La loi de réfraction de la lumière. Indices absolus et relatifs (coefficients) de réfraction. Réflexion interne totale

La loi de réfraction de la lumière a été établie empiriquement au XVIIe siècle. Lorsque la lumière passe d'un support transparent à un autre, la direction de la lumière peut changer. Changer la direction de la lumière à la frontière de différents supports s'appelle la réfraction de la lumière. En raison de la réfraction, il y a un changement apparent dans la forme de l'objet. (exemple : une cuillère dans un verre d'eau). La loi de réfraction de la lumière : A la frontière 2x du milieu, le rayon réfracté se situe dans le plan d'incidence et forme, avec la normale à l'interface, restituée au point d'incidence, un angle d'attache, tel que : = n 1-incidence, 2 réflexions, n-indice de réfraction (f. Snelius) - taux relatif L'indice de réfraction d'un rayon incident sur un milieu à partir d'un espace sans air est appelé son indice de réfraction absolu. L'angle d'incidence auquel le faisceau réfracté commence à glisser le long de l'interface entre les deux milieux sans passer par un milieu optiquement plus dense est angle limite de réflexion interne totale. Réflexion interne totale- réflexion interne, à condition que l'angle d'incidence dépasse un certain angle critique. Dans ce cas, l'onde incidente est complètement réfléchie et la valeur du coefficient de réflexion dépasse ses valeurs les plus élevées pour les surfaces polies. La réflectance à la réflexion interne totale est indépendante de la longueur d'onde. En optique, ce phénomène est observé pour une large gamme de rayonnement électromagnétique, y compris la gamme des rayons X. En optique géométrique, le phénomène s'explique par la loi de Snell. Compte tenu du fait que l'angle de réfraction ne peut excéder 90°, on constate qu'à un angle d'incidence dont le sinus est supérieur au rapport de l'indice de réfraction le plus faible sur le coefficient le plus grand, l'onde électromagnétique doit être complètement réfléchie dans le premier médium. Exemple : L'éclat brillant de nombreux cristaux naturels, et en particulier des pierres précieuses et semi-précieuses facettées, s'explique par une réflexion interne totale, à la suite de laquelle chaque rayon entrant dans le cristal forme un grand nombre de rayons émis suffisamment brillants, colorés en conséquence de dispersion.

Passons à une considération plus détaillée de l'indice de réfraction, que nous avons introduit au §81 lors de la formulation de la loi de réfraction.

L'indice de réfraction dépend des propriétés optiques à la fois du milieu d'où tombe le faisceau et du milieu dans lequel il pénètre. L'indice de réfraction obtenu lorsque la lumière du vide tombe sur un milieu est appelé indice de réfraction absolu de ce milieu.

Riz. 184. Indice de réfraction relatif de deux milieux :

Soit l'indice de réfraction absolu du premier milieu be et celui du deuxième milieu -. Compte tenu de la réfraction à l'interface entre le premier et le deuxième milieu, on s'assurera que l'indice de réfraction lors du passage du premier milieu au deuxième, dit indice de réfraction relatif, est égal au rapport des indices de réfraction absolus du deuxième et du premier média :

(fig. 184). Au contraire, en passant du second milieu au premier, on a un indice de réfraction relatif

La relation établie entre l'indice de réfraction relatif de deux milieux et leurs indices de réfraction absolus pourrait être dérivée théoriquement, sans nouvelles expériences, tout comme cela peut être fait pour la loi de réversibilité (§82),

Un milieu avec un indice de réfraction élevé est dit optiquement plus dense. Généralement mesuré est l'indice de réfraction de divers médias par rapport à l'air. L'indice de réfraction absolu de l'air est. Ainsi, l'indice de réfraction absolu de tout milieu est lié à son indice de réfraction par rapport à l'air par la formule

Tableau 6. Indice de réfraction de diverses substances par rapport à l'air

L'indice de réfraction dépend de la longueur d'onde de la lumière, c'est-à-dire de sa couleur. Des indices de réfraction différents correspondent à des couleurs différentes. Ce phénomène, appelé dispersion, joue un rôle important en optique. Nous traiterons de ce phénomène à plusieurs reprises dans les chapitres suivants. Les données données dans le tableau. 6 se réfèrent à la lumière jaune.

Il est intéressant de noter que la loi de réflexion peut être formellement écrite sous la même forme que la loi de réfraction. Rappelons que nous avons convenu de toujours mesurer les angles de la perpendiculaire au rayon correspondant. Par conséquent, nous devons considérer que l'angle d'incidence et l'angle de réflexion ont des signes opposés, c'est-à-dire la loi de réflexion peut s'écrire sous la forme

En comparant (83.4) avec la loi de réfraction, nous voyons que la loi de réflexion peut être considérée comme un cas particulier de la loi de réfraction à. Cette similitude formelle entre les lois de la réflexion et de la réfraction est d'une grande utilité pour résoudre des problèmes pratiques.

Dans l'exposé précédent, l'indice de réfraction avait le sens d'une constante du milieu, indépendante de l'intensité de la lumière le traversant. Une telle interprétation de l'indice de réfraction est tout à fait naturelle, mais dans le cas des intensités de rayonnement élevées réalisables avec l'utilisation de lasers modernes, elle n'est pas justifiée. Les propriétés du milieu traversé par un fort rayonnement lumineux dépendent dans ce cas de son intensité. L'environnement est dit non linéaire. La non-linéarité du milieu se manifeste notamment par le fait qu'une onde lumineuse de forte intensité modifie l'indice de réfraction. La dépendance de l'indice de réfraction sur l'intensité du rayonnement a la forme

Voici l'indice de réfraction habituel, et c'est l'indice de réfraction non linéaire, c'est le facteur de proportionnalité. Le terme supplémentaire dans cette formule peut être positif ou négatif.

Les changements relatifs de l'indice de réfraction sont relativement faibles. À indice de réfraction non linéaire. Cependant, même de si petits changements de l'indice de réfraction sont perceptibles : ils se manifestent par un phénomène particulier d'auto-focalisation de la lumière.

