1. tabula. Kristālu refrakcijas rādītāji.
refrakcijas indekss daži kristāli 18° C spektra redzamās daļas stariem, kuru viļņu garumi atbilst noteiktām spektra līnijām. Ir norādīti elementi, kuriem šīs līnijas pieder; Šo līniju aptuvenie viļņu garumi λ ir norādīti arī Angstrom vienībās
| λ (Å) | Kaļķu špakteles | Fluoršpats | Akmens sāls | Silvins | |
| parasts l. | ārkārtējs l. | ||||
| 6708 (Li, kr. l.) | 1,6537 | 1,4843 | 1,4323 | 1,5400 | 1,4866 |
| 6563 (N, kr. l.) | 1,6544 | 1,4846 | 1,4325 | 1,5407 | 1,4872 |
| 6438 (Cd, kr. l.) | 1,6550 | 1,4847 | 1,4327 | 1,5412 | 1,4877 |
| 5893 (Na, l.l.) | 1,6584 | 1,4864 | 1,4339 | 1,5443 | 1,4904 |
| 5461 (Hg, g.l.) | 1,6616 | 1,4879 | 1,4350 | 1,5475 | 1,4931 |
| 5086 (Cd, z. l.) | 1,6653 | 1,4895 | 1,4362 | 1,5509 | 1,4961 |
| 4861 (N, z. l.) | 1,6678 | 1,4907 | 1,4371 | 1,5534 | 1,4983 |
| 4800 (CD, lpp.) | 1,6686 | 1,4911 | 1,4379 | 1,5541 | 1,4990 |
| 4047 (Hg, f.l) | 1,6813 | 1,4969 | 1,4415 | 1,5665 | 1,5097 |
2. tabula. Optisko stiklu laušanas rādītāji.
Līnijas C, D un F, kuru viļņu garumi ir aptuveni vienādi: 0,6563 μ (μm), 0,5893 μ un 0,4861 μ.
| Optiskās brilles | Apzīmējums | n C | n D | n F |
| Borsilikāta kronis | 516/641 | 1,5139 | 1,5163 | 1,5220 |
| Cron | 518/589 | 1,5155 | 1,5181 | 1,5243 |
| Viegls krams | 548/459 | 1,5445 | 1,5480 | 1,5565 |
| Barīta kronis | 659/560 | 1,5658 | 1,5688 | 1,5759 |
| - || - | 572/576 | 1,5697 | 1,5726 | 1,5796 |
| Viegls krams | 575/413 | 1,5709 | 1,5749 | 1,5848 |
| Barīta gaišais krams | 579/539 | 1,5763 | 1,5795 | 1,5871 |
| Smagie kroņi | 589/612 | 1,5862 | 1,5891 | 1,5959 |
| - || - | 612/586 | 1,6095 | 1,6126 | 1,6200 |
| Krams | 512/369 | 1,6081 | 1,6129 | 1,6247 |
| - || - | 617/365 | 1,6120 | 1,6169 | 1,6290 |
| - || - | 619/363 | 1,6150 | 1,6199 | 1,6321 |
| - || - | 624/359 | 1,6192 | 1,6242 | 1,6366 |
| Smags barīta krams | 626/391 | 1,6213 | 1,6259 | 1,6379 |
| Smags krams | 647/339 | 1,6421 | 1,6475 | 1,6612 |
| - || - | 672/322 | 1,6666 | 1,6725 | 1,6874 |
| - || - | 755/275 | 1,7473 | 1,7550 | 1,7747 |
3. tabula. Kvarca laušanas koeficienti spektra redzamajā daļā
Atsauces tabulā ir norādītas vērtības refrakcijas indekss parastie stari ( n 0) un ārkārtas ( n e) spektra diapazonam no aptuveni 0,4 līdz 0,70 μ.
