دعونا ننتقل إلى دراسة أكثر تفصيلاً لمؤشر الانكسار الذي قدمناه في الفقرة 81 عند صياغة قانون الانكسار.

يعتمد معامل الانكسار على الخواص البصريةوالوسط الذي تسقط منه الحزمة، والوسط الذي تخترقه. يسمى معامل الانكسار الذي يتم الحصول عليه عندما يسقط الضوء من الفراغ على وسط ما بمعامل الانكسار المطلق لهذا الوسط.

أرز. 184. معامل الانكسار النسبي لوسائطين:

دع معامل الانكسار المطلق للوسط الأول يكون والوسط الثاني - . وبالنظر إلى الانكسار عند حدود الوسطين الأول والثاني، نتأكد من أن معامل الانكسار أثناء الانتقال من الوسط الأول إلى الثاني، يسمى معامل الانكسار النسبي، يساوي النسبةمعاملات الانكسار المطلقة للوسائط الثانية والأولى:

(الشكل 184). على العكس من ذلك، عند الانتقال من الوسط الثاني إلى الأول، يكون لدينا معامل انكسار نسبي

يمكن أيضًا اشتقاق العلاقة القائمة بين معامل الانكسار النسبي لوسائطين ومؤشرات انكسارهما المطلقة نظريًا، دون تجارب جديدة، تمامًا كما يمكن القيام به بالنسبة لقانون الانعكاس (الفقرة 82)،

ويقال إن الوسط ذو معامل الانكسار العالي هو أكثر كثافة بصريا. عادة ما يتم قياس معامل الانكسار للوسائط المختلفة بالنسبة للهواء. معامل الانكسار المطلق للهواء هو . وبالتالي، فإن معامل الانكسار المطلق لأي وسط يرتبط بمعامل انكساره بالنسبة للهواء بواسطة الصيغة

الجدول 6. معامل الانكسار للمواد المختلفة بالنسبة للهواء

ويعتمد معامل الانكسار على الطول الموجي للضوء، أي على لونه. ألوان مختلفةتتوافق مع مؤشرات الانكسار المختلفة. تلعب هذه الظاهرة، التي تسمى التشتت، دورًا مهمًا في البصريات. وسوف نتعامل مع هذه الظاهرة مراراً وتكراراً في الفصول اللاحقة. البيانات الواردة في الجدول. 6، الرجوع إلى الضوء الأصفر.

ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن قانون الانعكاس يمكن كتابته رسميًا بنفس شكل قانون الانكسار. تذكر أننا اتفقنا على قياس الزوايا دائمًا من العمودي على الشعاع المقابل. ولذلك يجب أن نعتبر زاوية السقوط وزاوية الانعكاس علامات عكسية، أي. يمكن كتابة قانون الانعكاس ك

وبمقارنة (83.4) مع قانون الانكسار نرى أن قانون الانعكاس يمكن اعتباره حالة خاصة من قانون الانكسار عند . هذا التشابه الشكلي بين قوانين الانعكاس والانكسار له فائدة كبيرة في حل المشكلات العملية.

في العرض السابق، كان لمؤشر الانكسار معنى ثابت للوسط، بغض النظر عن شدة الضوء الذي يمر عبره. مثل هذا التفسير لمؤشر الانكسار أمر طبيعي تماما، ومع ذلك، في حالة شدة الإشعاع العالية التي يمكن تحقيقها باستخدام أجهزة الليزر الحديثة، فإنه ليس له ما يبرره. خصائص الوسط الذي يمر من خلاله إشعاع الضوء القوي، في هذه الحالة، تعتمد على شدته. وكما يقولون، يصبح الوسط غير خطي. تتجلى اللاخطية للوسط، على وجه الخصوص، في حقيقة أن موجة الضوء ذات الكثافة العالية تغير معامل الانكسار. اعتماد معامل الانكسار على شدة الإشعاع له شكل

هنا، هو معامل الانكسار المعتاد، وهو معامل الانكسار غير الخطي، وهو عامل التناسب. يمكن أن يكون الحد الإضافي في هذه الصيغة موجبًا أو سالبًا.

التغيرات النسبية في معامل الانكسار صغيرة نسبيًا. للحصول على معامل انكسار غير خطي. ومع ذلك، فحتى هذه التغييرات الصغيرة في معامل الانكسار تكون ملحوظة: فهي تتجلى في ظاهرة غريبة تتمثل في التركيز الذاتي للضوء.

فكر في وسط ذو معامل انكسار غير خطي موجب. في هذه الحالة، المناطق ذات شدة الضوء المتزايدة هي مناطق متزامنة ذات معامل انكسار متزايد. عادة، في إشعاع الليزر الحقيقي، يكون توزيع الكثافة على المقطع العرضي للحزمة غير منتظم: تكون الشدة قصوى على طول المحور وتتناقص بسلاسة نحو حواف الحزمة، كما هو موضح في الشكل. 185 منحنيات صلبة. يصف توزيع مماثل أيضًا التغير في معامل الانكسار على المقطع العرضي للخلية ذات الوسط غير الخطي، على طول المحور الذي ينتشر فيه شعاع الليزر. يتناقص معامل الانكسار، وهو الأكبر على طول محور الخلية، تدريجيًا نحو جدرانها (المنحنيات المتقطعة في الشكل 185).

شعاع من الأشعة يترك الليزر موازيا للمحور، ويسقط في وسط ذو معامل انكسار متغير، ينحرف في الاتجاه الذي يكون فيه أكبر. لذلك، تؤدي زيادة الكثافة بالقرب من خلية OSP إلى تركيز أشعة الضوء في هذه المنطقة، وهو ما يظهر بشكل تخطيطي في المقاطع العرضية وفي الشكل 1. 185، وهذا يؤدي إلى زيادة أخرى في . في النهاية، يتناقص المقطع العرضي الفعال لشعاع الضوء الذي يمر عبر وسط غير خطي بشكل ملحوظ. يمر الضوء كما لو كان عبر قناة ضيقة ذات معامل انكسار متزايد. وبالتالي، يضيق شعاع الليزر، ويعمل الوسط غير الخطي كعدسة متقاربة تحت تأثير الإشعاع المكثف. وتسمى هذه الظاهرة بالتركيز على الذات. ويمكن ملاحظتها، على سبيل المثال، في النيتروبنزين السائل.

أرز. 185. توزيع شدة الإشعاع ومعامل الانكسار على المقطع العرضي لشعاع الليزر عند مدخل الكوفيت (أ)، بالقرب من نهاية الإدخال ()، في المنتصف ()، بالقرب من نهاية خرج الكوفيت ()

تحديد معامل الانكسار للمواد الصلبة الشفافة

والسوائل

الأدوات والملحقات: مجهر مزود بمرشح للضوء، ولوحة مستوية متوازية تحمل علامة AB على شكل صليب؛ العلامة التجارية لمقياس الانكسار "RL" ؛ مجموعة من السوائل.

الهدف من العمل:تحديد معاملات الانكسار للزجاج والسوائل.

تحديد معامل انكسار الزجاج باستخدام المجهر

لتحديد معامل الانكسار لمادة صلبة شفافة، يتم استخدام لوحة متوازية المستوى مصنوعة من هذه المادة مع علامة.

تتكون العلامة من خدشين متعامدين، أحدهما (أ) مطبق على الجزء السفلي، والثاني (ب) على السطح العلوي للوحة. يتم إضاءة اللوحة بضوء أحادي اللون ويتم فحصها تحت المجهر. على
أرز. يوضح الشكل 4.7 جزءًا من اللوحة التي تم فحصها بمستوى رأسي.

تذهب الأشعة AD وAE بعد الانكسار عند السطح البيني الزجاجي الهوائي في الاتجاهين DD1 وEE1 وتقع في هدف المجهر.

المراقب الذي ينظر إلى اللوحة من الأعلى يرى النقطة A عند تقاطع استمرار الشعاعين DD1 و EE1، أي. عند النقطة ج.

وهكذا، تبدو النقطة A للمراقب موجودة عند النقطة C. فلنوجد العلاقة بين معامل الانكسار n لمادة اللوحة، والسمك d والسمك الظاهري d1 للوحة.

4.7 يمكن ملاحظة أن VD \u003d BCtgi، BD \u003d ABtgr، من أين

tgi/tgr = AB/BC،

حيث AB = d هو سمك اللوحة؛ BC = d1 سمك اللوحة الظاهر.

إذا كانت الزوايا i و r صغيرة، إذن

سيني/سينر = تجي/تغر، (4.5)

أولئك. سيني/سينر = د/د1.

وبأخذ قانون انكسار الضوء في الاعتبار نحصل على

يتم قياس d/d1 باستخدام المجهر.

يتكون المخطط البصري للمجهر من نظامين: نظام المراقبة، والذي يتضمن عدسة موضوعية وعدسة مثبتة في أنبوب، ونظام الإضاءة، الذي يتكون من مرآة ومرشح ضوء قابل للإزالة. يتم التركيز على الصورة عن طريق تدوير المقابض الموجودة على جانبي الأنبوب.

يوجد على محور المقبض الأيمن قرص بمقياس للأطراف.

القراءة b على الطرف بالنسبة للمؤشر الثابت تحدد المسافة h من الهدف إلى مرحلة المجهر:

يشير المعامل k إلى الارتفاع الذي يتحرك فيه أنبوب المجهر عند تدوير المقبض بمقدار 1 درجة.

قطر الهدف في هذا الإعداد صغير مقارنة بالمسافة h، وبالتالي فإن الشعاع الخارجي الذي يدخل الهدف يشكل زاوية صغيرة i مع المحور البصري للمجهر.

زاوية انكسار الضوء r في اللوحة أقل من الزاوية i، أي. وهو صغير أيضًا، وهو ما يتوافق مع الشرط (4.5).

أمر العمل

1. ضع اللوحة على منصة المجهر بحيث تكون نقطة تقاطع الضربات A و B (انظر الشكل 1).

معامل الانكسار

4.7) كان في مجال الرؤية.

2. قم بتدوير مقبض آلية الرفع لرفع الأنبوب إلى الموضع العلوي.

3. بالنظر إلى العدسة، قم بخفض أنبوب المجهر ببطء عن طريق تدوير المقبض حتى يتم الحصول على صورة واضحة للخدش B، المطبق على السطح العلوي للوحة، في مجال الرؤية. سجل الإشارة b1 للطرف، والتي تتناسب مع المسافة h1 من هدف المجهر إلى الحافة العلوية للوحة: h1 = kb1 (الشكل 1).

4. استمر في خفض الأنبوب بسلاسة حتى يتم الحصول على صورة واضحة للخدش A، والذي يبدو للمراقب أنه موجود عند النقطة C. سجل قراءة جديدة b2 للحوف. المسافة h1 من الهدف إلى السطح العلوي للوحة تتناسب مع b2:
h2 = kb2 (الشكل 4.8، ب).

المسافات من النقطتين B وC إلى العدسة متساوية، لأن الراصد يراها بوضوح متساوٍ.