Considérons un milieu avec un indice de réfraction non linéaire positif. Dans ce cas, les zones d'intensité lumineuse accrue sont simultanément des zones d'indice de réfraction accru. Habituellement, dans le rayonnement laser réel, la distribution d'intensité sur la section transversale du faisceau de faisceaux n'est pas uniforme : l'intensité est maximale le long de l'axe et diminue progressivement vers les bords du faisceau, comme le montre la figure. 185 courbes pleines. Une distribution similaire décrit également l'évolution de l'indice de réfraction sur la section transversale d'une cellule à milieu non linéaire, le long de l'axe de laquelle se propage le faisceau laser. L'indice de réfraction, qui est le plus élevé le long de l'axe de la cellule, diminue progressivement vers ses parois (courbes en pointillés sur la figure 185).

Un faisceau de rayons sortant du laser parallèlement à l'axe, tombant dans un milieu à indice de réfraction variable, est dévié dans la direction où il est le plus grand. Par conséquent, l'intensité accrue près de la cuvette de variole conduit à la concentration de rayons lumineux dans cette région, représentée schématiquement dans les sections et sur la Fig. 185, ce qui entraîne une nouvelle augmentation. Au final, la section efficace d'un faisceau lumineux traversant un milieu non linéaire diminue de manière significative. La lumière traverse, pour ainsi dire, un canal étroit avec un indice de réfraction élevé. Ainsi, le faisceau laser des faisceaux est rétréci, le milieu non linéaire sous l'action d'un rayonnement intense agit comme une lentille collectrice. Ce phénomène est appelé auto-focalisation. Elle peut être observée, par exemple, dans le nitrobenzène liquide.

Riz. 185. Distribution de l'intensité du rayonnement et de l'indice de réfraction sur la section transversale du faisceau laser à l'entrée de la cuvette (a), près de l'extrémité d'entrée (), au milieu (), près de l'extrémité de sortie de la cuve ()

Détermination de l'indice de réfraction des solides transparents

Et des liquides

Appareils et accessoires: microscope avec filtre de lumière, une plaque plane-parallèle avec une marque AB en forme de croix ; réfractomètre de marque RL; ensemble de liquides.

But du travail : déterminer les indices de réfraction du verre et des liquides.

Détermination de l'indice de réfraction du verre à l'aide d'un microscope

Pour déterminer l'indice de réfraction d'un solide transparent, une plaque plane parallèle faite de ce matériau avec une marque est utilisée.

La marque se compose de deux rayures mutuellement perpendiculaires, dont l'une (A) est appliquée au fond et la seconde (B) - à la surface supérieure de la plaque. La plaque est éclairée par une lumière monochromatique et vue au microscope. Sur le
riz. 4.7 montre une coupe verticale de la plaque à l'étude.

Les faisceaux AD et AE après réfraction à l'interface verre-air suivent les directions DD1 et EE1 et pénètrent dans l'objectif du microscope.

Un observateur qui regarde la plaque d'en haut voit le point A à l'intersection du prolongement des rayons ДД1 et ЕЕ1, c'est-à-dire au point C.

Ainsi, le point A semble à l'observateur se situer au point C. Trouvons la relation entre l'indice de réfraction n du matériau de la plaque, l'épaisseur d et l'épaisseur apparente d1 de la plaque.

4.7 on voit que ВД = ВСtgi, BD = АВtgr, d'où

tgi / tgr = AB / BC,

où AB = d est l'épaisseur de la plaque ; ВС = d1 est l'épaisseur apparente de la plaque.

Si les angles i et r sont petits, alors

Sini / Sinr = tgi / tgr, (4.5)

ceux. Sini / Sinr = d / d1.

Compte tenu de la loi de réfraction de la lumière, on obtient

La mesure d/d1 est réalisée à l'aide d'un microscope.

Le schéma optique du microscope se compose de deux systèmes : un système d'observation, qui comprend un objectif et un oculaire, montés dans un tube, et un système d'éclairage, composé d'un miroir et d'un filtre de lumière amovible. La mise au point de l'image s'effectue par rotation des poignées situées de part et d'autre du tube.

Sur l'axe de la poignée droite se trouve un disque avec une échelle de cadran.

La lecture b sur le cadran par rapport à l'aiguille fixe détermine la distance h de l'objectif à la platine du microscope :

Le coefficient k indique la hauteur à laquelle le tube du microscope est déplacé lorsque la poignée est tournée de 1°.

Le diamètre de l'objectif dans cette configuration est petit par rapport à la distance h; par conséquent, le faisceau extrême qui pénètre dans l'objectif forme un petit angle i avec l'axe optique du microscope.

L'angle de réfraction r de la lumière dans la plaque est inférieur à l'angle i, c'est-à-dire est également petit, ce qui correspond à la condition (4.5).

Demande de service

1. Placer la plaque sur la platine du microscope de sorte que l'intersection des lignes A et B (voir Fig.

Indice de réfraction

4.7) était dans le champ de vision.

2. En tournant la poignée du mécanisme de levage, soulevez le tube en position haute.

3. En regardant à travers l'oculaire, tournez la poignée pour abaisser le tube du microscope en douceur jusqu'à ce qu'une image claire de la rayure B, faite sur la surface supérieure de la plaque, soit obtenue dans le champ de vision. Enregistrez la lecture b1 du cadran, qui est proportionnelle à la distance h1 de l'objectif du microscope au bord supérieur de la plaque : h1 = kb1 (Fig.

4. Continuer à abaisser le tube en douceur jusqu'à l'obtention d'une image nette de la rayure A, qui semble à l'observateur se situer au point C. Enregistrer une nouvelle lecture b2 du cadran. La distance h1 de la lentille à la surface supérieure de la plaque est proportionnelle à b2 :
h2 = kb2 (Figure 4.8, b).

Les distances des points B et C à la lentille sont égales, puisque l'observateur les voit également clairement.

Le déplacement du tube h1-h2 est égal à l'épaisseur apparente de la plaque (Fig.

d1 = h1-h2 = (b1-b2) k. (4.8)

5. Mesurez l'épaisseur de la plaque d à l'intersection des lignes. Pour ce faire, placez une plaque de verre auxiliaire 2 sous la plaque 1 à étudier (Fig. 4.9) et abaissez le tube du microscope jusqu'à ce que l'objectif touche (légèrement) la plaque à étudier. Observer la lecture sur le cadran a1. Retirez la plaque à étudier et abaissez le tube du microscope jusqu'à ce que l'objectif touche la plaque 2.

Observer la lecture a2.

