Общие сведения

Лабораторная работа

Молекулярная рефракция

Цель работы:изучить рефрактометр Аббе; приобрести навыки по измерению показателя преломления жидкостей; рассчитать плотность жидкости по ее химическому составу и показателю преломления; определить показатель преломления жидкости по углу полного внутреннего отражения, а также непосредственно по закону преломления.

Принадлежности:рефрактометр ИРФ-22, осветитель, набор органических растворителей, протирочная вата, стеклянная палочка, сосуд с жидкостью, лазер, линейка, штангенциркуль.

Общие сведения

При прохождении светового луча через границу раздела двух прозрачных сред происходит изменение направления его распространения. Это явление называется преломлением света.

Кроме преломления на границе сред происходит частичное отражение падающего света. При этом выполняется закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскости падения). Угол отражения равен углу падения.

Направление распространения светового луча в средах I и II (см. рис.1) определяется законом преломления Снеллиуса: преломленный луч лежит в той же плоскости, в которой находится падающий луч и нормаль к поверхности раздела, а отношение синусов угла падения i₁ и угла преломления i₂ есть величина постоянная для данной пары сред:

. (1)

Константа n₂₁ называется относительным показателем (коэффициентом) преломления второго вещества по отношению к первому.

Относительный показатель преломления имеет простой физический смысл. Он показывает, во сколько раз изменяется скорость света при переходе из первой среды во вторую:

, (2)

где υ₁ и υ₂ – скорости распространения света в первой и второй средах.

Показатель преломления вещества относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления. Из (2) следует, что абсолютный показатель преломления вещества равен отношению скорости света в вакууме (3∙10⁸ м/с) к скорости света в веществе υ, т.е. показывает, во сколько раз скорость света в вакууме превосходит скорость распространения света в веществе. Относительный показатель преломления пары сред равен отношению их абсолютных показателей: . Среду с меньшим абсолютным показателем преломления называют оптически менее плотной.

Очевидно, что показатель преломления вакуума равен единице.

Используя абсолютные показатели преломления, закон преломления (1) удобно переписать в виде:

. (3)

Для веществ в различных агрегатных состояниях показатели преломления имеют различные значения. Для газообразных веществ значения показателей преломления близки к единице. Во многих случаях в геометрической оптике показатель преломления воздуха принимают равным единице, хотя его точное значение n = 1,000274 (при нормальном давлении и температуре 20ºC). Величины показателей преломления для жидкостей изменяются в интервале от 1,2 до 1,9. Твердые тела имеют значения показателей преломления от 1,3 до 4,0.

Угол Брюстера.

Следует отметить, что если граница раздела сред освещается поляризованным светом, и электрический вектор падающей световой волны лежит в плоскости падения, то при некотором угле падения i_Бр отраженный луч отсутствует. Величина этого угла, как это экспериментально установил Д. Брюстер, определяется соотношением

tg i_Бр = n₂₁. (4)

Если естественный (неполяризованный) свет падает под углом Брюстера, то отраженный свет оказывается линейно поляризованным, поскольку отражается лишь волна с электрическим вектором, перпендикулярным плоскости падения. Поэтому угол Брюстера также называют углом полной поляризации. Преломленная волна поляризутся лишь частично.

Из (1) и (4) следует, что если угол падения равен углу Брюстера, то угол между преломленным и отраженным лучами составляет 90º.