Gaismas dispersija ir refrakcijas indeksa atkarība no frekvences. Pētījumi liecina, ka atkarība n no ν piemīt visām vielām.

Saskaņā ar Maksvela teoriju, gaismas ātrums vakuumā https://pandia.ru/text/80/368/images/image002_190.gif" width="45" height="25 src="> - elektriskās un magnētiskās konstantes , neatkarīgi no frekvencēm Pārliecinošs apstiprinājums šim secinājumam tika iegūts astrofizikā, novērojot dubultzvaigžņu starojumu Dubultzvaigzne ir sistēma, kas sastāv no divām zvaigznēm, kuras ir savienotas ar gravitācijas spēkiem un pārvietojas ap kopīgu inerces centru, kas atrodas. abu zvaigžņu kustības plaknē periodiski jāredz šo zvaigžņu savstarpējie aptumsumi, kuru laikā dubultzvaigznes spilgtums manāmi samazinās Ja gaismas ātrums vakuumā bija atkarīgs no frekvences, tad aptumsumu laikā ne tikai spilgtums, bet. arī dubultzvaigznes krāsai vajadzētu mainīties, piemēram, ja ātrums c būtu lielāks nekā violetai, tad aptumsuma sākumā dubultzvaigznei vajadzētu iegūt zili violetu krāsu. beigas - sarkandzeltens Taču eksperimenti rāda, ka dubultzvaigžņu krāsu maiņās šādu rakstu nav. Līdz ar to ātrums vakuumā jebkuras frekvences ν gaismai ir vienāds. Tāpēc gaismas izkliede vielā ir saistīta ar gaismas fāzes ātruma atkarību šajā vielā no ν:

https://pandia.ru/text/80/368/images/image004_131.gif" width="47" height="48">), tad vienlīdz varam runāt par atkarību n Un v no λ: n = n(λ) Un v = v(λ). Atkarības n no λ Un ν nelineārs, t.i.

https://pandia.ru/text/80/368/images/image006_106.gif" width="255" height="48 src=">.

Stiklam redzamās gaismas zonā. Līdzīgs atkarības raksturs n no λ novērota visās caurspīdīgajās vielās, t.i., viļņa garuma apgabalos, kas ir pietiekami tālu no vielas gaismas absorbcijas joslām. Stikla gadījumā šīs joslas atrodas spektra UV un IR daļās..gif" width="288" height="198">

Ir pieņemts zvanīt normāla dispersija , ja https://pandia.ru/text/80/368/images/image010_80.gif" width="148" height="48 src=">,

Kur a, b, c,... – konstantes, kuru vērtības katrai vielai nosaka eksperimentāli. Vairumā gadījumu mēs varam aprobežoties ar pirmajiem diviem formulas terminiem, pieņemot

https://pandia.ru/text/80/368/images/image012_64.gif" width="80" height="52 src=">

Anomāla izkliede , ja , t.i., laušanas koeficients samazinās, palielinoties viļņa garumam.

Attēlā 24.2. attēlā parādīta tipiska atkarības gaita n no λ. Anomālā dispersija atbilst spektrālajam apgabalam no λ1 pirms tam λ2.

Apsveriet vilni, ko apraksta vienādojums:

https://pandia.ru/text/80/368/images/image014_55.gif" width="116 height=20" height="20"> (24.2)

Noteiksim dotās fāzes vērtības kustības ātrumu telpā. Lai to izdarītu, mēs atšķiram izteiksmi (24.2):

No kurienes mēs iegūstam ātrumu:

https://pandia.ru/text/80/368/images/image017_50.gif" width="63" height="48 src="> (24.4)

Apsveriet impulsu, kas sastāv no diviem viļņiem ar vienādu amplitūdu un līdzīgām frekvencēm un viļņu numuriem:

https://pandia.ru/text/80/368/images/image023_36.gif" width="95" height="25 src=">

kur ir lēni mainīgā amplitūda.

Lai atrastu grupas ātrumu U jāuzraksta nosacījums impulsa amplitūdas noturībai:

https://pandia.ru/text/80/368/images/image027_34.gif" width="128" height="20 src=">

Kur mēs iegūstam grupas ātrumu:

Atšķirības" href="/text/category/differentcial/" rel="bookmark">atšķirības, mēs iegūstam formulu (24.4)

Anomālās izkliedes reģionā gaismas grupas ātrums matērijā https://pandia.ru/text/80/368/images/image029_36.gif" width="59" height="48 src=">

Var parādīt, ka grupas ātrums ir saistīts ar fāzes attiecību:

https://pandia.ru/text/80/368/images/image031_30.gif" width="364" height="194">

Kolimators rada paralēlu pētāmās gaismas staru kūli. Prizma sadala krītošo staru spektrā. Izkliedes spektrs tiek novērots objektīva L2 fokusa plaknē, kas tiek skatīts caur okulāru L3 vai fotografēts.

Būtiska atšķirība starp dispersijas spektru un difrakcijas spektru ir tāda, ka monohromatiskās gaismas staru novirzes leņķis ar prizmu nav proporcionāls ne šīs gaismas viļņa garumam, ne tās frekvencei. Gaismas sadalīšanās spektrā ar prizmu notiek atbilstoši refrakcijas indeksa vērtībām, tāpēc, lai noteiktu pētāmās gaismas viļņa garumu, ir jāzina refrakcijas indeksa atkarība no viļņa garuma. Tas ir prizmas spektrogrāfu trūkums. Izkliedējošie spektrālie instrumenti vispirms ir jākalibrē, izmantojot standarta instrumentus, kuriem ir līniju spektrs. Bet, neskatoties uz to, prizmu spektrogrāfi tiek plaši izmantoti praksē, jo labu prizmu izgatavošana ir daudz vienkāršāka nekā labu difrakcijas režģi. Turklāt prizmas spektrogrāfiem ir lielāka diafragma.