Dans ce cas, l'objectif du microscope sera abaissé à une hauteur égale à l'épaisseur de la plaque étudiée, c'est-à-dire

d = (a1-a2) k. (4.9)

6. Calculer l'indice de réfraction du matériau de la plaque par la formule

n = d / d1 = (a1-a2) / (b1-b2). (4.10)

7. Répétez toutes les mesures ci-dessus 3 à 5 fois, calculez la valeur moyenne de n, les erreurs absolues et relatives de rn et rn / n.

Détermination de l'indice de réfraction des liquides à l'aide d'un réfractomètre

Les appareils utilisés pour déterminer les indices de réfraction sont appelés réfractomètres.

La vue générale et la disposition optique du réfractomètre RL sont illustrées à la Fig. 4.10 et 4.11.

La mesure de l'indice de réfraction des liquides à l'aide d'un réfractomètre RL est basée sur le phénomène de réfraction de la lumière traversant l'interface entre deux milieux d'indices de réfraction différents.

Faisceau lumineux (fig.

4.11) de la source 1 (lampe à incandescence ou lumière du jour diffuse) à l'aide du miroir 2 est dirigé à travers une fenêtre dans le corps de l'appareil vers un double prisme composé des prismes 3 et 4, qui sont en verre avec un indice de réfraction de 1,540 .

La surface AA du prisme d'éclairage supérieur 3 (Fig.

4.12, a) est mat et sert à éclairer le liquide avec une lumière diffuse, appliquée en couche mince dans l'espace entre les prismes 3 et 4. La lumière diffusée par la surface mate 3 traverse la couche plane-parallèle du liquide étudié et tombe sur la face diagonale de l'explosif du prisme inférieur 4 sous divers
angles i allant de zéro à 90°.

Pour éviter le phénomène de réflexion interne totale de la lumière à la surface de l'explosif, l'indice de réfraction du liquide étudié doit être inférieur à l'indice de réfraction du verre du prisme 4, c'est-à-dire

moins de 1 540.

Un rayon lumineux dont l'angle d'incidence est de 90° est appelé rasant.

Le rayon glissant, réfractant à l'interface liquide-verre, ira dans le prisme 4 à l'angle limite de réfraction r etc< 90о.

La réfraction d'un rayon rasant au point D (voir Figure 4.12, a) obéit à la loi

nst / nzh = sinipr / sinrpr (4.11)

ou nzh = nstsinrpr, (4.12)

puisque sinpr = 1.

Sur la surface du BC du prisme 4, les rayons lumineux sont à nouveau réfractés, puis

Sini ¢ pr / sinr ¢ pr = 1 / nst, (4.13)

r ¢ pr + i ¢ pr = i ¢ pr = a, (4.14)

où a est le rayon de réfraction du prisme 4.

En résolvant ensemble le système d'équations (4.12), (4.13), (4.14), on obtient une formule qui relie l'indice de réfraction nl du liquide étudié à l'angle de réfraction limite r'pr du rayon sortant du prisme 4 :

Si un télescope est placé sur le trajet des rayons qui ont émergé du prisme 4, la partie inférieure de son champ de vision sera éclairée et la partie supérieure sera sombre. L'interface entre les champs clair et sombre est formée par des rayons ayant l'angle de réfraction limite r ¢ pr. Il n'y a pas de rayons avec un angle de réfraction inférieur à r ¢ pr dans ce système (Fig.

La valeur de r ¢ pr, par conséquent, la position de la limite de lumière-ombre ne dépend que de l'indice de réfraction nl du liquide à l'étude, puisque nst et a sont des valeurs constantes dans cet appareil.

Connaissant nst, a et r pr, il est possible de calculer nzh à l'aide de la formule (4.15). En pratique, la formule (4.15) est utilisée pour calibrer l'échelle du réfractomètre.

Sur une échelle de 9 (voir.

riz. 4.11) à gauche, les valeurs de l'indice de réfraction sont tracées pour ld = 5893 Å. Devant l'oculaire 10 - 11 se trouve une plaque 8 avec une marque (---).

En déplaçant l'oculaire avec la plaque 8 le long de l'échelle, il est possible de réaliser l'alignement du repère avec l'interface entre les champs de vision sombre et clair.

La division de l'échelle graduée 9, coïncidant avec le trait, donne la valeur de l'indice de réfraction nl du liquide étudié. L'objectif 6 et l'oculaire 10 - 11 forment un télescope.

Le prisme rotatif 7 modifie la trajectoire du faisceau en le dirigeant vers l'oculaire.

En raison de la dispersion du verre et du liquide à l'étude, au lieu d'une interface claire entre les champs sombre et clair, vu en lumière blanche, une bande arc-en-ciel est obtenue. Pour éliminer cet effet, un compensateur de dispersion 5 installé devant la lentille du télescope sert. La partie principale du compensateur est un prisme, qui est collé à partir de trois prismes et peut tourner autour de l'axe du télescope.

Les angles de réfraction du prisme et de leur matériau sont choisis de telle sorte que la lumière jaune avec une longueur d'onde de ld = 5893 Å les traverse sans réfraction. Si un prisme compensateur est installé sur le trajet des rayons colorés de sorte que sa dispersion soit égale en grandeur, mais opposée en signe de la dispersion du prisme de mesure et du liquide, alors la dispersion totale sera égale à zéro. Dans ce cas, le faisceau de rayons lumineux sera collecté dans un rayon blanc dont la direction coïncide avec la direction du rayon jaune limite.

Ainsi, lorsque le prisme de compensation est tourné, la nuance de couleur est éliminée. Avec le prisme 5, la branche de dispersion 12 tourne par rapport au pointeur fixe (voir Fig. 4.10). L'angle de rotation Z du membre permet de juger de la valeur de la dispersion moyenne du liquide étudié.

Le cadran doit être gradué. Le planning est joint à l'installation.

Demande de service

1. Soulevez le prisme 3, placez 2 à 3 gouttes du liquide de test sur la surface du prisme 4 et abaissez le prisme 3 (voir Fig. 4.10).

3. Oculaire visant à obtenir une image nette de l'échelle et de l'interface entre les champs de vision.

4. La rotation de la poignée 12 du compensateur 5, détruit la coloration de couleur de l'interface des champs visuels.

En déplaçant l'oculaire le long de l'échelle, alignez le repère (–-) avec la bordure des champs sombre et clair et enregistrez la valeur de l'indicateur de liquide.

6. Examinez l'ensemble de liquides proposé et estimez l'erreur de mesure.

7. Après chaque mesure, essuyez la surface des prismes avec du papier filtre imbibé d'eau distillée.

questions de test

Option 1

Donner la définition des indices de réfraction absolu et relatif du milieu.

2. Tracez le chemin des rayons à travers l'interface entre deux milieux (n2> n1 et n2< n1).

3. Obtenez la relation qui relie l'indice de réfraction n à l'épaisseur d et à l'épaisseur apparente d de la plaque.

4. Une tâche. L'angle limite de réflexion interne totale pour certaines substances est de 30°.

Trouvez l'indice de réfraction de cette substance.

Réponse : n = 2.

Option 2

1. Qu'est-ce que le phénomène de réflexion interne totale ?

2. Décrire la conception et le principe de fonctionnement du réfractomètre RL-2.

3. Expliquez le rôle du compensateur dans le réfractomètre.

4. Une tâche... Une ampoule est descendue du centre du radeau circulaire jusqu'à une profondeur de 10 m. Trouvez le rayon minimum du radeau, alors qu'aucun rayon de l'ampoule ne doit atteindre la surface.

Réponse : R = 11,3 m.

INDICATEUR DE RÉFRACTION, ou alors COEFFICIENT DE RÉFRACTION, est un nombre abstrait caractérisant le pouvoir de réfraction d'un milieu transparent. L'indice de réfraction est désigné par la lettre latine et est défini comme le rapport du sinus de l'angle d'incidence au sinus de l'angle de réfraction d'un rayon entrant d'un vide dans un milieu transparent donné :

n = sin α / sin β = const ou comme le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à la vitesse de la lumière dans un milieu transparent donné : n = c / νλ du vide dans un milieu transparent donné.

L'indice de réfraction est considéré comme une mesure de la densité optique du milieu

L'indice de réfraction ainsi déterminé est appelé indice de réfraction absolu, par opposition au r relatif.

C'est-à-dire qu'il montre combien de fois la vitesse de propagation de la lumière ralentit lorsque son indice de réfraction, qui est déterminé par le rapport du sinus de l'angle d'incidence au sinus de l'angle de réfraction, lorsque le faisceau passe d'un milieu d'une densité à un milieu d'une autre densité. L'indice de réfraction relatif est égal au rapport des indices de réfraction absolus : n = n2/n1, où n1 et n2 sont les indices de réfraction absolus du premier et du deuxième milieu.

L'indice de réfraction absolu de tous les corps - solide, liquide et gazeux - est supérieur à un et varie de 1 à 2, ne dépassant la valeur de 2 que dans de rares cas.

L'indice de réfraction dépend à la fois des propriétés du milieu et de la longueur d'onde de la lumière et augmente avec la longueur d'onde décroissante.

Par conséquent, un indice est attribué à la lettre p, indiquant à quelle longueur d'onde appartient l'indicateur.

INDICATEUR DE RÉFRACTION

Par exemple, pour le verre TF-1, l'indice de réfraction dans la partie rouge du spectre est nC = 1.64210, et dans le violet nG' = 1.67298.

Indices de réfraction de certains corps transparents

Aérien - 1 000292

Eau - 1.334

Éther - 1, 358

Alcool éthylique - 1.363

Glycérine - 1, 473

Verre organique (plexiglas) - 1, 49

Benzène - 1.503

(Couronne en verre - 1.5163

Sapin (canadien), baume 1.54

Couronne en verre épais - 1, 61 26

Verre à silex - 1.6164

Disulfure de carbone - 1.629

Verre lourd en silex - 1, 64 75

Monobromnaphtalène - 1,66

Le verre est le silex le plus lourd - 1, 92

Diamant - 2.42

La dissemblance de l'indice de réfraction pour différentes parties du spectre est la cause du chromatisme, c'est-à-dire

décomposition de la lumière blanche, lorsqu'elle traverse des parties réfractives - lentilles, prismes, etc.

Travaux de laboratoire n°41

Détermination de l'indice de réfraction des liquides à l'aide d'un réfractomètre

Objet du travail : détermination de l'indice de réfraction des liquides par la méthode de la réflexion interne totale à l'aide d'un réfractomètre IRF-454B; étude de la dépendance de l'indice de réfraction de la solution sur sa concentration.

Description de l'installation

Lorsque la lumière non monochromatique est réfractée, elle est décomposée en couleurs composites en un spectre.

Ce phénomène est dû à la dépendance de l'indice de réfraction d'une substance sur la fréquence (longueur d'onde) de la lumière et est appelé dispersion de la lumière.

Il est d'usage de caractériser le pouvoir de réfraction d'un milieu par l'indice de réfraction à une longueur d'onde λ = 589,3 nm (valeur moyenne des longueurs d'onde de deux raies jaunes proches dans le spectre de la vapeur de sodium).

60. Quelles méthodes de détermination de la concentration de substances en solution sont utilisées dans l'analyse d'absorption atomique ?

Cet indice de réfraction est noté mré.

La mesure de la variance est la variance moyenne, définie comme la différence ( mF-nC), où mF L'indice de réfraction d'une substance est-il à une longueur d'onde λ = 486,1 nm (ligne bleue dans le spectre de l'hydrogène), mC L'indice de réfraction de la substance sur λ - 656,3 nm (ligne rouge dans le spectre de l'hydrogène).

La réfraction d'une substance est caractérisée par la valeur de la dispersion relative :
Les ouvrages de référence donnent généralement une valeur qui est l'inverse de la variance relative, c'est-à-dire

e.
,où - coefficient de dispersion, ou nombre d'Abbe.

L'installation de détermination de l'indice de réfraction des liquides se compose d'un réfractomètre IRF-454B avec les limites de mesure de l'indicateur ; réfractions mré dans la plage de 1,2 à 1,7; liquide étudié, serviettes pour essuyer les surfaces des prismes.

Réfractomètre IRF-454B est un appareil de contrôle et de mesure conçu pour la mesure directe de l'indice de réfraction des liquides, ainsi que pour déterminer la dispersion moyenne des liquides dans des conditions de laboratoire.

Le principe de l'appareil IRF-454B basé sur le phénomène de réflexion interne totale de la lumière.

Le schéma de principe de l'appareil est illustré à la Fig. un.