إزاحة الأنبوب h1-h2 تساوي السمك الظاهري للوحة (الشكل 1).

d1 = h1-h2 = (b1-b2)ك. (4.8)

5. قم بقياس سمك اللوحة d عند تقاطع الضربات. للقيام بذلك، ضع لوحة زجاجية مساعدة 2 أسفل لوحة الاختبار 1 (الشكل 4.9) وقم بخفض أنبوب المجهر حتى تلامس العدسة (قليلاً) لوحة الاختبار. لاحظ إشارة الطرف a1. قم بإزالة اللوحة قيد الدراسة وقم بخفض أنبوب المجهر حتى يلمس الهدف اللوحة 2.

ملاحظة إشارة a2.

وفي الوقت نفسه، سوف يسقط هدف المجهر إلى ارتفاع يساوي سمك اللوحة قيد الدراسة، أي.

د = (أ1-أ2)ك. (4.9)

6. احسب معامل الانكسار لمادة اللوحة باستخدام الصيغة

ن = د/د1 = (أ1-أ2)/(ب1-ب2). (4.10)

7. كرر جميع القياسات المذكورة أعلاه 3-5 مرات، واحسب متوسط ​​القيمة n والأخطاء المطلقة والنسبية rn و rn/n.

تحديد معامل انكسار السوائل باستخدام مقياس الانكسار

تسمى الأدوات المستخدمة لتحديد معاملات الانكسار أجهزة قياس الانكسار.

يظهر الشكل العام والمخطط البصري لجهاز قياس الانكسار RL. 4.10 و 4.11.

يعتمد قياس معامل انكسار السوائل باستخدام مقياس انكسار RL على ظاهرة انكسار الضوء الذي مر عبر السطح البيني بين وسطين لهما مؤشرات انكسار مختلفة.

شعاع الضوء (الشكل .

(الشكل 4.11) من المصدر 1 (مصباح متوهج أو ضوء نهار منتشر) بمساعدة مرآة 2 يتم توجيهه من خلال نافذة في مبيت الجهاز إلى منشور مزدوج يتكون من المنشورين 3 و4، المصنوعين من الزجاج بمعامل انكسار. من 1.540.

السطح AA لمنشور الإضاءة العلوي 3 (الشكل 1).

4.12، أ) غير لامع ويعمل على إضاءة السائل بضوء مبعثر، مترسب في طبقة رقيقة في الفجوة بين المنشور 3 و4. يمر الضوء المبعثر بواسطة السطح غير اللامع 3 عبر طبقة متوازية مستوية من السائل قيد الدراسة ويسقط على الوجه المائل للمتفجر من المنشور السفلي 4 تحت مختلف
زوايا تتراوح من صفر إلى 90 درجة.

لتجنب ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي للضوء على السطح المتفجر، يجب أن يكون معامل انكسار السائل محل الدراسة أقل من معامل انكسار زجاج المنشور 4، أي.

أقل من 1,540.

يُطلق على شعاع الضوء بزاوية سقوط 90 درجة اسم الشعاع المنزلق.

سوف ينكسر الشعاع المنزلق عند السطح البيني للزجاج السائل في المنشور 4 عند زاوية الانكسار المحددة صإلخ< 90о.

إن انكسار الحزمة المنزلقة عند النقطة D (انظر الشكل ٤.١٢، أ) يخضع للقانون

نست / نزه \u003d سينيبر / سينبر (4.11)

أو nzh = nstsinrpr، (4.12)

منذ سينيبر = 1.

على السطح BC للمنشور 4، تنكسر أشعة الضوء مرة أخرى ثم

Sini ™ pr / sinr pr = 1 / nst، (4.13)

r ™ pr + i pr = i pr =a , (4.14)

حيث a هي الشعاع المنكسر للمنشور 4.

من خلال حل نظام المعادلات (4.12)، (4.13)، (4.14)، يمكننا الحصول على صيغة تربط معامل الانكسار nzh للسائل قيد الدراسة مع زاوية الانكسار المحددة r'pr للحزمة التي انبثقت من المنشور 4:

إذا تم وضع منظار اكتشاف في مسار الأشعة الخارجة من المنشور 4، فإن الجزء السفلي من مجال رؤيته سيكون مضاءً، والجزء العلوي مظلمًا. تتكون الواجهة بين الحقول الفاتحة والداكنة من أشعة ذات زاوية انكسار محدودة r ™ pr. لا توجد أشعة ذات زاوية انكسار أصغر من rˈpr في هذا النظام (الشكل 1).

وبالتالي، فإن قيمة rÂpr وموضع حد chiaroscuro يعتمدان فقط على معامل الانكسار nzh للسائل قيد الدراسة، نظرًا لأن nst وa هما قيمتان ثابتتان في هذا الجهاز.

بمعرفة nst وa وrÂpr، من الممكن حساب nzh باستخدام الصيغة (4.15). ومن الناحية العملية، يتم استخدام الصيغة (4.15) لمعايرة مقياس الانكسار.

على مقياس 9 (انظر

أرز. (الشكل 4.11)، يتم رسم قيم معامل الانكسار لـ ld = 5893 Å على اليسار. أمام العدسة 10 - 11 توجد لوحة 8 عليها علامة (-).

من خلال تحريك العدسة مع اللوحة 8 على طول المقياس، من الممكن تحقيق محاذاة العلامة مع الخط الفاصل بين مجالي الرؤية الداكن والفاتح.

تقسيم المقياس المتدرج 9 المطابق للعلامة يعطي قيمة معامل الانكسار nzh للسائل قيد الدراسة. الهدف 6 والعدسة 10-11 يشكلان تلسكوبًا.

يغير المنشور الدوار 7 مسار الشعاع، ويوجهه إلى العدسة.

بسبب تشتت الزجاج والسائل قيد الدراسة، بدلاً من خط فاصل واضح بين الحقول المظلمة والمشرقة، عند ملاحظته في الضوء الأبيض، يتم الحصول على شريط قزحي الألوان. وللتخلص من هذا التأثير، يتم تركيب معوض التشتت 5 أمام عدسة التلسكوب. الجزء الرئيسي من المعوض هو المنشور الذي يتم لصقه من ثلاثة مناشير ويمكن أن يدور بالنسبة لمحور التلسكوب.

ويتم اختيار زوايا انكسار المنشور والمواد الخاصة به بهذه الطريقة ضوء أصفربطول موجي ld = 5893 Å يمر عبرها دون انكسار. إذا تم تركيب منشور تعويضي على مسار الأشعة الملونة بحيث يكون تشتته مساوياً في المقدار ولكنه معاكس في الإشارة لتشتت منشور القياس والسائل، فإن التشتت الكلي يساوي صفراً. في هذه الحالة، سيتجمع شعاع الأشعة الضوئية في شعاع أبيض، يتزامن اتجاهه مع اتجاه الشعاع الأصفر المحدد.

وهكذا، عندما يدور المنشور التعويضي، يتم التخلص من لون ظل اللون. جنبا إلى جنب مع المنشور 5، يدور طرف التشتت 12 بالنسبة للمؤشر الثابت (انظر الشكل 4.10). تتيح زاوية الدوران Z للطرف إمكانية الحكم على قيمة متوسط ​​تشتت السائل الذي تم فحصه.

يجب أن يكون مقياس الطلب متدرجًا. الجدول الزمني مرفق بالتثبيت.

أمر العمل

1. ارفع المنشور 3، ضع 2-3 قطرات من سائل الاختبار على سطح المنشور 4 وقم بخفض المنشور 3 (انظر الشكل 4.10).

3. باستخدام التصويب البصري، احصل على صورة واضحة للمقياس والواجهة بين مجالات الرؤية.

4. بإدارة المقبض 12 للمعوض 5، قم بتدمير اللون الملون للواجهة بين مجالات الرؤية.

حرك العدسة على طول المقياس، وقم بمحاذاة العلامة (—-) مع حدود الحقول المظلمة والفاتحة وسجل قيمة مؤشر السائل.

6. التحقق من مجموعة السوائل المقترحة وتقييم خطأ القياس.

7. بعد كل قياس، امسح سطح المنشور بورق الترشيح المنقوع في الماء المقطر.

أسئلة التحكم

الخيار 1

تحديد معاملات الانكسار المطلقة والنسبية للوسط.

2. ارسم مسار الأشعة من خلال واجهة الوسيطين (n2> n1، وn2).< n1).

3. احصل على العلاقة التي تربط معامل الانكسار n بالسمك d والسمك الظاهري d¢ للوحة.

4. مهمة.الزاوية الحدية للانعكاس الداخلي الكلي لبعض المواد هي 30 درجة.

أوجد معامل الانكسار لهذه المادة.

الجواب: ن=2.

الخيار 2

1. ما هي ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي؟

2. وصف تصميم ومبدأ تشغيل مقياس الانكسار RL-2.

3. اشرح دور المعوض في مقياس الانكسار.

4. مهمة. تم إنزال مصباح كهربائي من مركز طوف مستدير إلى عمق 10 m. أوجد الحد الأدنى لنصف قطر الطوافة، في حين لا ينبغي أن يصل شعاع واحد من المصباح الكهربائي إلى السطح.

الجواب: ص = 11.3 م.

معامل الانكسار، أو معامل الانكسار، هو رقم مجرد يصف القوة الانكسارية للوسط الشفاف. يشار إلى معامل الانكسار حرف لاتينيπ ويتم تعريفها على أنها نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية انكسار الحزمة التي تدخل من الفراغ إلى وسط شفاف معين:

n = sin α/sin β = const أو كنسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في وسط شفاف معين: n = c/νlect من الفراغ إلى الوسط الشفاف المحدد.

يعتبر معامل الانكسار مقياسًا الكثافة البصريةالبيئات

ويسمى معامل الانكسار المحدد بهذه الطريقة بمعامل الانكسار المطلق، على عكس معامل الانكسار النسبي.

هـ يوضح عدد المرات التي تتباطأ فيها سرعة انتشار الضوء عندما يمر معامل انكساره، والذي يتم تحديده بواسطة نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار عندما يمر الشعاع من وسط كثافة واحدة إلى وسط ذو كثافة أخرى. معامل الانكسار النسبي يساوي نسبة معاملات الانكسار المطلقة: n = n2/n1، حيث يكون n1 وn2 المؤشرات المطلقةانكسار الوسط الأول والثاني.

معامل الانكسار المطلق لجميع الأجسام - الصلبة والسائلة والغازية - أكبر من واحد ويتراوح من 1 إلى 2، ولا يتجاوز قيمة 2 إلا في حالات نادرة.

يعتمد معامل الانكسار على خصائص الوسط وعلى الطول الموجي للضوء، ويزداد مع انخفاض الطول الموجي.

ولذلك، يتم تعيين مؤشر للحرف p، مما يشير إلى الطول الموجي الذي يشير إليه المؤشر.

معامل الانكسار

على سبيل المثال، بالنسبة لزجاج TF-1، يكون معامل الانكسار في الجزء الأحمر من الطيف nC=1.64210، وفي الجزء البنفسجي nG'=1.67298.

