Известно что показатель преломления стекла

Тема: «Измерение показателя преломления стекла»

Цель работы: Изучить законы преломления света и определить показатель преломления стекла.

Оборудование: стеклянная пластинка, лист миллиметровой бумаги(бумага в клетку), тонко отточенный карандаш, миллиметровая линейка электрическая лампа на подставке, экран с щелью, источник тока, соединительные провода,ключ .

Известно, что скорость света в веществе всегда меньше скорости света в вакууме . Отношение скорости света в вакууме c к ее скорости в данной среде v называется абсолютным показателем преломления:

Cловосочетание «абсолютный показатель преломления среды» часто заменяют «показатель преломления среды».

Законы преломления:

1. Лучи, падающий и преломленный, лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точке падения луча к плоскости границы раздела двух сред.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред

1. Н ачертите линию на листе миллиметровой бумаги и положите пластинку так, чтобы одна из её параллельных граней совпадала с ней. Карандашом отметьте другую параллельную грань пластинки.

2. Н аправьте луч так, чтобы он падал на грань пластинки под углом. Убедитесь в том, что луч испытывает двукратное преломление.

3. Н е сдвигая пластинку, отметьте точки 1 и 2 на пути падающего луча и точки 3 и 4 на пути преломлённого луча.

4. Снимите пластинку и начинайте чертить.

5. Проведите падающий луч через точки 1 и 2 до границы пластинки.Точку пересечения луча с пластинкой обозначьте буквой В.

6. П роведите прямую через точки 3 и 4 до границы со второй гранью.Точку пересечения преломлённого луча с гранью обозначьте буквой F.

7. Из точки В проведите окружность радиусом ВА .

8. Н ачертите линию, перпендикулярную граням и проходящую через точку В .

9. П роведите прямую линию через точки В F .

Чтобы найти показатель преломления стекла относительно воды ,нужно.

Чтобы определить показатель преломления стекла относительно воды, нужно показатель преломления стекла разделить на показатель преломления воды (n отн) = n( стекла) /n(воды) . Стекло бывает разных сортов. Для примера возьмем конкретный сорт стекла — легкий крон. Его показатель преломления равен 1,57, у воды — 1,33. Поэтому n (отн. ) = 1,57/1,33 = 1,18.

Источник: световые явления
Остальные ответы

Показатель преломления — это собственная характеристика материала, определяемая его внутренней электронной структурой. Он не может быть «относительно другого материала».

Также показатель преломления говорит нам, во сколько раз скорость света в материале меньше скорости света в вакууме. Тут уже можно сравнивать. Поделив n стекла на n воды мы узнаем, во сколько раз скорость света в стекле меньше скорости света в воде.

Ход оптических лучей при переходе из одной среды в другую описывается законом Снеллиуса. Он устанавливает числовое соотношение между углами падения и преломления луча на границе двух сред. Если θ1 и θ2 — углы, соответственно, падения и преломления относительно нормали при переходе луча из одной среды в другую, а n1 и n2 — коэффициенты преломления этих сред, то имеет место соотношение:

n1 sin θ1 = n2 sin θ2

Смысл этого закона в том, что если известны коэффициенты преломления света в двух граничащих средах и угол падения луча, можно рассчитать, насколько отклонится луч после пересечения границы между средами.

Refractive Index: All You Need to Know

Пожалуйста, расскажите о вашей задаче. Запросить цены или информацию Позвонить специалисту Запросить информацию Запросить онлайн-демо /content/ru/ru/home/applications/Application_Browse_Laboratory_Analytics/Refractive_index/definition_and_measurement.fb.1.c.11.html Запросить цены

Что такое показатель преломления?

Показатель преломления вещества — это отношение скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде. Показатель преломления — безразмерная величина, которая зависит от температуры и длины волны света. Показатель преломления характеризует скорость распространения света в среде и рассчитывается по формуле:

n = c / v,

n — показатель преломления;
c — скорость света в вакууме (или воздухе);
v — скорость света в среде (например, воде, оливковом масле и т. п.).

На этой странице приведена необходимая информация о методах измерения показателя преломления.

Узнайте больше о показателе преломления, его применении, способах измерения, а также о законе преломления света и многом другом.

Перейдите в один из следующих разделов, чтобы узнать больше о показателе преломления:

• Преломление света: практический пример
• Закон преломления света (закон Снеллиуса)
  
• Полное внутреннее отражение и критический угол
• Закон преломления света и устройство рефрактометра
• Измерение показателя преломления: что измеряет рефрактометр?
• Факторы, влияющие на величину показателя преломления
• Показатель преломления: применение на практике
• Абсолютный и относительный показатель преломления
• Рекомендации по измерению показателя преломления
• Совершенствуйте методику измерения показателя преломления
• Приблизительные значения показателя преломления стандартных и эталонных веществ
• Часто задаваемые вопросы

Преломление света: практический пример

Прежде чем углубиться в теоретическое обоснование показателя преломления, рассмотрим наглядный пример распространения света в различных средах.