Le liquide d'essai est placé entre deux faces de prisme 1 et 2. Prisme 2 avec une face bien polie UN B est un prisme de mesure, et le prisme 1 avec un bord mat MAIS1 DANS1 - éclairage. Les rayons de la source lumineuse tombent sur le bord MAIS1 AVEC1 , réfracter, tomber sur une surface mate MAIS1 DANS1 et sont dispersés par cette surface.

Ensuite, ils passent la couche du liquide étudié et tombent à la surface. UN B prismes 2.

Selon la loi de réfraction
, où
et Sont les angles de réfraction des rayons dans un liquide et un prisme, respectivement.

Avec une augmentation de l'angle d'incidence
angle de réfraction augmente également et atteint sa valeur maximale
, lorsque
, T.

e. lorsqu'un rayon dans un liquide glisse sur une surface UN B... En conséquence,
... Ainsi, les rayons sortant du prisme 2 sont limités à un certain angle
.

Les rayons venant du liquide dans le prisme 2 aux grands angles subissent une réflexion interne totale à l'interface UN B et ne pas passer à travers le prisme.

Sur l'appareil considéré, les liquides sont étudiés, l'indice de réfraction est qui est inférieur à l'indice de réfraction prisme 2, par conséquent, les rayons de toutes les directions, réfractés à l'interface entre le liquide et le verre, entreront dans le prisme.

Evidemment, la partie du prisme correspondant aux rayons non transmis sera assombrie. Dans le télescope 4, situé sur le trajet des rayons sortant du prisme, on peut observer la division du champ de vision en parties claires et sombres.

En tournant le système de prismes 1-2, alignez la limite entre les champs clair et sombre avec la croix des filaments de l'oculaire du télescope. Le système de prismes 1-2 est associé à une échelle qui est calibrée en valeurs d'indice de réfraction.

L'échelle est située dans la partie inférieure du champ de vision du tuyau et, lorsque la section du champ de vision est alignée avec la croix des filets, elle donne la valeur correspondante de l'indice de réfraction du liquide .

En raison de la dispersion, l'interface du champ de vision en lumière blanche sera colorée. Pour éliminer la coloration, ainsi que pour déterminer la dispersion moyenne de la substance d'essai, on utilise le compensateur 3, constitué de deux systèmes de prismes de vision directe collés (prismes d'Amichi).

Les prismes peuvent être tournés simultanément dans différentes directions à l'aide d'un dispositif mécanique rotatif précis, modifiant ainsi la propre dispersion du compensateur et éliminant la coloration de la limite du champ de vision, observée à travers le système optique 4. Un tambour est connecté au compensateur avec une échelle par laquelle le paramètre de dispersion est déterminé, ce qui permet de calculer les substances de dispersion moyennes.

Demande de service

Réglez l'appareil de manière à ce que la lumière de la source (lampe à incandescence) pénètre dans le prisme d'éclairage et éclaire uniformément le champ de vision.

2. Ouvrez le prisme de mesure.

Appliquez quelques gouttes d'eau à sa surface avec une tige de verre et fermez soigneusement le prisme. L'espace entre les prismes doit être uniformément rempli d'une fine couche d'eau (faites particulièrement attention à cela).

A l'aide de la vis de l'instrument avec une échelle, éliminez la coloration du champ de vision et obtenez une frontière nette entre la lumière et l'ombre. Alignez-le, à l'aide d'une autre vis, avec la croix de référence de l'oculaire de l'appareil. Déterminer l'indice de réfraction de l'eau sur l'échelle de l'oculaire avec une précision au millième.

Comparer les résultats obtenus avec les données de référence pour l'eau. Si la différence entre l'indice de réfraction mesuré et l'indice de réfraction du tableau ne dépasse pas ± 0,001, la mesure est effectuée correctement.

Exercice 1

1. Préparez une solution de chlorure de sodium ( NaCl) avec une concentration proche de la limite de solubilité (par exemple, C = 200 g/litre).

Mesurer l'indice de réfraction de la solution résultante.

3. Diluer la solution un nombre entier de fois pour obtenir la dépendance de l'indicateur ; réfraction de la concentration de la solution et remplissez le tableau. un.

Tableau 1

Un exercice. Comment obtenir une concentration de solution égale aux 3/4 de la concentration maximale (initiale) uniquement par dilution ?

Construire un graphe de dépendance n = n (C)... Effectuer un traitement ultérieur des données expérimentales selon les instructions de l'enseignant.

Traitement de données expérimental

a) Méthode graphique

Déterminer la pente à partir du graphique DANS, qui dans les conditions de l'expérience caractérisera le soluté et le solvant.

2. Déterminer la concentration de la solution à l'aide du graphique NaCl donné par l'assistant de laboratoire.

b) Méthode analytique

En utilisant la méthode des moindres carrés, calculez MAIS, DANS et SB.

Par valeurs trouvées MAIS et DANS déterminer la moyenne
concentration de la solution NaCl donné par l'assistant de laboratoire

questions de test

Dispersion de la lumière. Quelle est la différence entre la variance normale et la variance anormale ?

2. Qu'est-ce que le phénomène de réflexion interne totale ?

3. Pourquoi est-il impossible de mesurer l'indice de réfraction d'un liquide supérieur à l'indice de réfraction d'un prisme à l'aide de cette configuration ?

4. Pourquoi la face du prisme MAIS1 DANS1 faire du mat ?

Dégradation, Indice

Encyclopédie psychologique

Une façon d'évaluer le degré de dégradation mentale ! fonctions mesurées par le test de Wechsler-Bellevue. L'indice est basé sur l'observation que le niveau de développement de certaines capacités, tel que mesuré par le test, diminue avec l'âge, tandis que d'autres ne le font pas.

Indice

Encyclopédie psychologique

- index, registre des noms, titres, etc. En psychologie - un indicateur numérique pour l'évaluation quantitative, la caractérisation des phénomènes.

De quoi dépend l'indice de réfraction d'une substance ?

Indice

Encyclopédie psychologique

1. Sens le plus général : tout ce qui est utilisé pour marquer, identifier ou diriger ; indication, inscriptions, signes ou symboles. 2. Une formule ou un nombre, souvent exprimé sous la forme d'un coefficient montrant une relation entre des valeurs ou des mesures ou entre ...

Sociabilité, Index

Encyclopédie psychologique

Une caractéristique qui exprime la sociabilité d'une personne. Le sociogramme, par exemple, fournit, entre autres dimensions, une évaluation de la sociabilité des différents membres du groupe.