| λ (μ) | n 0 | n e | Kausēts kvarcs |
| 0,404656 | 1,557356 | 1,56671 | 1,46968 |
| 0,434047 | 1,553963 | 1,563405 | 1,46690 |
| 0,435834 | 1,553790 | 1,563225 | 1,46675 |
| 0,467815 | 1,551027 | 1,560368 | 1,46435 |
| 0,479991 | 1,550118 | 1,559428 | 1,46355 |
| 0,486133 | 1,549683 | 1,558979 | 1,46318 |
| 0,508582 | 1,548229 | 1,557475 | 1,46191 |
| 0,533852 | 1,546799 | 1,555996 | 1,46067 |
| 0,546072 | 1,546174 | 1,555350 | 1,46013 |
| 0,58929 | 1,544246 | 1,553355 | 1,45845 |
| 0,643874 | 1,542288 | 1,551332 | 1,45674 |
| 0,656278 | 1,541899 | 1,550929 | 1,45640 |
| 0,706520 | 1,540488 | 1,549472 | 1,45517 |
4. tabula. Šķidrumu refrakcijas rādītāji.
Tabulā parādītas refrakcijas indeksa vērtības n šķidrumi staram, kura viļņa garums ir aptuveni vienāds ar 0,5893 μ (dzeltenā nātrija līnija); šķidruma temperatūra, pie kuras tika veikti mērījumi n, ir norādīts.
| Šķidrums | t (°C) | n |
| Alilspirts | 20 | 1,41345 |
| Amilspirts (N.) | 13 | 1,414 |
| Anizols | 22 | 1,5150 |
| Anilīns | 20 | 1,5863 |
| Acetaldehīds | 20 | 1,3316 |
| Acetons | 19,4 | 1,35886 |
| Benzīns | 20 | 1,50112 |
| Bromoforms | 19 | 1,5980 |
| Butilspirts (n.) | 20 | 1,39931 |
| Glicerīns | 20 | 1,4730 |
| Diacetils | 18 | 1,39331 |
| Ksilols (meta-) | 20 | 1,49722 |
| Ksilols (orto-) | 20 | 1,50545 |
| Ksilols (para-) | 20 | 1,49582 |
| Metilēnhlorīds | 24 | 1,4237 |
| Metilspirts | 14,5 | 1,33118 |
| Skudrskābe | 20 | 1,37137 |
| Nitrobenzols | 20 | 1,55291 |
| Nitrotoluols (orto-) | 20,4 | 1,54739 |
| Paraldehīds | 20 | 1,40486 |
| Pentāns (parasts) | 20 | 1,3575 |
| Pentāns (izo-) | 20 | 1,3537 |
| Propilspirts (parasts) | 20 | 1,38543 |
| Oglekļa disulfīds | 18 | 1,62950 |
| Toluols | 20 | 1,49693 |
| Furfurols | 20 | 1,52608 |
| Hlorbenzols | 20 | 1,52479 |
| Hloroforms | 18 | 1,44643 |
| Hloropikrīns | 23 | 1,46075 |
| Oglekļa tetrahlorīds | 15 | 1,46305 |
| Etilbromīds | 20 | 1,42386 |
| Etiljodīds | 20 | 1,5168 |
| Etilacetāts | 18 | 1,37216 |
| Etilbenzols | 20 | 1.4959 |
| Etilēnbromīds | 20 | 1,53789 |
| Etanols | 18,2 | 1,36242 |
| Etilēteris | 20 | 1,3538 |
5. tabula. Cukura ūdens šķīdumu refrakcijas rādītāji.
Zemāk esošajā tabulā ir norādītas vērtības refrakcijas indekss n cukura ūdens šķīdumi (pie 20°C) atkarībā no koncentrācijas Ar risinājums ( Ar parāda cukura svara procentuālo daudzumu šķīdumā).
| Ar (%) | n | Ar (%) | n |
| 0 | 1,3330 | 35 | 1,3902 |
| 2 | 1,3359 | 40 | 1,3997 |
| 4 | 1,3388 | 45 | 1,4096 |
| 6 | 1,3418 | 50 | 1,4200 |
| 8 | 1,3448 | 55 | 1,4307 |
| 10 | 1,3479 | 60 | 1,4418 |
| 15 | 1,3557 | 65 | 1,4532 |
| 20 | 1,3639 | 70 | 1,4651 |
| 25 | 1,3723 | 75 | 1,4774 |
| 30 | 1,3811 | 80 | 1,4901 |
6. tabula. Ūdens laušanas rādītāji
Tabulā parādītas refrakcijas indeksa vērtības n ūdens 20°C temperatūrā viļņu garuma diapazonā no aptuveni 0,3 līdz 1 μ.
