعریف شود.
n rel. = ----- = ---
مقدار ضریب شکست بستگی دارد
1) ماهیت مواد
ماهیت یک ماده در این مورد با درجه تغییر شکل مولکول های آن تحت تأثیر نور تعیین می شود - درجه قطبش پذیری. هر چه قطبش پذیری شدیدتر باشد، انکسار نور قوی تر است.
2)طول موج نور فرودی
اندازه گیری ضریب شکست در طول موج نور 589.3 نانومتر (خط D طیف سدیم) انجام می شود.
وابستگی ضریب شکست به طول موج نور را پراکندگی می گویند. چگونه طول کمترامواج، انکسار بیشتر است. بنابراین، پرتوهای با طول موج های مختلف به طور متفاوتی شکست می شوند.
3)درجه حرارت که در آن اندازه گیری انجام می شود. یک پیش نیازتعیین ضریب شکست انطباق است رژیم دما. معمولاً تعیین در دمای 0.3±20 درجه سانتیگراد انجام می شود.
با افزایش دما، ضریب شکست کاهش می یابد و با کاهش دما، افزایش می یابد..
تصحیح دما با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:
n t \u003d n 20 + (20-t) 0.0002، که در آن
n t -خدا حافظ ضریب شکست در دمای معین،
n 20 - ضریب شکست در 20 0 درجه سانتیگراد
تأثیر دما بر مقادیر ضریب شکست گازها و مایعات به مقادیر ضرایب انبساط حجمی آنها مربوط می شود. حجم همه گازها و مایعات با گرم شدن افزایش می یابد، چگالی کاهش می یابد و در نتیجه شاخص کاهش می یابد.
ضریب شکست، اندازه گیری شده در 20 0 C و طول موج نور 589.3 نانومتر، با این شاخص نشان داده می شود. n D 20
وابستگی ضریب شکست یک سیستم دو جزئی همگن به حالت آن به طور تجربی با تعیین ضریب شکست برای تعدادی از سیستم های استاندارد (مثلاً محلول ها) مشخص می شود که محتوای اجزای آن مشخص است.
4) غلظت یک ماده در محلول.
برای بسیاری از محلول های آبی مواد، ضریب شکست در غلظت ها و دماهای مختلف به طور قابل اعتماد اندازه گیری شده است و در این موارد می توان از داده های مرجع استفاده کرد. جداول انکسار سنجی. تمرین نشان می دهد که وقتی محتوای ماده محلول از 10-20٪ تجاوز نمی کند همراه با روش گرافیکیدر بسیاری از موارد می توانید استفاده کنید معادله خطینوع:
n=n o +FC،
n-ضریب شکست محلول،
نهضریب شکست حلال خالص است،
سی- غلظت ماده محلول، %
اف-ضریب تجربی که مقدار آن پیدا می شود
با تعیین ضریب شکست محلول های با غلظت شناخته شده.
انکسارسنج ها.
انکسارسنج ها دستگاه هایی هستند که برای اندازه گیری ضریب شکست استفاده می شوند. 2 نوع از این ابزار وجود دارد: رفرکتومتر نوع Abbe و نوع Pulfrich. هم در آن ها و هم در سایر موارد، اندازه گیری ها بر اساس تعیین بزرگی زاویه محدود کننده شکست است. در عمل از رفرکتومترها استفاده می شود سیستم های مختلف: آزمایشگاه-RL، RLU جهانی، و غیره.
ضریب شکست آب مقطر n 0 \u003d 1.33299، در عمل، این شاخص به عنوان مرجع n 0 است. =1,333.
اصل کار بر روی انکسارسنج ها بر اساس تعیین ضریب شکست با روش زاویه محدود (زاویه بازتاب کل نور) است.
رفرکتومتر دستی
رفرکتومتر آبه
شکست به عدد انتزاعی معینی گفته می شود که قدرت انکسار هر محیط شفاف را مشخص می کند. مرسوم است که آن را n تعیین کنند. ضریب شکست مطلق و ضریب نسبی وجود دارد.
اولی با استفاده از یکی از دو فرمول محاسبه می شود:
n = sin α / sin β = const (که sin α سینوس زاویه تابش است و sin β سینوس پرتو نوری است که از فضای خالی وارد محیط مورد نظر می شود)
n = c / υ λ (که در آن c سرعت نور در خلاء است، υ λ سرعت نور در محیط مورد مطالعه است).