معاملات الانكسار لبعض الأجسام الشفافة

الهواء - 1.000292

الماء - 1334

الأثير - 1,358

الكحول الإيثيلي - 1.363

الجلسرين - 1،473

الزجاج العضوي (زجاج شبكي) - 1، 49

البنزين - 1.503

(زجاج التاج - 1.5163

التنوب (الكندي)، بلسم 1.54

زجاج التاج الثقيل - 1، 61 26

زجاج فلينت - 1.6164

ثاني كبريتيد الكربون - 1.629

الصوان الزجاجي الثقيل - 1، 64 75

أحادي البروم فثالين - 1.66

الزجاج هو أثقل الصوان - 1.92

الماس - 2.42

إن الاختلاف في معامل الانكسار لأجزاء مختلفة من الطيف هو سبب الكروماتية، أي.

تحلل الضوء الأبيض عند مروره عبر الأجزاء المنكسرة - العدسات، والمنشورات، وما إلى ذلك.

مختبر رقم 41

تحديد معامل انكسار السوائل باستخدام مقياس الانكسار

الغرض من العمل: تحديد معامل انكسار السوائل بطريقة الانعكاس الداخلي الكلي باستخدام مقياس الانكسار إيرف-454ب; دراسة اعتماد معامل انكسار المحلول على تركيزه.

وصف التثبيت

عندما ينكسر الضوء غير أحادي اللون، فإنه يتحلل إلى ألوان مكونة في الطيف.

ترجع هذه الظاهرة إلى اعتماد معامل انكسار المادة على تردد (الطول الموجي) للضوء وتسمى تشتت الضوء.

من المعتاد وصف قوة الانكسار للوسط بواسطة معامل الانكسار عند الطول الموجي λ \u003d 589.3 نانومتر (متوسط ​​الطول الموجي لخطين أصفر قريبين في طيف بخار الصوديوم).

60. ما هي طرق تحديد تركيز المواد في المحلول المستخدمة في تحليل الامتصاص الذري؟

يشار إلى معامل الانكسار هذا ند.

مقياس التباين هو متوسط ​​التباين، ويعرف بالفرق ( نF-نج)، أين نFهو معامل الانكسار للمادة عند الطول الموجي λ = 486.1 نانومتر (الخط الأزرق في طيف الهيدروجين)، نجهو معامل الانكسار للمادة λ - 656.3 نانومتر (خط أحمر في طيف الهيدروجين).

يتميز انكسار المادة بقيمة التشتت النسبي: في الكتب المرجعية، عادة ما يتم إعطاء مقلوب التشتت النسبي، أي.

على سبيل المثال، أين هو معامل التشتت، أو رقم آبي.

يتكون جهاز تحديد معامل انكسار السوائل من مقياس انكسار إيرف-454بمع حدود قياس المؤشر؛ الانكسار ندفي النطاق من 1.2 إلى 1.7؛ سائل اختبار، مناديل لمسح أسطح المنشور.

مقياس الانكسار إيرف-454بهي أداة اختبار مصممة لقياس معامل انكسار السوائل بشكل مباشر، وكذلك لتحديد متوسط ​​تشتت السوائل في المختبر.

مبدأ تشغيل الجهاز إيرف-454بعلى أساس ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي للضوء.

يظهر الرسم التخطيطي للجهاز في الشكل. 1.

يتم وضع السائل الذي تم فحصه بين وجهي المنشور 1 و 2. المنشور 2 ذو وجه مصقول جيدًا أ.بيتم القياس، والمنشور 1 له وجه غير لامع أ1 في1 - الإضاءة. تسقط الأشعة الصادرة من مصدر الضوء على الحافة أ1 مع1 ، تنكسر، تسقط على سطح غير لامع أ1 في1 ومتناثرة على هذا السطح.

ثم يمرون عبر طبقة السائل الذي تم فحصه ويسقطون على السطح. أ.بالمنشور 2.

وفقًا لقانون الانكسار، أين و هي زوايا انكسار الأشعة في السائل والمنشور، على التوالي.

مع زيادة زاوية السقوط، تزداد زاوية الانكسار أيضًا وتصل إلى قيمتها القصوى عندما، على سبيل المثال.

هـ. عندما ينزلق شعاع في سائل على سطح ما أ.ب. لذلك، . وبالتالي فإن الأشعة الخارجة من المنشور 2 تقتصر على زاوية معينة.

تخضع الأشعة القادمة من السائل إلى المنشور 2 بزوايا كبيرة لانعكاس داخلي كلي عند السطح البيني أ.بولا تمر عبر المنشور.

في الجهاز قيد النظر، يتم فحص السوائل التي يكون معامل انكسارها أقل من معامل انكسار المنشور 2، وبالتالي فإن أشعة جميع الاتجاهات المنكسرة عند واجهة السائل والزجاج سوف تدخل المنشور.

من الواضح أن جزء المنشور المقابل للأشعة غير المرسلة سيتم تعتيمه. في التلسكوب 4، الموجود على طريق الأشعة الخارجة من المنشور، يمكن ملاحظة تقسيم مجال الرؤية إلى أجزاء فاتحة ومظلمة.

من خلال تحويل نظام المنشور 1-2، يتم دمج الحدود بين الحقول الخفيفة والمظلمة مع تقاطع خيوط عدسة التلسكوب. يرتبط نظام المنشور 1-2 بمقياس تمت معايرته بقيم معامل الانكسار.

يقع المقياس في الجزء السفلي من مجال رؤية الأنبوب، وعندما يتم دمج قسم مجال الرؤية مع تقاطع الخيوط، يعطي القيمة المقابلة لمؤشر انكسار السائل.

بسبب التشتت، سيتم تلوين واجهة مجال الرؤية بالضوء الأبيض. للقضاء على التلوين، وكذلك لتحديد متوسط ​​​​تشتت مادة الاختبار، يتم استخدام المعوض 3، الذي يتكون من نظامين من منشورات الرؤية المباشرة الملصقة (منشورات Amici).

يمكن تدوير المنشورات في وقت واحد جوانب مختلفةباستخدام جهاز ميكانيكي دوار دقيق، وبالتالي تغيير تشتت المعوض الخاص وإزالة تلوين مجال الرؤية الذي يتم ملاحظته من خلال النظام البصري 4. يتم توصيل أسطوانة ذات مقياس بالمعوض، والتي يتم من خلالها تحديد معلمة التشتت، مما يسمح بحساب متوسط ​​تشتت المادة.

أمر العمل

اضبط الجهاز بحيث يدخل الضوء من المصدر (المصباح المتوهج) إلى المنشور المضيء ويضيء مجال الرؤية بالتساوي.

2. افتح منشور القياس.

ضع بضع قطرات من الماء على سطحه باستخدام قضيب زجاجي وأغلق المنشور بعناية. يجب ملء الفجوة بين المنشورات بالتساوي بطبقة رقيقة من الماء (إيلاء اهتمام خاص لهذا).

باستخدام برغي الجهاز بمقياس، قم بإزالة تلوين مجال الرؤية والحصول على حدود حادة بين الضوء والظل. قم بمحاذاة ذلك، بمساعدة برغي آخر، مع التقاطع المرجعي لعدسة الجهاز. حدد معامل انكسار الماء على مقياس العدسة العينية لأقرب جزء من ألف.

قارن النتائج التي تم الحصول عليها مع البيانات المرجعية للمياه. إذا كان الفرق بين معامل الانكسار المقاس والمجدول لا يتجاوز ± 0.001، فقد تم إجراء القياس بشكل صحيح.

التمرين 1

1. تحضير محلول ملح الطعام ( كلوريد الصوديوم) بتركيز قريب من حد الذوبان (على سبيل المثال، C = 200 جم/لتر).

قياس معامل الانكسار للمحلول الناتج.

3. عن طريق تخفيف الحل بعدد صحيح من المرات، احصل على اعتماد المؤشر؛ الانكسار من تركيز المحلول واملأ الجدول. 1.

الجدول 1

يمارس.كيف يمكن الحصول فقط عن طريق التخفيف على تركيز المحلول الذي يساوي 3/4 من الحد الأقصى (الأولي)؟

رسم الرسم البياني التبعية ن = ن (ج). وينبغي إجراء المزيد من المعالجة للبيانات التجريبية حسب توجيهات المعلم.

معالجة البيانات التجريبية

أ) الطريقة الرسومية

من الرسم البياني تحديد المنحدر في، والتي في ظل ظروف التجربة سوف تميز المذاب والمذيب.

2. حدد تركيز المحلول باستخدام الرسم البياني كلوريد الصوديوميقدمها مساعد المختبر.

ب) الطريقة التحليلية

احسب بواسطة المربعات الصغرى أ, فيو سب.

وفقا للقيم الموجودة أو فيتحديد القيمة المتوسطة لتركيز المحلول كلوريد الصوديوميقدمها مساعد المختبر

أسئلة التحكم

تشتت الضوء. ما هو الفرق بين التشتت الطبيعي وغير الطبيعي؟

2. ما هي ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي؟

3. لماذا يستحيل قياس معامل انكسار سائل أكبر من معامل انكسار المنشور باستخدام هذا الإعداد؟

4. لماذا وجه المنشور أ1 في1 جعل ماتي؟

التدهور، الفهرس

الموسوعة النفسية

طريقة لتقييم درجة التدهور العقلي! الوظائف التي تم قياسها بواسطة اختبار ويكسلر-بلفيو. ويستند المؤشر إلى ملاحظة أن مستوى تطور بعض القدرات المقاسة بالاختبار يتناقص مع تقدم العمر، بينما لا يتناقص البعض الآخر.

فِهرِس

الموسوعة النفسية

- فهرس وسجل للأسماء والعناوين وما إلى ذلك. في علم النفس - مؤشر رقمي لـ تحديد الكمياتتوصيف الظواهر.

على ماذا يعتمد معامل الانكسار للمادة؟

فِهرِس

الموسوعة النفسية

1. معظم معنى عام: أي شيء يستخدم لوضع العلامات أو التعريف أو التوجيه؛ إشارة أو نقوش أو علامات أو رموز. 2. صيغة أو رقم، يتم التعبير عنه غالبًا كعامل، يوضح بعض العلاقة بين القيم أو القياسات، أو بين...

مؤانسة، مؤشر

الموسوعة النفسية

صفة تعبر عن مؤانسة الشخص. على سبيل المثال، يقدم المخطط الاجتماعي، من بين قياسات أخرى، تقييمًا للتواصل الاجتماعي بين مختلف أعضاء المجموعة.

الاختيار، الفهرس

الموسوعة النفسية

صيغة لتقييم قوة اختبار معين أو عنصر اختبار في تمييز الأفراد عن بعضهم البعض.

الموثوقية، الفهرس

الموسوعة النفسية

إحصائية تقدم تقديراً للارتباط بين القيم الفعلية التي تم الحصول عليها من الاختبار والقيم الصحيحة نظرياً.

يتم إعطاء هذا المؤشر كقيمة r، حيث r هو عامل الأمان المحسوب.