| λ (μ) | n | λ (μ) | n | λ(c) | n |
| 0,3082 | 1,3567 | 0,4861 | 1,3371 | 0,6562 | 1,3311 |
| 0,3611 | 1,3474 | 0,5460 | 1,3345 | 0,7682 | 1,3289 |
| 0,4341 | 1,3403 | 0,5893 | 1,3330 | 1,028 | 1,3245 |
7. tabula. Gāzu laušanas rādītāju tabula
Tabulā ir dotas n gāzu laušanas koeficientu vērtības normālos apstākļos līnijai D, kuras viļņa garums ir aptuveni 0,5893 μ.
| Gāze | n |
| Slāpeklis | 1,000298 |
| Amonjaks | 1,000379 |
| Argons | 1,000281 |
| Ūdeņradis | 1,000132 |
| Gaiss | 1,000292 |
| Gelin | 1,000035 |
| Skābeklis | 1,000271 |
| Neona | 1,000067 |
| Oglekļa monoksīds | 1,000334 |
| Sēra dioksīds | 1,000686 |
| Ūdeņraža sulfīds | 1,000641 |
| Oglekļa dioksīds | 1,000451 |
| Hlors | 1,000768 |
| Etilēns | 1,000719 |
| ūdens tvaiki | 1,000255 |
Informācijas avots:ĪSS FIZISKĀ UN TEHNISKĀ ROKASGRĀMATA / 1. sējums, - M.: 1960. gads.
LEKCIJAI Nr.24
"ANALĪZES INSTRUMENTĀLĀS METODES"
REFRAKTOMETRIJA.
Literatūra:
1. V.D. Ponomarevs “Analītiskā ķīmija” 1983 246-251
2. A.A. Iščenko “Analītiskā ķīmija” 2004 181.-184.lpp.
REFRAKTOMETRIJA.
Refraktometrija ir viena no vienkāršākajām fizikālajām analīzes metodēm, izmantojot minimālu analizējamās vielas daudzumu, un to veic ļoti īsā laikā.
Refraktometrija- metode, kuras pamatā ir refrakcijas vai laušanas fenomens t.i. mainot gaismas izplatīšanās virzienu, pārejot no vienas vides uz otru.
Refrakcija, kā arī gaismas absorbcija ir tās mijiedarbības ar vidi sekas. Vārds refraktometrija nozīmē mērīšana gaismas laušana, ko novērtē pēc laušanas koeficienta vērtības.
Refrakcijas indeksa vērtība n atkarīgs
1) par vielu un sistēmu sastāvu,
2) no fakta kādā koncentrācijā un ar kādām molekulām savā ceļā sastopas gaismas stars, jo Gaismas ietekmē dažādu vielu molekulas polarizējas atšķirīgi. Uz šīs atkarības ir balstīta refraktometriskā metode.
Šai metodei ir vairākas priekšrocības, kā rezultātā tā ir atradusi plašu pielietojumu gan ķīmiskajos pētījumos, gan tehnoloģisko procesu kontrolē.
1) Refrakcijas indeksu mērīšana ir ļoti vienkāršs process, kas tiek veikts precīzi un ar minimālu laiku un vielas daudzumu.
2) Parasti refraktometri nodrošina precizitāti līdz 10%, nosakot gaismas refrakcijas indeksu un analizējamās vielas saturu.
Refraktometrijas metodi izmanto autentiskuma un tīrības kontrolei, atsevišķu vielu identificēšanai, kā arī organisko un neorganisko savienojumu struktūras noteikšanai, pētot šķīdumus. Refraktometriju izmanto, lai noteiktu divkomponentu šķīdumu sastāvu un trīskāršām sistēmām.
Metodes fiziskais pamats
PLAUŠANAS INDEKSS.
Jo lielāka ir atšķirība starp gaismas izplatīšanās ātrumu abos, jo lielāka ir gaismas stara novirze no sākotnējā virziena, kad tas pāriet no vienas vides uz otru.