Sélection, Index

Encyclopédie psychologique

Une formule pour évaluer la puissance d'un test ou d'un élément de test particulier pour distinguer les individus les uns des autres.

Fiabilité, Indice

Encyclopédie psychologique

Statistiques qui fournissent une estimation de la corrélation entre les valeurs réelles obtenues à partir du test et les valeurs théoriquement correctes.

Cet indice est donné sous forme de valeur r, où r est le facteur de sécurité calculé.

Indice d'efficacité des prévisions

Encyclopédie psychologique

Une mesure du degré auquel la connaissance d'une variable peut être utilisée pour faire des prédictions sur une autre variable, à condition que la corrélation de ces variables soit connue. Habituellement sous forme symbolique, cela est exprimé par E, l'indice est représenté par 1 - ((...

Mots, Index

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Terme général désignant toute fréquence systématique d'occurrence de mots dans la langue écrite et/ou parlée.

Souvent, ces index sont limités à des domaines linguistiques spécifiques, par exemple, les manuels scolaires de première année, les interactions parent-enfant. Cependant, les estimations sont connues...

Structures corporelles, index

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Mesure du corps proposée par Eysenck basée sur le rapport taille/tour de poitrine.

Ceux dont les indicateurs étaient dans la plage "normale" étaient appelés mésomorphes, dans l'écart type ou au-dessus de la moyenne - leptomorphes et dans l'écart type ou ...

À LA CONFÉRENCE N° 24

"MÉTHODES INSTRUMENTALES D'ANALYSE"

RÉFRACTOMÉTRIE.

Littérature:

1. V.D. Ponomarev "Chimie analytique" 1983 246-251

2. AA Ishchenko "Chimie analytique" 2004 pp. 181-184

RÉFRACTOMÉTRIE.

La réfractométrie est l'une des méthodes physiques d'analyse les plus simples avec la consommation d'une quantité minimale d'analyte et est réalisée dans un temps très court.

Réfractométrie- une méthode basée sur le phénomène de réfraction ou de réfraction, c'est-à-dire

un changement de direction de propagation de la lumière lors du passage d'un milieu à un autre.

La réfraction, comme l'absorption de la lumière, est une conséquence de son interaction avec l'environnement.

Le mot réfractométrie signifie dimension réfraction de la lumière, qui est estimée par l'amplitude de l'indice de réfraction.

Indice de réfraction m dépend

1) sur la composition des substances et des systèmes,

2) du fait dans quelle concentration et quelles molécules le faisceau lumineux rencontre sur son chemin, car

sous l'influence de la lumière, les molécules de différentes substances se polarisent de différentes manières. C'est sur cette dépendance que repose la méthode réfractométrique.

Cette méthode présente un certain nombre d'avantages, ce qui lui a permis de trouver une large application à la fois dans la recherche chimique et dans le contrôle des processus technologiques.

1) La mesure des indices de réfraction est un processus très simple qui est effectué avec précision et avec un investissement minimum de temps et de quantité de matière.

2) En règle générale, les réfractomètres fournissent une précision allant jusqu'à 10 % pour déterminer l'indice de réfraction de la lumière et le contenu de l'analyte

La méthode de réfractométrie est utilisée pour contrôler l'authenticité et la pureté, pour identifier des substances individuelles, pour déterminer la structure des composés organiques et inorganiques lors de l'étude des solutions.

La réfractométrie est utilisée pour déterminer la composition des solutions à deux composants et pour les systèmes ternaires.

Base physique de la méthode

INDICATEUR DE RÉFRACTION.

La déviation d'un faisceau lumineux par rapport à sa direction d'origine lorsqu'il passe d'un milieu à un autre est d'autant plus grande que la différence de vitesse de propagation de la lumière dans deux

ces environnements.

Considérons la réfraction d'un faisceau lumineux à la frontière de deux milieux transparents I et II (voir.

Riz.). Convenons que le milieu II a un pouvoir réfractif plus élevé et, par conséquent, n1 et n2- montre la réfraction des médias respectifs. Si le milieu I n'est ni le vide ni l'air, alors le rapport du sin de l'angle d'incidence du faisceau lumineux sur le sin de l'angle de réfraction donnera la valeur de l'indice de réfraction relatif n rel. La valeur de n rel.

Quel est l'indice de réfraction du verre ? Et quand faut-il le savoir ?

peut également être défini comme le rapport des indices de réfraction des milieux considérés.

nrel. = —— = -

L'indice de réfraction dépend de

1) nature des substances

La nature d'une substance dans ce cas est déterminée par le degré de déformabilité de ses molécules sous l'influence de la lumière - le degré de polarisabilité.

Plus la polarisabilité est intense, plus la réfraction de la lumière est forte.

2)longueur d'onde de la lumière incidente

L'indice de réfraction est mesuré à une longueur d'onde lumineuse de 589,3 nm (raie D du spectre du sodium).

La dépendance de l'indice de réfraction sur la longueur d'onde de la lumière est appelée dispersion.

Plus la longueur d'onde est courte, plus la réfraction est grande.... Par conséquent, les rayons de différentes longueurs d'onde sont réfractés de différentes manières.

3)Température auquel la mesure est effectuée. Une condition préalable à la détermination de l'indice de réfraction est le respect du régime de température. Habituellement, la détermination est effectuée à 20 ± 0,30C.

Avec l'augmentation de la température, la valeur de l'indice de réfraction diminue, avec la diminution, elle augmente..

La correction de température est calculée à l'aide de la formule suivante :

nt = n20 + (20-t) 0,0002, où

NT - tandis que indice de réfraction à une température donnée,

indice de réfraction n20 à 200C

L'effet de la température sur les valeurs des indices de réfraction des gaz et des liquides est associé aux valeurs de leurs coefficients de dilatation volumétrique.

Le volume de tous les gaz et liquides augmente lorsqu'il est chauffé, la densité diminue et, par conséquent, l'indicateur diminue

L'indice de réfraction, mesuré à 20°C et une longueur d'onde lumineuse de 589,3 nm, est indiqué par l'indice nD20

La dépendance de l'indice de réfraction d'un système homogène à deux composants sur son état est établie expérimentalement en déterminant l'indice de réfraction pour un certain nombre de systèmes standard (par exemple, des solutions), dont la teneur en composants est connue.

4) la concentration de la substance dans la solution.