§ 25. Klasiskā gaismas dispersijas teorija

Gaismas izkliede ir elektromagnētisko viļņu mijiedarbības rezultāts ar lādētām daļiņām, kas veido vielu. Tāpēc Maksvela makroskopiskā elektromagnētiskā teorija nevarēja izskaidrot šo parādību. Klasiskā dispersijas teorija tika izstrādāta tikai pēc tam, kad Lorencs izveidoja elektronisko matērijas struktūras teoriju.

No Maksvela teorijas izriet, ka absolūtais laušanas koeficients n vidi izsaka ar formulu:

https://pandia.ru/text/80/368/images/image034_28.gif" width="88" height="24 src=">.gif" width="144" height="52 src=">,

kur ir barotnes dielektriskā jutība, ε0 - elektriskā konstante, P– polarizācijas vektora projekcija vektora virzienā https://pandia.ru/text/80/368/images/image039_27.gif" width="96" height="52 src="> (25.2)

Iepriekš jau tika minēts, ka gaismas viļņu augstās frekvences dēļ barotnes polarizācija ir saistīta tikai ar elektronu pārvietošanos(elektroniskā polarizācija), tāpēc viendabīgai videi polarizācijas vektors

https://pandia.ru/text/80/368/images/image041_22.gif" width="17" height="24"> – atoma inducētais dipola moments.

z– elektrona nobīde gaismas viļņa elektriskā lauka ietekmē. Tad polarizācijas vektoram ir šāda forma:

https://pandia.ru/text/80/368/images/image044_22.gif" width="16" height="21 src=">.gif" width="108" height="57 src="> ( 25.4)

Tādējādi uzdevums ir atrast atkarību z no E.

Attiecībā uz caurspīdīgām vielām, sākot ar pirmo tuvinājumu, mēs varam pieņemt, ka uz vibrējošu elektronu iedarbojas šādi spēki:
1) piespiedu spēks

https://pandia.ru/text/80/368/images/image048_21.gif" width="68" height="20"> – gaismas viļņa cikliskā frekvence;

2) atjaunojošs kvazielastīgais mijiedarbības spēks starp optisko elektronu un pārējo atomu

https://pandia.ru/text/80/368/images/image063_15.gif" width="53" height="25 src=">.gif" width="53" height="25 src=">( 25.2. attēlā – punktētas līknes).

Faktiski, kā liecina eksperimenti, kad gaisma iet cauri jebkurai gāzveida vielai, tiek novērota vesela virkne šai vielai raksturīgu absorbcijas līniju un joslu. Līdz ar to katrai vielai ir raksturīga noteikta dažādu ciklisko frekvenču kopa ω0k. Tāpēc klasiskajā gaismas dispersijas teorijā tiek ieviests pieņēmums, ka katru vielas atomu (vai molekulu) var uzskatīt par harmonisku oscilatoru sistēmu - lādētas daļiņas ar dažādu efektīvo lādiņu qk un masu mk, veicot brīvas neslāpētas svārstības ar cikliskās frekvences ω0k. Gaismas viļņa elektriskā lauka ietekmē visi šie oscilatori veic piespiedu svārstības un veicina vielas polarizāciju un līdz ar to arī tās refrakcijas indeksa izteiksmi. Ja amortizācijas koeficients k-tā tipa oscilatoram, kas atbilst cikliskajai frekvencei ω0k ir vienāds ar βk, tad iegūstam

https://pandia.ru/text/80/368/images/image067_14.gif" width="502" height="258">

Praksē parasti tiek izmantota laušanas koeficienta atkarība no viļņa garuma (25.3. att.)..gif" width="56" height="48 src="> (24.2. att. tas ir laukums no plkst. l1 pirms tam l2 ).

Izmantojot materiālus no šīs vietnes - un banera izvietošana OBLIGĀTA!!!

Šķidruma refrakcijas indeksa izpēte atkarībā no vielas koncentrācijas šķīdumā

Materiālus nodrošina: zinātniskais vadītājs Maksimovs Jurijs Aleksejevičs, fizikas skolotājs, Pašvaldības izglītības iestāde "Bolšesundirska vidusskola" e-pasts: [aizsargāts ar e-pastu] Pētījumu veica: 10. klases skolniece Kuzmina Ksenija

IEVADS

Refrakcija (refrakcija) - gaismas stara (vai citu viļņu) ceļa maiņas parādība, kas notiek divu caurspīdīgu (šo viļņu caurlaidīgu) vidē vai vides biezumā ar nepārtraukti mainīgām īpašībām.

Refrakcija notiek ik uz soļa un tiek uztverta kā pilnīgi parasta parādība: var redzēt, kā karote, kas atrodas tējas tasē, tiks “salauzta” uz ūdens un gaisa robežas. Gaismas laušana un atstarošana ūdens lāsēs rada varavīksni.

Nolēmu paskatīties uz gaismas laušanu šķidrumos. Zinot, ka gaismas laušana ir atkarīga no:

• Gaismas krāsas - gaismas izkliede
• Vielas veids

Sāku interesēties, no kādiem vēl lielumiem ir atkarīgs refrakcijas indekss šķidrumos. Nodomāju, ka varbūt laušanas koeficients ir atkarīgs arī no šķīduma koncentrācijas. Un, lai to uzzinātu, es izvirzīju sev vairākus mērķus un uzdevumus:

Eksperimenta mērķi:

1. Šķidruma refrakcijas indeksa atkarības no šķīduma koncentrācijas izpēte
2. Jaunu zināšanu un prasmju iegūšana eksperimentu veikšanā
3. Iepriekš saņemto materiālu atkārtošana un padziļināšana.

Uzdevumi:

1. Veicot eksperimentus, izpētīt gaismas laušanas leņķa atkarību šķidrumos no šķīduma koncentrācijas.
2. Nosakiet refrakcijas indeksa atkarību no šķīduma koncentrācijas.
3. Salīdziniet dažādu vielu šķīdumu refrakcijas indeksa atkarības.
4. Nosakiet, kā iegūtos rezultātus var izmantot praksē.