šīs vides.
Aplūkosim gaismas stara laušanu pie jebkuras divas caurspīdīgas vides I un II robežas (sk. att.). Vienosimies, ka II videi ir lielāka laušanas spēja un tāpēc n 1 Un n 2- parāda atbilstošās vides refrakciju. Ja vide I nav vakuums vai gaiss, tad gaismas staru kūļa grēka krišanas leņķa attiecība pret refrakcijas sin leņķi dos relatīvā laušanas koeficienta vērtību n rel. Vērtība n rel. var definēt arī kā aplūkojamo mediju refrakcijas koeficientu attiecību.
n rel. = ----- = ---
Refrakcijas indeksa vērtība ir atkarīga no
1) vielu raksturs
Vielas raksturu šajā gadījumā nosaka tās molekulu deformējamības pakāpe gaismas ietekmē - polarizējamības pakāpe. Jo intensīvāka ir polarizējamība, jo spēcīgāka ir gaismas laušana.
2)krītošās gaismas viļņa garums
Refrakcijas indeksa mērījumu veic pie gaismas viļņa garuma 589,3 nm (nātrija spektra līnija D).
Refrakcijas indeksa atkarību no gaismas viļņa garuma sauc par dispersiju. Jo īsāks viļņa garums, jo lielāka ir refrakcija. Tāpēc dažāda viļņa garuma stari laužas atšķirīgi.
3)temperatūra , kurā tiek veikts mērījums. Refrakcijas koeficienta noteikšanas priekšnoteikums ir temperatūras režīma ievērošana. Parasti noteikšanu veic 20±0,3 0 C temperatūrā.
Temperatūrai paaugstinoties, refrakcijas indekss samazinās, temperatūrai pazeminoties, tas palielinās..
Temperatūras efektu korekciju aprēķina, izmantojot šādu formulu:
n t = n 20 + (20-t) 0,0002, kur
n t – Uz redzēšanos refrakcijas indekss noteiktā temperatūrā,
n 20 - laušanas koeficients 20 0 C temperatūrā
Temperatūras ietekme uz gāzu un šķidrumu refrakcijas rādītājiem ir saistīta ar to tilpuma izplešanās koeficientu vērtībām. Visu gāzu un šķidrumu tilpums karsējot palielinās, blīvums samazinās un līdz ar to indikators samazinās
Refrakcijas indekss, ko mēra 20 0 C temperatūrā un gaismas viļņa garums 589,3 nm, tiek apzīmēts ar indeksu. n D 20
Viendabīgas divkomponentu sistēmas refrakcijas indeksa atkarība no tās stāvokļa tiek noteikta eksperimentāli, nosakot laušanas koeficientu vairākām standarta sistēmām (piemēram, šķīdumiem), kuru komponentu saturs ir zināms.
4) vielas koncentrācija šķīdumā.
Daudziem vielu ūdens šķīdumiem tiek droši izmērīti refrakcijas rādītāji dažādās koncentrācijās un temperatūrās, un šajos gadījumos var izmantot atsauces grāmatas. refraktometriskās tabulas. Prakse rāda, ka gadījumos, kad izšķīdušās vielas saturs nepārsniedz 10-20%, kopā ar grafisko metodi daudzos gadījumos ir iespējams izmantot lineārais vienādojums, piemēram:
n=n o +FC,
n-šķīduma refrakcijas indekss,
Nē- tīra šķīdinātāja refrakcijas indekss,
C- izšķīdušās vielas koncentrācija, %
F-empīriskais koeficients, kura vērtība ir atrasta
nosakot zināmas koncentrācijas šķīdumu refrakcijas indeksu.
REFRAKTOMETRI.
Refraktometri ir instrumenti, ko izmanto refrakcijas indeksa mērīšanai. Ir 2 šo ierīču veidi: Abbe tipa refraktometrs un Pulfriha tipa refraktometrs. Abos gadījumos mērījumi ir balstīti uz maksimālā refrakcijas leņķa noteikšanu. Praksē tiek izmantoti dažādu sistēmu refraktometri: laboratorijas-RL, universālie RL utt.
