ÐÓÊÎÂÎÄÑÒÂÎ Ê ËÀÁÎÐÀÒÎÐÍÛÌ ÐÀ Á Î ÒÀ Ì ÏÎ ÊÓÐÑÓ ÎÁÙÅÉ ÔÈÇÈÊÈ ÎÏÒÈÊÀ ÂÛÏÓÑÊ ÂÒÎÐÎÉ Ðåôðàêòîìåòðèÿ Ñàðàòîâñêèé îðäåíà Òðóäîâîãî Êðàñíîãî Çíàìåíè ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò èì. Í.Ã. ×åðíûøåâñêîãî ÐÓÊÎÂÎÄÑÒÂÎ Ê ËÀÁÎÐÀÒÎÐÍÛÌ ÐÀÁÎÒÀÌ ÏÎ ÊÓÐÑÓ ÎÁÙÅÉ ÔÈÇÈÊÈ ÎÏÒÈÊÀ Âûïóñê âòîðîé ÐÅÔÐÀÊÒÎÌÅÒÐÈß Ïîä ðåäàêöèåé ïðîôåññîðà Ì.Ë. Êàöà Êîìïüþòåðíûé âàðèàíò èçäàíèÿ âûïîëíåí ïîä ðåäàêöèåé äîöåíòà À.Ã. Âåëè÷êî è ïðîôåññîðà Â.Ï. Ðÿáóõî íà êàôåäðå îïòèêè ÑÃÓ â 2002 ã. Êîìïüþòåðíàÿ âåðñòêà è ãðàôèêà À.Ã. Âåëè÷êî è È.Ô.Ìèíåíêîâîé Èçäàòåëüñòâî Ñàðàòîâñêîãî óíèâåðñèòåòà 1988 ÓÄÊ 535 Ð 84 Ñîñòàâèòåëè: Ë.Ñ. Ñòàëüìàõîâà À.Ã. Âåëè÷êî Ðåêîìåíäóþò ê èçäàíèþ: Êàôåäðà îïòèêè Ñàðàòîâñêîãî óíèâåðñèòåòà ïðîôåññîð È.Ô. Êîâàëåâ 1704050000 - 514 Ð 176(02) - 88 ÐÓÊÎÂÎÄÑÒÂÎ Ê ËÀÁÎÐÀÒÎÐÍÛÌ ÐÀÁÎÒÀÌ ÏÎ ÊÓÐÑÓ ÎÁÙÅÉ ÔÈÇÈÊÈ ÎÏÒÈÊÀ Âûïóñê âòîðîé ÐÅÔÐÀÊÒÎÌÅÒÐÈß Ïîä ðåäàêöèåé ïðîôåññîðà Ì.Ë. Êàöà Ðåäàêòîð Ò.Ï. Èâàíîâà Òåõíè÷åñêèé ðåäàêòîð Í.È. Äîáðîâîëüñêàÿ Êîððåêòîð Ë.È. Çèëüáåð Èçäàòåëüñòâî Ñàðàòîâñêîãî óíèâåðñèòåòà. 410601, Ñàðàòîâ, Óíèâåðñèòåòñêàÿ, 42 Ðîòàïðèíò ÑÃÓ. 410601, Ñàðàòîâ, Àñòðàõàíñêàÿ, 83 Èçäàòåëüñòâî Ñàðàòîâñêîãî óíèâåðñèòåòà, 1988 ã. ÑÎÄÅÐÆÀÍÈÅ 1. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 1. ÎÏÐÅÄÅËÅÍÈÅ ÏÎÊÀÇÀÒÅËß ÏÐÅËÎÌËÅÍÈß ÆÈÄÊÎÑÒÈ ÏÐÈ ÏÎÌÎÙÈ ÐÅÔÐÀÊÒÎÌÅÒÐÀ ÈÐÔ-22........………………….......... 3 2. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 2. ÈÇÌÅÐÅÍÈÅ ÊÎÍÖÅÍÒÐÀÖÈÈ È ÏÎÊÀÇÀÒÅËß ÏÐÅËÎÌËÅÍÈß ÐÀÑÒÂÎÐÎÂ Ñ ÏÎÌÎÙÜÞ ÈÍÒÅÐÔÅÐÎÌÅÒÐÀ ËÈÐ-2............ 14 Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹1 ÎÏÐÅÄÅËÅÍÈÅ ÏÎÊÀÇÀÒÅËß ÏÐÅËÎÌËÅÍÈß ÆÈÄÊÎÑÒÈ ÏÐÈ ÏÎÌÎÙÈ ÐÅÔÐÀÊÒÎÌÅÒÐÀ ÈÐÔ-22 Öåëè ðàáîòû: 1) îçíàêîìëåíèå ñ ïðèíöèïîì äåéñòâèÿ ðåôðàêòîìåòðà; 2) îñâîåíèå ìåòîäèêè èçìåðåíèé ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ íà ðåôðàêòîìåòðå Àááå; 3) èçìåðåíèå ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ íåêîòîðûõ æèäêîñòåé, èìåþùèõñÿ â ëàáîðàòîðèè. ÒÅÎÐÅÒÈ×ÅÑÊÀß ×ÀÑÒÜ Ñâåò, ïàäàþùèé íà ãðàíèöó ðàçäåëà äâóõ ïðîçðà÷íûõ ñðåä, ÷àñòè÷íî îòðàæàåòñÿ îò ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà, à ÷àñòè÷íî ïðîõîäèò âíóòðü âòîðîé ñðåäû, èçìåíÿÿ ïðè ýòîì ñâîå íàïðàâëåíèå. Íàïðàâëåíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòîâîãî ëó÷à â ñðåäàõ 1 è îïðåäåëÿåòñÿ çàêîíîì ïðåëîìëåíèÿ Ñíåëëèóñà: ïðåëîìëåííûé ëó÷ ëåæèò â òîé æå ïëîñêîñòè, â