Преломляющий угол призмы

. (3)

Учитывая (1), (2), (3), найдем:

(4)

рис.3

Угол выхода лучей будет иметь наименьшее значение для скользящих лучей. Лучи, проходящие через грань EF, будут выходить под углами от 90° до , последний определяется соотношением (4). Если на пути этих лучей поставить собирающую линзу О₁, то в её фокальной плоскости получается изображение, на котором будет видна резкая граница между светом и тенью. Граница раздела соответствует направлению выхода лучей под наименьшим углом i_{m .} Положение её будет зависеть от величины показателя преломления среды (для данной призмы).

На рис. 2 представлен схематически ход лучей в рефрактометре Аббе: 1 - осветительное зеркало, 2 – откидная призма, 3 - основная призма, 4 – матовая грань, 5 - исследуемое вещество, 6 - призмы компенсатора, 7 - объектив трубы, 8 - оборотная призма, 9 - окуляр с отсчетной шкалой, расположенный в фокальной плоскости окуляра. Граница рассматривается через вторую линзу, которая совместно с О₁ образует зрительную трубу, установленную на бесконечность. С помощью такой трубы определяется угол и по известным значениям и рассчитывается показатель преломления.

Метод полного отражения. Свет вводится в рефрактометр через матовую грань DF призмы Р₂. Свет падает на эту грань под всевозможными углами. При углах падения будет наблюдаться полное отражение. Лучи, проходящие через грань EF и имеющие углы выхода больше , будут в фокальной плоскости давать изображение с меньшей освещенностью. Лучи с углами выхода меньше (что соответствует условию ) будут давать большую освещенность. В этом случае в поле зрения трубы будет наблюдаться резкая граница между полутенью и светом. Если при использовании первого способа верхняя часть поля зрения будет темной, то во втором cпocoбе эта часть поля будет иметь большую освещенность. Положение границы раздела в обоих случаях определяется условием (4). Вторым способом можно измерять показатель преломления непрозрачных объектов.

При освещении призм белым светом граница раздела будет размыта и окрашена в различные цвета из-за дисперсии в призме Р₂. Чтобы получить резкое изображение, перед объективом зрительной трубы помещаются две призмы прямого зрения (призмы Амичи) (см. 6 на рис.2). Каждая призма состоит из трех склеенных призм с различными показателями преломления и дисперсией (например, крайние призмы изготовлены из кронгласа, средняя - из флинтгласа). Призмы рассчитаны так, чтобы монохроматический луч с длиной волны 5893 ангстрем не испытывал отклонения. Такое устройство называется компенсатором.

При положении призм компенсатора, указанном на рис.2, их дисперсия равна нулю. При повороте одной из призм на 180° дисперсия будет равна удвоенному значению дисперсии одной призмы (при равных дисперсиях обоих призм). В зависимости от взаимной ориентации дисперсию можно изменять от нуля до максимального значения.

Поворотом призм компенсатора с помощью специального устройства (см.10 на рис.3) добиваются резкого изображения границы, положение которой соответствует значению показателя преломления желтой линии натрия (5893 ангстрем).

В простых конструкциях рефрактометров в качестве компенсатора используется одна призма. Общий вид рефрактометра показан на рис. 3. Обозначения те же, что на рис. 2. Для удобства измерений шкала отградуирована в значениях показателя преломления.

В указанной конструкции рефрактометра имеется два окна, что позволяет вести измерения обоими способами. Для установки компенсатора служит барабан 10. В оправе призм сделана камера, через которую может прокачиваться жидкость для поддержания постоянной температуры.

Задание.

1. Перед началом работы необходимо проверить установку прибора. С этой целью между призмами 2 и 3 помещается капля дистиллированной воды. Смещая окуляр в тубусе трубы, добиваются четкого изображения шкалы и визирной линии. Поворотом компенсатора добиваются четкого изображения границы. Зрительную трубу перемещают до совпадения визирной линии с границей раздела. При правильной установке прибора показание на нем должно быть 1,333 (при 20°С).

2. Измерить показатели преломления раствора сахара в воде для различных концентраций. Измерения провести обоими способами, рассмотренными выше. Измерение каждого значения проводится 3 раза. Рассчитать среднее значение и оценить погрешность измерений.

Вопросы.

1. Какими способами можно измерить показатели преломления газов, жидкостей и твердых тел?

2. Как устроен рефрактометр? Какую роль играет компенсатор? Каким образом производится настройка рефрактометра для измерений? Можно ли проводить измерения, если показания прибора при заливке дистиллированной водой отличаются от 1,333?

Литература.

1. Ландсберг Г.С. Оптика, 1979, §86

2. Руководство к лабораторным занятиям по физике, 1973, стр.352.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: