การกระจายตัวของแสงขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของแสงต่อความถี่ การวิจัยพบว่าการเสพติดนั้น nจาก ν มีอยู่ในสารทุกชนิด

ตามทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ ความเร็วแสงในสุญญากาศ https://pandia.ru/text/80/368/images/image002_190.gif" width="45" height="25 src="> - ค่าคงที่ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก โดยไม่ขึ้นกับความถี่ การยืนยันที่น่าเชื่อของข้อสรุปนี้เกิดขึ้นในดาราศาสตร์ฟิสิกส์เมื่อสังเกตการแผ่รังสีของดาวฤกษ์คู่คือระบบที่ประกอบด้วยดาวสองดวงที่เชื่อมต่อกันด้วยแรงโน้มถ่วงและเคลื่อนที่รอบจุดศูนย์กลางความเฉื่อยร่วมกันซึ่งมีผู้สังเกตการณ์ตั้งอยู่ ในระนาบการเคลื่อนที่ของดาวทั้งสองดวงควรเห็นเป็นระยะ ๆ การเกิดสุริยุปราคาซ้ำกันของดาวเหล่านี้ในระหว่างที่ความสว่างของดาวฤกษ์คู่ลดลงอย่างเห็นได้ชัดหากความเร็วของแสงในสุญญากาศขึ้นอยู่กับความถี่ดังนั้นในช่วงสุริยคราสไม่เพียง แต่ความสว่างเท่านั้น สีของดาวคู่ก็ควรจะเปลี่ยนเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ถ้าความเร็ว c สำหรับแสงสีแดงจะมากกว่าสีม่วง เมื่อเริ่มต้นคราส ดาวคู่ก็ควรจะเป็นสีน้ำเงินม่วง และที่ ปลาย - แดง-เหลือง อย่างไรก็ตาม การทดลองแสดงให้เห็นว่าไม่มีรูปแบบดังกล่าวในการเปลี่ยนสีของดาวฤกษ์คู่ ดังนั้น ความเร็วในสุญญากาศสำหรับแสงทุกความถี่ ν จึงเท่ากัน ดังนั้นการกระจายตัวของแสงในสารจึงสัมพันธ์กับการพึ่งพาความเร็วเฟสของแสงในสารนี้บน ν:

https://pandia.ru/text/80/368/images/image004_131.gif" width="47" height="48">) จากนั้นเราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการพึ่งพาได้เท่าเทียมกัน nและ โวลต์จาก λ: n = n(λ) และ โวลต์ = โวลต์(λ). การพึ่งพาอาศัยกัน nจาก λ และ ν ไม่เชิงเส้นเช่น

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

สำหรับกระจกในบริเวณที่มีแสงที่มองเห็นได้ ลักษณะการพึ่งพาที่คล้ายคลึงกัน nจาก λ สังเกตได้ในสารโปร่งใสทั้งหมด กล่าวคือ ในบริเวณความยาวคลื่นที่อยู่ห่างจากแถบดูดกลืนแสงของสารเพียงพอ สำหรับแก้ว แถบเหล่านี้อยู่ในส่วน UV และ IR ของสเปกตรัม..gif" width="288" height="198">

เป็นเรื่องปกติที่จะโทร ความแปรปรวนปกติ ถ้า https://pandia.ru/text/80/368/images/image010_80.gif" width="148" height="48 src=">,

ที่ไหน ก, ข, ค,... – ค่าคงที่ค่าของสารแต่ละชนิดจะถูกกำหนดโดยการทดลอง ในกรณีส่วนใหญ่ เราสามารถจำกัดตัวเองอยู่แค่สองเทอมแรกของสูตรได้

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

การกระจายตัวผิดปกติ ถ้า คือ ดัชนีการหักเหของแสงลดลงตามความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น

ในรูป รูปที่ 24.2 แสดงแนวทางทั่วไปของการพึ่งพาอาศัยกัน nจาก แล การกระจายตัวผิดปกติสอดคล้องกับบริเวณสเปกตรัมจาก เล1ก่อน แลมบ์ดา.

พิจารณาคลื่นที่อธิบายโดยสมการ:

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

ให้เรากำหนดความเร็วของการเคลื่อนที่ของค่าเฟสที่กำหนดในอวกาศ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เราแยกความแตกต่างนิพจน์ (24.2):

เราจะได้ความเร็วจากที่ไหน:

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

พิจารณาพัลส์ที่ประกอบด้วยคลื่นสองคลื่นที่มีแอมพลิจูดเท่ากัน มีความถี่และเลขคลื่นเท่ากัน:

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

โดยที่แอมพลิจูดที่แปรผันอย่างช้าๆ คือ

เพื่อหาความเร็วของกลุ่ม ยูจำเป็นต้องเขียนเงื่อนไขสำหรับความคงตัวของแอมพลิจูดพัลส์:

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

เราจะหาความเร็วของกลุ่มได้จากที่ไหน:

Differential" href="/text/category/differentcial/" rel="bookmark">ส่วนต่าง เราได้สูตร (24.4)

ในบริเวณที่มีการกระจายตัวผิดปกติ ความเร็วกลุ่มของแสงในสสาร https://pandia.ru/text/80/368/images/image029_36.gif" width="59" height="48 src=">

แสดงให้เห็นว่าความเร็วของกลุ่มสัมพันธ์กับความสัมพันธ์ของเฟส:

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

คอลลิเมเตอร์จะสร้างลำแสงขนานของแสงที่กำลังศึกษา ปริซึมจะสลายลำแสงที่ตกกระทบออกเป็นสเปกตรัม สเปกตรัมการกระจายตัวจะสังเกตได้ในระนาบโฟกัสของเลนส์ L2 ซึ่งสามารถมองผ่านช่องมองภาพ L3 หรือถ่ายภาพก็ได้

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสเปกตรัมการกระจายตัวและสเปกตรัมการเลี้ยวเบนคือ มุมโก่งของรังสีของแสงเอกรงค์ด้วยปริซึมนั้นไม่เป็นสัดส่วนกับความยาวคลื่นของแสงนี้หรือความถี่ของมัน การสลายตัวของแสงเป็นสเปกตรัมโดยปริซึมเกิดขึ้นตามค่าของดัชนีการหักเหของแสง ดังนั้นในการกำหนดความยาวคลื่นของแสงที่ศึกษาอยู่จึงจำเป็นต้องทราบการพึ่งพาของดัชนีการหักเหของแสงในความยาวคลื่น นี่เป็นข้อเสียของสเปกโตรกราฟแบบปริซึม ก่อนอื่นต้องสอบเทียบเครื่องมือสเปกตรัมแบบกระจายโดยใช้เครื่องมือมาตรฐานที่มีสเปกตรัมแบบเส้น แต่ถึงกระนั้น ปริซึมสเปกโตรกราฟก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติ เนื่องจากการผลิตปริซึมที่ดีนั้นง่ายกว่าตะแกรงการเลี้ยวเบนที่ดีมาก นอกจากนี้ สเปกโตรกราฟแบบปริซึมยังมีอัตราส่วนรูรับแสงที่สูงกว่าอีกด้วย

§ 25. ทฤษฎีคลาสสิกของการกระจายแสง

การกระจายตัวของแสงเป็นผลมาจากอันตรกิริยาของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับอนุภาคที่มีประจุซึ่งประกอบเป็นสาร ดังนั้นทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดมหภาคของแมกซ์เวลล์จึงไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้ ทฤษฎีการกระจายตัวแบบคลาสสิกได้รับการพัฒนาหลังจากที่ Lorentz สร้างทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ของโครงสร้างของสสารเท่านั้น

จากทฤษฎีของแมกซ์เวลล์เป็นไปตามดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ nสภาพแวดล้อมแสดงโดยสูตร:

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

ความไวต่ออิเล็กทริกของตัวกลางอยู่ที่ไหน ε0 – ค่าคงที่ทางไฟฟ้า ป– การฉายภาพเวกเตอร์โพลาไรเซชันไปยังทิศทางของเวกเตอร์ https://pandia.ru/text/80/368/images/image039_27.gif" width="96" height="52 src="> (25.2)

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วข้างต้นว่าเนื่องจากความถี่ของคลื่นแสงสูง โพลาไรเซชันของตัวกลางเกิดจากการกระจัดของอิเล็กตรอนเท่านั้น(โพลาไรเซชันแบบอิเล็กทรอนิกส์) ดังนั้น สำหรับตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันเวกเตอร์โพลาไรเซชัน

https://pandia.ru/text/80/368/images/image041_22.gif" width="17" height="24"> คือโมเมนต์ไดโพลเหนี่ยวนำของอะตอม

z– การกระจัดของอิเล็กตรอนภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของคลื่นแสง จากนั้นเวกเตอร์โพลาไรเซชันจะมีรูปแบบ:

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

ดังนั้นภารกิจจึงต้องค้นหาการพึ่งพาอาศัยกัน zจาก อี.

สำหรับสารโปร่งใส ในการประมาณค่าครั้งแรก เราสามารถสรุปได้ว่าแรงต่อไปนี้กระทำต่ออิเล็กตรอนที่สั่น:
1) พลังที่น่าสนใจ

https://pandia.ru/text/80/368/images/image048_21.gif" width="68" height="20"> – ความถี่ไซคลิกของคลื่นแสง

2) การฟื้นฟูแรงกึ่งยืดหยุ่นของอันตรกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนเชิงแสงกับส่วนที่เหลือของอะตอม

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

ในความเป็นจริงตามการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อแสงผ่านสารก๊าซใด ๆ จะสังเกตเห็นเส้นดูดกลืนและแถบลักษณะเฉพาะของสารนี้ทั้งชุด ด้วยเหตุนี้ สารแต่ละชนิดจึงมีคุณลักษณะเฉพาะด้วยชุดความถี่ไซคลิกที่แตกต่างกัน ω0k ดังนั้นในทฤษฎีคลาสสิกของการกระจายตัวของแสง จึงมีการสันนิษฐานว่าแต่ละอะตอม (หรือโมเลกุล) ของสารถือได้ว่าเป็นระบบของออสซิลเลเตอร์ฮาร์มอนิก - อนุภาคที่มีประจุซึ่งมีประจุประสิทธิผลต่างกัน qk และมวล mk ทำการสั่นแบบไม่หมาดอิสระด้วย ความถี่วงจร ω0k ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของคลื่นแสง ออสซิลเลเตอร์ทั้งหมดเหล่านี้จะทำการบังคับออสซิลเลเตอร์และมีส่วนทำให้เกิดโพลาไรเซชันของสสาร และทำให้เกิดการแสดงออกของดัชนีการหักเหของแสง หากค่าสัมประสิทธิ์การทำให้หมาด ๆ สำหรับออสซิลเลเตอร์ประเภท k ที่สอดคล้องกับความถี่ไซคลิก ω0k เท่ากับ βk เราจะได้

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

ในทางปฏิบัติ พวกเขามักจะใช้การพึ่งพาดัชนีการหักเหของแสงกับความยาวคลื่น (รูปที่ 25.3)..gif" width="56" height="48 src="> (ในรูปที่ 24.2 นี่คือพื้นที่จาก ล1 ก่อน ล2 ).

เมื่อใช้เนื้อหาจากเว็บไซต์นี้ - และการวางแบนเนอร์ถือเป็นข้อบังคับ!!!

การศึกษาดัชนีการหักเหของแสงของของเหลวขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารในสารละลาย

วัสดุที่จัดทำโดย:หัวหน้างานด้านวิทยาศาสตร์ Maksimov Yuri Alekseevich ครูสอนฟิสิกส์ สถาบันการศึกษาเทศบาล "โรงเรียนมัธยม Bolshesundyrskaya" อีเมล: [ป้องกันอีเมล] การศึกษาดำเนินการโดย:นักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 Kuzmina Ksenia

การแนะนำ

การหักเห (การหักเห) - ปรากฏการณ์การเปลี่ยนเส้นทางของลำแสง (หรือคลื่นอื่น ๆ ) ซึ่งเกิดขึ้นที่รอยต่อระหว่างตัวกลางโปร่งใส (ซึมผ่านคลื่นเหล่านี้ได้) สองตัวหรือในความหนาของตัวกลางที่มีคุณสมบัติเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง

การหักเหของแสงเกิดขึ้นในทุกขั้นตอนและถูกมองว่าเป็นปรากฏการณ์ธรรมดาโดยสิ้นเชิง: คุณจะเห็นว่าช้อนที่อยู่ในถ้วยชาจะ "แตก" ที่ขอบเขตของน้ำและอากาศได้อย่างไร การหักเหและการสะท้อนของแสงในหยดน้ำทำให้เกิดรุ้งกินน้ำ

ฉันตัดสินใจดูการหักเหของแสงในของเหลว การรู้ว่าการหักเหของแสงขึ้นอยู่กับ:

• สีของแสง - การกระจายตัวของแสง
• ชนิดของสาร

ฉันเริ่มสนใจว่าดัชนีการหักเหของแสงในของเหลวขึ้นอยู่กับปริมาณอื่นใดอีก ฉันคิดว่าบางทีดัชนีการหักเหของแสงก็ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลายด้วย และเพื่อที่จะพบว่า ฉันตั้งเป้าหมายและวัตถุประสงค์หลายประการให้กับตัวเอง:

วัตถุประสงค์ของการทดลอง:

1. ศึกษาการพึ่งพาดัชนีการหักเหของของเหลวกับความเข้มข้นของสารละลาย
2. การได้รับความรู้และทักษะใหม่ในการทำการทดลอง
3. การทำซ้ำและความลึกของวัสดุที่ได้รับก่อนหน้านี้

งาน:

1. โดยทำการทดลองให้ศึกษาการพึ่งพามุมการหักเหของแสงในของเหลวกับความเข้มข้นของสารละลาย
2. สร้างการพึ่งพาดัชนีการหักเหของแสงกับความเข้มข้นของสารละลาย
3. เปรียบเทียบการขึ้นต่อกันของดัชนีการหักเหของสารละลายของสารต่างๆ
4. พิจารณาว่าผลลัพธ์ที่ได้สามารถนำไปใช้ในทางปฏิบัติได้อย่างไร

ทฤษฎีโดยย่อ

หากรังสีแสงตัดผ่านส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันโปร่งใส 1 และ 2 ทิศทางของรังสีจะเปลี่ยนตามกฎการหักเหของแสง

โดยที่ α คือมุมตกกระทบ β คือมุมการหักเห n21 คือดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ เช่น ดัชนีการหักเหของตัวกลางที่สอง 2 สัมพันธ์กับตัวกลางตัวแรก 1

โดยที่ n1 และ n2 เป็นดัชนีการหักเหสัมบูรณ์ของตัวกลาง 1 และ 2 ตามลำดับ กล่าวคือ ดัชนีการหักเหของตัวกลางเหล่านี้สัมพันธ์กับสุญญากาศ

อุปกรณ์สำหรับการทดลอง

เพื่อให้บรรลุเป้าหมาย ฉันจึงตัดสินใจทำการทดลองโดยใช้สารละลายของสารต่างๆ:

• แอลกอฮอล์
• คอปเปอร์ซัลเฟต
• ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