كفاءة التنبؤ، المؤشر

الموسوعة النفسية

مقياس لمدى إمكانية استخدام المعرفة حول متغير واحد للتنبؤ بمتغير آخر، بشرط أن يكون الارتباط بين تلك المتغيرات معروفًا. عادةً ما يتم التعبير عن ذلك بشكل رمزي بالرمز E، ويتم تمثيل الفهرس بالرمز 1 - ((...

الكلمات، الفهرس

الموسوعة النفسية

مصطلح عام يشير إلى أي تكرار منهجي لتكرار الكلمات في اللغة المكتوبة و/أو المنطوقة.

في كثير من الأحيان، تقتصر هذه الفهارس على مجالات لغوية محددة، مثل الكتب المدرسية للصف الأول، والتفاعلات بين الوالدين والطفل. لكن التقديرات معروفة..

هياكل الجسم، الفهرس

الموسوعة النفسية

قياس الجسم الذي اقترحه Eysenck على أساس نسبة الطول إلى محيط الصدر.

تلك الموجودة في النطاق "الطبيعي" كانت تسمى mesomorphs، وتلك التي تقع ضمن الانحراف المعياري أو أعلى من المتوسط ​​كانت تسمى leptomorphs، وتلك الموجودة ضمن الانحراف المعياري أو...

للمحاضرة رقم 24

"طرق التحليل الفعالة"

قياس الانكسار.

الأدب:

1. د. بونوماريف "الكيمياء التحليلية" 1983 246-251

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

قياس الانكسار.

يعد قياس الانكسار أحد أبسط طرق التحليل الفيزيائية، ويتطلب الحد الأدنى من كمية المادة التحليلية ويتم إجراؤه في وقت قصير جدًا.

قياس الانكسار- طريقة تعتمد على ظاهرة الانكسار أو الانكسار أي.

تغير في اتجاه انتشار الضوء عند انتقاله من وسط إلى آخر.

إن الانكسار وكذلك امتصاص الضوء هو نتيجة لتفاعله مع الوسط.

تعني كلمة قياس الانكسار قياس انكسار الضوء، والذي يقدر بقيمة معامل الانكسار.

قيمة معامل الانكسار نيعتمد على

1) على تكوين المواد والأنظمة،

2) من في أي تركيز وما هي الجزيئات التي يلتقي بها شعاع الضوء في طريقه، لأن

تحت تأثير الضوء، يتم استقطاب جزيئات المواد المختلفة بطرق مختلفة. وعلى هذا الاعتماد تعتمد طريقة قياس الانكسار.

تتمتع هذه الطريقة بعدد من المزايا، ونتيجة لذلك فقد وجدت تطبيقًا واسعًا في كل من الأبحاث الكيميائية وفي التحكم في العمليات التكنولوجية.

1) يعد قياس معاملات الانكسار عملية بسيطة جدًا يتم إجراؤها بدقة وبأقل قدر من الوقت وكمية المادة.

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

يتم استخدام طريقة قياس الانكسار للتحكم في الأصالة والنقاء، لتحديد المواد الفردية، لتحديد بنية المركبات العضوية وغير العضوية في دراسة المحاليل.

يستخدم قياس الانكسار لتحديد تكوين المحاليل المكونة من عنصرين وللأنظمة الثلاثية.

الأسس الماديةطريقة

مؤشر الانكسار.

كلما كان انحراف شعاع الضوء عن اتجاهه الأصلي أثناء انتقاله من وسط إلى آخر أكبر، كلما زاد الفرق في سرعات انتشار الضوء في وسطين

هذه البيئات.

ضع في اعتبارك انكسار شعاع الضوء عند حدود أي وسطين شفافين I و II (انظر الشكل 1).

أرز.). دعونا نتفق على أن الوسط II لديه قوة انكسار أكبر، وبالتالي، ن1و ن2- يظهر انكسار الوسائط المقابلة. إذا لم يكن الوسط I فراغًا أو هواء، فإن النسبة sin زاوية سقوط شعاع الضوء إلى sin زاوية الانكسار ستعطي قيمة معامل الانكسار النسبي n rel. قيمة n rel.

ما هو معامل انكسار الزجاج؟ ومتى يكون من الضروري أن نعرف؟

يمكن تعريفها أيضًا على أنها نسبة معاملات الانكسار للوسائط قيد النظر.

nrel. = —— = —

تعتمد قيمة معامل الانكسار على

1) طبيعة المواد

طبيعة المادة في هذه القضيةيحدد درجة تشوه جزيئاته تحت تأثير الضوء - درجة الاستقطاب.

كلما زادت شدة الاستقطاب، كلما كان انكسار الضوء أقوى.

2)الطول الموجي للضوء الساقط

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

يسمى اعتماد معامل الانكسار على الطول الموجي للضوء بالتشتت.

كلما كان الطول الموجي أقصر، كلما زاد الانكسار. ولذلك، فإن الأشعة ذات الأطوال الموجية المختلفة تنكسر بشكل مختلف.

3)درجة حرارة حيث يتم أخذ القياس. الشرط الأساسي لتحديد معامل الانكسار هو الامتثال نظام درجة الحرارة. عادة، يتم إجراء التحديد عند 20 ± 0.30 درجة مئوية.

مع ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض ​​معامل الانكسار، ومع انخفاض درجة الحرارة، فإنه يزيد..

يتم حساب تصحيح درجة الحرارة باستخدام الصيغة التالية:

nt=n20+ (20-t) 0.0002، حيث

NT-الوداع معامل الانكسار عند درجة حرارة معينة،

n20 - معامل الانكسار عند 200 درجة مئوية

ويرتبط تأثير درجة الحرارة على قيم معاملات انكسار الغازات والسوائل بقيم معاملات التمدد الحجمي الخاصة بها.

يزداد حجم جميع الغازات والسوائل عند تسخينها، وتقل كثافتها، وبالتالي ينخفض ​​المؤشر

يُقاس معامل الانكسار عند 200 درجة مئوية ويبلغ طول موجة الضوء 589.3 نانومتر. nD20

يتم تحديد اعتماد معامل الانكسار لنظام متجانس مكون من مكونين على حالته بشكل تجريبي من خلال تحديد معامل الانكسار لعدد من الأنظمة القياسية (على سبيل المثال، المحاليل)، التي يُعرف محتوى المكونات فيها.

4) تركيز المادة في المحلول.

بالنسبة للعديد من المحاليل المائية للمواد، تم قياس مؤشرات الانكسار بتركيزات ودرجات حرارة مختلفة بشكل موثوق، وفي هذه الحالات يمكن استخدام البيانات المرجعية. الجداول الانكسارية.

تبين الممارسة أنه عندما لا يتجاوز محتوى المادة المذابة 10-20٪، إلى جانب الطريقة الرسومية، فمن الممكن في كثير من الحالات استخدامها معادلة خط مستقيميكتب:

ن=لا+FC،

ن-معامل الانكسار للحل،

لاهو معامل الانكسار للمذيب النقي،

ج— تركيز المادة المذابة،٪

F- المعامل التجريبي الذي تم العثور على قيمته

عن طريق تحديد معاملات الانكسار للمحاليل ذات التركيز المعروف.

أجهزة قياس الانكسار.

أجهزة قياس الانكسار هي أجهزة تستخدم لقياس معامل الانكسار.

هناك نوعان من هذه الأجهزة: مقياس الانكسار من نوع آبي ونوع بولفريش. وفي كل من هذه القياسات وفي غيرها، تعتمد القياسات على تحديد حجم زاوية الانكسار المحددة. في الممارسة العملية، يتم استخدام أجهزة قياس الانكسار أنظمة مختلفة: مختبر-RL، RLU العالمي، الخ.

معامل انكسار الماء المقطر n0 = 1.33299، في الممارسة العملية، يتم أخذ هذا المؤشر كمرجع كـ n0 =1,333.

يعتمد مبدأ التشغيل على أجهزة قياس الانكسار على تحديد معامل الانكسار بطريقة الزاوية المحددة (الزاوية الانعكاس الكليسفيتا).

مقياس الانكسار اليدوي

مقياس الانكسار آبي

الانكسار أو الانكسار هو ظاهرة يحدث فيها تغير في اتجاه شعاع الضوء، أو الموجات الأخرى، عندما تعبر الحد الفاصل بين وسطين، كلاهما شفاف (ينقل هذه الموجات) وداخل وسط تتغير خصائصه بشكل مستمر .

نواجه ظاهرة الانكسار في كثير من الأحيان ونعتبرها ظاهرة عادية: يمكننا أن نرى أن العصا الموجودة في كوب شفاف مع سائل ملون "تنكسر" عند النقطة التي ينفصل فيها الهواء عن الماء (الشكل 1). عندما ينكسر الضوء وينعكس أثناء المطر، فإننا نبتهج عندما نرى قوس قزح (الشكل 2).

معامل الانكسار - خاصية مهمةالمواد المرتبطة الخصائص الفيزيائية والكيميائية. ويعتمد ذلك على قيم درجة الحرارة، وكذلك على الطول الموجي للموجات الضوئية التي يتم عندها التحديد. وفقا لبيانات مراقبة الجودة في المحلول، فإن معامل الانكسار يتأثر بتركيز المادة المذابة فيه، وكذلك طبيعة المذيب. على وجه الخصوص، يتأثر معامل الانكسار في مصل الدم بكمية البروتين الموجودة فيه، ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه عند سرعات انتشار مختلفة لأشعة الضوء في الوسائط ذات الكثافات المختلفة، يتغير اتجاهها عند السطح البيني بين الوسطين. . فإذا قسمنا سرعة الضوء في الفراغ على سرعة الضوء في المادة قيد الدراسة، نحصل على معامل الانكسار المطلق (معامل الانكسار). ومن الناحية العملية يتم تحديد معامل الانكسار النسبي (n)، وهو نسبة سرعة الضوء في الهواء إلى سرعة الضوء في المادة قيد الدراسة.

يتم قياس معامل الانكسار باستخدام جهاز خاص- مقياس الانكسار.

يعد قياس الانكسار أحد أسهل طرق التحليل الفيزيائي ويمكن استخدامه في مختبرات مراقبة الجودة في إنتاج المواد الكيميائية والغذائية والمضافات الغذائية النشطة بيولوجيًا ومستحضرات التجميل وأنواع أخرى من المنتجات بأقل وقت وعدد العينات المطلوب اختبارها.

يعتمد تصميم مقياس الانكسار على حقيقة أن أشعة الضوء تنعكس تمامًا عندما تمر عبر حدود وسطين (أحدهما منشور زجاجي والآخر هو محلول الاختبار) (الشكل 3).

أرز. 3. مخطط مقياس الانكسار

من المصدر (1)، يسقط شعاع الضوء على سطح المرآة (2)، ثم ينعكس ويمر إلى المنشور المضيء العلوي (3)، ثم إلى موشور القياس السفلي (4)، وهو مصنوع من الزجاج. مع معامل انكسار مرتفع. بين المنشور (3) و (4) يتم تطبيق 1-2 قطرات من العينة باستخدام أنبوب شعري. لكي لا تسبب المنشور ضرر ميكانيكيفمن الضروري عدم لمس سطحه بالشعيرات الدموية.