ĪSĀ TEORIJA

Ja gaismas stars šķērso saskarni starp divām caurspīdīgām viendabīgām vidēm 1 un 2, tad stara virziens mainās saskaņā ar refrakcijas likumu

kur α ir krišanas leņķis, β ir laušanas leņķis, n21 ir relatīvais laušanas koeficients, t.i. Otrās vides refrakcijas indekss 2 attiecībā pret pirmo barotni 1.

kur n1 un n2 ir attiecīgi 1. un 2. vides absolūtie refrakcijas rādītāji, t.i. šo nesēju refrakcijas rādītāji attiecībā pret vakuumu.

Eksperimenta aprīkojums

Lai sasniegtu savus mērķus, es nolēmu veikt eksperimentus ar dažādu vielu šķīdumiem:

• Alkohols
• Vara sulfāts
• Ūdeņraža peroksīds

Lai to izdarītu, man bija vajadzīgas dažas daļas no L-micro “Ģeometriskās optikas” laboratorijas komplekta:

• Kvēlspuldzes ar darba spriegumu 12V, jaudu 21W un taisnu kvēldiegu. Lampas ir uzstādītas turētāja ligzdā, kas atrodas gaismas korpusa iekšpusē.
• Viena sprauga diafragma.
• Savienojuma bloks, ko izmanto, lai savienotu apgaismotājus ar strāvas avotu.
• Kivete (taisnstūrveida caurspīdīgs konteiners šķidruma iepildīšanai)
• Ekstremitāte (protektors).

Pētījuma tehnika

Apvienojot visas šīs daļas, mēs iegūstam ierīci, kas ļauj veikt eksperimentus, lai noteiktu dažādu šķidrumu refrakcijas indeksa atkarību no šķīduma koncentrācijas.

Strādājot ar šo aprīkojumu, jābūt uzmanīgiem ar apgaismotāju tā karstuma dēļ, kā arī ar kiveti, kas vāju magnētu dēļ slikti pielīp pie tāfeles. Lai precīzi aprēķinātu mērījumus, mēs nomainīsim komplektā esošo skalu, izmantojot vienkāršu transportieri, lai atzīmētu papildu dalījumus grādos.

Pētnieciskā darba struktūra:

• Pie tāfeles piestiprināsim transportieri ar kiveti.
• Kivetē ielej 100 ml testa šķidruma.
• Virs kivetes tika novietots apgaismotājs ar diafragmu ar šauru spraugu 40° leņķī.
• Mainot šķidrā šķīduma koncentrāciju, tabulā tika ievadītas iegūto laušanas leņķu vērtības.
• Tika aprēķinātas refrakcijas indeksa vērtības.
• Pamatojoties uz iegūtajām vērtībām, tika konstruēti refrakcijas indeksa atkarības no šķīduma koncentrācijas grafiki.

Eksperimentu rezultātā ar spirtu, vara sulfātu un ūdeņraža peroksīdu mēs ieguvām šādus rezultātus:

Refrakcijas rādītāji spirta šķīdumā

Grafiks par refrakcijas indeksa atkarību no spirta koncentrācijas šķīdumā

Refrakcijas rādītāji CuSO4 šķīdumā

Grafiks par refrakcijas indeksa atkarību no CuSO4 koncentrācijas šķīdumā

Refrakcijas rādītāji ūdeņraža peroksīdā (H2O2)

Gala rezultāti

/p>

secinājumus

1. Refrakcijas indekss palielinās, palielinoties spirta procentam šķīdumā, līdz spirta koncentrācija sasniedz 70%, pēc tam refrakcijas indekss nemainās, lai cik mēs palielinātu alkohola saturu.
2. Ūdeņraža peroksīda šķīduma refrakcijas indekss ir gandrīz tieši proporcionāls vielas koncentrācijai šķīdumā un palielinās, palielinoties ūdeņraža peroksīda saturam šķīdumā.
3. Arī vara sulfāta šķīduma refrakcijas indekss ir gandrīz tieši proporcionāls vielas saturam šķīdumā.
4. Visiem risinājumiem kopējais punkts ir 1,33 - ūdens laušanas koeficients, kur citu vielu saturs ir 0%.

5. Refraktometrijas pielietojums vielu identificēšanai un kvalitātes kontrolei.

6. Fiz. Polarimetriskās metodes pamati.

7. Polarizācijas plaknes griešanās leņķa atkarība no vielas struktūras.

10. Fiz. Nefelometrijas un duļķainības pamati.

11. Nefelometriskās analīzes ierīces.

12. Nefelometrijas un duļķainības pielietojums.

13. Elektromagnētiskā starojuma pamatīpašības. Spektrālās analīzes metožu klasifikācija.

14.Fiz. Spektrālās analīzes pamati.

15. Elektronisko pāreju veidi un raksturs.

16. Papildu enerģijas skaita atkarība. No pozīcijas tabulā.

17.Klase. Ķīmiskie elementi atbilstoši to spējai uzbudināt. Un jonizācija.

18. Enerģijas pāreju shēmas atomos.

20. Spektra līniju viļņu garumu atkarība no pozīcijas tabulā.

22. Spektra intensitāti ietekmējošie faktori Atomu emisijas spektros.

23. Spektrālās līnijas platums. Paplašināšanas iemesli.

24. Enerģijas pāreju shēmas molekulās.

26*. Vielas atomizācijas un ierosmes apstākļi un mehānisms liesmas atomu emisijas spektroskopijā.

27. Vielas atomizācijas un ierosmes apstākļi un mehānisms loka un dzirksteļu atomu emisijas spektroskopijā.

25. Atomu emisijas spektrometra galveno komponentu blokshēma un funkcijas. Atomu emisijas spektrometru pamatīpašības.

28. Trīscauruļu plazmatrona uzbūve un darbības princips atomu emisijas analīzei ar induktīvi savienotu plazmu.

29. Metodes elementu analītisko spektrālo līniju izolēšanai no analizējamā parauga polihromatiskā starojuma. Dispersijas tipa monohromatora shēma un darbības princips.

30. Atomu emisijas spektrometru detektoru veidi. Viņu darbības princips.

33. Atomu emisijas spektru fotografēšanas priekšrocības un trūkumi.

31. Kvalitatīvas atomu emisijas analīzes pamati. Elementu raksturīgo spektrālo līniju viļņu garumu noteikšana.

33. Elementa spektrālās līnijas intensitātes noteikšana spektra fotografēšanas laikā.

34.Puskvantitatīvs. Salīdzināšanas metode atomu emisijas analīzē.

35. Homologu pāru puskvantitatīvā metode atomu emisijas analīzē.

36. Puskvantitatīvā metode spektrālo līniju parādīšanās un pastiprināšanai atomu emisijas analīzē.

32. Lomakina-Šeibes vienādojums.

37. Metodes precīzai kvantitatīvās atomu emisijas analīzei, izmantojot standartus.

38-39. Aac teorijas vispārīgie noteikumi.

41. Liesmas izsmidzināšana atomu absorbcijas analīzē: nosacījumi, mehānisms

29.Monohromatori

39. Bezelektrodu gāzizlādes spuldzes uzbūve un darbības princips.

30. Detektori

26. Paraugu sagatavošana analīzei ar optiskās atomu spektroskopijas metodēm

45. Rentgenstaru spektrālās analīzes fiziskie pamati.

46. ​​Rentgenstaru spektrālo līniju ierosmes un emisijas shēma. Kritiskā absorbcijas mala.

47. Rentgena spektrometru dispersijas un detektēšanas ierīces.

48. Rentgenstaru spektrālās analīzes kvalitātes un kvantitātes pamati

49. Rentgena emisijas analīzes ieviešanas shēma, priekšrocības un trūkumi.

50. Rentgenstaru fluorescences analīzes ieviešanas shēma, priekšrocības un trūkumi.

3. Refrakcijas indeksa dispersija. Refrakcijas koeficientu atkarība no temperatūras un spiediena. Molārā refrakcija.

Maksvela elektromagnētiskā teorija caurspīdīgiem nesējiem saista laušanas koeficientu n un dielektrisko konstanti  ar vienādojumu: =n 2 (1). Molekulas polarizācija P ir saistīta ar barotnes dielektrisko konstanti: P = P def + P op = (-1)/(+ 2) (M /d) = 4/3 N A , (2 ) kur P def ir deformācijas polarizācija ; P vai – orientācijas polarizācija; M ir vielas molekulmasa; d-vielas blīvums; N A - Avagadro numurs;  ir molekulas polarizējamība. Aizvietojot n 2 vienādojumā (2)  un  el vietā,  vietā, iegūstam (n 2 - 1)/ (n 2 + 2) (M /d) = 4/3 N A  el = R el = R M ( 3) Šo formulu sauc par Lorenca-Lorenca formulu, R M vērtība tajā ir molārā refrakcija. No šīs formulas izriet, ka RM vērtība, kas noteikta, izmantojot vielas refrakcijas indeksu, kalpo kā tās molekulu elektroniskās polarizācijas mērs. Fizikāli ķīmiskajos pētījumos izmanto arī īpatnējo refrakciju: g = R M / M = (n 2 1)/ (n 2 + 2) (1/d) (4)

Molārajai refrakcijai ir tilpuma izmērs uz 1 molu vielas (cm 3 /mol), īpatnējai refrakcijai ir tilpuma izmērs uz 1 gramu (cm 3 /g). Aptuveni ņemot vērā molekulu kā sfēru ar rādiusu g m ar vadošu virsmu, tiek parādīts, ka  el = g M 3. Šajā gadījumā R M = 4/3  N A g 3 (5), t.i. molārā refrakcija ir vienāda ar 1 mola vielas molekulu iekšējo tilpumu. Nepolārām vielām R M =P, polārām vielām R M ir mazāks par P pēc orientācijas polarizācijas lieluma.

Kā izriet no (3) vienādojuma, molārās refrakcijas vērtību nosaka tikai polarizējamība un tā nav atkarīga no vielas temperatūras un agregācijas stāvokļa, t.i. ir vielas raksturīga konstante.

Refrakcija ir molekulārā elektronu apvalka polarizējamības mērs. Molekulas elektronu apvalks sastāv no atomu apvalkiem, kas veido molekulu. Tāpēc, ja atsevišķiem atomiem vai joniem piešķiram noteiktas refrakcijas vērtības, tad molekulas refrakcija būs vienāda ar atomu un jonu refrakciju summu. Aprēķinot molekulas refrakciju caur to veidojošo daļiņu refrakcijām, ir jāņem vērā atomu valences stāvokļi, to izvietojuma pazīmes, kurām tiek ieviesti īpaši termini - vairāku (dubultā un trīskāršā oglekļa) ogleklis) un citas saites, kā arī atsevišķu atomu un grupu īpašās pozīcijas molekulā korekcijas: Rm= Ra+Ri, (6), kur RA un Ri ir attiecīgi atomu refrakcijas un vairāku saišu pieaugumi, kas ir dots uzziņu grāmatās.

(6) vienādojums izsaka molārās refrakcijas aditivitātes likumu. Metode molārās refrakcijas aprēķināšanai kā nevis atomu, bet saišu (C-H, O-H, N-H uc) refrakciju summai ir fiziski pamatotāka, jo tieši valences elektroni tiek polarizēti ar gaismu. , veidojot ķīmisko saiti.

No joniem veidotu savienojumu molāro refrakciju aprēķina kā jonu refrakciju summu.

Aditivitātes noteikumu (6) var izmantot, lai noteiktu molekulu struktūru: salīdziniet Rm, kas iegūts no eksperimentālajiem datiem, izmantojot vienādojumu (3), ar to, kas aprēķināts, izmantojot (6) vienādojumu paredzamajai molekulas struktūrai.

Dažos gadījumos ts refrakcijas eksaltācija, kas sastāv no eksperimentālās vērtības R M no ievērojamā pārsnieguma salīdzinājumā ar vērtību, kas aprēķināta pēc (6) vienādojuma. Refrakcijas paaugstināšana norāda uz konjugētu vairāku saišu klātbūtni molekulā. Eksaltācijas refrakcija molekulās ar šādām saitēm ir saistīta ar to, ka tajās esošie -elektroni pieder pie visiem konjugācijas sistēmu veidojošajiem atomiem un var brīvi pārvietoties pa šo sistēmu, t.i. tiem ir augsta mobilitāte un līdz ar to paaugstināta polarizējamība elektromagnētiskajā laukā.

Aditivitāte rodas arī šķidro maisījumu un šķīdumu refrakcijai - maisījuma refrakcija ir vienāda ar komponentu refrakciju summu, kas dalīta ar to īpatsvaru maisījumā. Bināra maisījuma molārajai refrakcijai saskaņā ar aditivitātes likumu var rakstīt: R=N 1 R 1 +(1 N 1)R 2, (7)

īpatnējai refrakcijai r = f 1 r 1 + (lf 1)r 2 (8), kur N 1 un f 1 ir pirmā komponenta molu un svara daļas.

Šīs formulas var izmantot, lai noteiktu maisījumu sastāvu un komponentu refrakciju. Papildus vielas ķīmiskajai struktūrai tās laušanas koeficienta vērtību nosaka krītošās gaismas viļņa garums un mērījumu temperatūra. Parasti, palielinoties viļņa garumam, refrakcijas indekss samazinās, bet dažām kristāliskām vielām tiek novērota šīs atkarības anomāla uzvedība. Visbiežāk attēlots, refrakcijas tiek noteiktas viļņu garumiem (dzeltenā Na līnija - D-589nm līnija, sarkanā ūdeņraža līnija - C-656nm līnija, zilā ūdeņraža līnija - F-486nm līnija).

Gaismas laušanas vai laušanas koeficienta atkarību no viļņa garuma sauc par dispersiju. Izkliedes mērs var būt starpība starp refrakcijas indeksu vērtībām, kas izmērītas dažādos viļņu garumos, tā sauktā. vidējā dispersija. Izkliedes mērs ir relatīvā dispersija: F , C , D =(n f – n C)/(n D -l)]10 3 (9), kur n f , n C , n D ir līnijām izmērītie refrakcijas rādītāji. F un C ūdeņraža un nātrija D līnijas. Relatīvā dispersija  F, C, D ir ļoti jutīga pret dubultsaišu klātbūtni un novietojumu molekulā.

Vielas refrakcijas indeksa vērtība ir atkarīga arī no mērījumu temperatūras. Temperatūrai pazeminoties, viela kļūst optiski blīvāka, t.i. refrakcijas indekss palielinās. Tāpēc, veicot refraktometriskos mērījumus, ir nepieciešams refraktometrs termostatēt. Gāzēm refrakcijas koeficients ir atkarīgs arī no spiediena. Gāzes laušanas koeficienta vispārējo atkarību no temperatūras un spiediena izsaka ar formulu: n-1=(n 0 -1)(P/760)[(1+P)/(1+t) ( 10), kur n ir laušanas koeficients pie spiediena P un temperatūras t° C; n 0 - refrakcijas indekss normālos apstākļos; P - spiediens k mm Hg. Art.;  un  - koeficienti atkarībā no gāzes rakstura .

Viegla dispersija- tā ir refrakcijas indeksa atkarība n vielas atkarībā no gaismas viļņa garuma (vakuumā)

vai, kas ir tas pats, gaismas viļņu fāzes ātruma atkarība no frekvences:

Vielas izkliede sauc par atvasinājumu no n Autors

Izkliede - vielas refrakcijas indeksa atkarība no viļņu frekvences - īpaši skaidri un skaisti izpaužas kopā ar divkāršās laušanas efektu (skat. Video 6.6 iepriekšējā rindkopā), kas novērots, gaismai izejot cauri anizotropām vielām. Fakts ir tāds, ka parasto un ārkārtējo viļņu refrakcijas rādītāji ir atšķirīgi atkarīgi no viļņa frekvences. Rezultātā gaismas krāsa (frekvence), kas iziet cauri anizotropai vielai, kas novietota starp diviem polarizatoriem, ir atkarīga gan no šīs vielas slāņa biezuma, gan no leņķa starp polarizatoru caurlaidības plaknēm.

Visām caurspīdīgajām, bezkrāsainām vielām spektra redzamajā daļā, samazinoties viļņa garumam, palielinās refrakcijas koeficients, tas ir, vielas izkliede ir negatīva:. (6.7. att., 1.–2., 3.–4. apgabali)

Ja viela absorbē gaismu noteiktā viļņu garumu (frekvenču) diapazonā, tad absorbcijas apgabalā dispersija

izrādās pozitīvs un tiek saukts nenormāli (6.7. att., 2.–3. apgabals).

Rīsi. 6.7. Vielas laušanas koeficienta kvadrāta (cietā līkne) un gaismas absorbcijas koeficienta atkarība
(punktētā līkne) pret viļņa garumulnetālu no vienas no absorbcijas joslām()

Ņūtons pētīja normālo dispersiju. Baltās gaismas sadalīšanās spektrā, izejot cauri prizmai, ir gaismas izkliedes sekas. Kad baltas gaismas stars iziet cauri stikla prizmai, a daudzkrāsains spektrs (6.8. att.).

Rīsi. 6.8. Baltās gaismas iziešana caur prizmu: stikla laušanas koeficienta atšķirības dēļ dažādiem
viļņu garumos, stars sadalās monohromatiskās sastāvdaļās - ekrānā parādās spektrs

Sarkanajai gaismai ir visgarākais viļņa garums un mazākais laušanas koeficients, tāpēc prizma novirza sarkanos starus mazāk nekā citus. Blakus tiem būs oranžas, tad dzeltenas, zaļas, zilas, indigo un visbeidzot violetas gaismas stari. Kompleksā baltā gaisma, kas krīt uz prizmu, tiek sadalīta monohromatiskajos komponentos (spektrā).

Lielisks izkliedes piemērs ir varavīksne. Varavīksne tiek novērota, ja saule atrodas aiz novērotāja. Sarkanos un violetos starus lauž sfēriski ūdens pilieni un atstaro no to iekšējās virsmas. Sarkanie stari laužas mazāk un nokļūst novērotāja acī no pilieniem, kas atrodas lielākā augstumā. Tāpēc varavīksnes augšējā josla vienmēr izrādās sarkana (26.8. att.).

Rīsi. 6.9. Varavīksnes rašanās

Izmantojot gaismas atstarošanas un laušanas likumus, ir iespējams aprēķināt gaismas staru ceļu ar kopējo atstarošanu un izkliedi lietus lāsēs. Izrādās, ka stari ar vislielāko intensitāti ir izkliedēti virzienā, kas veido aptuveni 42° leņķi ar saules staru virzienu (6.10. att.).

Rīsi. 6.10. Varavīksnes atrašanās vieta

Šādu punktu ģeometriskais lokuss ir aplis, kura centrs atrodas punktā 0. Daļa no tā ir paslēpta no novērotāja R zem horizonta loka virs horizonta ir redzamā varavīksne. Iespējama arī divkārša staru atstarošana lietus lāsēs, kas noved pie otrās kārtas varavīksnes, kuras spilgtums, protams, ir mazāks par galvenās varavīksnes spilgtumu. Viņai teorija dod leņķi 51 °, tas ir, otrās kārtas varavīksne atrodas ārpus galvenās. Tajā krāsu secība ir apgriezta: ārējā loka ir nokrāsota purpursarkanā krāsā, bet apakšējā - sarkanā krāsā. Trešās un augstākas kārtas varavīksnes novērojamas reti.

Elementāra dispersijas teorija. Vielas refrakcijas indeksa atkarība no elektromagnētiskā viļņa garuma (frekvences) tiek skaidrota, pamatojoties uz piespiedu svārstību teoriju. Stingri sakot, elektronu kustība atomā (molekulā) pakļaujas kvantu mehānikas likumiem. Tomēr, lai kvalitatīvi izprastu optiskās parādības, mēs varam aprobežoties ar ideju par elektroniem, kas atomā (molekulā) ir saistīti ar elastības spēku. Atkāpjoties no līdzsvara stāvokļa, šādi elektroni sāk svārstīties, pamazām zaudējot enerģiju, lai izstarotu elektromagnētiskos viļņus vai pārnestu savu enerģiju uz režģa mezgliem un uzsildot vielu. Tā rezultātā svārstības tiks slāpētas.

Izejot cauri vielai, elektromagnētiskais vilnis iedarbojas uz katru elektronu ar Lorenca spēku:

Kur v- oscilējoša elektrona ātrums. Elektromagnētiskajā viļņā magnētiskā un elektriskā lauka intensitātes attiecība ir vienāda ar

Tāpēc nav grūti novērtēt elektrisko un magnētisko spēku attiecību, kas iedarbojas uz elektronu:

Vielā esošie elektroni pārvietojas ar ātrumu, kas ir daudz mazāks nekā gaismas ātrums vakuumā:

Kur - elektriskā lauka intensitātes amplitūda gaismas vilnī, - viļņa fāze, ko nosaka attiecīgā elektrona novietojums. Lai vienkāršotu aprēķinus, mēs neņemam vērā slāpēšanu un elektronu kustības vienādojumu rakstām formā

kur ir elektrona vibrāciju dabiskā frekvence atomā. Šāda diferenciāla nehomogēna vienādojuma risinājumu mēs jau esam apsvēruši iepriekš un ieguvuši

Līdz ar to elektrona nobīde no līdzsvara stāvokļa ir proporcionāla elektriskā lauka intensitātei. Kodolu nobīdes no līdzsvara stāvokļa var neņemt vērā, jo kodolu masas ir ļoti lielas salīdzinājumā ar elektrona masu.

Atoms ar pārvietotu elektronu iegūst dipola momentu

(vienkāršības labad pagaidām pieņemsim, ka atomā ir tikai viens “optiskais” elektrons, kura pārvietošanās dod izšķirošu ieguldījumu polarizācijā). Ja vienības tilpums satur N atomi, tad barotnes polarizāciju (dipola momentu uz tilpuma vienību) var ierakstīt formā

Reālos medijos ir iespējamas dažāda veida lādiņu (elektronu vai jonu grupu) svārstības, kas veicina polarizāciju. Šāda veida svārstībām var būt dažāds lādiņa lielums e i un masas t i, kā arī dažādas dabiskās frekvences (mēs tos apzīmēsim ar indeksu k),šajā gadījumā atomu skaits tilpuma vienībā ar noteiktu vibrācijas veidu Nk proporcionāls atomu koncentrācijai N:

Bezdimensiju proporcionalitātes koeficients fk raksturo katra svārstību veida efektīvo ieguldījumu kopējā barotnes polarizācijā:

No otras puses, kā zināms,

kur ir vielas dielektriskā jutība, kas saistīta ar dielektrisko konstanti e attiecība

Rezultātā mēs iegūstam vielas refrakcijas indeksa kvadrāta izteiksmi:

Blakus katrai no dabiskajām frekvencēm funkcija, kas definēta ar formulu (6.24), cieš no nepārtrauktības. Šī refrakcijas indeksa uzvedība ir saistīta ar faktu, ka mēs ignorējām vājināšanu. Līdzīgi, kā mēs redzējām iepriekš, amortizācijas neievērošana izraisa bezgalīgu rezonanses piespiedu svārstību amplitūdas palielināšanos. Vājināšanās ņemšana vērā mūs ietaupa no bezgalībām, un funkcijai ir tāda forma, kā parādīts attēlā. 6.11.

Rīsi. 6.11. Vides dielektriskās konstantes atkarībapar elektromagnētiskā viļņa frekvenci

Ņemot vērā attiecības starp frekvenci un elektromagnētiskā viļņa garumu vakuumā

iespējams iegūt vielas refrakcijas indeksa atkarību P uz viļņa garumu normālās dispersijas apgabalā (iedaļas 1–2 Un 3–4 attēlā. 6.7):

Viļņu garumi, kas atbilst svārstību dabiskajām frekvencēm, ir nemainīgi koeficienti.

Anomālās dispersijas reģionā () ārējā elektromagnētiskā lauka frekvence ir tuvu vienai no molekulāro dipolu svārstību dabiskajām frekvencēm, tas ir, notiek rezonanse. Tieši šajās zonās (piemēram, 2.–3. apgabals 6.7. att.) tiek novērota ievērojama elektromagnētisko viļņu absorbcija; vielas gaismas absorbcijas koeficients ir parādīts ar punktētu līniju attēlā. 6.7.

Grupas ātruma jēdziens. Grupas ātruma jēdziens ir cieši saistīts ar dispersijas fenomenu. Kad reāli elektromagnētiskie impulsi, piemēram, mums zināmie viļņu vilcieni, ko izstaro atsevišķi atomu emitētāji, vidē izplatās ar dispersiju, tie “izplatās” - apjoma paplašināšanās telpā un ilguma laikā. Tas ir saistīts ar to, ka šādi impulsi nav monohromatisks sinusoidāls vilnis, bet gan tā sauktā viļņu pakete jeb viļņu grupa - harmonisku komponentu kopums ar dažādām frekvencēm un atšķirīgām amplitūdām, no kuriem katrs izplatās vidē ar savu fāzes ātrumu (6.13).

Ja viļņu pakete izplatītos vakuumā, tad tās forma un telpiskais un telpiskais apjoms paliktu nemainīgs, un šāda viļņu vilciena izplatīšanās ātrums būtu gaismas fāzes ātrums vakuumā.

Izkliedes klātbūtnes dēļ elektromagnētiskā viļņa frekvences atkarība no viļņa skaitļa k kļūst nelineārs, un viļņu vilciena izplatīšanās ātrumu vidē, tas ir, enerģijas pārneses ātrumu, nosaka atvasinājums

kur ir viļņa numurs “centrālajam” viļņam vilcienā (ar vislielāko amplitūdu).

Mēs neatvasināsim šo formulu vispārīgā formā, bet izmantosim konkrētu piemēru, lai izskaidrotu tās fizisko nozīmi. Kā viļņu paketes modeli ņemsim signālu, kas sastāv no diviem plaknes viļņiem, kas izplatās vienā virzienā ar identiskām amplitūdām un sākotnējām fāzēm, bet atšķirīgām frekvencēm, kas nedaudz nobīdīti attiecībā pret “centrālo” frekvenci. Atbilstošie viļņu skaitļi ir nobīdīti attiecībā pret “centrālo” viļņu skaitu ar nelielu daudzumu . Šos viļņus apraksta ar izteiksmēm.

Daudzos gadījumos bināro šķīdumu refrakcijas indekss mainās lineāri atkarībā no šķīduma sastāva. Šķīdumu refrakcijas indeksa atkarība no koncentrācijas tiek noteikta empīriski katrai atsevišķai vielai, veidojot kalibrēšanas līkni. Tiek sagatavota virkne zināmu koncentrāciju šķīdumu, izmērīti to laušanas koeficienti un koncentrācijas laušanas indeksa koordinātēs konstruēts kalibrēšanas grafiks.

Divkomponentu šķīdumu koncentrāciju var aprēķināt arī, izmantojot formulu:

kur x ir šķīduma koncentrācija, % (masas); n ir šķīduma laušanas koeficients; n0 ir šķīdinātāja laušanas koeficients tajā pašā temperatūrā; F ir koeficients, kas vienāds ar refrakcijas indeksa pieaugumu, palielinoties koncentrācijai par 1% (noteikts eksperimentāli).

Ja šķīdumu veidojošo komponentu refrakcijas koeficientu atšķirība ir aptuveni 0,1, tad koncentrācijas noteikšanas precizitāte var būt procentu simtdaļas.

Refrakcijas indekss

Visizplatītākais veids, kā kvantitatīvi noteikt gaismas laušanu, ir refrakcijas indekss. Ir absolūtā un relatīvā laušanas koeficienta jēdzieni. Gaismas laušana ir saistīta ar gaismas ātruma izmaiņām, pārejot no vienas vides uz otru.

Gaismas absolūtais laušanas koeficients ir gaismas ātruma attiecība vakuumā pret gaismas ātrumu citā vidē. Refrakcijas koeficients nevar būt mazāks par vienu, jo gaismas ātrums vakuumā ir maksimālais.

Gaismas relatīvais refrakcijas indekss ir gaismas ātruma attiecība vienā vidē pret gaismas ātrumu citā vidē. Tā kā laušanas koeficients nevar būt mazāks par vienību, pirmā vide vienmēr nozīmē mazāk optiski blīvu.

Saskaņā ar gaismas laušanas likumu gaismas relatīvais refrakcijas koeficients ir vienāds ar krišanas leņķa sinusa attiecību pret laušanas leņķa sinusu:

Refrakcijas koeficients ir atkarīgs no vielas veida, temperatūras, krītošās gaismas viļņa garuma, koncentrācijas (šķīdumiem) un spiediena (gāzēm).

9. Molārā, īpatnējā refrakcija. Atkarība no dažādiem faktoriem. Refrakcijas aprēķins.

Ir noskaidrots, ka tas nav pats refrakcijas indekss, bet gan kāda tā funkcija tieši proporcionāls blīvums:

f(n) = r×ρ,

Kur f(n) – kāda refrakcijas indeksa funkcija;

r– proporcionalitātes koeficients, saukts īpatnējā refrakcija;

ρ – blīvums.

Saskaņā ar Lorenca-Lorenca formula, šī funkcija izskatās šādi:

Reizinot īpatnējo refrakciju ar molāro masu, mēs iegūstam molārā refrakcija:

Īpatnējā un molārā refrakcija nav atkarīgi no ārējiem apstākļiem - temperatūra, spiediens, vielas agregācijas stāvoklis.