ในการดำเนินการนี้ ฉันต้องการชิ้นส่วนบางส่วนจากชุดห้องปฏิบัติการ "Geometric Optics" ของ L-micro:

• หลอดไส้ที่มีแรงดันไฟฟ้า 12V กำลังไฟ 21W และไส้หลอดตรง ติดตั้งหลอดไฟไว้ในช่องเสียบซึ่งอยู่ภายในกล่องไฟ
• ไดอะแฟรมร่องเดียว
• บล็อกการเชื่อมต่อซึ่งใช้เชื่อมต่อไฟส่องสว่างกับแหล่งพลังงาน
• Cuvette (ภาชนะใสทรงสี่เหลี่ยมสำหรับเติมของเหลว)
• แขนขา (ไม้โปรแทรกเตอร์)

เทคนิคการวิจัย

ด้วยการรวมส่วนเหล่านี้ทั้งหมดเข้าด้วยกัน เราได้อุปกรณ์ที่ช่วยให้เราทำการทดลองเพื่อตรวจสอบการพึ่งพาดัชนีการหักเหของของเหลวต่าง ๆ กับความเข้มข้นของสารละลาย

เมื่อใช้งานอุปกรณ์นี้ คุณควรระวังไฟส่องสว่างเนื่องจากความร้อน รวมถึงคิวเวตต์ซึ่งติดบอร์ดได้ไม่ดีเนื่องจากแม่เหล็กอ่อน เพื่อคำนวณการวัดที่แม่นยำ เราจะเปลี่ยนวงแหวนจากชุดอุปกรณ์ โดยใช้ไม้โปรแทรกเตอร์ธรรมดาเพื่อทำเครื่องหมายการแบ่งเพิ่มเติมเป็นองศา

โครงสร้างงานวิจัย:

• เราจะติดไม้โปรแทรกเตอร์พร้อมคิวเวทเข้ากับบอร์ด
• เทของเหลวทดสอบ 100 มล. ลงในคิวเวตต์
• ไฟส่องสว่างที่มีไดอะแฟรมที่มีร่องแคบทำมุม 40° ถูกวางไว้เหนือคิวเวทท์
• โดยการเปลี่ยนความเข้มข้นของสารละลายของเหลว ค่าของมุมการหักเหของแสงที่ได้รับจะถูกป้อนลงในตาราง
• ค่าดัชนีการหักเหของแสงถูกคำนวณ
• จากค่าที่ได้รับจะมีการสร้างกราฟของการพึ่งพาดัชนีการหักเหของความเข้มข้นของสารละลาย

จากการทดลองกับแอลกอฮอล์ คอปเปอร์ซัลเฟต และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เราได้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:

ดัชนีการหักเหของแสงในสารละลายแอลกอฮอล์

กราฟของการพึ่งพาดัชนีการหักเหของแสงต่อความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ในสารละลาย

ดัชนีการหักเหของแสงในสารละลาย CuSO4

กราฟของการพึ่งพาดัชนีการหักเหของแสงต่อความเข้มข้นของ CuSO4 ในสารละลาย

ดัชนีการหักเหของแสงในไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2)

ผลลัพธ์สุดท้าย

/พี>

ข้อสรุป

1. ดัชนีการหักเหของแสงจะเพิ่มขึ้นตามเปอร์เซ็นต์แอลกอฮอล์ในสารละลายที่เพิ่มขึ้นจนกระทั่งความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ถึง 70% หลังจากนั้นดัชนีการหักเหของแสงจะไม่เปลี่ยนแปลงไม่ว่าเราจะเพิ่มปริมาณแอลกอฮอล์มากเพียงใดก็ตาม
2. ดัชนีการหักเหของสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เกือบจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของสารในสารละลายและเพิ่มขึ้นตามปริมาณไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นในสารละลาย
3. ดัชนีการหักเหของสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตนั้นเกือบจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับเนื้อหาของสารในสารละลายด้วย
4. สำหรับการแก้ปัญหาทั้งหมด จุดร่วมคือ 1.33 ซึ่งเป็นดัชนีการหักเหของน้ำ โดยที่เนื้อหาของสารอื่นคือ 0%

5. การใช้เครื่องวัดการหักเหของแสงเพื่อระบุสารและการควบคุมคุณภาพ

6. ฟิสิกส์ พื้นฐานของวิธีโพลาริเมทริก

7. การขึ้นอยู่กับมุมการหมุนของระนาบโพลาไรเซชันกับโครงสร้างของสาร

10. ฟิสิกส์ พื้นฐานของการตรวจไตและความขุ่น

11. อุปกรณ์สำหรับการวิเคราะห์เนโฟโลเมตริก

12. การประยุกต์ใช้เครื่องวัดความขุ่นและความขุ่น

13. ลักษณะพื้นฐานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า การจำแนกวิธีวิเคราะห์สเปกตรัม

14.ฟิสิกส์ พื้นฐานของการวิเคราะห์สเปกตรัม

15. ประเภทและลักษณะของการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กทรอนิกส์

16. การขึ้นอยู่กับจำนวนพลังงานเพิ่มเติม จากตำแหน่งในตาราง

17. ชั้นเรียน องค์ประกอบทางเคมีตามความสามารถในการกระตุ้น และไอออไนเซชัน

18. แผนการเปลี่ยนพลังงานในอะตอม

20. การขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของเส้นสเปกตรัมกับตำแหน่งในตาราง

22. ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความเข้มของสเปกตรัม

23. ความกว้างของเส้นสเปกตรัม เหตุผลในการขยาย.

24. แผนการเปลี่ยนพลังงานในโมเลกุล

26*. สภาวะและกลไกของการทำให้เป็นอะตอมและการกระตุ้นของสสารในสเปกโทรสโกปีของการแผ่รังสีอะตอมด้วยเปลวไฟ

27. เงื่อนไขและกลไกของการทำให้เป็นอะตอมและการกระตุ้นของสสารในส่วนโค้งและประกายไฟ สเปกโทรสโกปีของการแผ่รังสีอะตอม

25. บล็อกไดอะแกรมและหน้าที่ของส่วนประกอบหลักของสเปกโตรมิเตอร์การปล่อยอะตอมมิก ลักษณะพื้นฐานของสเปกโตรมิเตอร์การปล่อยอะตอม

28. การออกแบบและหลักการทำงานของพลาสมาตรอนแบบสามหลอดสำหรับการวิเคราะห์การปล่อยอะตอมมิกด้วยพลาสมาคู่แบบเหนี่ยวนำ

29. วิธีการแยกเส้นสเปกตรัมเชิงวิเคราะห์ขององค์ประกอบออกจากการแผ่รังสีแบบโพลีโครมาติกของตัวอย่างที่วิเคราะห์ รูปแบบและหลักการทำงานของโมโนโครเมเตอร์ชนิดกระจายตัว

30. ประเภทของเครื่องตรวจจับสเปกโตรมิเตอร์การปล่อยอะตอมมิก หลักการกระทำของพวกเขา

33. ข้อดีและข้อเสียของการบันทึกภาพถ่ายสเปกตรัมการแผ่รังสีปรมาณู

31. พื้นฐานของการวิเคราะห์การปล่อยก๊าซอะตอมเชิงคุณภาพ การกำหนดความยาวคลื่นของเส้นสเปกตรัมลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบ

33. การกำหนดความเข้มของเส้นสเปกตรัมขององค์ประกอบระหว่างการบันทึกสเปกตรัมด้วยภาพถ่าย

34. กึ่งปริมาณ. วิธีเปรียบเทียบในการวิเคราะห์การปล่อยปรมาณู

35. วิธีกึ่งปริมาณของคู่ที่คล้ายคลึงกันในการวิเคราะห์การปล่อยอะตอม

36. วิธีกึ่งปริมาณสำหรับลักษณะที่ปรากฏและการขยายเส้นสเปกตรัมในการวิเคราะห์การปล่อยปรมาณู