Pour de nombreuses solutions aqueuses de substances, les indices de réfraction à différentes concentrations et températures sont mesurés de manière fiable, et dans ces cas, vous pouvez utiliser la référence tables réfractométriques.

La pratique montre qu'avec une teneur en soluté ne dépassant pas 10-20%, avec la méthode graphique, dans de très nombreux cas, vous pouvez utiliser équation linéaire du type :

n = n® + FC,

n- indice de réfraction de la solution,

non est l'indice de réfraction d'un solvant pur,

C- concentration de soluté,%

F est un coefficient empirique dont on trouve la valeur

en déterminant les indices de réfraction de solutions de concentration connue.

RÉFRACTOMÈTRES.

Les réfractomètres sont des appareils utilisés pour mesurer l'amplitude de l'indice de réfraction.

Il existe 2 types de ces appareils : le réfractomètre de type Abbe et le type Pulfrich. Tant dans ces mesures que dans d'autres sont basées sur la détermination de l'amplitude de l'angle de réfraction limite. En pratique, des réfractomètres de différents systèmes sont utilisés : laboratoire-RL, RLU universel, etc.

L'indice de réfraction de l'eau distillée est n0 = 1,33299, mais en pratique cet indice est pris comme référence comme n0 =1,333.

Le principe de fonctionnement des réfractomètres repose sur la détermination de l'indice de réfraction par la méthode de l'angle limite (l'angle de réflexion totale de la lumière).

Réfractomètre à main

Réfractomètre Abbé

Les réfractions sont appelées un nombre abstrait qui caractérise le pouvoir de réfraction de tout milieu transparent. Il est d'usage de le désigner par n. Distinguer entre l'indice de réfraction absolu et le coefficient relatif.

Le premier est calculé à l'aide de l'une des deux formules suivantes :

n = sin α / sin β = const (où sin α est le sinus de l'angle d'incidence, et sin β est le sinus d'un rayon lumineux entrant dans le milieu considéré depuis le vide)

n = c / υ λ (où c est la vitesse de la lumière dans le vide, υ λ est la vitesse de la lumière dans le milieu étudié).

Ici, le calcul montre combien de fois la lumière change la vitesse de sa propagation au moment du passage d'un vide à un milieu transparent. De cette manière, l'indice de réfraction (absolu) est déterminé. Pour connaître le parent, utilisez la formule :

C'est-à-dire que dans ce cas, les indices de réfraction absolus de substances de densités différentes sont pris en compte, par exemple l'air et le verre.

D'une manière générale, les coefficients absolus de tout corps, qu'il soit gazeux, liquide ou solide, sont toujours supérieurs à 1. Fondamentalement, leurs valeurs vont de 1 à 2. Au-dessus de 2, cette valeur ne peut être que dans des cas exceptionnels. La valeur de ce paramètre pour certains environnements :

Cette valeur appliquée à la substance naturelle la plus dure de la planète, le diamant, est de 2,42. Très souvent, lors de recherches scientifiques, etc., il est nécessaire de connaître l'indice de réfraction de l'eau. Ce paramètre est 1,334.

Puisque la longueur d'onde est un indicateur, bien sûr, elle n'est pas constante, un indice est attribué à la lettre n. Sa valeur permet de comprendre à quelle onde du spectre appartient ce coefficient. Lorsque l'on considère la même substance, mais avec une augmentation de la longueur d'onde de la lumière, l'indice de réfraction diminuera. Cette circonstance est causée par la décomposition de la lumière en un spectre lors du passage à travers une lentille, un prisme, etc.

Par l'amplitude de l'indice de réfraction, vous pouvez déterminer, par exemple, la quantité d'une substance dissoute dans une autre. Ceci est utile, par exemple, dans le brassage ou lorsque vous devez connaître la concentration de sucre, de fruits ou de baies dans le jus. Cet indicateur est important pour déterminer la qualité des produits pétroliers, et en bijouterie, lorsqu'il est nécessaire de prouver l'authenticité de la pierre, etc.

Sans l'utilisation d'aucune substance, l'échelle visible dans l'oculaire de l'instrument sera complètement bleue. Si vous déposez de l'eau distillée ordinaire sur le prisme, avec le calibrage correct de l'instrument, la frontière des couleurs bleu et blanc passera strictement au repère zéro. Lors de l'examen d'une autre substance, elle se déplacera le long de l'échelle selon laquelle l'indice de réfraction la caractérise.

Indice de réfraction

Indice de réfraction substance - une valeur égale au rapport des vitesses de phase de la lumière (ondes électromagnétiques) dans le vide et dans un environnement donné. En outre, l'indice de réfraction est parfois mentionné pour d'autres ondes, par exemple les ondes sonores, bien que dans de tels cas, la définition doive bien sûr être modifiée d'une manière ou d'une autre.

L'indice de réfraction dépend des propriétés de la substance et de la longueur d'onde du rayonnement ; pour certaines substances, l'indice de réfraction change assez fortement lorsque la fréquence des ondes électromagnétiques passe des basses fréquences à l'optique et au-delà, et peut également changer encore plus fortement dans certaines régions de l'échelle de fréquence. La valeur par défaut fait généralement référence à la plage optique ou à la plage spécifiée par le contexte.

Liens

• Base de données d'indice de réfraction RefractiveIndex.INFO

Fondation Wikimédia. 2010.

Voyez ce qu'est "indicateur de réfraction" dans d'autres dictionnaires :

Deux milieux relatifs n21, rapport sans dimension des vitesses de propagation du rayonnement optique (lumière a) dans le premier (c1) et le deuxième (c2) milieux : n21 = c1/c2. En même temps, ça l'est. L'item est le rapport des sinus en tête j et en tête ... ... Encyclopédie physique

Voir Indice de réfraction...