Paņēmieni nezināmu koncentrāciju atrašanai

Refraktometrijā tiek izmantotas šādas metodes, lai noteiktu koncentrāciju no analītiskā signāla vērtības:

§ Kalibrēšanas grafika metode. Var izmantot pat nelineāras atkarības gadījumā (Zīm.).

§ Ar speciālo refraktometriskās tabulas n – ω, kas sastādīti daudzām vielām.

§ Standartu metode– atbilstoši analītiskā refraktometriskā faktora vērtībai F.

Šķīduma laušanas koeficienta atkarība

no nosakāmās sastāvdaļas masas daļas.

10. Aprīkojums refraktometriskajiem mērījumiem.
Abbe tipa un Pulfriha tipa refraktometri.

Refraktometri

Refraktometri atšķiras pēc mērījumu diapazona un gaismas avotiem. Ja apgaismojumam izmanto balto gaismu, ierīce bieži vien ietver arī prizmas, lai kompensētu viļņa garuma atšķirības. Pateicoties tam, ir iespējams noteikt refrakcijas indeksu pie nātrija spektra dzeltenās līnijas D viļņa garuma, veicot mērījumus dienasgaismā vai kvēlspuldzes gaismā.

No daudzajiem refraktometru veidiem, kas paredzēti tiešai šķidru un cietu vielu refrakcijas indeksa mērīšanai ar refrakcijas ierobežojošo leņķi vai kopējo iekšējo atstarošanos, to vidējo izkliedi un šķīdumu koncentrācijas noteikšanai, mēs uzskatām divus galvenos mājas Abbe tipa. refraktometri — URL refraktometrs un IRF-22 refraktometrs.

Abbe refraktometrs

Tam ir skala refrakcijas indeksa nolasīšanai no 1300 līdz 1700. Mērījumus var veikt caurlaidīgā un atstarotā gaismā. Galvenie refraktometra komponenti (119. att.) ir prizmas bloks 3, montāžas palielinātājs 1 un stikla gals ar nolasāmo mikroskopu 5.

Prizmu bloks sastāv no divām prizmām (mērīšanas un apgaismojuma), uz kuru virsmas plānā kārtā tiek sadalīts analizētais šķidrums (apmēram 0,05 ml). Prizmas bloks var būt normāls vai aprīkots ar plūsmas ierīci. Caurplūdes prizmas iekārta ir paredzēta nepārtraukti plūstošu šķidrumu, tostarp ļoti gaistošu, analīzei. Plūsmas blokā virs mērīšanas prizmas virsmas ir šaura sprauga, caur kuru plūst analizējamais šķidrums. Prizmas bloks tiek kontrolēts ar termostatu. Ierīcei ir savs gaismas avots (6 V un 1,8 W), kas piestiprināts ar iespīlēšanas patronu mērīšanas prizmas priekšā mērījumu veikšanai caurlaidīgā vai atstarotā gaismā. Normālo prizmu bloku 3 izmanto atsevišķu šķidrumu, kā arī cieto un plastmasas paraugu analīzei.

Uzstādīšanas palielināmais stikls 1 tiek izmantots, lai novērotu kopējā iekšējā atstarojuma robežlīniju. Tajā iebūvētais kompensators - Amici prizma - tiek izmantots, lai likvidētu krāsaino bārkstis gar robežlīniju un iegūtu skaidru šīs līnijas attēlu. References mikroskopa okulārā, kas savienots ar montāžas palielinātāju, ir redzami sadalījumi refrakcijas indeksa nolasīšanai. Okulāra redzamības lauku apgaismo dienas gaisma vai gaisma no kvēlspuldzes caur spoguli, kas uzstādīts uz prizmas bloka.

Mērot caurlaidīgā gaismā, gaismas plūsma iekrīt apgaismojuma prizmā caur spoguli 6 vai tieši no gaismas avota, kas uzstādīts uz prizmas bloka, iziet cauri analizējamās vielas paraugam un nonāk mērīšanas prizmā. Pēc tam gaisma nonāk montāžas palielinātājā. Mērot atstarotajā gaismā, tas iekrīt tieši mērīšanas prizmā, pēc tam tiek atstarots no mērprizmas parauga mitrās virsmas un nonāk montāžas palielinātājā.

Veicot mērījumus abos gadījumos, stiprinājuma palielinātāja okulāra redzes laukā tiek novēroti gaiši un tumši lauki (120. att.). Dalījuma līnija starp abiem laukiem atbilst kopējā iekšējā atstarojuma leņķim. Mērot caurlaidīgā gaismā, tiek panākts lielāks gaišo un tumšo lauku kontrasts; Mērot atstarotajā gaismā, abiem laukiem ir mazāks kontrasts. Apgaismojot ar baltu gaismu, dalījuma līnija vispirms tiek iegūta ar krāsainu apmali. Šī mala tiek novērsta, pagriežot dispersijas kompensatora rokratu 2 (sk. 119. att.). Pagriežot rokratu 4, iestatiet iegūto bezkrāsaino līniju uz krusta krustošanās punktu. Tajā pašā laikā ciparnīca griežas. Ar mikroskopu mēra refrakcijas indeksu vai sausnas saturu testa šķīdumā, piemēram, attēlā. 121:

Duļķainus šķidrumus, plastmasas vielas un ļoti krāsainus šķidrumus var izmērīt tikai atstarotā gaismā.

Izmantojot Abbe refraktometru, nosaka šķīdumu koncentrāciju un pārbauda šķidrumu tīrību, plāno sekciju, plastmasas un cieto vielu kontroli. To var izmantot, lai pētītu ūdens, spirta, ēteriskos un citus šķīdumus; eļļas un vaski; augļu sulas, sīrupi, cukura šķīdumi; tauki, augu eļļas, tinktūras, dzērieni, sveķi un plastmasas. Ražots PSRS un VDR.