ترى العدسة (9) حقلاً به خطوط متقاطعة لضبط الواجهة. من خلال تحريك العدسة، يجب أن تتم محاذاة نقطة تقاطع الحقول مع الواجهة (الشكل 4)، ويلعب مستوى المنشور (4) دور الواجهة، التي ينكسر شعاع الضوء على سطحها. نظرًا لأن الأشعة متناثرة، فإن حدود الضوء والظل تصبح ضبابية وقزحية اللون. يتم القضاء على هذه الظاهرة عن طريق معوض التشتت (5). ثم يتم تمرير الشعاع من خلال العدسة (6) والمنشور (7). توجد على اللوحة (8) خطوط رؤية (خطان مستقيمان متقاطعان بالعرض)، بالإضافة إلى مقياس بمؤشرات الانكسار، والذي يمكن ملاحظته في العدسة (9). يتم استخدامه لحساب معامل الانكسار.

ويتوافق الخط الفاصل لحدود المجال مع زاوية الانعكاس الكلي الداخلي، والتي تعتمد على معامل انكسار العينة.

يستخدم قياس الانكسار لتحديد نقاء وصحة المادة. تستخدم هذه الطريقة أيضًا لتحديد تركيز المواد في المحاليل أثناء مراقبة الجودة، والذي يتم حسابه من رسم بياني للمعايرة (رسم بياني يوضح اعتماد معامل انكسار العينة على تركيزها).

في KorolevPharm، يتم تحديد معامل الانكسار وفقًا لما تم اعتماده التوثيق المعياريعند مراقبة مدخلات المواد الخام، وفي مقتطفات من إنتاجنا، وكذلك عند الإصدار المنتجات النهائية. يتم اتخاذ القرار من قبل موظفين مؤهلين في مختبر فيزيائي وكيميائي معتمد باستخدام مقياس انكسار IRF-454 B2M.

إذا تبين، بناءً على نتائج مراقبة مدخلات المواد الخام، أن معامل الانكسار لا يفي بالمتطلبات اللازمة، فإن قسم مراقبة الجودة يعد قانون عدم المطابقة، على أساسه يتم إرجاع هذه الدفعة من المواد الخام إلى المورد.

طريقة التحديد

1. قبل البدء في القياسات، يتم التحقق من نظافة أسطح المنشورات الملامسة لبعضها البعض.

2. فحص نقطة الصفر. نضع 2÷3 قطرات من الماء المقطر على سطح منشور القياس، ونغلقه بعناية بمنشور مضيء. افتح نافذة الإضاءة، وباستخدام المرآة، اضبط مصدر الضوء في الاتجاه الأكثر كثافة. ومن خلال تدوير براغي العدسة، نحصل على تمييز واضح وحاد بين المجالات المظلمة والفاتحة في مجال رؤيتها. نقوم بتدوير المسمار وتوجيه خط الظل والضوء بحيث يتزامن مع النقطة التي تتقاطع عندها الخطوط في النافذة العلوية للعدسة. على الخط العمودي في النافذة السفلية للعدسة نرى النتيجة المرجوة - معامل انكسار الماء المقطر عند 20 درجة مئوية (1.333). إذا كانت القراءات مختلفة، قم بضبط المسمار على معامل الانكسار إلى 1.333، وبمساعدة المفتاح (إزالة برغي الضبط) نحضر حدود الظل والضوء إلى نقطة تقاطع الخطوط.

3. تحديد معامل الانكسار. ارفع حجرة إضاءة المنشور وأزل الماء باستخدام ورق الترشيح أو منديل الشاش. بعد ذلك، ضع قطرة أو قطرتين من محلول الاختبار على سطح منشور القياس وأغلق الحجرة. نقوم بتدوير البراغي حتى تتطابق حدود الظل والضوء مع نقطة تقاطع الخطوط. على الخط العمودي في النافذة السفلية للعدسة نرى النتيجة المرجوة - معامل الانكسار لعينة الاختبار. نحسب معامل الانكسار على المقياس الموجود في النافذة السفلية للعدسة.

4. باستخدام الرسم البياني للمعايرة، نحدد العلاقة بين تركيز المحلول ومعامل الانكسار. لبناء رسم بياني، من الضروري إعداد حلول قياسية لعدة تركيزات باستخدام مستحضرات مواد نقية كيميائيا، وقياس مؤشرات انكسارها ورسم القيم التي تم الحصول عليها على المحور الإحداثي، ورسم تركيزات المحاليل المقابلة على محور الإحداثي السيني. من الضروري اختيار فترات التركيز التي يتم فيها ملاحظة العلاقة الخطية بين التركيز ومعامل الانكسار. نقيس معامل الانكسار لعينة الاختبار ونستخدم الرسم البياني لتحديد تركيزها.

التذكرة 75.

قانون انعكاس الضوء: الحزم الحادثة والمنعكسة، وكذلك العمودي على السطح البيني بين وسطين، المستعادين عند نقطة سقوط الحزمة، تقع في نفس المستوى (مستوى السقوط). زاوية الانعكاس γ تساوي زاوية السقوط α.

قانون انكسار الضوء: تقع الحزم الساقطة والمنكسرة، وكذلك العمودي على السطح البيني بين وسطين، المستعادين عند نقطة سقوط الحزمة، في نفس المستوى. نسبة جيب زاوية السقوط α إلى جيب زاوية الانكسار β هي قيمة ثابتة لوسائطين محددتين:

تم شرح قوانين الانعكاس والانكسار في فيزياء الموجات. وفقا لمفاهيم الموجة، فإن الانكسار هو نتيجة للتغير في سرعة انتشار الموجة أثناء الانتقال من وسط إلى آخر. المعنى المادي لمؤشر الانكسارهي نسبة سرعة انتشار الموجات في الوسط الأول υ 1 إلى سرعة انتشارها في الوسط الثاني υ 2:

ويوضح الشكل 3.1.1 قوانين انعكاس وانكسار الضوء.

يُطلق على الوسط ذو معامل الانكسار المطلق الأقل كثافة بصريًا.

عندما ينتقل الضوء من وسط أكثر كثافة بصريا إلى وسط أقل كثافة بصريا n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать ظاهرة الانعكاس الكليأي اختفاء الشعاع المنكسر. يتم ملاحظة هذه الظاهرة عند زوايا الإصابة التي تتجاوز زاوية حرجة معينة α pr، والتي تسمى الزاوية الحدية للانعكاس الداخلي الكلي(انظر الشكل 3.1.2).

بالنسبة لزاوية السقوط α = α pr sin β = 1؛ القيمة sin α pr \u003d n 2 / n 1< 1.

إذا كان الوسط الثاني هو الهواء (n 2 ≈ 1)، فمن المناسب إعادة كتابة الصيغة بالشكل

تجد ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي تطبيقًا في العديد من الأجهزة البصرية. التطبيق الأكثر إثارة للاهتمام والأكثر أهمية من الناحية العملية هو إنشاء أدلة ضوئية من الألياف، وهي عبارة عن خيوط رفيعة (من بضعة ميكرومترات إلى ملليمترات) منحنية بشكل تعسفي من مادة شفافة بصريًا (الزجاج والكوارتز). يمكن أن ينتشر الضوء الساقط على نهاية الألياف عبر مسافات طويلة بسبب الانعكاس الداخلي الكلي من الأسطح الجانبية (الشكل 3.1.3). يُطلق على الاتجاه العلمي والتقني المتضمن في تطوير وتطبيق أدلة الضوء الضوئية اسم الألياف الضوئية.

تبديد "ضوء رسية" ذلك (تحلل الضوء)- هذه ظاهرة ترجع إلى اعتماد معامل الانكسار المطلق لمادة ما على تردد (أو طول موجة) الضوء (تشتت التردد)، أو بنفس الشيء اعتماد سرعة طور الضوء في المادة على الطول الموجي (أو التردد). اكتشفه نيوتن تجريبيًا حوالي عام 1672، على الرغم من أنه تم شرحه جيدًا من الناحية النظرية في وقت لاحق.

التشتت المكانيهو اعتماد موتر السماحية للوسيط على ناقل الموجة. ويسبب هذا الاعتماد عددًا من الظواهر تسمى تأثيرات الاستقطاب المكاني.

ومن أوضح الأمثلة على التشتت - تحلل الضوء الأبيضعند تمريرها من خلال المنشور (تجربة نيوتن). جوهر ظاهرة التشتت هو الفرق في سرعات انتشار أشعة الضوء بأطوال موجية مختلفة في مادة شفافة - وسط بصري (بينما في الفراغ تكون سرعة الضوء هي نفسها دائمًا، بغض النظر عن الطول الموجي وبالتالي اللون) . عادة، كلما زاد تردد موجة الضوء، كلما زاد معامل انكسار الوسط لها وقلت سرعة الموجة في الوسط:

تجارب نيوتن تجربة تحلل الضوء الأبيض إلى طيف:أرسل نيوتن شعاعًا ضوء الشمسمن خلال ثقب صغير على المنشور الزجاجي. عند الوصول إلى المنشور، انكسر الشعاع وأعطى على الجدار المقابل صورة ممدودة مع تناوب قزحي الألوان - الطيف. تجربة مرور الضوء أحادي اللون من خلال المنشور: وضع نيوتن زجاجًا أحمر في مسار شعاع الشمس، استقبل خلفه ضوءًا أحادي اللون (أحمر)، ثم منشورًا ولم يلاحظ على الشاشة سوى بقعة حمراء من شعاع الضوء. الخبرة في تركيب (الحصول) على الضوء الأبيض:أولاً، قام نيوتن بتوجيه شعاع الشمس نحو المنشور. بعد ذلك، بعد أن جمع نيوتن الأشعة الملونة الخارجة من المنشور بمساعدة عدسة مجمعة، تلقى صورة بيضاء لثقب على جدار أبيض بدلا من شريط ملون. استنتاجات نيوتن:- المنشور لا يغير الضوء، ولكنه يحلله فقط إلى مكونات - تختلف أشعة الضوء التي تختلف في اللون في درجة الانكسار؛ الأشعة البنفسجية هي الأكثر انكسارًا بقوة، والضوء الأحمر أقل انكسارًا بقوة - الضوء الأحمر، الأقل انكسارًا، لديه أعلى سرعة، والبنفسجي لديه أدنى سرعة، وبالتالي يقوم المنشور بتحليل الضوء. يسمى اعتماد معامل انكسار الضوء على لونه بالتشتت.

الاستنتاجات:- المنشور يفكك الضوء - الضوء الأبيض معقد (مركب) - الأشعة البنفسجية تنكسر أكثر من الأشعة الحمراء. يتم تحديد لون شعاع الضوء من خلال تردد تذبذبه. عند الانتقال من وسط إلى آخر، تتغير سرعة الضوء والطول الموجي، لكن التردد الذي يحدد اللون يظل ثابتًا. عادة ما تتميز حدود نطاقات الضوء الأبيض ومكوناته بأطوالها الموجية في الفراغ. الضوء الأبيض عبارة عن مجموعة من الأطوال الموجية من 380 إلى 760 نانومتر.