На иллюстрации изображены три стакана с опущенными в них стеклянными палочками. Стаканы заполнены разными жидкостями:

Жидкость в стакане
1 Вода.
2 Вода и кедровое масло.
3 Кедровое масло.

Что мы видим в этих стаканах?

Показатель преломления воды (n = 1,333) ниже, чем стекла (n = 1,517). По этой причине стеклянную палочку видно в стакане 1 и отчасти — в стакане 2.

Зато у стеклянной палочки (n = 1,517) и кедрового масла (n = 1,516) показатели преломления почти одинаковые, поэтому кажется, что палочка при погружении в кедровое масло исчезает (частично в стакане 2 и полностью в стакане 3).

Закон преломления света (закон Снеллиуса)

Закон преломления света, известный также как закон Снеллиуса, описывает взаимосвязь углов падения и преломления с показателями преломления граничащих сред. Как показано на иллюстрации, согласно этому закону отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β (и показателей преломления n₁ и n₂) — это величина, постоянная для двух данных сред:

На иллюстрации показано, как отклоняется световой луч (1, синяя стрелка), проходящий под определенным углом из оптически менее плотной (n₁) в оптически более плотную среду (n₂), например из воздуха в воду.

Но когда луч проходит из одной среды в другую перпендикулярно границе раздела, никакого преломления не происходит (зеленая стрелка).

Согласно закону преломления света, отношение показателей преломления граничащих сред пропорционально отношению угла падения и угла преломления светового луча. То есть:

Полное внутреннее отражение и критический угол

Полное внутреннее отражение возникает, когда весь свет, направленный из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, отражается обратно в оптически более плотную среду. Для понимания этого явления рассмотрим иллюстрацию слева.

Синяя стрелка: луч света преломляется, проходя из оптически более плотной среды (n₂) в оптически менее плотную (n₁).

Угол падения α увеличивается (зеленая стрелка): когда угол падения α возрастает (1), он может достигнуть критической величины, после которой свет не проходит в оптически менее плотную среду (n₁), а отражается вдоль раздела двух сред. Такой угол падения называют критическим углом полного внутреннего отражения. Заметим, что при этом угол отражения β = 90°.

Угол падения больше критической величины: если угол падения превышает критическую величину, свет полностью отражается обратно в оптически более плотную среду (n₂). Это явление называют полным внутренним отражением (2).

Показатель преломления n1 рассчитывается по величине критического угла α, когда
β = 90° —> sin β = 1.

Внимание! Луч в случае 1 (зеленая стрелка) падает под критическим углом, а полное внутренне отражение происходит в случае 2 (голубая стрелка).

Закон преломления света и устройство рефрактометра

На основе описанного выше закона преломления света созданы рефрактометры — приборы для измерения показателя преломления жидкостей и высоковязких веществ.

На иллюстрации схематически показано устройство измерительной ячейки цифрового рефрактометра, в котором использован закон преломления света. Процедура измерения связана с полным внутренним отражением и критической величиной угла падения света. Принцип действия:

Источник света (1) — светодиод (LED). Луч света от светодиода проходит через поляризационный фильтр (2), интерференционный фильтр (3) и фокусирующие линзы (4), а затем через сапфировую призму (5) на образец.

Когда угол падения превышает критическую величину, отраженный свет попадает через линзу (6) на оптический датчик с зарядовой связью (7), который фиксирует критический угол. Кроме того, современные цифровые рефрактометры автоматически контролируют температуру на поверхности раздела призма/образец для повышения точности измерения.

Измерение показателя преломления: что измеряет рефрактометр?

Цифровой рефрактометр предназначен для измерения показателя преломления и связанных с ним характеристик жидкостей по методу полного внутреннего отражения. Процедура измерения автоматизирована, благодаря чему точность результатов не зависит от оператора. Измерение выполняется в течение нескольких секунд с высокой точностью на небольших образцах (объемом от 0,5 до 1 мл).

Также для измерения показателя преломления используются ручные рефрактометры, например оптический настольный рефрактометр Аббе или обычный переносной рефрактометр. Подробнее об их достоинствах и недостатках.

Факторы, влияющие на величину показателя преломления

Влияние температуры на измерение показателя преломления

Как зависит величина показателя преломления от температуры?

Сначала узнаем, как влияет температура на жидкости. С ростом температуры увеличивается пространство, которое занимают атомы, связанные между собой в одной молекуле. При нагревании усиливаются колебания атомов, атомы отодвигаются друг от друга раздвигаются, что приводит к снижению оптической плотности среды.

