Контрольные вопросы
Какое излучение называется монохроматическим, сложным?
Что такое рефракция и почему она происходит?
Каков смысл абсолютного и относительного показателя преломления?
что называется углом падения и углом преломления?
Сформулируйте закон преломления
Что называется предельным углом преломления?
В чем заключается явление полного внутреннего отражения?
В чем заключается принцип работы гибкого световода?
Расскажите о применении волоконной оптики.
Что называется предельным углом полного отражения?
Почему наблюдаемая в рефрактор граница света и тени оказывается окрашенной?
Что называется дисперсией света?
Что такое отражательная призма и в чем принцип ее работы?
Расскажите о применении рефрактометра в медико-биологических исследованиях.
Как зависит коэффициент преломления раствора от его концентрации? Что такое концентрация раствора?
Методические указания для выполнения лабораторной работы
ОПИСАНИЕ ПРИБОРА
Основной частью рефрактометра являются две прямоугольные призмы 1 (осветительная) и 2 (измерительная), сделанные из одного и того же сорта стекла (рис.3). Призмы соприкасаются гипотенузными гранями, между которыми имеется зазор около 0,1 мм. Между призмами помещают каплю жидкости, показатель преломления которой требуется определить.
Луч света от источника 3 (дневной свет или электролампа) направляется на боковую грань верхней (осветительной) призмы и, преломившись, попадает на гипотенузную грань АВ. Поверхность АВ матовая, поэтому свет рассеивается и, пройдя через исследуемую жидкость, попадает на грань CD нижней призмы под различными углами от 0 до 90°. Если показатель преломления жидкости меньше показателя преломления стекла, то лучи света входят в призму 2 в пределах от 0 до пр.. Пространство внутри этого угла будет освещенным, а вне его - тёмным. Таким образом, поле зрения, видимое в зрительную трубу, разделено на две части: тёмную и светлую. Положение границы раздела света и тени определяется предельным углом преломления, зависящим от показателя преломления исследуемой жидкости.
Рис.3 Ход лучей в осветительной и измерительной призмах рефрактометра
В рефрактометре на осветительную призму 3 от источника белого света через линзу 2 направляют световой луч, который рассеивается матовой поверхностью осветительной призмы, проходит тонкий слой исследуемого вещества и преломляется на гипотенузной плоскости измерительной призмы 4 (рис.4)
Вследствие дисперсии при прохождении светом призм 3 и 4 граница света и тени оказывается окрашенной, поэтому после выхода из измерительной призмы на пути света устанавливают дисперсионный компенсатор 5, склеенный из трех призм, обладающих различным показателем преломления.
Рис.4. Схема оптической системы рефрактометра
Призмы подобраны так, чтобы монохроматический луч с длиной волны =589,3 мкм не испытывал отклонения после прохождения компенсатора. Лучи с другими длинами волн отклоняются призмами в различных направлениях. Вращая компенсатор вокруг его оптической оси, добиваются того, чтобы граница света и тени стала возможно более резкой.
Лучи света, пройдя компенсатор, попадают в объектив 6 и поворотную призму 7. Далее изображение границы раздела света и тени рассматривается в окуляр зрительной трубы 10. При наблюдении в окуляр одновременно видна шкала 9. Так как предельный угол преломления зависит от показателя преломления жидкости, то на 6 шкале рефрактометра сразу нанесены значения этого показателя преломления.
В данной работе в основном используются новые рефрактометры типа "Карат-МТ", позволяющие измерить показатель преломления жидких и твердых тел. Однако, возможно использование и рефрактометров старых образцов. В этом случае в рефрактометре кроме шкалы показателя преломления (правая шкала) имеется вторая шкала - шкала процентного содержания сахара в растворе (левая шкала), расположенная против соответствующих показателей преломления. Для измерения содержания других веществ в растворе (не сахара) требуется предварительная градуировка рефрактометра, то есть получение графика зависимости показателя преломления от концентрации вещества.
Показатель преломления с помощью рефрактометра можно измерять и другим способом, не по предельному углу преломления, а по углу полного внутреннего отражения, то есть производить измерения не в проходящем, а в отраженном свете, пропуская первоначально свет через грань (см. рис.3).
ПОРЯДОК РАБОТЫ С РЕФРАКТОМЕТРОМ "КАРАТ-МТ" И ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ
Откинуть верхнюю призму рефрактометра. Плоскости верхней и нижней призм промыть дистиллированной водой и насухо протереть.
Стеклянной палочкой или пипеткой, не касаясь призмы, нанести 2-3 капли жидкости на плоскость измерительной призмы и закрыть верхней призмой.
Поворотом окон осветительной и измерительной призм к свету (окну) добиться наилучшей освещенности шкалы и штриха.
Вращением окуляра добиться резкости изображения.
Вращением маховичка "И" ввести в поле зрения окуляра границу светотени.
Вращением маховичка "К" компенсатора добиться исчезновения окраски граничной линии.
Маховичком "И" навести границу светотени точно на линию штриха и снять отсчет показателя преломления. При отсчете целые, десятые сотые, тысячные доли отсчитывать по шкале, десятитысячные - на глаз.
Произвести измерение показателя преломления для жидкостей с известной концентрацией сахара, по полученным данным построить график зависимости показателя от концентрации сахара С. Используя график, определить концентрацию раствора неизвестной концентрации
Сделать вывод
Промыть дистиллированной водой поверхности призм и протереть насухо. Навести порядок на рабочем месте.