در اینجا، محاسبه نشان می دهد که نور در لحظه انتقال از خلاء به یک محیط شفاف چند بار سرعت انتشار خود را تغییر می دهد. به این ترتیب ضریب شکست (مطلق) تعیین می شود. برای پیدا کردن نسبی از فرمول استفاده کنید:
یعنی ضریب شکست مطلق مواد با چگالی های مختلف مانند هوا و شیشه در نظر گرفته می شود.
به طور کلی، ضرایب مطلق هر جسمی، اعم از گاز، مایع یا جامد، همیشه بزرگتر از 1 است. اصولاً مقادیر آنها از 1 تا 2 متغیر است. بالای 2، این مقدار فقط در موارد استثنایی می تواند باشد. مقدار این پارامتر برای برخی از محیط ها:
این مقدار وقتی برای سخت ترین ماده طبیعی روی کره زمین، الماس اعمال می شود، 2.42 است. خیلی اوقات هنگام انجام تحقیقات علمی و غیره نیاز به دانستن ضریب شکست آب است. این پارامتر 1.334 است.
از آنجایی که طول موج یک نشانگر است، البته ثابت نیست، یک شاخص به حرف n اختصاص داده می شود. مقدار آن کمک می کند تا بفهمیم این ضریب به کدام موج طیف اشاره دارد. با در نظر گرفتن یک ماده، اما با افزایش طول موج نور، ضریب شکست کاهش می یابد. این شرایط باعث تجزیه نور به یک طیف در هنگام عبور از یک عدسی، منشور و غیره شد.
با مقدار ضریب شکست، می توانید تعیین کنید که مثلاً چه مقدار از یک ماده در ماده دیگر حل شده است. این برای مثال در دم کردن یا زمانی که باید غلظت شکر، میوه یا انواع توت ها را در آب میوه بدانید مفید است. این شاخص هم در تعیین کیفیت فرآورده های نفتی مهم است و هم در تجارت جواهراتزمانی که نیاز به اثبات اصالت سنگ و غیره دارید.
بدون استفاده از هیچ ماده ای، مقیاس قابل مشاهده در چشمی ساز کاملا آبی خواهد بود. اگر آب مقطر معمولی را روی یک منشور بیندازید، با کالیبراسیون صحیح دستگاه، مرز رنگ های آبی و سفید به شدت از علامت صفر عبور می کند. هنگام بررسی یک ماده دیگر، با توجه به ضریب شکستی که دارد، در امتداد مقیاس جابه‌جا می‌شود.
در درس فیزیک پایه هشتم با پدیده شکست نور آشنا شدید. اکنون می دانید که نور امواج الکترومغناطیسی با محدوده فرکانسی مشخص است. بر اساس دانش در مورد ماهیت نور، شما قادر خواهید بود علت فیزیکی شکست را درک کنید و بسیاری از پدیده های نوری دیگر مرتبط با آن را توضیح دهید.
برنج. 141. با عبور از یک محیط به محیط دیگر، پرتو شکسته می شود، یعنی جهت انتشار تغییر می کند.
طبق قانون شکست نور (شکل 141):
- پرتوهای تابیده، شکسته شده و عمود بر سطح مشترک بین دو محیط در نقطه برخورد پرتو در یک صفحه قرار دارند. نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست برای این دو محیط یک مقدار ثابت است.
که در آن n 21 ضریب شکست نسبی محیط دوم نسبت به محیط اول است.
اگر پرتو از خلاء به هر محیطی عبور کند، پس
که در آن n ضریب شکست مطلق (یا به سادگی ضریب شکست) محیط دوم است. در این حالت اولین «محیط» خلاء است که شاخص مطلق آن یک در نظر گرفته می شود.
قانون شکست نور به طور تجربی توسط دانشمند هلندی ویلبورد اسنلیوس در سال 1621 کشف شد. این قانون در رساله ای در مورد اپتیک تدوین شد که پس از مرگ او در مقالات دانشمند یافت شد.
