Температура дорівнює. Одиниці вимірювання температури

Світло за своєю природою поширюється на різних середовищахз різними швидкостями. Чим щільніше середовище, тим нижча швидкість поширення у ній світла. Була встановлена ​​відповідна міра, що стосується як щільності матеріалу, так і швидкості поширення світла в цьому матеріалі. Цей захід назвали показником заломлення. Для будь-якого матеріалу показник заломлення вимірюється щодо швидкості розповсюдження світла у вакуумі (вакуум часто називають вільним простором). Наступна формула визначає це ставлення.

Що показник заломлення матеріалу, то він щільніше. Коли промінь світла проникає з одного матеріалу до іншого (з іншим показником заломлення), кут заломлення відрізнятиметься від кута падіння. Промінь світла, що проникає в середу з меншим показником заломлення, виходитиме з кутом, більшим кутападіння. Промінь світла, що проникає в середу з великим показником заломлення, виходитиме з кутом, меншим за кут падіння. Це показано на рис. 3.5.

Рис. 3.5.а. Промінь, що проходить із середовища з високим N 1 у середу з низьким N 2

Рис. 3.5.б. Промінь, що проходить із середовища з низьким N 1 у середу з високим N 2

У даному випадкуθ 1 є кутом падіння, а θ 2 - кутом заломлення. Нижче перераховані деякі типові показники заломлення.

Цікаво відзначити, що для рентгенівських променівпоказник заломлення скла завжди менше, ніж для повітря, тому вони при проходженні з повітря в скло відхиляють убік від перпендикуляра, а не перпендикуляра, як світлові промені.

В курсі фізики 8 класу ви познайомилися з явищем спотворення світла. Тепер ви знаєте, що світло є електромагнітні хвиліпевного діапазону частот. Спираючись на знання про природу світла, ви зможете зрозуміти фізичну причину заломлення та пояснити багато інших пов'язаних з ним світлових явищ.

Рис. 141. Переходячи з одного середовища в інше, промінь заломлюється, тобто змінює напрямок поширення

Відповідно до закону заломлення світла (рис. 141):

• промені падаючий, заломлений і перпендикуляр, проведений до межі розділу двох середовищ у точці падіння променя, лежать в одній площині; відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є постійна величина для даних двох середовищ

де n 21 - відносний показник заломлення другого середовища щодо першої.

Якщо промінь переходить у якесь середовище з вакууму, то

де n - абсолютний показникзаломлення (або просто показник заломлення) другого середовища. І тут першою «середовищем» є вакуум, абсолютний показник якого прийнято за одиницю.

Закон заломлення світла був відкритий досвідченим шляхом голландським ученим Віллебордом Снелліусом в 1621 р. Закон був сформульований в трактаті з оптики, який знайшли в паперах вченого після його смерті.

Після відкриття Снелліуса декількома вченими була висунута гіпотеза про те, що заломлення світла обумовлено зміною його швидкості при переході через кордон двох середовищ. Справедливість цієї гіпотези була підтверджена теоретичними доказами, виконаними незалежно один від одного французьким математиком П'єром Ферма (1662) і голландським фізиком Християном Гюйгенсом (1690). Різними шляхамивони прийшли до того самого результату, довівши, що

• відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна для цих двох середовищ, рівна відношеннюшвидкостей світла у цих середовищах:

(3)

З рівняння (3) випливає, що якщо кут заломлення β менше кута падіння а, то світло даної частоти у другому середовищі поширюється повільніше, ніж у першій, тобто V 2

Взаємозв'язок величин, що входять до рівняння (3), послужила вагомою основою для появи ще одного формулювання визначення відносного показниказаломлення:

• відносним показником заломлення другого середовища щодо першої називається фізична величина, що дорівнює відношенню швидкостей світла в цих середовищах:

n 21 = v 1 / v 2 (4)

Нехай промінь світла переходить із вакууму в якесь середовище. Замінивши в рівнянні (4) v1 швидкість світла у вакуумі з, а v 2 швидкість світла в середовищі v, отримаємо рівняння (5), що є визначенням абсолютного показника заломлення:

• абсолютним показником заломлення середовища називається фізична величина, що дорівнює відношенню швидкості світла у вакуумі до швидкості світла в даному середовищі:

Відповідно до рівнянь (4) і (5), n 21 показує, скільки разів змінюється швидкість світла при його переході з одного середовища в інше, a n - при переході з вакууму в середу. У цьому полягає фізичний зміст показників заломлення.

