 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Определение показателей преломления жидкостей 12
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЙ СТЕКЛА МИКРОСКОПОМ И ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ РЕФРАКТОМЕТРОМ
Цель работы: 1) определить показатели преломления жидких и твердых веществ; 2) определить среднюю дисперсию вещества. Приборы и принадлежности: микроскоп МБУ-4, рефрактометр ИРФ-454, объективный микрометр (штангенциркуль), набор образцов.
ЧАСТЬ 1 ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ При наблюдении предмета сквозь слой воды или стеклянную пластинку предмет всегда кажется расположенным ближе к наблюдателю, чем в действительности. Это кажущееся приближение связано с преломлением света на границе пластинки с воздухом и зависит как от толщины пластинки, так и от её коэффициента преломления. Измеряя толщину пластинки с помощью микрометра, а кажущееся смещение предмета при наблюдении сквозь пластинку с помощью микроскопа, тубус которого снабжен микрометрическим винтом, можно определить коэффициент преломления пластинки. Положим на столик микроскопа плоскопараллельную стеклянную пластинку толщины d с нанесенными на нее с обеих сторон неглубокими царапинами. Для удобства распознавания царапина на верхней стороне пластинки наносится вдоль пластинки, а на нижней – поперек. Микроскоп фокусируют на царапину, находящуюся на верхней стороне пластинки и, чтобы увидеть в микроскоп царапину, находящуюся на нижней стороне пластинки, тубус микроскопа необходимо переместить на некоторое расстояние х (рис. 4.1). Вследствие преломления лучей x < d.
Рис. 4.1. Рассмотрим один из лучей, идущих в объектив от царапины, находящейся на нижней стороне пластинки. Из рис. 4.1 следует, что вследствие обратимости лучей
Если ограничимся малыми углами наблюдения (объектив микроскопа имеет малый апертурный угол), то
и, следовательно,
Измеряя толщину пластинки d и перемещение x тубуса микроскопа при перефокусировке его с верхней стороны пластинки на нижнюю, определяют показатель преломления п. Истинная толщина пластинки d измеряется микрометром, кажущаяся толщина пластинки равна разности отсчетов положений тубуса при наводке микроскопа на верхнюю и нижнюю царапины. Головка микрометрического винта имеет указатель, перемещающийся по шкале, нанесенной на неподвижном диске. Установив микроскоп так, чтобы отчетливо была видна верхняя царапина, отмечают по диску микрометрического винта деление k1, стоящее против указателя. Затем вращением микрометрического винта перемещают весь тубус микроскопа вниз, добиваясь отчетливого видения нижней царапины. При этом отсчитывается целое число оборотов винта (обозначим его через т) и деление диска k2, против которого устанавливается указатель. Обозначим через S шаг винта, а число делений на диске винта обозначим через N, тогда находим цену Z одного деления диска микрометрического винта:
Например: если шаг винта S= 0,107 мм, а число делений на диске 50, то цена одного деления диска Z = 0,002 мм. Следовательно, т полных оборотов винта перемещают тубус микроскопа на mS мм, а разность делений винта k2 – k1 соответствует перемещению тубуса на (k2 – k1)Z мм. Таким образом, перемещение тубуса микроскопа дает величину кажущейся толщины пластинки. х=mS+(k2 – k1)Z (4.2)
Подставляя это выражение в формулу (4.1), получим окончательную формулу для вычисления показателя преломления стекла:
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ В работе для определения показателя преломления твердых веществ используется микроскоп МБУ-4 с шагом винта S=0,107 мм и ценой деления барабана Z=0,002 мм; набор пластинок из стекла, оргстекла и слюды, объективный микрометр. Истинная толщина пластинки измеряется микрометром или штангенциркулем.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ 1. С помощью микрометра измеряют истинную толщину пластинки. 2. Помещают стеклянную пластинку с царапинами на столик микроскопа и фокусируют его на верхнюю царапину. Снимают по барабану отсчет k1. 3. Затем с помощью микрометрического винта опускают тубус микроскопа, подсчитывая число полных оборотов барабана т, и фокусируют его на нижнюю царапину. Снимают по барабану отсчет k2. 4. По формуле (4.3) определяют показатель преломления стекла. 5. Аналогичные измерения выполняют для оргстекла и слюды и вычисляют по формуле (4.3) для них показатели преломления.