32. สมการโลมาคิน-ชีเบ

37. วิธีการวิเคราะห์การปล่อยก๊าซอะตอมเชิงปริมาณที่แม่นยำโดยใช้มาตรฐาน

38-39. บทบัญญัติทั่วไปของทฤษฎี AAC

41. การทำให้เป็นอะตอมของเปลวไฟในการวิเคราะห์การดูดกลืนแสงของอะตอม: สภาวะ, กลไก

29. โมโนโครเมเตอร์

39. การออกแบบและหลักการทำงานของหลอดปล่อยก๊าซแบบไม่ใช้ไฟฟ้า

30. เครื่องตรวจจับ

26. การเตรียมตัวอย่างเพื่อการวิเคราะห์โดยวิธีออปติคัลอะตอมมิกสเปกโทรสโกปี

45. พื้นฐานทางกายภาพของการวิเคราะห์สเปกตรัมด้วยรังสีเอกซ์

46. ​​​​โครงการกระตุ้นและการปล่อยเส้นสเปกตรัมเอ็กซ์เรย์ ขอบการดูดซับที่สำคัญ

47. อุปกรณ์กระจายและตรวจจับของเอ็กซ์เรย์สเปกโตรมิเตอร์

48. พื้นฐานของคุณภาพและปริมาณของการวิเคราะห์สเปกตรัมด้วยรังสีเอกซ์

49. แผนการดำเนินงาน ข้อดีและข้อเสียของการวิเคราะห์การปล่อยรังสีเอกซ์

50. รูปแบบการใช้งาน ข้อดีและข้อเสียของการวิเคราะห์การเรืองแสงด้วยรังสีเอกซ์

3. การกระจายตัวของดัชนีการหักเหของแสง การพึ่งพาดัชนีการหักเหของแสงกับอุณหภูมิและความดัน การหักเหของฟันกราม

ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์สำหรับสื่อโปร่งใสเกี่ยวข้องกับดัชนีการหักเหของแสง n และค่าคงที่ไดอิเล็กตริก  ตามสมการ: =n 2 (1) โพลาไรเซชัน P ของโมเลกุลสัมพันธ์กับค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของตัวกลาง: P = P def + P op = (-1)/(+ 2) (M /d) = 4/3 N A , (2 ) โดยที่ P def คือโพลาไรเซชันของการเสียรูป ; P หรือ – โพลาไรเซชันแบบตะวันออก; M คือน้ำหนักโมเลกุลของสาร ความหนาแน่นของสาร N A - หมายเลข Avagadro;  คือความสามารถเชิงขั้วของโมเลกุล การแทน n 2 ลงในสมการ (2) แทนที่จะเป็น  และ  el แทนที่จะเป็น  เราจะได้ (n 2 - 1)/ (n 2 + 2) (M /d) = 4/3 N A  el = R el = R M ( 3) สูตรนี้เรียกว่าสูตร Lorentz-Lorentz ค่าของ R M ในนั้นคือการหักเหของฟันกราม จากสูตรนี้ ค่าของ RM ซึ่งกำหนดผ่านดัชนีการหักเหของสาร ทำหน้าที่เป็นตัววัดโพลาไรเซชันทางอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุล ในการศึกษาเคมีกายภาพ ยังใช้การหักเหเฉพาะ: r = R M / M = (n 2 1)/ (n 2 + 2) (1/d) (4)

การหักเหของฟันกรามมีมิติของปริมาตรต่อ 1 โมลของสาร (cm 3 /mol) การหักเหของแสงจำเพาะมีมิติของปริมาตรต่อ 1 กรัม (cm 3 /g) เมื่อพิจารณาโมเลกุลเป็นทรงกลมที่มีรัศมี g m โดยมีพื้นผิวเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าโดยประมาณ แสดงว่า  el = g M 3 ในกรณีนี้ R M = 4/3  N A g 3 (5) เช่น การหักเหของฟันกรามเท่ากับปริมาตรภายในของโมเลกุลของสาร 1 โมล สำหรับสารที่ไม่มีขั้ว R M =P สำหรับสารที่มีขั้ว R M จะน้อยกว่า P ตามจำนวนโพลาไรเซชันของการปฐมนิเทศ

จากสมการ (3) ดังต่อไปนี้ ค่าของการหักเหของฟันกรามจะถูกกำหนดโดยความสามารถในการโพลาไรซ์เท่านั้น และไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและสถานะการรวมตัวของสาร เช่น เป็นค่าคงที่เฉพาะของสาร

การหักเหเป็นการวัดความสามารถในการขั้วของเปลือกอิเล็กตรอนระดับโมเลกุล เปลือกอิเล็กตรอนของโมเลกุลประกอบด้วยเปลือกของอะตอมที่ก่อตัวเป็นโมเลกุล ดังนั้นหากเรากำหนดค่าการหักเหของแสงให้กับอะตอมหรือไอออนแต่ละตัว การหักเหของโมเลกุลจะเท่ากับผลรวมของการหักเหของอะตอมและไอออน เมื่อคำนวณการหักเหของโมเลกุลผ่านการหักเหของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบจำเป็นต้องคำนึงถึงสถานะเวเลนซ์ของอะตอมคุณสมบัติของการจัดเรียงซึ่งมีการแนะนำคำศัพท์พิเศษ - การเพิ่มขึ้นของหลาย ๆ (คาร์บอนสองเท่าและสาม - คาร์บอน) และพันธะอื่นๆ ตลอดจนการแก้ไขตำแหน่งพิเศษของแต่ละอะตอมและหมู่ในโมเลกุล : Rm= Ra+Ri, (6) โดยที่ R A และ Ri เป็นการหักเหของอะตอมและการเพิ่มพันธะหลายเท่าตามลำดับ ซึ่งก็คือ ระบุไว้ในหนังสืออ้างอิง

สมการ (6) เป็นการแสดงออกถึงกฎของการบวกของการหักเหของฟันกราม วิธีการคำนวณการหักเหของฟันกรามเป็นผลรวมของการหักเหของแสงที่ไม่ใช่อะตอม แต่เป็นของพันธะ (C-H, O-H, N-H ฯลฯ) มีเหตุผลทางกายภาพมากกว่า เนื่องจากเป็นเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่ถูกโพลาไรซ์ด้วยแสง , สร้างพันธะเคมี

การหักเหของฟันกรามของสารประกอบที่สร้างจากไอออนจะคำนวณเป็นผลรวมของการหักเหของไอออนิก

สามารถใช้กฎบวก (6) เพื่อสร้างโครงสร้างของโมเลกุลได้ โดยเปรียบเทียบ Rm ซึ่งได้จากข้อมูลการทดลองโดยใช้สมการ (3) กับค่าที่คำนวณโดยใช้สมการ (6) สำหรับโครงสร้างที่คาดหวังของโมเลกุล

ในบางกรณีที่เรียกว่า ความสูงส่งของการหักเหซึ่งประกอบด้วยค่าการทดลองที่มากเกินไป R M ไม่ เมื่อเปรียบเทียบกับที่คำนวณโดยสมการ (6) ความสูงของการหักเหบ่งบอกถึงการมีอยู่ของพันธะหลายคอนจูเกตในโมเลกุล การหักเหของความสูงส่งในโมเลกุลที่มีพันธะดังกล่าวเกิดจากการที่-อิเล็กตรอนในนั้นอยู่ในอะตอมทั้งหมดที่ก่อให้เกิดระบบการผันคำกริยาและสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระตามระบบนี้เช่น มีความคล่องตัวสูง ดังนั้นจึงเพิ่มความสามารถในการโพลาไรเซชันในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