التذكرة 77.

امتصاص الضوء. قانون بوغيه

يرتبط امتصاص الضوء في المادة بتحول طاقة المجال الكهرومغناطيسي للموجة إلى طاقة حراريةالمواد (أو في طاقة الإشعاع الضوئي الثانوي). قانون امتصاص الضوء (قانون بوغيه) له الشكل:

أنا = أنا 0 إكسب(- س)،(1)

أين أنا 0 , أنا- شدة الضوء المدخلة (س=0)والخروج من الطبقة المتوسطة السمك X، - معامل الامتصاص يعتمد على  .

للعوازل  =10 -1  10 -5 م -1 ، للمعادن =10 5  10 7 م -1 , ولذلك فإن المعادن معتمة للضوء.

الاعتماد  ( ) يشرح تلوين الأجسام الماصة. على سبيل المثال، الزجاج الذي يمتص القليل من الضوء الأحمر سيظهر باللون الأحمر عند إضاءته بالضوء الأبيض.

تشتت الضوء. قانون رايلي

يمكن أن يحدث حيود الضوء في وسط غير متجانس بصريًا، على سبيل المثال، في وسط عكر (دخان، ضباب، هواء مغبر، إلخ). من خلال حيودها على عدم تجانس الوسط، تخلق موجات الضوء نمط حيود يتميز بتوزيع شدة منتظم إلى حد ما في جميع الاتجاهات.

ويسمى هذا الحيود عن طريق عدم التجانس الصغيرة تشتت الضوء.

تُلاحظ هذه الظاهرة إذا مر شعاع ضيق من ضوء الشمس عبر الهواء المغبر، وتناثر على جزيئات الغبار وأصبح مرئيًا.

إذا كانت أبعاد عدم التجانس صغيرة مقارنة بطول الموجة (لا يزيد عن 0,1  )، فإن شدة الضوء المتناثرة تتناسب عكسيا مع القوة الرابعة لطول الموجة، أي.

أنا راس ~ 1/  4 , (2)

هذه العلاقة تسمى قانون رايلي.

ويلاحظ أيضًا تشتت الضوء في الوسائط النقية التي لا تحتوي على جزيئات غريبة. على سبيل المثال، يمكن أن يحدث عند التقلبات (الانحرافات العشوائية) في الكثافة أو تباين الخواص أو التركيز. ويسمى هذا التشتت الجزيئي. فهو يفسر، على سبيل المثال، اللون الأزرق للسماء. في الواقع، وفقًا لـ (2)، فإن الأشعة الزرقاء والزرقاء تتناثر بقوة أكبر من الأحمر والأصفر، لأن لها طول موجي أقصر، مما يسبب اللون الأزرق للسماء.

التذكرة 78.

استقطاب الضوء- مجموعة من ظواهر البصريات الموجية التي تتجلى فيها الطبيعة العرضية لموجات الضوء الكهرومغناطيسية. موجة عرضية- تهتز جزيئات الوسط في اتجاهات متعامدة مع اتجاه انتشار الموجة ( رسم بياني 1).

رسم بياني 1 موجة عرضية

موجة الضوء الكهرومغناطيسية الطائرة مستقطبة(الاستقطاب الخطي)، إذا كانت اتجاهات تذبذب المتجهين E و B ثابتة بشكل صارم وتقع في مستويات معينة ( رسم بياني 1). تسمى الموجة الضوئية المستقطبة المستوية الطائرة مستقطبةالضوء (المستقطب خطياً). غير مستقطبةموجة (طبيعية) - موجة ضوئية كهرومغناطيسية يمكن أن تقع فيها اتجاهات تذبذب المتجهين E و B في هذه الموجة في أي مستويات متعامدة مع ناقل السرعة v. ضوء غير مستقطب- موجات الضوء، حيث تتغير اتجاهات تذبذبات المتجهات E و B بشكل عشوائي بحيث تكون جميع اتجاهات التذبذبات في المستويات المتعامدة مع حزمة انتشار الموجة محتملة على قدم المساواة ( الصورة 2).

الصورة 2 ضوء غير مستقطب

الموجات المستقطبة- حيث تبقى اتجاهات المتجهين E و B دون تغيير في الفضاء أو تتغير وفق قانون معين. الإشعاع الذي يتغير فيه اتجاه المتجه E بشكل عشوائي - غير مستقطب. مثال على هذا الإشعاع يمكن أن يكون الإشعاع الحراري (الذرات والإلكترونات الموزعة عشوائيا). طائرة الاستقطاب- هذا مستوى متعامد مع اتجاه تذبذب المتجه E. الآلية الرئيسية لحدوث الإشعاع المستقطب هي تشتت الإشعاع بواسطة الإلكترونات والذرات والجزيئات وجزيئات الغبار.

1.2. أنواع الاستقطابهناك ثلاثة أنواع من الاستقطاب. دعونا نحددهم. 1. خطي يحدث إذا احتفظ المتجه الكهربائي E بموقعه في الفضاء. إنه يسلط الضوء نوعًا ما على المستوى الذي يتأرجح فيه المتجه E. 2. التعميم هذا هو الاستقطاب الذي يحدث عندما يدور المتجه الكهربائي E حول اتجاه انتشار الموجة بسرعة زاوية تساوي التردد الزاوي للموجة، وفي نفس الوقت يحتفظ بقيمته المطلقة. يميز هذا الاستقطاب اتجاه دوران المتجه E في المستوى المتعامد مع خط البصر. ومن الأمثلة على ذلك إشعاع السيكلوترون (نظام من الإلكترونات التي تدور في مجال مغناطيسي). 3. بيضاوي الشكل يحدث عندما يتغير حجم المتجه الكهربائي E بحيث يصف شكلًا بيضاويًا (دوران المتجه E). الاستقطاب الإهليلجي والدائري هو اليمين (يحدث دوران المتجه E في اتجاه عقارب الساعة، إذا نظرت نحو موجة الانتشار) واليسار (يحدث دوران المتجه E عكس اتجاه عقارب الساعة، إذا نظرت نحو موجة الانتشار).

في الواقع، الأكثر شيوعا الاستقطاب الجزئي (الموجات الكهرومغناطيسية المستقطبة جزئيا). ومن الناحية الكمية، فهو يتميز بكمية معينة تسمى درجة الاستقطاب ر، والتي تم تعريفها على النحو التالي: P = (إيماكس - إيمين) / (إيماكس + إيمين)أين ايماكس,موافق- أعلى وأقل كثافة لتدفق الطاقة الكهرومغناطيسية من خلال المحلل (بولارويد، منشور نيكول...). من الناحية العملية، غالبًا ما يتم وصف استقطاب الإشعاع بواسطة معلمات ستوكس (يتم تحديد التدفقات الإشعاعية ذات اتجاه استقطاب معين).

التذكرة 79.

إذا سقط الضوء الطبيعي على السطح البيني بين عازلين (على سبيل المثال، الهواء والزجاج)، فإن جزء منه ينعكس، وينكسر جزء وينتشر في الوسط الثاني. من خلال وضع محلل (على سبيل المثال، التورمالين) في مسار الحزم المنعكسة والمنكسرة، نتأكد من أن الحزم المنعكسة والمنكسرة مستقطبة جزئيًا: عندما يتم تدوير المحلل حول الحزم، تزداد شدة الضوء بشكل دوري وتنخفض ( لم يتم ملاحظة الانقراض الكامل!). وأظهرت دراسات أخرى أنه في الحزمة المنعكسة، تسود الاهتزازات المتعامدة مع مستوى الإصابة (في الشكل 275 يشار إليها بالنقاط)، في الحزمة المنكسرة - التذبذبات الموازية لمستوى الإصابة (كما هو موضح بالسهام).

تعتمد درجة الاستقطاب (درجة انفصال موجات الضوء ذات اتجاه معين للمتجه الكهربائي (والمغناطيسي)) على زاوية سقوط الأشعة ومعامل الانكسار. فيزيائي اسكتلندي د. بروستر(1781-1868) أنشئت قانون، والتي بموجبها في زاوية الإصابة أنا B (زاوية بروستر)، محددة بالعلاقة

(ن 21 - معامل انكسار الوسط الثاني نسبة إلى الأول). الشعاع المنعكس مستقطب مستويا(يحتوي فقط على تذبذبات متعامدة مع مستوى الإصابة) (الشكل 276). الشعاع المنكسر عند زاوية السقوطأناب مستقطبة إلى الحد الأقصى، ولكن ليس بشكل كامل.

إذا سقط الضوء على السطح البيني بزاوية بروستر، فإن الأشعة المنعكسة والمنكسرة تكون كذلك متعامدة بشكل متبادل(تيراغرام أناب = الخطيئة أناب/كوس أناب، ن 21 = خطيئة أناب / خطيئة أنا 2 (أنا 2 - زاوية الانكسار)، حيث كوس أناب = الخطيئة أنا 2). لذلك، أناب + أنا 2 =  /2 ولكن أنا’ ب= أناب (قانون الانعكاس) أنا’ ب+ أنا 2 =  /2.

يمكن حساب درجة استقطاب الضوء المنعكس والمنكسر عند زوايا سقوط مختلفة من معادلات ماكسويل، إذا أخذنا في الاعتبار الشروط الحدودية للمجال الكهرومغناطيسي عند السطح البيني بين اثنين من العوازل المتناحية (ما يسمى صيغ فريسنل).

يمكن زيادة درجة استقطاب الضوء المنكسر بشكل ملحوظ (عن طريق الانكسار المتكرر، بشرط أن يسقط الضوء في كل مرة على السطح البيني بزاوية بروستر). إذا، على سبيل المثال، للزجاج ( ن =(الشكل 1.53)، درجة استقطاب الحزمة المنكسرة هي 15%، ثم بعد الانكسار بواسطة 8-10 ألواح زجاجية متراكبة على بعضها البعض، فإن الضوء الخارج من مثل هذا النظام سيكون مستقطبًا بالكامل تقريبًا. هذه المجموعة من اللوحات تسمى قدم.يمكن استخدام القدم لتحليل الضوء المستقطب سواء في انعكاسه أو انكساره.

التذكرة 79 (للحافز)

كما تظهر التجربة، أثناء انكسار الضوء وانعكاسه، يتحول الضوء المنكسر والمنعكس إلى استقطاب، والانعكاس. يمكن للضوء أن يستقطب بشكل كامل عند زاوية سقوط معينة، ولكن الضوء دائمًا مستقطب جزئيًا، واستنادًا إلى معادلات فرينيل، يمكن إثبات أن الضوء ينعكس. يستقطب الضوء في مستوى عمودي على مستوى السقوط والانكسار. يتم استقطاب الضوء في مستوى موازٍ لمستوى الإصابة.