Destilēta ūdens refrakcijas indekss ir n 0 = 1,33299, bet praktiski šis rādītājs tiek ņemts par atsauci kā n 0 =1,333.
Refraktometru darbības princips ir balstīts uz laušanas koeficienta noteikšanu ar ierobežojošā leņķa metodi (gaismas kopējā atstarošanas leņķi).
Rokas refraktometrs
Abbe refraktometrs
Ja gaismas vilnis krīt uz plakanas robežas, kas atdala divus dielektriķus ar dažādām relatīvajām dielektriskajām konstantēm, tad šis vilnis tiek atstarots no saskarnes un laužas, pārejot no viena dielektriķa uz otru. Caurspīdīgas vides refrakcijas spēku raksturo tā refrakcijas indekss, ko biežāk sauc par refrakcijas indeksu.
Absolūtais refrakcijas indekss
DEFINĪCIJA
Absolūtais refrakcijas indekss nosauciet fizisko lielumu, kas vienāds ar gaismas izplatīšanās ātruma vakuumā () attiecību pret gaismas fāzes ātrumu vidē (). Šis refrakcijas indekss ir apzīmēts ar burtu . Matemātiski mēs šo refrakcijas indeksa definīciju rakstām šādi:
Jebkurai vielai (izņēmums ir vakuums) laušanas koeficienta vērtība ir atkarīga no gaismas frekvences un vielas parametriem (temperatūras, blīvuma utt.). Retām gāzēm laušanas koeficients tiek pieņemts vienāds ar .
Ja viela ir anizotropa, tad n ir atkarīgs no virziena, kādā gaisma pārvietojas un kā gaismas vilnis ir polarizēts.
Pamatojoties uz definīciju (1), absolūto refrakcijas indeksu var atrast šādi:
kur ir barotnes dielektriskā konstante un vides magnētiskā caurlaidība.
Refrakcijas indekss var būt sarežģīts lielums absorbējošā vidē. Optiskā viļņa garuma diapazonā pie =1 dielektrisko konstanti raksta šādi:
tad refrakcijas indekss:
kur refrakcijas indeksa reālā daļa ir vienāda ar:
atspoguļo refrakciju, iedomātā daļa:
ir atbildīgs par uzsūkšanos.
Relatīvais refrakcijas indekss
DEFINĪCIJA
Relatīvais refrakcijas indekss() otrās vides attiecībā pret pirmo sauc par gaismas fāzes ātruma attiecību pirmajā vielā pret fāzes ātrumu otrajā vielā:
kur ir otrās vides absolūtais refrakcijas koeficients, ir pirmās vielas absolūtais laušanas koeficients. Gadījumā, ja title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="16" width="60" style="vertical-align: -4px;">, то вторая среда считается оптически более плотной, чем первая.!}
Monohromatiskajiem viļņiem, kuru garums ir daudz lielāks par attālumu starp vielas molekulām, tiek izpildīts Snella likums:
kur ir krišanas leņķis, ir refrakcijas leņķis, ir relatīvais refrakcijas indekss vielai, kurā izplatās lauztā gaisma, attiecībā pret vidi, kurā izplatījās krītošais gaismas vilnis.
Vienības
Refrakcijas indekss ir bezizmēra lielums.
Problēmu risināšanas piemēri
1. PIEMĒRS
| Vingrinājums | Kāds būs kopējā iekšējā atstarojuma () ierobežojošais leņķis, ja gaismas stars pāriet no stikla gaisā. Tiek uzskatīts, ka stikla laušanas koeficients ir n=1,52. |
| Risinājums | Ar kopējo iekšējo atstarošanu refrakcijas leņķis () ir lielāks vai vienāds ar  ). Leņķim refrakcijas likums tiek pārveidots formā: tā kā staru kūļa krišanas leņķis ir vienāds ar atstarošanas leņķi, mēs varam rakstīt, ka: Atbilstoši problēmas apstākļiem stars no plūsmas nonāk gaisā, tas nozīmē, ka Veiksim aprēķinus:
|
| Atbilde |
2. PIEMĒRS
| Vingrinājums | Kāda ir saistība starp gaismas stara krišanas leņķi () un vielas refrakcijas indeksu (n)? Ja leņķis starp atstarotajiem un lauztajiem stariem ir vienāds ar? Stars no gaisa nokrīt matērijā. |
| Risinājums | Uztaisīsim zīmējumu. |
Šis raksts atklāj tādas optikas koncepcijas būtību kā refrakcijas indekss. Dotas formulas šī daudzuma iegūšanai un sniegts īss pārskats par elektromagnētisko viļņu refrakcijas fenomena pielietojumu.
Redze un refrakcijas indekss
Civilizācijas rītausmā cilvēki uzdeva jautājumu: kā acs redz? Ir ierosināts, ka cilvēks izstaro starus, kas jūt apkārtējos objektus, vai, gluži pretēji, visas lietas izstaro šādus starus. Atbilde uz šo jautājumu tika sniegta XVII gadsimtā. Tas ir atrodams optikā un ir saistīts ar refrakcijas indeksu. Atspoguļojot no dažādām necaurspīdīgām virsmām un laužoties pie robežas ar caurspīdīgām, gaisma dod iespēju cilvēkam redzēt.
Gaismas un refrakcijas indekss
Mūsu planēta ir tīta Saules gaismā. Un tieši ar fotonu viļņu raksturu ir saistīts tāds jēdziens kā absolūtais refrakcijas indekss. Izplatoties vakuumā, fotons nesastopas ar šķēršļiem. Uz planētas gaisma saskaras ar daudzām dažādām blīvākām vidēm: atmosfēru (gāzu maisījumu), ūdeni, kristāliem. Tā kā gaismas fotoniem ir elektromagnētiskais vilnis, tiem ir viens fāzes ātrums vakuumā (apzīmēts c), un vidē - cits (apzīmēts v). Pirmā un otrā attiecība ir tā, ko sauc par absolūto refrakcijas indeksu. Formula izskatās šādi: n = c / v.
Fāzes ātrums
Ir vērts definēt elektromagnētiskās vides fāzes ātrumu. Pretējā gadījumā saprotiet, kas ir refrakcijas indekss n, tas ir aizliegts. Gaismas fotons ir vilnis. Tas nozīmē, ka to var attēlot kā enerģijas paketi, kas svārstās (iedomājieties sinusoidālā viļņa segmentu). Fāze ir sinusoīda segments, pa kuru vilnis virzās noteiktā laika momentā (atcerieties, ka tas ir svarīgi, lai izprastu tādu lielumu kā refrakcijas indekss).
Piemēram, fāze var būt sinusoīda maksimums vai kāds tā slīpuma segments. Viļņa fāzes ātrums ir ātrums, ar kādu šī konkrētā fāze pārvietojas. Kā skaidro refrakcijas indeksa definīcija, šīs vērtības atšķiras vakuumam un videi. Turklāt katrai videi ir sava šī daudzuma vērtība. Jebkuram caurspīdīgam savienojumam, neatkarīgi no tā sastāva, ir refrakcijas indekss, kas atšķiras no visām pārējām vielām.
Absolūtais un relatīvais refrakcijas indekss
Iepriekš jau tika parādīts, ka absolūtā vērtība tiek mērīta attiecībā pret vakuumu. Tomēr uz mūsu planētas tas ir grūti: gaisma biežāk skar gaisa un ūdens vai kvarca un spineļa robežu. Katram no šiem nesējiem, kā minēts iepriekš, refrakcijas indekss ir atšķirīgs. Gaisā gaismas fotons pārvietojas vienā virzienā un tam ir viens fāzes ātrums (v 1), bet, nokļūstot ūdenī, tas maina izplatīšanās virzienu un fāzes ātrumu (v 2). Tomēr abi šie virzieni atrodas vienā plaknē. Tas ir ļoti svarīgi, lai saprastu, kā uz acs tīklenes vai kameras matricas veidojas apkārtējās pasaules attēls. Divu absolūto vērtību attiecība dod relatīvo refrakcijas indeksu. Formula izskatās šādi: n 12 = v 1 / v 2.