การเติมสารยังเกิดขึ้นสำหรับการหักเหของส่วนผสมและสารละลายของเหลว - การหักเหของส่วนผสมจะเท่ากับผลรวมของการหักเหของส่วนประกอบหารด้วยส่วนแบ่งในส่วนผสม สำหรับการหักเหของฟันกรามของสารผสมไบนารี่ ตามกฎการบวก เราสามารถเขียนได้: R=N 1 R 1 +(1 N 1)R 2, (7)

สำหรับการหักเหเฉพาะ r = f 1 r 1 + (lf 1)r 2 (8) โดยที่ N 1 และ f 1 คือเศษส่วนโมลและน้ำหนักขององค์ประกอบแรก

สูตรเหล่านี้สามารถใช้เพื่อกำหนดองค์ประกอบของสารผสมและการหักเหของส่วนประกอบต่างๆ นอกจากโครงสร้างทางเคมีของสารแล้ว ค่าดัชนีการหักเหของแสงยังถูกกำหนดโดยความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบและอุณหภูมิที่วัดได้ ตามกฎแล้วเมื่อความยาวคลื่นเพิ่มขึ้นดัชนีการหักเหของแสงจะลดลง แต่สำหรับสารที่เป็นผลึกบางชนิดจะสังเกตเห็นพฤติกรรมที่ผิดปกติของการพึ่งพาอาศัยกันนี้ การแสดงที่พบบ่อยที่สุด การหักเหจะถูกกำหนดสำหรับความยาวคลื่น (เส้น Na สีเหลือง - เส้น D-589nm, เส้นไฮโดรเจนสีแดง - เส้น C-656nm, เส้นไฮโดรเจนสีน้ำเงิน - เส้น F-486nm)

การขึ้นอยู่กับการหักเหของแสงหรือดัชนีการหักเหของแสงต่อความยาวคลื่นเรียกว่าการกระจายตัว การวัดการกระจายตัวอาจเป็นความแตกต่างระหว่างค่าของดัชนีการหักเหของแสงที่วัดที่ความยาวคลื่นต่างกันที่เรียกว่า ความแปรปรวนเฉลี่ย การวัดการกระจายตัวคือการกระจายสัมพัทธ์: F , C , D =(n f – n C)/(n D -l)]10 3 (9) โดยที่ n f , n C , n D เป็นดัชนีการหักเหของแสงที่วัดสำหรับเส้น เส้น F และ C ไฮโดรเจนและโซเดียม D การกระจายตัวสัมพัทธ์  F, C, D มีความไวต่อการมีอยู่และตำแหน่งของพันธะคู่ในโมเลกุลมาก

ค่าดัชนีการหักเหของแสงของสารยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่ตรวจวัดด้วย เมื่ออุณหภูมิลดลง สารจะมีความหนาแน่นทางการมองเห็นมากขึ้น เช่น ดัชนีการหักเหของแสงเพิ่มขึ้น ดังนั้น เมื่อดำเนินการตรวจวัดการหักเหของแสง จำเป็นต้องตั้งเทอร์โมสตัทเครื่องวัดการหักเหของแสง สำหรับก๊าซ ดัชนีการหักเหของแสงยังขึ้นอยู่กับความดันด้วย การพึ่งพาดัชนีการหักเหของก๊าซโดยทั่วไปกับอุณหภูมิและความดันแสดงโดยสูตร: n-1=(n 0 -1)(P/760)[(1+P)/(1+t) ( 10) โดยที่ n คือดัชนีการหักเหของแสงที่ความดัน P และอุณหภูมิ ที° ค; ไม่มี 0 - ดัชนีการหักเหของแสงภายใต้สภาวะปกติ P - ความดัน k mm Hg ศิลปะ.;  และ  - ค่าสัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับลักษณะของก๊าซ .

การกระจายแสง- นี่คือการพึ่งพาของดัชนีการหักเหของแสง nสารขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสง (ในสุญญากาศ)

หรือสิ่งเดียวกันคือการขึ้นอยู่กับความเร็วเฟสของคลื่นแสงต่อความถี่:

การกระจายตัวของสารเรียกว่าอนุพันธ์ของ nโดย

การกระจายตัว - การพึ่งพาดัชนีการหักเหของสารบนความถี่คลื่น - ปรากฏอย่างชัดเจนและสวยงามเป็นพิเศษพร้อมกับผลกระทบของการหักเหของแสง (ดูวิดีโอ 6.6 ในย่อหน้าก่อนหน้า) ซึ่งสังเกตได้เมื่อแสงผ่านสารแอนไอโซโทรปิก ความจริงก็คือดัชนีการหักเหของคลื่นธรรมดาและคลื่นพิเศษนั้นขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่นที่แตกต่างกัน เป็นผลให้สี (ความถี่) ของแสงที่ผ่านสารแอนไอโซโทรปิกที่วางอยู่ระหว่างโพลาไรเซอร์สองตัวนั้นขึ้นอยู่กับทั้งความหนาของชั้นของสารนี้และมุมระหว่างระนาบการส่งผ่านของโพลาไรเซอร์

สำหรับสารโปร่งใสและไม่มีสีทั้งหมดในส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม เมื่อความยาวคลื่นลดลง ดัชนีการหักเหของแสงจะเพิ่มขึ้น นั่นคือ การกระจายตัวของสารจะเป็นลบ: . (รูปที่ 6.7 พื้นที่ 1-2, 3-4)

หากสารดูดซับแสงในช่วงความยาวคลื่น (ความถี่) ที่แน่นอน จากนั้นในบริเวณการดูดกลืนแสงจะกระจายตัว

กลายเป็นบวกและเรียกว่า ผิดปกติ (รูปที่ 6.7 พื้นที่ 2–3)

ข้าว. 6.7. การขึ้นอยู่กับกำลังสองของดัชนีการหักเหของแสง (เส้นโค้งทึบ) และค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของสาร
(เส้นโค้งประ) กับความยาวคลื่นลใกล้กับแถบดูดซับแถบใดแถบหนึ่ง()

นิวตันศึกษาการกระจายตัวแบบปกติ การสลายตัวของแสงสีขาวเป็นสเปกตรัมเมื่อผ่านปริซึมเป็นผลมาจากการกระจายตัวของแสง เมื่อลำแสงสีขาวผ่านปริซึมแก้ว ก สเปกตรัมหลายสี (รูปที่ 6.8)

ข้าว. 6.8. การผ่านของแสงสีขาวผ่านปริซึม: เนื่องจากดัชนีการหักเหของกระจกแตกต่างกัน
ความยาวคลื่น ลำแสงจะสลายตัวเป็นองค์ประกอบสีเดียว - สเปกตรัมจะปรากฏบนหน้าจอ

แสงสีแดงมีความยาวคลื่นที่ยาวที่สุดและมีดัชนีการหักเหของแสงน้อยที่สุด ดังนั้นรังสีสีแดงจึงถูกหักเหน้อยกว่าแสงอื่นๆ ด้วยปริซึม ถัดจากนั้นจะเป็นแสงสีส้ม ต่อมาเป็นสีเหลือง เขียว น้ำเงิน คราม และสุดท้ายเป็นแสงสีม่วง แสงสีขาวที่ซับซ้อนที่ตกกระทบบนปริซึมจะถูกสลายออกเป็นองค์ประกอบสีเดียว (สเปกตรัม)