êîòîðîé íàõîäèòñÿ ïàäàþùèé ëó÷ è íîðìàëü ê ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà, à îòíîøåíèå ñèíóñîâ óãëà ïàäåíèÿ i1 è óãëà ïðåëîìëåíèÿ i2 åñòü âåëè÷èíà ïîñòîÿííàÿ äëÿ äàííîé ïàðû ñðåä: sin i= n21 = const. (1) sin iÊîíñòàíòà n21 íàçûâàåòñÿ îòíîñèòåëüíûì ïîêàçàòåëåì (êîýôôèöèåíòîì) ïðåëîìëåíèÿ âòîðîãî âåùåñòâà ïî îòíîøåíèþ ê ïåðâîìó. Ýëåêòðîìàãíèòíàÿ òåîðèÿ Ìàêñâåëëà âûÿñíèëà ïðîñòîé ôèçè÷åñêèé ñìûñë ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ, óñòàíîâèâ åãî ñâÿçü ñî ñêîðîñòüþ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà â âåùåñòâå: n21 =. (2) Ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âåùåñòâà ïî îòíîøåíèþ ê «ïóñòîòå» íàçûâàåòñÿ àáñîëþòíûì ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ èëè ïðîñòî ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ. Èç (2) ñëåäóåò, ÷òî àáñîëþòíûé ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âåùåñòâà ðàâåí îòíîøåíèþ ñêîðîñòè ñâåòà â âàêóóìå ( c = 3108 ì ñ ) ê ñêîðîñòè ñâåòà â âåùåñòâå, ò.å. ïîêàçûâàåò, âî ñêîëüêî ðàç ñêîðîñòü ñâåòà â âàêóóìå ïðåâîñõîäèò ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà â Ðåôðàêòîìåòðèÿ 1-âåùåñòâå. Îòíîñèòåëüíûé ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ äâóõ ñðåä ïîêàçûâàåò, âî ñêîëüêî ðàç èçìåíÿåòñÿ ñêîðîñòü ñâåòà ïðè ïåðåõîäå èç ïåðâîé ñðåäû âî âòîðóþ. Îòíîñèòåëüíûé ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ïàðû ñðåä åñòü îòíîøåíèå èõ àáñîëþòíûõ nïîêàçàòåëåé: n21 =. Î÷åâèäíî, ÷òî àáñîëþòíûé ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âàêóóìà nðàâåí 1. Ðèñ. 1. Îòðàæåíèå è ïðåëîìëåíèå ëó÷à ñâåòà íà ãðàíèöå ðàçäåëà äâóõ ñðåä Äëÿ âåùåñòâ â ðàçëè÷íûõ àãðåãàòíûõ ñîñòîÿíèÿõ ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ èìåþò ðàçëè÷íûå çíà÷åíèÿ. Äëÿ ãàçîîáðàçíûõ âåùåñòâ çíà÷åíèÿ ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ áëèçêè ê 1.  ãåîìåòðè÷åñêîé îïòèêå ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âîçäóõà ïðèíèìàþò ðàâíûì åäèíèöå, õîòÿ åãî òî÷íîå çíà÷åíèå n =1,000274 (ïðè íîðìàëüíîì äàâëåíèè è òåìïåðàòóðå 20°C ). Âåëè÷èíû ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ äëÿ æèäêîñòåé èçìåíÿþòñÿ â èíòåðâàëå îò 1,2 äî 1,9. Òâåðäûå òåëà èìåþò íàèáîëüøèå çíà÷åíèÿ ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ (îò 1,3 äî 4,0). Èñïîëüçóþ àáñîëþòíûå ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ, çàêîí ïðåëîìëåíèÿ (1) óäîáíî ïåðåïèñàòü â âèäå: n1 sin i1 = n2 sin i2. (3) Ïðîèçâåäåíèå ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ ñðåäû íà ñèíóñ óãëà ìåæäó íîðìàëüþ è ëó÷îì ïðè êàæäîì ïðåëîìëåíèè åñòü âåëè÷èíà ïîñòîÿííàÿ, íàçûâàåìàÿ îïòè÷åñêèì èíâàðèàíòîì. Ôîðìà çàïèñè (3) î÷åíü óäîáíà äëÿ çàïîìèíàíèÿ. Ïîëíîå âíóòðåííåå îòðàæåíèå Èç ñîîòíîøåíèÿ (3) âèäíî, ÷òî åñëè ëó÷ èäåò èç ñðåäû îïòè÷åñêè ìåíåå ïëîòíîé â ñðåäó áîëåå ïëîòíóþ (ò.å. n2 > n1), òî óãîë ïðåëîìëåíèÿ i2 áóäåò ìåíüøå óãëà ïàäåíèÿ i1. Åñëè æå ñðåäû òàêîâû, ÷òî n1 > n2, òî óãëû ïàäåíèÿ è ïðåëîìëåíèÿ ïîä÷èíÿþòñÿ íåðàâåíñòâó i2 > i1.  ýòîì ñëó÷àå ïðè óâåëè÷åíèè óãëà ïàäåíèÿ â ïðåäåëå óãîë ïðåëîìëåíèÿ ìîæåò îêàçàòüñÿ ðàâíûì 90°. Ñîîòâåòñòâóþùèé åìó óãîë ïàäåíèÿ íàçûâàåòñÿ ïðåäåëüíûì óãëîì ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ iïðåä. Ïðè ïàäåíèè ñâåòà ïîä áîëüøèìè óãëàìè i1 > iïðåä, ïðåëîìëåííîãî ëó÷à íå ñóùåñòâóåò, ñâåò íå Îïðåäåëåíèå ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ æèäêîñòè ïðè ïîìîùè ðåôðàêòîìåòðà ÈÐÔ-22 1-âûõîäèò èç ïåðâîé ñðåäû è èìååò ìåñòî ÿâëåíèå ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ. Ðèñóíîê 2 èëëþñòðèðóåò ýòî ÿâëåíèå. Ðèñ. 2. Âîçíèêíîâåíèå ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ íà ãðàíèöå îïòè÷åñêè áîëåå ïëîòíîé ñðåäû ñ îïòè÷åñêè ìåíåå ïëîòíîé ñðåäîé Âåëè÷èíà ïðåäåëüíîãî óãëà îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì: nsin iïðåä =, (ïðè÷åì n1 > n2 ). (4) nÅñëè ëó÷ èäåò èç âåùåñòâà ñ ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ n â âîçäóõ, òî sin iïðåä = 1 n1. Âåëè÷èíà ïðåäåëüíîãî óãëà íà ãðàíèöå äâóõ ñðåä çàâèñèò òîëüêî îò ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ ýòèõ ñðåä. Ñëåäîâàòåëüíî, âåëè÷èíó ïðåäåëüíîãî óãëà ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ îäíîé èç ñðåä, åñëè èçâåñòåí ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ äðóãîé ñðåäû. Ïðåäåëüíûé óãîë ìîæíî íàáëþäàòü äâóìÿ ñïîñîáàìè: â îòðàæåííîì è ïðîõîäÿùåì ñâåòå.