Voir Indice de réfraction. * * * INDICATEUR DE RÉFRACTION INDICATEUR, voir Indice de réfraction (voir INDICATEUR DE RÉFRACTION) ... Dictionnaire encyclopédique- INDICATEUR DE RÉFRACTION, valeur qui caractérise le milieu et qui est égale au rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à la vitesse de la lumière dans le milieu (indice de réfraction absolu). L'indice de réfraction n dépend du diélectrique e et de la perméabilité magnétique m ... ... Dictionnaire encyclopédique illustré

- (voir INDICATEUR DE RÉFRACTION). Dictionnaire encyclopédique physique. M. : Encyclopédie soviétique. Rédacteur en chef A.M. Prokhorov. 1983 ... Encyclopédie physique

Voir Indicateur de réfraction... Grande Encyclopédie Soviétique

Le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à la vitesse de la lumière dans un milieu (indice de réfraction absolu). L'indice de réfraction relatif de 2 médias est le rapport de la vitesse de la lumière dans un milieu à partir duquel la lumière tombe sur l'interface à la vitesse de la lumière dans le second ... ... Grand dictionnaire encyclopédique

Les lois de la physique jouent un rôle très important dans la réalisation de calculs pour la planification d'une certaine stratégie de production de tout produit ou dans l'élaboration d'un projet de construction de structures à des fins diverses. De nombreuses valeurs sont calculées, de sorte que les mesures et les calculs sont effectués avant de commencer les travaux de planification. Par exemple, l'indice de réfraction du verre est égal au rapport du sinus de l'angle d'incidence sur le sinus de l'angle de réfraction.

Ainsi, tout d'abord, le processus de mesure des angles est en cours, puis leur sinus est calculé et ce n'est qu'alors que vous pouvez obtenir la valeur souhaitée. Malgré la présence de données tabulaires, il vaut la peine d'effectuer des calculs supplémentaires à chaque fois, car les ouvrages de référence utilisent souvent des conditions idéales presque impossibles à atteindre dans la vie réelle. Par conséquent, dans la pratique, l'indicateur sera nécessairement différent de l'indicateur tabulaire, et dans certaines situations, cela revêt une importance fondamentale.

Indicateur absolu

L'indice de réfraction absolu dépend de la marque de verre, car dans la pratique, il existe un grand nombre d'options qui diffèrent par leur composition et leur degré de transparence. En moyenne, il est de 1,5 et fluctue autour de cette valeur de 0,2 dans un sens ou dans l'autre. Dans de rares cas, il peut y avoir des écarts par rapport à ce chiffre.

Encore une fois, si un indicateur précis est important, des mesures supplémentaires ne peuvent pas être supprimées. Mais ils ne donnent pas non plus un résultat fiable à 100 %, car la valeur finale sera influencée par la position du soleil dans le ciel et la nébulosité le jour des mesures. Heureusement, dans 99,99% des cas, il suffit simplement de savoir que l'indice de réfraction d'un matériau comme le verre est supérieur à un et inférieur à deux, et que tous les autres dixièmes et centièmes n'ont pas d'importance.

Sur les forums qui aident à résoudre des problèmes de physique, la question clignote souvent, quel est l'indice de réfraction du verre et du diamant ? Beaucoup de gens pensent que, puisque ces deux substances sont d'apparence similaire, leurs propriétés devraient être approximativement les mêmes. Mais c'est une illusion.

La réfraction maximale pour le verre sera d'environ 1,7, tandis que pour le diamant ce chiffre atteint 2,42. Cette pierre précieuse est l'un des rares matériaux sur Terre dont le niveau de réfraction dépasse la barre 2. Cela est dû à sa structure cristalline et à son niveau élevé de propagation des rayons lumineux. La coupe joue un rôle minime dans les modifications de la valeur de la table.

Indicateur relatif

L'indicateur relatif pour certains environnements peut être caractérisé comme suit :

• - l'indice de réfraction du verre par rapport à l'eau est d'environ 1,18 ;
• - l'indice de réfraction d'un même matériau par rapport à l'air est égal à 1,5 ;
• - indice de réfraction par rapport à l'alcool - 1.1.

La mesure de l'indicateur et le calcul de la valeur relative sont effectués selon un algorithme bien connu. Pour trouver un paramètre relatif, vous devez diviser une valeur de table par une autre. Ou faites des calculs expérimentaux pour deux environnements, puis divisez les données obtenues. De telles opérations sont souvent effectuées dans les cours de laboratoire de physique.

Détermination de l'indice de réfraction

Il est assez difficile de déterminer l'indice de réfraction du verre dans la pratique, car des instruments de haute précision sont nécessaires pour mesurer les données initiales. Toute erreur augmentera, car le calcul utilise des formules complexes qui ne nécessitent aucune erreur.

En général, ce coefficient montre combien de fois la vitesse de propagation des rayons lumineux ralentit lors du passage à travers un certain obstacle. Par conséquent, il n'est typique que pour les matériaux transparents. L'indice de réfraction des gaz est pris comme valeur de référence, c'est-à-dire pour une unité. Cela a été fait afin de pouvoir s'appuyer sur une certaine valeur dans les calculs.

Si un rayon de soleil tombe sur une surface en verre avec un indice de réfraction égal à la valeur du tableau, il peut être modifié de plusieurs manières :

• 1. Collez sur le film, qui a un indice de réfraction supérieur à celui du verre. Ce principe est utilisé dans la teinte des vitres des voitures pour améliorer le confort des passagers et permettre au conducteur de voir plus clairement le trafic. Le film contiendra également un rayonnement ultraviolet.
• 2. Peignez le verre avec de la peinture. C'est ce que font les fabricants de lunettes de soleil bon marché, mais gardez à l'esprit que cela peut être nocif pour votre vue. Dans les bons modèles, le verre est immédiatement produit en couleur à l'aide d'une technologie spéciale.
• 3. Plongez le verre dans n'importe quel liquide. Ceci n'est utile que pour l'expérimentation.

Si un faisceau de lumière passe du verre, l'indice de réfraction sur le matériau suivant est calculé à l'aide du coefficient relatif, qui peut être obtenu en comparant les valeurs du tableau. Ces calculs sont très importants dans la conception de systèmes optiques qui comportent des défis pratiques ou expérimentaux. Les erreurs sont inacceptables ici, car elles entraîneront un dysfonctionnement de l'ensemble de l'appareil, puis toutes les données obtenues avec son aide seront inutiles.

Pour déterminer la vitesse de la lumière dans le verre avec un indice de réfraction, vous devez diviser la valeur absolue de la vitesse dans le vide par l'indice de réfraction. Le vide est utilisé comme milieu de référence, car la réfraction n'y agit pas en raison de l'absence de substances qui pourraient interférer avec le libre mouvement des rayons lumineux le long d'une trajectoire donnée.

Dans tout indice calculé, la vitesse sera inférieure à celle du milieu de référence, puisque l'indice de réfraction est toujours supérieur à l'unité.