ตัวอย่างสำคัญของการกระจายตัวคือรุ้ง หากดวงอาทิตย์อยู่ข้างหลังผู้สังเกต รุ้งจะสังเกตเห็นได้ รังสีสีแดงและสีม่วงหักเหโดยหยดน้ำทรงกลมและสะท้อนจากพื้นผิวด้านใน รังสีสีแดงจะหักเหน้อยลงและเข้าสู่ดวงตาของผู้สังเกตจากหยดที่อยู่ในระดับความสูงที่สูงกว่า ดังนั้นแถบบนสุดของรุ้งจะกลายเป็นสีแดงเสมอ (รูปที่ 26.8)

ข้าว. 6.9. การเกิดขึ้นของสายรุ้ง

การใช้กฎการสะท้อนและการหักเหของแสง ทำให้สามารถคำนวณเส้นทางของรังสีแสงที่มีการสะท้อนรวมและการกระจายตัวของเม็ดฝนได้ ปรากฎว่ารังสีกระเจิงด้วยความเข้มสูงสุดในทิศทางที่สร้างมุมประมาณ 42° กับทิศทางของรังสีดวงอาทิตย์ (รูปที่ 6.10)

ข้าว. 6.10. ที่ตั้งสายรุ้ง

ตำแหน่งทางเรขาคณิตของจุดดังกล่าวคือวงกลมที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่จุดนั้น 0. ส่วนหนึ่งถูกซ่อนไม่ให้ผู้สังเกตเห็น รใต้ขอบฟ้า ส่วนโค้งเหนือขอบฟ้าคือสายรุ้งที่มองเห็นได้ การสะท้อนรังสีสองครั้งในหยาดฝนก็เป็นไปได้เช่นกัน ซึ่งนำไปสู่รุ้งลำดับที่สอง ซึ่งความสว่างนั้นน้อยกว่าความสว่างของรุ้งหลักโดยธรรมชาติ สำหรับเธอ ทฤษฎีนี้ให้มุมหนึ่ง 51 ° นั่นคือรุ้งอันดับสองอยู่นอกรุ้งหลัก ในนั้นลำดับของสีจะกลับกัน: ส่วนโค้งด้านนอกเป็นสีม่วงและส่วนล่างทาสีแดง สายรุ้งลำดับที่สามขึ้นไปนั้นไม่ค่อยมีใครสังเกตเห็น

ทฤษฎีเบื้องต้นของการกระจายตัวการพึ่งพาดัชนีการหักเหของสารกับความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (ความถี่) อธิบายได้บนพื้นฐานของทฤษฎีการแกว่งแบบบังคับ พูดอย่างเคร่งครัด การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอะตอม (โมเลกุล) เป็นไปตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม อย่างไรก็ตาม เพื่อความเข้าใจเชิงคุณภาพของปรากฏการณ์ทางแสง เราสามารถจำกัดตัวเองอยู่แค่แนวคิดเรื่องอิเล็กตรอนที่เกาะกันในอะตอม (โมเลกุล) ด้วยแรงยืดหยุ่นได้ เมื่อเบี่ยงเบนไปจากตำแหน่งสมดุลอิเล็กตรอนดังกล่าวจะเริ่มสั่นค่อย ๆ สูญเสียพลังงานเพื่อปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือถ่ายโอนพลังงานไปยังโหนดขัดแตะและทำให้สารร้อนขึ้น ผลก็คือการสั่นจะลดลง

เมื่อผ่านสาร คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะกระทำกับอิเล็กตรอนแต่ละตัวด้วยแรงลอเรนซ์:

ที่ไหน วี-ความเร็วของอิเล็กตรอนที่สั่น ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อัตราส่วนของความแรงของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะเท่ากับ

ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องยากที่จะประมาณอัตราส่วนของแรงไฟฟ้าและแรงแม่เหล็กที่กระทำต่ออิเล็กตรอน:

อิเล็กตรอนในสสารเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศมาก:

ที่ไหน - ความกว้างของความแรงของสนามไฟฟ้าในคลื่นแสง - เฟสของคลื่น กำหนดโดยตำแหน่งของอิเล็กตรอนที่เป็นปัญหา เพื่อให้การคำนวณง่ายขึ้น เราละเลยการทำให้หมาด ๆ และเขียนสมการการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในรูปแบบ

โดยที่ คือความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือนของอิเล็กตรอนในอะตอม เราได้พิจารณาคำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์เชิงอนุพันธ์ดังกล่าวมาก่อนหน้านี้และได้รับแล้ว

ดังนั้นการกระจัดของอิเล็กตรอนจากตำแหน่งสมดุลจึงเป็นสัดส่วนกับความแรงของสนามไฟฟ้า การกระจัดของนิวเคลียสจากตำแหน่งสมดุลสามารถถูกละเลยได้ เนื่องจากมวลของนิวเคลียสมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับมวลของอิเล็กตรอน

อะตอมที่มีอิเล็กตรอนที่ถูกแทนที่จะได้โมเมนต์ไดโพล

(เพื่อความง่าย ให้เราสมมติในตอนนี้ว่ามีอิเล็กตรอน "ออปติคอล" เพียงตัวเดียวในอะตอม การกระจัดของอิเล็กตรอนมีส่วนสำคัญต่อโพลาไรเซชัน) หากมีหน่วยปริมาตรประกอบด้วย เอ็นอะตอม จากนั้นโพลาไรเซชันของตัวกลาง (โมเมนต์ไดโพลต่อหน่วยปริมาตร) ก็สามารถเขียนได้ในรูปแบบ

ในสื่อจริง การสั่นของประจุประเภทต่างๆ (กลุ่มอิเล็กตรอนหรือไอออน) เป็นไปได้ ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดโพลาไรเซชัน การแกว่งประเภทนี้อาจมีปริมาณประจุที่แตกต่างกัน อีฉันและมวลชน Ti,รวมไปถึงความถี่ธรรมชาติต่างๆ (เราจะแสดงด้วยดัชนี k)ในกรณีนี้คือจำนวนอะตอมต่อหน่วยปริมาตรพร้อมการสั่นสะเทือนประเภทที่กำหนด เอ็นเคเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของอะตอม ยังไม่มีข้อความ:

ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนไร้มิติ เอฟเคแสดงลักษณะการมีส่วนร่วมอย่างมีประสิทธิผลของการแกว่งแต่ละประเภทต่อโพลาไรเซชันรวมของตัวกลาง:

ในทางกลับกัน ดังที่ทราบกันดีว่า

โดยที่ความไวต่ออิเล็กทริกของสารซึ่งสัมพันธ์กับค่าคงที่ไดอิเล็กทริก จอัตราส่วน

เป็นผลให้เราได้รับการแสดงออกของกำลังสองของดัชนีการหักเหของสาร:

ใกล้กับความถี่ธรรมชาติแต่ละความถี่ ฟังก์ชันที่กำหนดโดยสูตร (6.24) จะเกิดความไม่ต่อเนื่อง พฤติกรรมของดัชนีการหักเหของแสงนี้เกิดจากการที่เราละเลยการลดทอน ในทำนองเดียวกัน ดังที่เราเห็นก่อนหน้านี้ การละเลยการหน่วงจะทำให้แอมพลิจูดของการสั่นพ้องที่เรโซแนนซ์เพิ่มขึ้นอย่างไม่สิ้นสุด เมื่อพิจารณาถึงการลดทอนแล้ว จะช่วยเราให้พ้นจากอนันต์ และฟังก์ชันจะมีรูปแบบดังแสดงในรูปที่ 1 6.11.