Как сказано выше, показатель преломления связан со скоростью распространения света в среде. Когда температура растет, оптическая плотность среды снижается, а скорость света в ней увеличивается, что приводит к небольшому изменению угла преломления. Другими словами, чем выше температура, тем меньше показатель преломления, как показано на графике ниже на примере воды.

Из графика видно, что температура образца существенно влияет на измеряемую величину. Это означает, что температуру следует точно измерять и по возможности регулировать.

Приборы старой конструкции, например рефрактометры Аббе, приходится помещать в жидкостный термостат. В большинстве современных цифровых рефрактометров температура оптической системы регулируется с помощью элемента Пельтье. Такая конструкция обеспечивает быстрое и точное измерение показателя преломления.

Влияние длины волны на измерение показателя преломления

Вследствие различной дисперсии света (дисперсионного соотношения) в разных веществах показатели преломления также почти всегда различаются в зависимости от длины волны света, используемого для измерения. Дисперсионное соотношение можно рассчитать следующим образом.

Мы знаем, что скорость распространения света в среде равна:

где:
n — показатель преломления;
c — скорость света в вакууме (или воздухе);
v — скорость света в данной среде.

Длина волны в этой же среде:

где: λ₀ — длина световой волны в вакууме (или воздухе).

Следовательно, величина показателя преломления (n) обратно пропорциональна как длине волны, так и скорости распространения света в среде. Это означает, что при большей длине волны показатель преломления уменьшается. Такое соотношение можно представить в виде уравнения:

В то же время для контроля качества в промышленности необходимо иметь определенную точную длину волны, чтобы сравнивать значения показателя преломления различных образцов, измеренные в одинаковых условиях.

Чаще всего в рефрактометрах используется желтая линия спектра натрия с длиной волны 589,3 нм. Желтая линия натрия уже давно используется для измерения показателя преломления. Это широко доступный, надежный и стабильный стандарт оптического излучения.

n = показатель преломления.

t = температура (°C).

D = желтая линия натрия.

Значение показателя преломления, измеренное по желтой линии натрия, обозначается символом nD.

Показатель преломления: применение на практике

Любой материал, который взаимодействует со светом, можно характеризовать показателем преломления. Во многих отраслях промышленности измерение показателя преломления используется для проверки чистоты и концентрации жидких, высоковязких и твердых образцов. Показатель преломления жидких и высоковязких материалов измеряется с высокой точностью (погрешность от ± 0,00002).

Кроме того, показатель преломления можно сопоставлять с широким диапазоном концентраций. Эту зависимость используют для анализа многих материалов в разных отраслях, например:

• Производство пищевых продуктов и напитков: плотность (содержание сахара) по шкале Брикса для безалкогольных напитков или плотность виноградного сусла по шкале Эксле.
• Химическая промышленность: температура замерзания (°C или °F), концентрация кислоты/щелочи, содержание органических растворителей или неорганических солей в объемных или весовых процентах.
• Производство и клинические исследования лекарств: содержание перекиси или метилового спирта, концентрация различных веществ в моче.

В некоторых случаях измерение показателя преломления сочетают с измерением плотности, получая простой и эффективный метод контроля. Такой анализ можно полностью автоматизировать.

Требуется более подробная информация о показателях Брикса, Плато, Баллинга и Боме?

Наряду с плотностью по шкале Брикса, существуют другие сопоставимые единицы для измерения содержания сахарозы, например градусы Плато, Боме, Эксле и Баллинга. Узнайте больше об их различиях, применении, способах измерения и расчета.

Лабораторная работа № 63

Цель работы : ознакомление с техническими деталями устройства микроскопа; измерение показателя преломления стеклянных пластинок.

Приборы и принадлежности : измерительный микроскоп с микрометрическим винтом, микрометр, измеряемые стеклянные пластинки со штрихами на обеих поверхностях, осветитель.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Рис. 1

Известно, что при прохождении света через границу двух прозрачных веществ неодинаковой оптической плотности падающий луч света АО разделяется на два луча – отраженный луч ОВ и преломленный луч О D (рис. 1).

Направления этих лучей определяются следующими законами отражения и преломления света:

1. Луч АО, падающий на преломляющую поверхность, нормаль к поверхности в точке падения РОР, отраженный луч ОВ и преломленный луч О D лежат в одной плоскости.

2. Угол отражения РОВ численно равен углу падения АОР.

3. Синус угла падения i ₁ относится к синусу угла преломления i ₂ , как скорость света в первой среде υ₁ относится к скорости света во второй среде υ₂:

Последний закон говорит о том, что свет распространяется в различных средах с различной скоростью.

Для двух данных сред и для луча данной длины волны отношение скорости света в первой среде υ₁ к скорости света во второй среде υ₂ или отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, т.е.

Величина n ₂₁ называется относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой.

Если одна из сред, например, среда 1 – вакуум или воздух, то показатель преломления n среды 2 (см. рис. 1) по отношению к вакууму называется абсолютным показателем преломления данной среды.