زاوية السقوط التي عندها الانعكاس الضوء المستقطب بالكامل يسمى زاوية بروستر، ويتم تحديد زاوية بروستر من قانون بروستر: - قانون بروستر، وفي هذه الحالة الزاوية بين الانعكاس. وكسر. ستكون الأشعة متساوية، وبالنسبة لنظام الهواء الزجاجي تكون زاوية بروستر متساوية، للحصول على استقطاب جيد، أي ، عندما ينكسر الضوء، يتم استخدام الكثير من الأسطح المكسورة، والتي تسمى قدم ستوليتوف.

التذكرة 80.

تظهر التجربة أنه عندما يتفاعل الضوء مع المادة، فإن التأثير الرئيسي (الفسيولوجي، والكيميائي الضوئي، والكهروضوئي، وما إلى ذلك) يحدث بسبب تذبذبات المتجه، والذي يسمى أحيانًا ناقل الضوء في هذا الصدد. ولذلك، لوصف أنماط استقطاب الضوء، تتم مراقبة سلوك المتجه.

المستوى الذي يتكون من المتجهات ويسمى مستوى الاستقطاب.

إذا حدثت تذبذبات المتجهات في مستوى ثابت واحد، فإن هذا الضوء (الشعاع) يسمى مستقطبًا خطيًا. يتم تعيينه بشكل تعسفي على النحو التالي. إذا كان الشعاع مستقطبًا في مستوى عمودي (في المستوى xzانظر الشكل. (٢) في المحاضرة الثانية) ثم تمت الإشارة إليه.

يتكون الضوء الطبيعي (من المصادر العادية، الشمس) من موجات لها مستويات استقطاب مختلفة وموزعة عشوائيًا (انظر الشكل 3).

يُشار أحيانًا إلى الضوء الطبيعي تقليديًا بهذا الاسم. ويسمى أيضًا غير مستقطب.

إذا كان المتجه أثناء انتشار الموجة يدور وفي نفس الوقت تصف نهاية المتجه دائرة، فإن هذا الضوء يسمى مستقطبًا دائريًا، ويكون الاستقطاب دائريًا أو دائريًا (يمينًا أو يسارًا). هناك أيضًا استقطاب بيضاوي الشكل.

هناك أجهزة بصرية (أفلام، لوحات، الخ) - المستقطبات، والتي ينبعث منها ضوء مستقطب خطيًا أو ضوء مستقطب جزئيًا من الضوء الطبيعي.

تسمى المستقطبات المستخدمة لتحليل استقطاب الضوء محللون.

مستوى المستقطب (أو المحلل) هو مستوى استقطاب الضوء المنقول بواسطة المستقطب (أو المحلل).

دع المستقطب (أو المحلل) يتعرض لضوء مستقطب خطيًا بسعة ه 0 . سعة الضوء المنقول ستكون ه = ه 0 كوس ي، وشدة أنا = أنا 0 كوس 2 ي.

تعبر هذه الصيغة قانون مالوس:

تتناسب شدة الضوء المستقطب خطيًا الذي يمر عبر المحلل مع مربع جيب تمام الزاوية يبين مستوى تذبذبات الضوء الساقط ومستوى المحلل.

التذكرة 80 (للتوتنهام)

المستقطبات هي أجهزة تتيح الحصول على الضوء المستقطب. والمحللات هي أجهزة يمكنك من خلالها تحليل ما إذا كان الضوء مستقطبًا أم لا. ومن الناحية الهيكلية، فإن المستقطب والمحلل متماثلان. وبالتالي فإن جميع اتجاهات المتجه E متساوية في الاحتمال. كل منهما يمكن أن يتحلل المتجه إلى مكونين متعامدين بشكل متبادل: أحدهما موازي لمستوى استقطاب المستقطب والآخر متعامد عليه.

من الواضح أن شدة الضوء الخارج من المستقطب ستكون متساوية، دعنا نشير إلى شدة الضوء الخارج من المستقطب بـ () إذا تم وضع محلل على مسار المستقطب الذي يشكل مستواه الرئيسي زاوية مع المستوى الرئيسي للمستقطب، ثم يتم تحديد شدة الضوء الخارجة من المحلل بموجب القانون.

التذكرة 81.

دراسة تألق محلول أملاح اليورانيوم تحت تأثير -أشعة الراديوم، لفت الفيزيائي السوفيتي P. A. Cherenkov الانتباه إلى حقيقة أن الماء نفسه يتوهج، حيث لا توجد أملاح اليورانيوم. اتضح أنه عندما يتم تمرير الأشعة (انظر إشعاع جاما) عبر السوائل النقية، فإنها جميعًا تبدأ في التوهج. افترض S. I. Vavilov، الذي عمل تحت إشرافه P. A. Cherenkov، أن التوهج مرتبط بحركة الإلكترونات التي طردتها كميات الراديوم من الذرات. في الواقع، يعتمد التوهج بقوة على اتجاه المجال المغناطيسي في السائل (وهذا يشير إلى أنه كان ناجما عن حركة الإلكترونات).

لكن لماذا تبعث الإلكترونات التي تتحرك في السائل الضوء؟ تم تقديم الإجابة الصحيحة على هذا السؤال في عام 1937 من قبل الفيزيائيين السوفييت I. E. Tamm و I. M. Frank.

يتحرك الإلكترون في المادة ويتفاعل مع الذرات المحيطة به. تحت تأثيره الحقل الكهربائييتم إزاحة الإلكترونات الذرية والنواة في اتجاهين متعاكسين - ويكون الوسط مستقطبًا. الاستقطاب ثم العودة إلى الحالة الأولية، ذرات الوسط، وتقع على طول مسار الإلكترون، تنبعث منها موجات الضوء الكهرومغناطيسي. إذا كانت سرعة الإلكترون v أقل من سرعة انتشار الضوء في الوسط (- معامل الانكسار)، فإن المجال الكهرومغناطيسي سوف يتفوق على الإلكترون، وسيكون للمادة وقت للاستقطاب في الفضاء قبل الإلكترون. إن استقطاب الوسط أمام الإلكترون وخلفه معاكس في الاتجاه، وإشعاعات الذرات المستقطبة بشكل معاكس، "تضيف"، "تنطفئ" بعضها البعض. عندما لا يكون لدى الذرات، التي لم يصل إليها الإلكترون بعد، الوقت الكافي للاستقطاب، ويظهر الإشعاع موجهًا على طول طبقة مخروطية ضيقة ذات قمة تتزامن مع الإلكترون المتحرك، وزاوية عند القمة c. ويمكن الحصول على مظهر "المخروط" الضوئي وحالة الإشعاع المبادئ العامةانتشار الموجات.

أرز. 1. آلية تشكيل جبهة الموجة

دع الإلكترون يتحرك على طول المحور OE (انظر الشكل 1) لقناة فارغة ضيقة جدًا في مادة شفافة متجانسة ذات معامل انكسار (هناك حاجة إلى قناة فارغة حتى لا تؤخذ في الاعتبار تصادمات الإلكترون مع الذرات في الاعتبار النظري). أي نقطة على خط OE يشغلها الإلكترون على التوالي ستكون مركزًا لانبعاث الضوء. تتداخل الموجات الصادرة من نقاط متتالية O، D، E مع بعضها البعض وتتضخم إذا كان فرق الطور بينها صفرًا (انظر التداخل). ويتحقق هذا الشرط للاتجاه الذي يشكل زاوية 0 مع مسار الإلكترون. يتم تحديد الزاوية 0 بنسبة:.

في الواقع، ضع في اعتبارك موجتين منبعثتين في الاتجاه بزاوية 0 لسرعة الإلكترون من نقطتين من المسار - النقطة O والنقطة D، مفصولة بمسافة . عند النقطة B، الواقعة على الخط المستقيم BE، المتعامدة مع OB، الموجة الأولى عند - في الوقت المناسب إلى النقطة F، الواقعة على الخط المستقيم BE، ستصل الموجة المنبعثة من النقطة في اللحظة الزمنية بعد انبعاث الموجة موجة من النقطة O. ستكون هاتان الموجتان في الطور، أي أن الخط المستقيم سيكون مقدمة موجة إذا كانت هذه الأزمنة متساوية:. وهذا كشرط للمساواة في الأوقات يعطي. في جميع الاتجاهات التي ينطفئ فيها الضوء بسبب تداخل الموجات المنبعثة من أقسام المسار التي تفصل بينها مسافة D. ويتم تحديد قيمة D بمعادلة واضحة، حيث T هي فترة اهتزازات الضوء. هذه المعادلة دائما لها حل إذا.

إذا ، فإن الاتجاه الذي تتداخل فيه الموجات المتداخلة وتتضخم غير موجود، ولا يمكن أن يكون أكبر من 1.

أرز. 2. توزيع الموجات الصوتية وتكوين موجة صدمية أثناء حركة الجسم

يتم ملاحظة الإشعاع فقط إذا .

تجريبياً، تطير الإلكترونات في زاوية مصمتة محدودة، مع انتشار معين في السرعات، ونتيجة لذلك ينتشر الإشعاع في طبقة مخروطية الشكل بالقرب من الاتجاه الرئيسي، الذي تحدده الزاوية.

في نظرنا، أهملنا تباطؤ الإلكترون. وهذا أمر مقبول تماما، لأن الخسائر الناجمة عن إشعاع فافيلوف-شيرينكوف صغيرة، وفي التقريب الأول، يمكننا أن نفترض أن الطاقة التي فقدها الإلكترون لا تؤثر على سرعته وأنه يتحرك بشكل موحد. هذا هو الاختلاف الأساسي وعدم غرابة إشعاع فافيلوف-شيرينكوف. عادةً ما تشع الشحنات، وتشهد تسارعًا كبيرًا.

إن الإلكترون الذي يفوق ضوءه يشبه الطائرة التي تطير بسرعة أكبر من سرعة الصوت. وفي هذه الحالة، تنتشر أيضًا موجة الصدمة المخروطية أمام الطائرة (انظر الشكل 2).

للمحاضرة رقم 24

"طرق التحليل الفعالة"

قياس الانكسار.

الأدب:

1. د. بونوماريف "الكيمياء التحليلية" 1983 246-251

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

قياس الانكسار.

يعد قياس الانكسار أحد أبسط طرق التحليل الفيزيائية، ويتطلب الحد الأدنى من كمية المادة التحليلية ويتم إجراؤه في وقت قصير جدًا.

قياس الانكسار- طريقة تعتمد على ظاهرة الانكسار أو الانكسار أي. تغير في اتجاه انتشار الضوء عند انتقاله من وسط إلى آخر.

إن الانكسار وكذلك امتصاص الضوء هو نتيجة لتفاعله مع الوسط. تعني كلمة قياس الانكسار قياس انكسار الضوء، والذي يقدر بقيمة معامل الانكسار.

قيمة معامل الانكسار نيعتمد على

1) على تكوين المواد والأنظمة،

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

تتمتع هذه الطريقة بعدد من المزايا، ونتيجة لذلك فقد وجدت تطبيقًا واسعًا في كل من الأبحاث الكيميائية وفي التحكم في العمليات التكنولوجية.

1) يعد قياس معاملات الانكسار عملية بسيطة جدًا يتم إجراؤها بدقة وبأقل قدر من الوقت وكمية المادة.