ЧАСТЬ 2 ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ РЕФРАКТОМЕТРОМ ИРФ-454 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
Рис. 4.2.
Рефрактометр ИРФ-454 служит для быстрого определения показателей преломления жидких и твердых тел. Оптическая схема рефрактометра представлена на рис. 4.2. Основной его частью являются две стеклянные прямоугольные призмы Р1 и Р2, изготовленные из стекла с большим показателем преломления. В разрезе призмы имеют вид прямоугольных треугольников, обращенных друг к другу гипотенузами; зазор между призмами имеет ширину около 0,1 мм и служит для помещения исследуемой жидкости. Окрашенность границы света-тени устраняется вращением призм Амичи П1 и П2. Наблюдение производят через окуляр Л2. Перекрестие с призмой Р1 служит для совмещения границы раздела света и тени. Ход лучей при работе по методу скользящего луча изображен на рис. 4.3.
Свет проникает через призму Р2 и через матовую грань ed попадает в жидкость. Рассеянный матовой поверхностью свет проходит слой жидкости и под всевозможными углами (0º ≤ i ≤ 90º) падает на сторону ас призмы Р1. Обозначим угол падения на границе раздела стекло–жидкость через r, а угол преломления через i (рис. 4.3). Так как луч падает из более плотной среды в менее плотную, то угол преломления
где nc – показатель преломления стекла; nж – показатель преломления жидкости; rпр – предельный угол полного внутреннего отражения. Отсюда находим показатель преломления жидкости. Так как nж = nc sin rпр (4.5) Показатель преломления стекла nc – величина постоянная. Поэтому для разных жидкостей будет разный предельный угол полного внутреннего отражения. Граница раздела света и тени соответствует этому случаю. И если мы совмещаем границу раздела света-тени с перекрестием рефрактометра, то мы автоматически выполняем условие (4.5). На этом принципе и основано определение показателей преломления жидкостей. Рефрактометр ИРФ-454 можно использовать и для определения показателей преломления твердых тел. Используемый образец должен иметь плоскую полированную поверхность. Этой поверхностью он прижимается к гипотенузе de призмы Р2 (призма Р1 при этом случае отклоняется в сторону). Для обеспечения оптического контакта в зазор между соприкасающимися поверхностями вводится тонкий слой иммерсионной жидкости, показатель преломления которой удовлетворяет условию: n1 ≤ n ≤ n2. При выполнении этого условия наличие слоя жидкости не искажает результатов измерений. Изложенная теория рефрактометра, строго говоря, справедлива лишь в том случае, когда свет является монохроматическим. Дисперсия исследуемого вещества и стекла призмы приводит к тому, что величина предельных углов r’ и i’2 зависит от длины волны λ.При работе с белым светом наблюдаемая в поле зрения граница света и тени часто оказывается размытой и окрашенной. Для того, чтобы получить резкое изображение, перед объективом трубы помещают компенсатор с переменной дисперсией. Компенсатор содержит две одинаковые дисперсионные призмы Амичи (призмы П1 и П2 на рис. 4.3), каждая из которых состоит из трех склеенных призм, обладающих различными показателями преломления и различной дисперсией. Призмы рассчитываются так, чтобы монохроматический луч с длиной волны λ=5893Å (среднее значение длины волны желтого дублета натрия) не испытывал отклонений. Лучи с другими длинами волн отклоняются призмой в ту или иную сторону. В зависимости от взаимной ориентации призмы дисперсия компенсатора изменяется в пределах от 0 до удвоенного значения дисперсии одной призмы. Мерой дисперсии помещенного на призму образца служит поворот одной призмы компенсатора относительно другой до полного устранения окрашенности границы светотени. Снимая отсчет целых градусов по барабану маховичка и десятых долей градуса по нониусу, определяют Z. Используя таблицу 1 и таблицу поправок 2, для данного показателя преломления образца находят коэффициенты А и В. Для измеренного Z по таблице 3 и таблице поправок находят s. По найденным величинам А, В и s вычисляют разность показателей преломления Δn. Δn = nF – nc =A+ s B (4.6) Среднее значение дисперсии образца определяют по формуле:
где λF =486,1·10–9 м; λС =656,3·10–9 м. Следует учесть, что для значения Z больше 30 величина σ принимает отрицательное значение.