پس از کشف اسنل، چندین دانشمند این فرضیه را مطرح کردند که شکست نور به دلیل تغییر سرعت آن هنگام عبور از مرز دو رسانه است. صحت این فرضیه با اثبات نظری که به طور مستقل توسط ریاضیدان فرانسوی پیر فرما (در سال 1662) و فیزیکدان هلندی کریستین هویگنس (در سال 1690) انجام شد تأیید شد. آنها از طریق مسیرهای مختلف به یک نتیجه رسیدند و این را ثابت کردند
- نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست یک مقدار ثابت برای این دو محیط است که برابر با نسبت سرعت نور در این محیط ها است:
از رابطه (3) چنین بر می آید که اگر زاویه شکست β کمتر از زاویه تابش a باشد، نور فرکانس معین در محیط دوم کندتر از اولین، یعنی V2 منتشر می شود. رابطه مقادیر موجود در معادله (3) دلیل خوبی برای ظهور فرمول دیگری از تعریف ضریب شکست نسبی است: n 21 \u003d v 1 / v 2 (4) اجازه دهید یک پرتو نور از خلاء به یک محیط عبور کند. با جایگزینی v1 در رابطه (4) با سرعت نور در خلاء c و v 2 با سرعت نور در محیط v، معادله (5) را به دست می آوریم که تعریف ضریب شکست مطلق است: با توجه به معادلات (4) و (5)، n 21 نشان می دهد که چند برابر سرعت نور در هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر، و n - زمانی که از خلاء به یک محیط منتقل می شود، تغییر می کند. این معنای فیزیکی ضریب شکست است. مقدار ضریب شکست مطلق n هر ماده ای بیشتر از واحد است (این با داده های موجود در جداول کتاب های مرجع فیزیکی تأیید می شود). سپس طبق رابطه (5)، c/v > 1 و c > v، یعنی سرعت نور در هر ماده ای کمتر از سرعت نور در خلاء است. بدون ارائه توجیهات دقیق (پیچیده و دست و پا گیر هستند)، توجه می کنیم که دلیل کاهش سرعت نور در طول انتقال آن از خلاء به ماده، برهمکنش موج نور با اتم ها و مولکول های ماده است. هر چه چگالی نوری ماده بیشتر باشد، این برهمکنش قوی تر، سرعت نور کمتر و ضریب شکست بیشتر می شود. بنابراین سرعت نور در یک محیط و ضریب شکست مطلق توسط خواص این محیط تعیین می شود. با توجه به مقادیر عددی ضریب شکست مواد، می توان چگالی نوری آنها را مقایسه کرد. به عنوان مثال، ضریب شکست انواع شیشه از 1.470 تا 2.040 متغیر است، در حالی که ضریب شکست آب 1.333 است. این بدان معنی است که شیشه از نظر نوری متراکم تر از آب است. اجازه دهید به شکل 142 برگردیم که با کمک آن می‌توانیم توضیح دهیم که چرا در مرز دو رسانه، با تغییر سرعت، جهت انتشار موج نور نیز تغییر می‌کند. برنج. 142. هنگامی که امواج نور از هوا به آب می گذرد، سرعت نور کاهش می یابد، جلوی موج و با آن سرعت آن تغییر جهت می دهد. شکل یک موج نوری را نشان می دهد که از هوا به آب می گذرد و با زاویه a بر سطح مشترک بین این رسانه ها برخورد می کند. در هوا نور با سرعت v 1 و در آب با سرعت کمتر v 2 منتشر می شود. نقطه A از موج ابتدا به مرز می رسد. در طی یک دوره زمانی Δt، نقطه B، که در هوا با همان سرعت v 1 حرکت می کند، به نقطه B می رسد. "در همان زمان، نقطه A، که در آب با سرعت کمتر v 2 حرکت می کند، فاصله کوتاه تری را طی می کند. ، فقط به نقطه A می رسد. در این صورت جبهه موج A «B» در آب با زاویه معینی نسبت به جلوی موج AB در هوا می چرخد. و بردار سرعت (که همیشه بر جبهه موج عمود است و با جهت انتشار آن منطبق است) می چرخد و به خط مستقیم OO نزدیک می شود، عمود بر سطح مشترک بین رسانه ها. در این حالت، زاویه شکست β کمتر است. از زاویه تابش α. شکست نور به این صورت است. همچنین از شکل مشاهده می شود که با انتقال به یک محیط دیگر و چرخش جبهه موج، طول موج نیز تغییر می کند: با انتقال به یک محیط نوری متراکم تر، سرعت کاهش می یابد، طول موج نیز کاهش می یابد (λ 2< λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.سوالات
یک تمرین
بارگذاری...