ข้าว. 6.11. การขึ้นอยู่กับค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของตัวกลางเกี่ยวกับความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

พิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างความถี่และความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศ

เป็นไปได้ที่จะได้รับการพึ่งพาดัชนีการหักเหของสาร ปเกี่ยวกับความยาวคลื่นในบริเวณการกระจายตัวตามปกติ (ส่วน 1–2 และ 3–4 ในรูป 6.7):

ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับความถี่ธรรมชาติของการแกว่งเป็นค่าสัมประสิทธิ์คงที่

ในบริเวณที่มีการกระจายตัวผิดปกติ () ความถี่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกจะอยู่ใกล้กับความถี่ธรรมชาติความถี่ใดความถี่หนึ่งของการสั่นของไดโพลโมเลกุลนั่นคือการสั่นพ้องเกิดขึ้น อยู่ในพื้นที่เหล่านี้ (เช่นพื้นที่ 2–3 ในรูปที่ 6.7) ที่มีการดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของสารจะแสดงด้วยเส้นประในรูป 6.7.

แนวคิดเรื่องความเร็วของกลุ่มแนวคิดเรื่องความเร็วของกลุ่มมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับปรากฏการณ์การกระจายตัว เมื่อพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าจริงแพร่กระจายในตัวกลางที่มีการกระจายตัว เช่น รถไฟคลื่นที่เรารู้จัก ซึ่งปล่อยออกมาจากตัวปล่อยอะตอมแต่ละตัว พวกมันจะ "กระจายออก" - การขยายขอบเขตในอวกาศและระยะเวลาในเวลา นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าพัลส์ดังกล่าวไม่ใช่คลื่นไซน์แบบเอกรงค์เดียว แต่เป็นแพ็กเก็ตคลื่นที่เรียกว่าหรือกลุ่มของคลื่น - ชุดของส่วนประกอบฮาร์มอนิกที่มีความถี่ต่างกันและแอมพลิจูดต่างกันซึ่งแต่ละอันแพร่กระจายในตัวกลางด้วย ความเร็วเฟสของตัวเอง (6.13)

หากแพ็กเก็ตคลื่นแพร่กระจายในสุญญากาศ รูปร่างและขอบเขตเชิงพื้นที่-ชั่วคราวของมันจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง และความเร็วของการแพร่กระจายของขบวนคลื่นดังกล่าวจะเป็นความเร็วเฟสของแสงในสุญญากาศ

เนื่องจากการมีอยู่ของการกระจายตัว การพึ่งพาความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับจำนวนคลื่น เคกลายเป็นแบบไม่เชิงเส้น และความเร็วของการแพร่กระจายของขบวนคลื่นในตัวกลางซึ่งก็คือความเร็วของการถ่ายโอนพลังงานจะถูกกำหนดโดยอนุพันธ์

หมายเลขคลื่นของคลื่น "กลาง" ในรถไฟอยู่ที่ไหน (มีแอมพลิจูดสูงสุด)

เราจะไม่ได้สูตรนี้ในรูปแบบทั่วไป แต่เราจะใช้ตัวอย่างเฉพาะเพื่ออธิบายความหมายทางกายภาพของสูตรนี้ ในฐานะแบบจำลองของแพ็กเก็ตคลื่น เราจะรับสัญญาณที่ประกอบด้วยคลื่นระนาบสองอันที่แพร่กระจายไปในทิศทางเดียวกันโดยมีแอมพลิจูดและเฟสเริ่มต้นเท่ากัน แต่มีความถี่ที่แตกต่างกัน โดยจะเลื่อนสัมพันธ์กับความถี่ "ศูนย์กลาง" ด้วยจำนวนเล็กน้อย หมายเลขคลื่นที่สอดคล้องกันจะถูกเลื่อนโดยสัมพันธ์กับหมายเลขคลื่น "กลาง" ด้วยจำนวนเล็กน้อย . คลื่นเหล่านี้อธิบายได้ด้วยสำนวน

ในหลายกรณี ดัชนีการหักเหของสารละลายไบนารีจะแปรผันเป็นเส้นตรงกับองค์ประกอบของสารละลาย การขึ้นต่อกันของดัชนีการหักเหของสารละลายกับความเข้มข้นจะเกิดขึ้นจากการทดลองสำหรับสารแต่ละตัวโดยการสร้างกราฟการสอบเทียบ ชุดสารละลายที่ทราบความเข้มข้นได้รับการจัดเตรียม วัดดัชนีการหักเหของแสง และสร้างกราฟการสอบเทียบในพิกัดดัชนีความเข้มข้น-การหักเหของแสง

ความเข้มข้นของสารละลายสององค์ประกอบสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

โดยที่ x คือความเข้มข้นของสารละลาย % (มวล) n คือดัชนีการหักเหของสารละลาย n0 คือดัชนีการหักเหของตัวทำละลายที่อุณหภูมิเดียวกัน F เป็นปัจจัยเท่ากับการเพิ่มขึ้นของดัชนีการหักเหของแสงโดยมีความเข้มข้นเพิ่มขึ้น 1% (ทดลอง)

หากความแตกต่างของดัชนีการหักเหของส่วนประกอบที่ประกอบเป็นสารละลายอยู่ที่ประมาณ 0.1 ความแม่นยำในการกำหนดความเข้มข้นอาจเป็นหนึ่งในร้อยของเปอร์เซ็นต์

ดัชนีการหักเหของแสง

วิธีที่ใช้กันทั่วไปในการหาปริมาณการหักเหของแสงคือดัชนีการหักเหของแสง มีแนวคิดเกี่ยวกับดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์และสัมพัทธ์ การหักเหของแสงสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงความเร็วแสงเมื่อผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวหนึ่ง

ดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์คืออัตราส่วนของความเร็วแสงในสุญญากาศต่อความเร็วแสงในตัวกลางอื่น ดัชนีการหักเหของแสงต้องไม่น้อยกว่า 1 เนื่องจากความเร็วแสงในสุญญากาศมีค่าสูงสุด

ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์คืออัตราส่วนของความเร็วแสงในตัวกลางหนึ่งต่อความเร็วแสงในตัวกลางอีกตัวหนึ่ง เนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงต้องไม่น้อยกว่าเอกภาพ ตัวกลางแรกจึงหมายถึงมีความหนาแน่นทางแสงน้อยลงเสมอ

ตามกฎของการหักเหของแสง ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์จะเท่ากับอัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมการหักเห:

ดัชนีการหักเหของแสงขึ้นอยู่กับลักษณะของสสาร อุณหภูมิ ความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ ความเข้มข้น (สำหรับสารละลาย) และความดัน (สำหรับก๊าซ)

9. ฟันกราม การหักเหเฉพาะ ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ การคำนวณการหักเหของแสง

เป็นที่ยอมรับแล้วว่าไม่ใช่ดัชนีการหักเหของแสง แต่เป็นหน้าที่บางอย่างของมัน สัดส่วนโดยตรงความหนาแน่น:

ฉ(n) = ร×ρ,

ที่ไหน ฉ(n) – ฟังก์ชันบางอย่างของดัชนีการหักเหของแสง

ร– สัมประสิทธิ์สัดส่วนเรียกว่า การหักเหเฉพาะ;

ρ – ความหนาแน่น

ตาม สูตรลอเรนซ์-ลอเรนซ์, ฟังก์ชั่นนี้ดูเหมือนว่า:

เมื่อคูณการหักเหเฉพาะด้วยมวลโมลาร์ที่เราได้รับ การหักเหของฟันกราม:

การหักเหของแสงเฉพาะและการหักเหของฟันกราม ไม่ต้องพึ่งจากสภาวะภายนอก - อุณหภูมิ, ความดัน, สถานะการรวมตัวของสาร

เทคนิคการหาความเข้มข้นที่ไม่ทราบ

ในการวัดการหักเหของแสง วิธีการต่อไปนี้ใช้ในการค้นหาความเข้มข้นจากค่าของสัญญาณการวิเคราะห์:

§ วิธีกราฟการสอบเทียบ- สามารถใช้ได้แม้ในกรณีที่มีความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้น (รูปที่)

§ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตารางการหักเหของแสง n – ω ซึ่งรวบรวมไว้สำหรับสารหลายชนิด

§ วิธีการมาตรฐาน– ตามค่าของปัจจัยการหักเหของแสงเชิงวิเคราะห์ เอฟ.

การขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของสารละลาย

จากเศษส่วนมวลของส่วนประกอบที่กำหนด

10. อุปกรณ์สำหรับการวัดการหักเหของแสง
เครื่องวัดการหักเหของแสงชนิด Abbe และชนิด Pulfrich

เครื่องวัดการหักเหของแสง

เครื่องวัดการหักเหของแสงมีความแตกต่างกันในช่วงการวัดและแหล่งกำเนิดแสง หากใช้แสงสีขาวเพื่อให้แสงสว่าง อุปกรณ์ก็มักจะมีปริซึมเพื่อชดเชยความแตกต่างของความยาวคลื่นด้วย ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นไปได้ที่จะระบุดัชนีการหักเหของแสงที่ความยาวคลื่นของเส้นสีเหลือง D ของสเปกตรัมโซเดียม โดยทำการวัดในเวลากลางวันหรือแสงจากหลอดไส้

ในบรรดาเครื่องวัดการหักเหของแสงหลายประเภทที่มีไว้สำหรับการวัดโดยตรงของดัชนีการหักเหของแสงของสารของเหลวและของแข็งโดยมุมจำกัดของการหักเหหรือการสะท้อนภายในทั้งหมด การกระจายตัวโดยเฉลี่ยและเพื่อกำหนดความเข้มข้นของสารละลาย เราจะพิจารณาประเภท Abbe ในประเทศหลักสองประเภท เครื่องวัดการหักเหของแสง - เครื่องวัดการหักเหของแสง URL และเครื่องวัดการหักเหของแสง IRF-22

เครื่องวัดการหักเหของแสง Abbe

มีสเกลสำหรับอ่านดัชนีการหักเหของแสงตั้งแต่ 1.300 ถึง 1.700 การวัดสามารถทำได้ทั้งแสงที่ส่องผ่านและแสงสะท้อน ส่วนประกอบหลักของเครื่องวัดการหักเหของแสง (รูปที่ 119) ได้แก่ ปริซึมบล็อก 3 ติดตั้งแว่นขยาย 1 และขาแก้วพร้อมกล้องจุลทรรศน์สำหรับอ่าน 5

บล็อกปริซึมประกอบด้วยปริซึมสองอัน (การวัดและการส่องสว่าง) บนพื้นผิวซึ่งมีการกระจายของเหลวที่วิเคราะห์แล้ว (ประมาณ 0.05 มล.) ในชั้นบาง ๆ บล็อกปริซึมอาจเป็นแบบปกติหรือติดตั้งอุปกรณ์การไหล หน่วยปริซึมไหลผ่านมีไว้สำหรับการวิเคราะห์ของเหลวที่ไหลอย่างต่อเนื่อง รวมถึงของเหลวที่มีความผันผวนสูง ในบล็อกการไหลเหนือพื้นผิวของปริซึมการวัดจะมีช่องว่างแคบซึ่งของเหลวที่วิเคราะห์จะไหลผ่าน บล็อกปริซึมถูกควบคุมด้วยเทอร์โมสตัท อุปกรณ์นี้มีแหล่งกำเนิดแสงในตัว (6 V และ 1.8 W) ยึดด้วยหัวจับยึดที่ด้านหน้าปริซึมการวัดเพื่อการวัดในแสงที่ส่องผ่านหรือสะท้อน บล็อกปริซึมปกติ 3 ใช้สำหรับการวิเคราะห์ตัวอย่างของเหลวแต่ละตัวอย่าง รวมถึงสารที่เป็นของแข็งและพลาสติก

การติดตั้งแว่นขยาย 1 ใช้ในการสังเกตเส้นจำกัดของการสะท้อนภายในทั้งหมด ตัวชดเชยที่ติดตั้งอยู่ภายใน - ปริซึม Amici - ใช้เพื่อกำจัดขอบสีตามเส้นจำกัด เพื่อให้ได้ภาพที่ชัดเจนของเส้นนี้ ในช่องมองภาพของกล้องจุลทรรศน์อ้างอิงซึ่งเชื่อมต่อกับแว่นขยายแบบติดตั้ง จะเห็นการแบ่งส่วนในการอ่านดัชนีการหักเหของแสง ขอบเขตการมองเห็นของช่องมองภาพจะส่องสว่างด้วยแสงกลางวันหรือแสงจากหลอดไส้ผ่านกระจกที่ติดตั้งอยู่บนบล็อกปริซึม

เมื่อทำการวัดในแสงที่ส่องผ่าน ฟลักซ์แสงจะตกลงไปในปริซึมแสงผ่านกระจก 6 หรือจากแหล่งกำเนิดแสงที่ติดตั้งบนบล็อกปริซึมโดยตรง ผ่านตัวอย่างของสารที่วิเคราะห์และเข้าสู่ปริซึมการวัด จากนั้นแสงจะเข้าสู่แว่นขยายที่ติดตั้ง เมื่อทำการวัดในแสงสะท้อน มันจะตกลงไปในปริซึมการวัดโดยตรง จากนั้นจะสะท้อนจากพื้นผิวที่เปียกของตัวอย่างในปริซึมการวัด และเข้าสู่แว่นขยายแบบติดตั้ง

ในระหว่างการวัดในทั้งสองกรณี จะสังเกตเห็นสนามแสงและความมืดในมุมมองของช่องมองภาพของแว่นขยายแบบติดตั้ง (รูปที่ 120) เส้นแบ่งระหว่างทั้งสองช่องสอดคล้องกับมุมของการสะท้อนภายในทั้งหมด เมื่อทำการวัดในแสงที่ส่องผ่าน จะทำให้เกิดความเปรียบต่างระหว่างแสงและความมืดมากขึ้น เมื่อวัดด้วยแสงสะท้อน ทั้งสองฟิลด์จะมีคอนทราสต์น้อยกว่า เมื่อส่องสว่างด้วยแสงสีขาว ขั้นแรกจะได้เส้นแบ่งที่มีเส้นขอบสี ขอบนี้ถูกกำจัดโดยการหมุนวงล้อจักร 2 (ดูรูปที่ 119) ของตัวชดเชยการกระจาย โดยการหมุนวงล้อจักร 4 ให้กำหนดเส้นไม่มีสีที่ได้ให้เป็นจุดตัดของไม้กางเขน ในขณะเดียวกัน หน้าปัดก็หมุนด้วย ด้วยกล้องจุลทรรศน์ ดัชนีการหักเหของแสงหรือปริมาณวัตถุแห้งในสารละลายทดสอบจะถูกวัด เช่น ในรูปที่ 1 121:

ของเหลวขุ่น สารพลาสติก และของเหลวที่มีสีสูงสามารถตรวจวัดได้เฉพาะในแสงสะท้อนเท่านั้น

เครื่องวัดความเข้มข้นของสารละลายจะถูกกำหนดโดยใช้เครื่องวัดการหักเหของแสง Abbe และทดสอบของเหลวเพื่อความบริสุทธิ์ การควบคุมส่วนที่บาง พลาสติกและสารที่เป็นของแข็ง สามารถใช้ในการศึกษาสารละลายที่เป็นน้ำ แอลกอฮอล์ ไม่มีตัวตน และสารละลายอื่นๆ น้ำมันและแว็กซ์ น้ำผลไม้ น้ำเชื่อม สารละลายน้ำตาล ไขมัน น้ำมันพืช ทิงเจอร์ เครื่องดื่ม เรซิน และพลาสติก ผลิตในสหภาพโซเวียตและ GDR