ПРИМЕР: Для воды при 20ºС nD = 1,3330 Отсчёты Z по шкале компенсатора
Общее среднее Z =36,4 Из таблицы 1: для nD=1,330 А= 0,2373 В = 0,5393 для nD= 1,340 A= 0,02368 B = 0,05359 А= -5 B= -34 По таблице пропорциональных частей в столбце, соответствующем табличной разнице 5 для А и табличной разнице 34 для В, находим приращение для 3-го и 4-го десятичного знаков, то есть для nD = 1,333 A = 0,02373, В =0,05393. Результаты округляем до 5-го знака. Найдем s для Z = 36,4 пользуясь таблицами 4 и 5. для Z=36 s = -0,309 для Z=37 s = -0,358 Δs = -0,049, которому в таблице 4 соответствует значение 49. По таблице 3 для 49 имеем: для Z=36 s = -0,309 0,4 Δs = -0.0196 По таблице 4 для 49 находим поправку для Z=З6,4 s = -0,3286 По найденным значениям A, В и s определяем: nF – nC =А+s В = 0,02372 – (0,05383·0,3286) = 0,00603 ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Рис. 4.4. Рефрактометр ИРФ-454 (рис. 4.4) состоит из корпуса 1, осветительной призмы 2, измерительной призмы 3, окуляра 4, компенсатора, вращающегося с помощью маховичка 5. Подсветка призм осуществляется зеркалами 6 и 7. Нахождение границы раздела света-тени и совмещение ее с перекрестием сетки осуществляется разворотом зеркала и шкалы вращением маховичка 8, Подсвет лампы производят зеркалом 10. Компенсатор состоит из двух призм прямого зрения (призм Амичи). Маховичком 5 призмы Амичи поворачиваются одновременно в разные стороны. При этом изменяется угловая дисперсия компенсатора и устраняется окрашенностъ границы раздела света и тени. Вместе с маховичком 5 вращается и шкала 11, с которой снимается отсчет для определения дисперсии призмы. Поворот маховичка на одно деление шкалы определяют по нониусу. Одно деление нониуса соответствует повороту призм Амичи на 0,3º. Среднюю дисперсию вещества определяют по формуле (4.7) пересчетом показаний шкалы и нониуса по специальным таблицам, приведенным в работе, с использованием значения измеренного показателя преломления вещества. ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ УПРАЖНЕНИЕ I Определение показателей преломления жидкостей 1. Помещают между призмами пипеткой несколько капель исследуемой жидкости (воды) (рис. 4.4). 2. Поворотом зеркала 6 и 10 добиваются хорошей освещенности поля зрения окуляра и шкалы. 3. Вращением маховичка 8 добиваются совмещения границы раздела света и тени с перекрестием окуляра. 4. Вращением маховичка 5 добиваются устранения окрашенности границы света и тени. 5. Через окуляр по шкале определяют показатель преломления воды. 6. Тщательно протерев призмы спиртом, проводят аналогичные измерения для глицерина, трансформаторного масла и определяют их показатели преломления. УПРАЖНЕНИЕ II 12 |
(4.1)
(4.3)
Рис. 4.3.
, (4.4)
, (4.7)