Экспериментальная часть. В данной работе с помощью рефрактометра измеряется показатель преломления nn и рассчитывается плотность исследуемого вещества r2

В данной работе с помощью рефрактометра измеряется показатель преломления n_n и рассчитывается плотность исследуемого вещества r₂. Измерения проводят в "белом" свете - дневном или электрическом. При попадании на границу раздела однородных сред I и II луч света преломляется. Если среда II оптически более плотная, то скорость распространения световых волн в ней меньше, чем в среде I. При переходе луча света из среды I (оптически менее плотной) в среду II (оптически более плотную) угол падения a больше угла преломления β.

Согласно закону преломления отношение синуса угла падения к синусу угла преломления называется относительнымпоказателем преломления второй среды относительно первой (n ₂₁):

n ₂₁ = sin a / sin β = n ₂ / n ₁ = v₁ / v₂, (1.1)

где n ₂, n ₁ - абсолютные показатели преломления сред; v₁, v₂ - скорости света в среде І и II соответственно.

Определение показателя преломления вещества сводится обычно к измерению предельного угла преломления на границе раздела двух сред (например, жидкость – стекло). Допустим, среда I – это жидкость, показатель преломления n ₁ которой нужно измерить, среда II – стекло призмы с показателем преломления n ₂ (рис. 2). Если среда II оптически более плотная, чем среда I, то n ₂ > n ₁, а угол преломления меньше угла падения. С увеличением угла падения увеличивается и угол преломления. Когда угол падения равен 90°, луч света скользит по поверхности раздела. Если угол падения несколько меньше 90°, то луч преломляется и попадает в зрительную трубу прибора. Этот луч называется предельным лучом, а угол преломления – предельным углом преломления. С некоторым приближением можно считать, что a = 90°, тогда sin a = 1. Следовательно, 1/sin β = n ₂ / n ₁.Тогда

n ₁ = n ₂ sin β. (1.2)

Таким образом, чтобы найти показатель преломления жидкости, нужно знать предельный угол преломления β (показатель преломления призмы n ₂ известен).

Рис. 2. Схема измерения предельного угла преломления

Из рисунка видно, что преломленные лучи не выходят за пределы предельного луча и пространство за ними лишено света, а сам предельный луч является границей света и темноты (или света и тени). Если на пути преломленных лучей установить перемещающуюся зрительную трубу, то в положении I все поле зрения трубы будет освещено, в положении 3 – полностью затемнено (рис. 3). В положении 2, когда предельный луч совпадает с оптической осью трубы, одна половина поля зрения будет затемнена, другая освещена. В этом случае угол между перпендикуляром к поверхности раздела сред и оптической осью трубы соответствует предельному углу преломления β, который можно измерить по положению трубы относительно нуля специальной шкалы. На определении предельного угла преломления основана работа рефрактометров.

Если луч направить из более преломляющей среды в менее преломляющую среду под предельным углом падения (рис. 3), то угол преломления этого луча составит 90°. Если луч света направить под углом большим β, например β₁, то преломления не произойдет и луч полностью отразится в среду II под углом β₂ = β₁. Это явление называется полным внутренним отражением. Показатель преломления вещества можно определить как в проходящем, так и в отраженном свете.

Рис. 3. Полное внутреннее отражение

При исследовании темных растворов лучше работать в отраженном свете во избежание значительного поглощения света в слое жидкости, вследствие чего контрастность световых полей и резкость границы света и тени понижаются. При работе в отраженном свете луч направляется в окно нижней камеры рефрактометра, при работе в проходящем свете - в окно верхней камеры. Светораспределение поля зрения в отраженном свете будет обратным по сравнению со светораспределением в проходящем свете (темная часть будет более светлой).

Внешний вид и устройство рефрактометра ИРФ-454 приведены на рис. 4.

Рис. 4. Рефрактометр ИРФ-454: 1, 3 – маховики; 2 – рефрактометрический блок;
4 – крючок; 5 – рукоятка; 6, 7 – зеркала