Значення абсолютного показника заломлення будь-якої речовини більше одиниці (у цьому переконують дані, що містяться в таблицях фізичних довідників). Тоді, згідно з рівнянням (5), c/v > 1 і > v, тобто швидкість світла в будь-якій речовині менше швидкості світла у вакуумі.

Не наводячи строгих обгрунтувань (вони складні і громіздкі), відзначимо, що причиною зменшення швидкості світла при переході з вакууму в речовину є взаємодія світлової хвилі з атомами і молекулами речовини. Чим більша оптична щільність речовини, тим сильніша ця взаємодія, тим менша швидкість світла і тим більше показникзаломлення. Таким чином, швидкість світла в середовищі та абсолютний показник заломлення визначаються властивостями цього середовища.

за числовим значеннямпоказників заломлення речовин можна порівнювати їх оптичні густини. Наприклад, показники заломлення різних сортів скла лежать у межах від 1,470 до 2,040, а показник заломлення води дорівнює 1,333. Значить, скло - середовище оптично щільніше, ніж вода.

Звернемося до рисунка 142, за допомогою якого можна пояснити, чому на межі двох середовищ зі зміною швидкості змінюється напрямок поширення світлової хвилі.

Рис. 142. При переході світлових хвиль з повітря у воду швидкість світла зменшується, фронт хвилі, а разом з ним та її швидкість змінюють напрямок

На малюнку зображено світлова хвиля, що переходить з повітря у воду і падаюча на межу поділу цих середовищ під кутом а. У повітрі світло поширюється зі швидкістю v 1 , а воді - з меншою швидкістю v 2 .

Першою до кордону доходить точка хвилі. За проміжок часу Δt точка В, переміщаючись у повітрі з колишньою швидкістю v 1 досягне точки В". За той же час точка А, переміщаючись у воді з меншою швидкістю v 2 , пройде меншу відстань, досягнувши тільки точки А". При цьому так званий фронт хвилі А "В" у воді виявиться повернутим на деякий кут по відношенню до фронту хвилі АВ в повітрі. А вектор швидкості (який завжди перпендикулярний до фронту хвилі і збігається з напрямом її розповсюдження) повертається, наближаючись до прямої ГО", перпендикулярної до межі розділу середовищ. При цьому кут заломлення β виявляється меншим за кут падіння α. Так відбувається заломлення світла.

З малюнка видно також, що при переході в інше середовище і поворот хвильового фронту змінюється і довжина хвилі: при переході в оптично більш щільне середовище зменшується швидкість, довжина хвилі теж зменшується (λ 2< λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.

Запитання

1. Яка з двох речовин оптично більш щільна?
2. Як визначаються показники заломлення через швидкість світла серед?
3. Де світло поширюється із найбільшою швидкістю?
4. Яка фізична причиназменшення швидкості світла при його переході з вакууму в середу або з меншого середовища оптичною щільністюу середу з більшою?
5. Чим визначаються (тобто від чого залежать) абсолютний показник заломлення середовища та швидкість світла в ньому?
6. Розкажіть, що ілюструє рисунок 142.

Вправа

ДО ЛЕКЦІЇ №24

«ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ»

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

Література:

1. В.Д. Пономарьов Аналітична хімія» 1983 рік 246-251

2. А.А. Іщенко «Аналітична хімія» 2004 стор 181-184

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

Рефрактометрія є одним із найпростіших фізичних методіваналізу із витратою мінімальної кількостіаналізованої речовини проводиться за дуже короткий час.

Рефрактометрія- метод, заснований на явище заломлення чи рефракції, тобто. зміні напряму поширення світла при переході з одного середовища до іншого.

Заломлення, як і поглинання світла, є наслідком взаємодії його з середовищем. Слово рефрактометрія означає вимір заломлення світла, яке оцінюється за величиною показника заломлення.

Розмір показника заломлення nзалежить

1) від складу речовин та систем,

2) від того, у якій концентрації і які молекули зустрічає світловий промінь своєму шляху, т.к. під дією світла молекули різних речовинполяризуються по-різному. Саме на цій залежності й ґрунтується рефрактометричний метод.

Метод цей має цілу низку переваг, внаслідок чого він знайшов широке застосуванняяк у хімічних дослідженнях, і при контролі технологічних процесів.