Абсолютный показатель преломления среды 2 равен

где с – скорость света в вакууме; υ₂ – скорость света в данной среде 2.

Таким образом, абсолютный показатель преломления среды есть отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде:

Показатель преломления зависит от длины волны света и от свойств среды. Абсолютные показатели преломления больше единицы. Это означает, что скорость распространения света в данной среде всегда меньше, чем в вакууме.

Относительный показатель преломления двух сред n ₂₁ связан с абсолютными показателями преломления n ₁ и n ₂ следующим соотношением:

Для определения показателей преломления веществ существуют различные методы. Одним из них является метод определения показателя преломления стекла при помощи микроскопа.

2. ОПИСАНИЕ РАБОЧЕЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ

В основе метода лежит явление кажущегося уменьшения толщины стеклянной пластинки вследствие преломления световых лучей, проходящих через нее нормально к ее поверхности. Схема прохождения лучей дана на рис. 2.

В точку А, находящуюся на нижней поверхности стеклянной пластинки, падают два луча света 1 и 2. Луч 2 падает на пластинку нормально к ее поверхности и поэтому проходит сквозь пластинку и выходит в воздух в точке С, не испытывая преломления. Луч 1 преломляется и выходит из пластинки в точке О по направлению к точке D .

При выходе из пластинки луч О D образует угол преломления i ₂ , который больше, чем угол падения i ₁ . Если смотреть из точки D по направлению D О , то наблюдатель будет видеть точку пересечения лучей О D и АС не в точке А, а в точке Е, т.е. толщина пластинки будет казаться равной СЕ. Кажущаяся толщина пластинки СЕ = h меньше истинной ее толщины СА = H (см. рис. 2).

Для лучей, близких к нормально падающим лучам, углы падения и преломления малы. В этом случае синусы можно заменить тангенсами и по закону преломления света написать (рассматривая обратный ход лучей, т.е. от D к А):

Принимая во внимание, что

(см. рис. 2), получим

где H – истинная толщина стеклянной пластинки; h – кажущаяся толщина пластинки.

Следовательно, показатель преломления стекла можно найти из отношения истинной толщины стеклянной пластинки к ее кажущейся толщине. Истинная толщина пластинки измеряется микрометром, а кажущаяся – микроскопом с микрометрическим винтом.

На рис. 3 представлен внешний вид микроскопа МБИ-3.

Ход лучей в микроскопе изображен на рис. 4.

Рис. 3

Рассматриваемый предмет S ₁ помещается между фокусным и двойным фокусным расстоянием объектива ( F ₁ – фокус объектива; F ₂ – фокус окуляра ). Изображение S ₂ , даваемое объективом 1, рассматривается в окуляр 2, как в лупу. Окуляр располагается таким образом, чтобы мнимое увеличение изображения S ₃ предмета оказалось на расстоянии наилучшего зрения от глаза (0,25 м).

Рис. 4

Линейное увеличение объектива

Современные микроскопы (см. рис. 3) представляют собой сложные оптические приборы, объективы и окуляры которых состоят из нескольких линз.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

3.1. Микрометром измеряют истинную толщину стеклянной пластинки Н в том месте, где нанесены штрихи, и берут ее значение в миллиметрах.

3.2. Определяют кажущуюся толщину стеклянной пластинки h , для чего пластинку кладут на предметный столик 8 микроскопа под объектив 1 так, чтобы оба штриха пересекли оптическую ось прибора. Вращением барашка 6 опускают тубус 3 в крайнее нижнее положение (см. рис. 3).

3.3. Вращением винта 7 совмещают метку на корпусе микроскопа с 0 шкалы механизма 7 точной фокусировки.

3.4. Наблюдая в окуляр 2 и медленно вращая барашек 6 механизма грубой фокусировки, поднимают тубус до появления в поле окуляра резкого изображения риски на нижней поверхности пластинки.

3.5. Затем, вращая барашек 7 механизма точной фокусировки и считая при этом число оборотов микрометрического винта, получают резкое изображение риски на верхней поверхности пластинки. Количество оборотов микрометрического винта с учетом цены деления даст величину h , мм:

h = ( NZ + 0,002 m ),

где N – число полных оборотов барабана винта; Z – шаг винта, равный Z = 0,002 × 50 = 0,1 (мм); 50 – число делений в одном полном обороте барабана; 0,002 – цена одного деления барабана винта в мм; m – число делений в неполном обороте барабана.

3.6. По формуле (11) вычисляют показатель преломления стекла.

3.7. Измерение истинной и кажущейся толщины каждой пластинки производят не менее трех раз; определяют среднее и истинное значение показателя преломления стекла. Полученные результаты измерения заносят в таблицу (форма табл. 1).

Форма таблицы 1