Bet ko darīt, ja gaisma, gluži pretēji, nāk no ūdens un nonāk gaisā? Tad šī vērtība tiks noteikta pēc formulas n 21 = v 2 / v 1. Reizinot relatīvos laušanas koeficientus, iegūstam n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1. Šī sakarība ir derīga jebkuram nesēju pārim. Relatīvo laušanas koeficientu var atrast no krišanas un laušanas leņķu sinusiem n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Neaizmirstiet, ka leņķus mēra no parastā līdz virsmai. Normāls ir līnija, kas ir perpendikulāra virsmai. Tas ir, ja problēmai ir dots leņķis α kritums attiecībā pret pašu virsmu, tad mums jāaprēķina sinusa (90 - α).
Refrakcijas indeksa skaistums un tā pielietojumi
Mierīgā saulainā dienā ezera dibenā spēlējas atspulgi. Tumši zils ledus klāj klinti. Dimants izkaisa tūkstošiem dzirksteļu uz sievietes rokas. Šīs parādības ir sekas tam, ka visām caurspīdīgo datu nesēju robežām ir relatīvais refrakcijas koeficients. Papildus estētiskajam baudījumam šo fenomenu var izmantot arī praktiskiem pielietojumiem.
Šeit ir piemēri:
- Stikla lēca savāc saules staru un aizdedzina zāli.
- Lāzera stars fokusējas uz slimo orgānu un nogriež nevajadzīgos audus.
- Saules gaisma tiek lauzta uz senās vitrāžas, radot īpašu atmosfēru.
- Mikroskops palielina ļoti mazu detaļu attēlus
- Spektrofotometra lēcas savāc lāzera gaismu, kas atstaro no pētāmās vielas virsmas. Tādā veidā ir iespējams izprast jauno materiālu struktūru un pēc tam arī īpašības.
- Ir pat projekts fotoniskajam datoram, kur informāciju pārraidīs nevis elektroni, kā tagad, bet fotoni. Šādai ierīcei noteikti būs nepieciešami refrakcijas elementi.
Viļņa garums
Tomēr Saule mūs apgādā ar fotoniem ne tikai redzamajā spektrā. Cilvēka redze neuztver infrasarkano, ultravioleto un rentgenstaru diapazonu, taču tie ietekmē mūsu dzīvi. IR stari mūs sasilda, UV fotoni jonizē atmosfēras augšējos slāņus un ļauj augiem ražot skābekli fotosintēzes ceļā.
Un tas, ar ko ir vienāds laušanas koeficients, ir atkarīgs ne tikai no vielām, starp kurām atrodas robeža, bet arī no krītošā starojuma viļņa garuma. Par kādu tieši vērtību mēs runājam, parasti ir skaidrs no konteksta. Tas ir, ja grāmatā ir apskatīti rentgena stari un tā ietekme uz cilvēkiem, tad n tur tas ir definēts īpaši šim diapazonam. Bet parasti ir domāts redzamais elektromagnētisko viļņu spektrs, ja vien nav norādīts kaut kas cits.
Refrakcijas indekss un atstarošana
Kā kļuva skaidrs no iepriekš rakstītā, mēs runājam par caurspīdīgām vidēm. Kā piemērus mēs minējām gaisu, ūdeni un dimantu. Bet kā ar koku, granītu, plastmasu? Vai viņiem ir tāds refrakcijas indekss? Atbilde ir sarežģīta, bet kopumā – jā.
Pirmkārt, mums vajadzētu apsvērt, ar kādu gaismu mums ir darīšana. Tos nesējus, kas ir necaurredzami redzamiem fotoniem, izgriež rentgena vai gamma starojums. Tas ir, ja mēs visi būtu supercilvēki, tad visa pasaule mums būtu caurspīdīga, bet dažādās pakāpēs. Piemēram, betona sienas nebūtu blīvākas par želeju, un metāla veidgabali izskatītos kā blīvāku augļu gabali.