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

يتم استخدام طريقة قياس الانكسار للتحكم في الأصالة والنقاء، لتحديد المواد الفردية، لتحديد بنية المركبات العضوية وغير العضوية في دراسة المحاليل. يستخدم قياس الانكسار لتحديد تكوين المحاليل المكونة من عنصرين وللأنظمة الثلاثية.

الأساس المادي للطريقة

مؤشر الانكسار.

كلما كان انحراف شعاع الضوء عن اتجاهه الأصلي أثناء انتقاله من وسط إلى آخر أكبر، كلما زاد الفرق في سرعات انتشار الضوء في وسطين

هذه البيئات.

ضع في اعتبارك انكسار شعاع الضوء عند حدود أي وسطين شفافين I و II (انظر الشكل). دعونا نتفق على أن الوسط II لديه قوة انكسار أكبر، وبالتالي، ن 1و ن 2- يظهر انكسار الوسائط المقابلة. إذا لم يكن الوسط I فراغًا أو هواء، فإن النسبة sin زاوية سقوط شعاع الضوء إلى sin زاوية الانكسار ستعطي قيمة معامل الانكسار النسبي n rel. قيمة n rel. يمكن تعريفها أيضًا على أنها نسبة معاملات الانكسار للوسائط قيد النظر.

ن ريل. = ----- = ---

تعتمد قيمة معامل الانكسار على

1) طبيعة المواد

يتم تحديد طبيعة المادة في هذه الحالة من خلال درجة تشوه جزيئاتها تحت تأثير الضوء - درجة قابلية الاستقطاب. كلما زادت شدة الاستقطاب، كلما كان انكسار الضوء أقوى.

2)الطول الموجي للضوء الساقط

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

يسمى اعتماد معامل الانكسار على الطول الموجي للضوء بالتشتت. كلما كان الطول الموجي أقصر، كلما زاد الانكسار. ولذلك، فإن الأشعة ذات الأطوال الموجية المختلفة تنكسر بشكل مختلف.

3)درجة حرارة حيث يتم أخذ القياس. الشرط الأساسي لتحديد معامل الانكسار هو الامتثال لنظام درجة الحرارة. عادة يتم إجراء التحديد عند 20 ± 0.3 0 درجة مئوية.

مع ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض ​​معامل الانكسار، ومع انخفاض درجة الحرارة، فإنه يزيد..

يتم حساب تصحيح درجة الحرارة باستخدام الصيغة التالية:

ن ر \u003d ن 20 + (20-ر) 0.0002، حيث

ن ر -الوداع معامل الانكسار عند درجة حرارة معينة،

ن 20 - معامل الانكسار عند 20 درجة مئوية

ويرتبط تأثير درجة الحرارة على قيم معاملات انكسار الغازات والسوائل بقيم معاملات التمدد الحجمي الخاصة بها. يزداد حجم جميع الغازات والسوائل عند تسخينها، وتقل كثافتها، وبالتالي ينخفض ​​المؤشر

يُشار إلى معامل الانكسار، المُقاس عند 20 درجة مئوية وطول موجة الضوء 589.3 نانومتر، بالمؤشر ن د 20

يتم تحديد اعتماد معامل الانكسار لنظام متجانس مكون من مكونين على حالته بشكل تجريبي من خلال تحديد معامل الانكسار لعدد من الأنظمة القياسية (على سبيل المثال، المحاليل)، التي يُعرف محتوى المكونات فيها.

4) تركيز المادة في المحلول.

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

ن=ن س +FC،

ن-معامل الانكسار للحل،

لاهو معامل الانكسار للمذيب النقي،

ج- تركيز المادة المذابة،٪

F- المعامل التجريبي الذي تم العثور على قيمته

عن طريق تحديد معاملات الانكسار للمحاليل ذات التركيز المعروف.

أجهزة قياس الانكسار.

أجهزة قياس الانكسار هي أجهزة تستخدم لقياس معامل الانكسار. هناك نوعان من هذه الأجهزة: مقياس الانكسار من نوع آبي ونوع بولفريش. وفي كل من هذه القياسات وفي غيرها، تعتمد القياسات على تحديد حجم زاوية الانكسار المحددة. في الممارسة العملية، يتم استخدام أجهزة قياس الانكسار لأنظمة مختلفة: Laboratory-RL، وRLU العالمي، وما إلى ذلك.

معامل انكسار الماء 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 (زاوية الانعكاس الكلي للضوء).

مقياس الانكسار اليدوي

مقياس الانكسار آبي

تعد العمليات المرتبطة بالضوء عنصرًا مهمًا في الفيزياء وتحيط بنا في كل مكان في حياتنا اليومية. والأهم في هذه الحالة هو قوانين انعكاس وانكسار الضوء، التي تقوم عليها البصريات الحديثة. يعد انكسار الضوء جزءًا مهمًا من العلم الحديث.

تأثير التشويه

ستخبرك هذه المقالة ما هي ظاهرة انكسار الضوء، وكذلك كيف يبدو قانون الانكسار وما يتبعه.

أساسيات الظاهرة الفيزيائية

عندما يسقط شعاع على سطح مفصول بمادتين شفافتين لهما كثافات بصرية مختلفة (على سبيل المثال، نظارات مختلفةأو في الماء)، سوف تنعكس بعض الأشعة، وسوف يخترق بعضها البنية الثانية (على سبيل المثال، سوف تنتشر في الماء أو الزجاج). عند انتقال الشعاع من وسط إلى آخر، يتميز الشعاع بتغير اتجاهه. هذه هي ظاهرة انكسار الضوء.
ويمكن رؤية انعكاس وانكسار الضوء بشكل جيد في الماء.

تأثير تشويه المياه

عند النظر إلى الأشياء في الماء، تبدو مشوهة. هذا ملحوظ بشكل خاص على الحدود بين الهواء والماء. يبدو بصريًا أن الأجسام الموجودة تحت الماء منحرفة قليلاً. إن الظاهرة الفيزيائية الموصوفة هي بالتحديد السبب الذي يجعل كل الأشياء تبدو مشوهة في الماء. عندما تضرب الأشعة الزجاج، يكون هذا التأثير أقل وضوحًا.
إن انكسار الضوء هو ظاهرة فيزيائية تتميز بتغير اتجاه شعاع الشمس لحظة انتقاله من وسط (مبنى) إلى آخر.
لتحسين فهم هذه العملية، فكر في مثال سقوط شعاع من الهواء إلى الماء (وبالمثل بالنسبة للزجاج). ومن خلال رسم عمودي على طول الواجهة، يمكن قياس زاوية الانكسار وعودة شعاع 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 سقط الشعاع من هيكل أقل كثافة إلى هيكل أكثر كثافة، فإن زاوية التشوه الناتجة ستكون أكبر. وإذا كان العكس، فأقل.
وفي الوقت نفسه، سيؤثر التغيير في منحدر السقوط أيضًا على هذا المؤشر. لكن العلاقة بينهما لا تبقى ثابتة. وفي الوقت نفسه، ستبقى نسبة خطاياهم قيمة ثابتة، والتي يتم عرضها بالصيغة التالية: sinα / sinγ = n، حيث:

• n هي قيمة ثابتة موصوفة لكل مادة محددة (الهواء، الزجاج، الماء، إلخ). لذلك يمكن تحديد ماهية هذه القيمة من خلال جداول خاصة؛
• α هي زاوية الإصابة؛
• γ هي زاوية الانكسار.

ولتحديد هذه الظاهرة الفيزيائية، تم إنشاء قانون الانكسار.

القانون الفيزيائي

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

• الجزء الاول. الشعاع (الحادث، الذي تم تغييره) والعمودي، الذي تم استعادته عند نقطة السقوط عند الحدود، على سبيل المثال، الهواء والماء (الزجاج، وما إلى ذلك)، سيكونان موجودين في نفس المستوى؛
• الجزء الثاني. سيكون مؤشر نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب نفس الزاوية المتكونة عند عبور الحدود قيمة ثابتة.

وصف القانون

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

معلمة مهمة لكائنات مختلفة

المؤشر الرئيسي في هذه الحالة هو نسبة جيب زاوية 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 الوضع نفسه نموذجيًا لمؤشر مماثل. هذا الإعداد لديه أهمية عظيمةلأنها صفة متكاملة للمواد الشفافة.

مؤشرات لكائنات مختلفة

بفضل هذه المعلمة، من الممكن التمييز بشكل فعال بين أنواع الزجاج، وكذلك مختلف الأحجار الكريمة. ومن المهم أيضًا تحديد سرعة الضوء في الوسائط المختلفة.

ملحوظة! السرعة القصوىتدفق الضوء - في الفراغ.

عند الانتقال من مادة إلى أخرى تقل سرعتها. على سبيل المثال، الماس، الذي يتمتع بأعلى معامل انكسار، سيكون له سرعة انتشار فوتون أسرع بـ 2.42 مرة من الهواء. وفي الماء، سوف تنتشر بشكل أبطأ بمقدار 1.33 مرة. ل أنواع مختلفةالنظارات، تتراوح هذه المعلمة من 1.4 إلى 2.2.

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

الكثافة البصرية للمواد

يمكن للضوء أن يخترق المواد المختلفة التي تتميز بكثافة بصرية مختلفة. كما قلنا سابقًا، باستخدام هذا القانون، يمكنك تحديد خاصية كثافة الوسط (الهيكل). كلما كانت أكثر كثافة، كلما كانت سرعة الضوء أبطأ في انتشارها. على سبيل المثال، سيكون الزجاج أو الماء أكثر كثافة بصريًا من الهواء.
وبالإضافة إلى أن هذه المعلمة قيمة ثابتة، فإنها تعكس أيضًا نسبة سرعة الضوء في مادتين. المعنى الجسدييمكن عرضها بالصيغة التالية:

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

مؤشر مهم آخر

عند تحريك تدفق الضوء عبر الأجسام الشفافة، يكون استقطابه ممكنًا. يتم ملاحظته أثناء مرور تدفق الضوء من الوسائط المتناحية 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. تعتمد درجة الاستقطاب على زوايا السقوط (قانون بروستر).

انعكاس داخلي كامل

في ختام استطرادنا القصير، لا يزال من الضروري اعتبار مثل هذا التأثير بمثابة انعكاس داخلي كامل.

ظاهرة العرض الكامل

لكي يظهر هذا التأثير، من 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، فإن الفوتونات الساقطة على حدود هذا القسم سوف تنعكس بالكامل. في الواقع، ستكون هذه هي الظاهرة التي نريدها. وبدونها، كان من المستحيل صنع الألياف الضوئية.

خاتمة

أعطى التطبيق العملي لميزات سلوك تدفق الضوء الكثير، مما أدى إلى إنشاء مجموعة متنوعة من الأجهزة التقنية لتحسين حياتنا. وفي الوقت نفسه، لم يفتح الضوء كل إمكانياته للبشرية، ولم تتحقق إمكاناته العملية بالكامل بعد.

كيف تصنع مصباحًا ورقيًا بيديك كيفية التحقق من أداء شريط LED