1)Вимірювання показники заломлення є дуже простим процесом, який здійснюється точно і за мінімальних витрат часу та кількості речовини.

2) Зазвичай рефрактометри забезпечують точність до 10% при визначенні показника заломлення світла та вмісту аналізованої речовини

Метод рефрактометрії застосовують для контролю справжності та чистоти, для ідентифікації індивідуальних речовин, для визначення будови органічних і неорганічних сполукщодо розчинів. Рефрактометрія знаходить застосування визначення складу двокомпонентних розчинів і потрійних систем.

Фізичні основиметоду

ПОКАЗНИК ПЕРЕЛОМЛЕННЯ.

Відхилення світлового променявід початкового напрямку при переході його з одного середовища в інше тим більше, чим більша різниця у швидкостях поширення світла у двох

даних середовищах.

Розглянемо заломлення світлового променя на межі якихось двох прозорих середовищ I і II (Див. мал.). Умовимося, що середовище II має більшу заломлюючу здатність і, отже, n 1і n 2- Показує заломлення відповідних середовищ. Якщо середовище I - це вакуум і повітря, то відношення sinкута падіння світлового променя до sin кута заломлення дасть величину відносного показника заломлення n отн. Розмір n отн. може бути так само визначено як відношення показників заломлення середовищ, що розглядаються.

n отн. = ----- = ---

Розмір показника заломлення залежить від

1) природи речовин

Природу речовини у разі визначає ступінь деформируемости його молекул під впливом світла - ступінь поляризуемости. Чим інтенсивніша поляризуемість, тим сильніше заломлення світла.

2)довжини хвилі падаючого світла

Вимірювання показника заломлення проводиться за довжини хвилі світла 589,3 нм (лінія D спектру натрію).

Залежність показника заломлення від довжини світлової хвилі називається дисперсією. Чим менша довжина хвилі, тим значніше заломлення. Тому, промені різних довжинхвиль переломлюються по-різному.

3)температури , При якій проводиться вимір. Обов'язковою умовоювизначення показника заломлення є дотримання температурного режиму. Зазвичай, визначення виконується при 20±0,3 0 С.

У разі підвищення температури величина показника заломлення зменшується, при зниженні - збільшується.

Поправку на вплив температури розраховують за такою формулою:

n t =n 20 + (20-t) · 0,0002, де

n t –Бувай затель заломлення при даної температури,

n 20 -показник заломлення при 20 0 С

Вплив температури на значення показників заломлення газів та рідких тілпов'язані з величинами їх коефіцієнтів об'ємного розширення. Об'єм всіх газів і рідких тіл при нагріванні збільшується, щільність зменшується і, отже, зменшується показник

Показник заломлення, виміряний при 20 0 С та довжині хвилі світла 589,3 нм, позначається індексом n D 20

Залежність показника заломлення гомогенної двокомпонентної системи від її стану встановлюється експериментально шляхом визначення показника заломлення для ряду стандартних систем (наприклад, розчинів), вміст компонентів у яких відомий.

4) концентрації речовини у розчині.

Для багатьох водних розчинівпоказники заломлення при різних концентраціях і температурах надійно виміряні, і в цих випадках можна користуватися довідковими рефрактометричними таблицями. Практика показує, що при вмісті розчиненої речовини, що не перевищує 10-20%, поряд з графічним методому багатьох випадках можна користуватися лінійним рівняннямтипу:

n=n про +FC,

n-показник заломлення розчину,

nо- показник заломлення чистого розчинника,

C- Концентрація розчиненої речовини, %

F-емпіричний коефіцієнт, величина якого знайдена

шляхом визначення коефіцієнтів заломлення розчинів відомої концентрації.

РЕФРАКТОМЕТРИ.

Рефрактометрами називають прилади, що служать вимірювання величини показника заломлення. Існує 2 види цих приладів: рефрактометр типу Аббе та типу Пульфріха. І в тих і в ін. Виміри засновані на визначенні величини граничного кута заломлення. На практиці застосовуються рефрактометри різних систем: лабораторний-РЛ, універсальний РЛУ та ін.

Показник заломлення дистильованої води n 0 =1,33299, практично цей показник приймає як відлікового як n 0 =1,333.

Принцип роботи на рефрактометрах ґрунтується на визначенні показника заломлення методом граничного кута (кут повного відображеннясвітла).

Ручний рефрактометр

Рефрактометр Аббе