Attiecībā uz citām elementārdaļiņām, mioniem, mūsu planēta parasti ir cauri un cauri caurspīdīga. Savulaik zinātniekiem bija daudz grūtību pierādīt savu pastāvēšanas faktu. Katru sekundi mūs caururbj miljoniem mionu, taču varbūtība, ka viena daļiņa sadursies ar vielu, ir ļoti maza, un to ir ļoti grūti noteikt. Starp citu, Baikāls drīz kļūs par vietu mūonu “ķeršanai”. Tās dziļais un dzidrais ūdens ir ideāli piemērots tam - it īpaši ziemā. Galvenais, lai sensori nesasalst. Tātad betona refrakcijas indeksam, piemēram, rentgena fotoniem, ir jēga. Turklāt vielas apstarošana ar rentgena stariem ir viens no precīzākajiem un svarīgākajiem veidiem, kā izpētīt kristālu struktūru.
Ir arī vērts atcerēties, ka matemātiskā nozīmē vielām, kas ir necaurspīdīgas noteiktā diapazonā, ir iedomāts refrakcijas indekss. Visbeidzot, mums jāsaprot, ka vielas temperatūra var ietekmēt arī tās caurspīdīgumu.
Refrakcija ir noteikts abstrakts skaitlis, kas raksturo jebkuras caurspīdīgas vides refrakcijas spēju. Ir pieņemts to apzīmēt ar n. Ir absolūtais refrakcijas indekss un relatīvais indekss.
Pirmo aprēķina, izmantojot vienu no divām formulām:
n = sin α / sin β = const (kur sin α ir krišanas leņķa sinuss, un sin β ir gaismas stara sinuss, kas ieplūst aplūkojamajā vidē no tukšuma)
n = c / υ λ (kur c ir gaismas ātrums vakuumā, υ λ ir gaismas ātrums pētāmajā vidē).
Šeit aprēķins parāda, cik reizes gaisma maina savu izplatīšanās ātrumu brīdī, kad notiek pāreja no vakuuma uz caurspīdīgu vidi. Tas nosaka refrakcijas indeksu (absolūto). Lai uzzinātu radinieku, izmantojiet formulu:
Tas ir, tiek ņemti vērā dažāda blīvuma vielu, piemēram, gaisa un stikla, absolūtie refrakcijas rādītāji.
Vispārīgi runājot, jebkura ķermeņa, neatkarīgi no tā, vai tas ir gāzveida, šķidrs vai ciets, absolūtie koeficienti vienmēr ir lielāki par 1. Pamatā to vērtības svārstās no 1 līdz 2. Šī vērtība var būt lielāka par 2 tikai izņēmuma gadījumos. Šī parametra nozīme dažām vidēm ir šāda:
Šī vērtība, ja to piemēro cietākajai dabiskajai vielai uz planētas, dimantam, ir 2,42. Ļoti bieži, veicot zinātniskos pētījumus utt., ir jāzina ūdens laušanas koeficients. Šis parametrs ir 1,334.
Tā kā viļņa garums, protams, ir mainīgs rādītājs, burtam n tiek piešķirts indekss. Tā vērtība palīdz saprast, kuram spektra vilnim šis koeficients pieder. Apsverot to pašu vielu, bet palielinoties gaismas viļņa garumam, refrakcijas koeficients samazināsies. Šis apstāklis izraisa gaismas sadalīšanos spektrā, ejot cauri lēcai, prizmai utt.
Pēc refrakcijas indeksa vērtības var noteikt, piemēram, cik daudz vienas vielas ir izšķīdis citā. Tas var noderēt, piemēram, alus darīšanā vai tad, kad jāzina cukura, augļu vai ogu koncentrācija sulā. Šis rādītājs ir svarīgs gan naftas produktu kvalitātes noteikšanā, gan juvelierizstrādājumos, kad nepieciešams pierādīt akmens īstumu u.c.
Neizmantojot nekādas vielas, ierīces okulārā redzamā skala būs pilnīgi zila. Ja uz prizmas pilināt parastu destilētu ūdeni, ja instruments ir pareizi kalibrēts, robeža starp zilo un balto krāsu šķērsos stingri gar nulles atzīmi. Pētot citu vielu, tā nobīdīsies pa skalu atbilstoši tai raksturīgajam refrakcijas indeksam.