Ðåôðàêòîìåòðèÿ 1-Ðèñ. 3. Íàáëþäåíèå ðåçêîé ãðàíèöû â îñâåùåííîñòè ïîëÿ çðåíèÿ â îòðàæåííîì (a) è ïðåëîìëåííîì (á) ïó÷êàõ ëó÷åé ñâåòà Åñëè íàïðàâèòü â êàêóþ-ëèáî òî÷êó íà ãðàíèöå ðàçäåëà äâóõ ñðåä ïó÷îê ëó÷åé ñ óãëàìè ïàäåíèÿ îò 0 äî 90° ñî ñòîðîíû îïòè÷åñêè áîëåå ïëîòíîé ñðåäû è íàáëþäàòü êàðòèíó â îòðàæåííûõ ëó÷àõ, òî ïîëå çðåíèÿ áóäåò ðàçäåëåíî íà äâå ÷àñòè ðàçëè÷íîé îñâåùåííîñòè. Òà ÷àñòü ïîëÿ çðåíèÿ, êîòîðàÿ îñâåùàåòñÿ ëó÷àìè, èñïûòàâøèìè ÷àñòè÷íîå îòðàæåíèå îò ãðàíèöû ðàçäåëà è ÷àñòè÷íîå ïðåëîìëåíèå (ëó÷è 1 è 2 íà ðèñ. 3, à), áóäåò ìåíåå îñâåùåíà, ÷åì âòîðàÿ ïîëîâèíà, êîòîðàÿ îñâåùàåòñÿ òîëüêî ëó÷àìè, èñïûòàâøèìè ïîëíîå âíóòðåííåå îòðàæåíèå (ëó÷è 3 è 4 íà ðèñ. 3, à). Ïðè íàáëþäåíèè êàðòèíû â ïðîõîäÿùåì ñâåòå ãðàíèöà ðàçäåëà ñðåä îñâåùàåòñÿ ïó÷êîì ëó÷åé, èäóùèõ èç ñðåäû ñ ìåíüøèì ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ (ëó÷è 1, 2, 3, 4 íà ðèñ.3, á). Î÷åâèäíî, ÷òî â ïó÷êå ïðåëîìëåííûõ ëó÷åé ëó÷ 4' áóäåò êðàéíèì. Ïîëå çðåíèÿ áóäåò ðàçäåëåíî íà ïîëíîñòüþ çàòåíåííóþ è îñâåùåííóþ ÷àñòè. Ýòîò ñïîñîá äàåò î÷åíü îò÷åòëèâóþ ãðàíèöó, íî ïðèãîäåí òîëüêî äëÿ ïðîçðà÷íûõ ñðåä. Ïåðâûé æå ñïîñîá ìîæåò ïðèìåíÿòüñÿ è â òîì ñëó÷àå, êîãäà ñðåäà ñ ìåíüøèì ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ ìàëî ïðîçðà÷íà, íî â ýòîì ñëó÷àå ãðàíèöà íàáëþäàåòñÿ òðóäíåå èç-çà ìàëîé ðàçíèöû â îñâåùåííîñòè îáåèõ ïîëîâèí ïîëÿ çðåíèÿ. Äèñïåðñèÿ ñâåòà Âñå èçëîæåííîå âûøå ñïðàâåäëèâî, ñòðîãî ãîâîðÿ, òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè äëÿ îñâåùåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ ìîíîõðîìàòè÷åñêèé ñâåò. Åñëè ïó÷îê ñâåòà èìååò ñëîæíûé ñïåêòðàëüíûé ñîñòàâ, òî â îïèñàííûõ âûøå ÿâëåíèÿõ íàáëþäàåòñÿ äèñïåðñèÿ ñâåòà. Äèñïåðñèåé ñâåòà íàçûâàåòñÿ ðàçëîæåíèå ñâåòà â ñïåêòð, ïðîèñõîäÿùåå ïðè ïðåëîìëåíèè, äèôðàêöèè èëè èíòåðôåðåíöèè.  íàñòîÿùåé ðàáîòå äèñïåðñèÿ ñâåòà ïðîèñõîäèò â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ âåùåñòâ çàâèñÿò îò ÷àñòîòû èñïîëüçóåìîãî äëÿ îñâåùåíèÿ ñâåòà. Õîä çàâèñèìîñòè n = f, íàáëþäàåìûé äëÿ ( ) âñåõ ïðîçðà÷íûõ áåñöâåòíûõ âåùåñòâ òàêîâ, ÷òî ïðè óìåíüøåíèè ÷àñòîòû âîëíû ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ óìåíüøàåòñÿ. Ïðîèçâîäíàÿ dn d íàçûâàåòñÿ äèñïåðñèåé âåùåñòâà. Îïðåäåëåíèå ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ æèäêîñòè ïðè ïîìîùè ðåôðàêòîìåòðà ÈÐÔ-22 1-Èç ÿâëåíèÿ äèñïåðñèè ñëåäóåò, ÷òî ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà â âåùåñòâå çàâèñèò îò öâåòà èçëó÷åíèÿ. Áûëî íàéäåíî, ÷òî â âàêóóìå ñêîðîñòü ñâåòà äëÿ ëþáîé äëèíû âîëíû îäíà è òà æå, íî â âåùåñòâå ñèíèé ñâåò, íàïðèìåð, ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ìåäëåííåå, ÷åì êðàñíûé.  ðåçóëüòàòå äèñïåðñèè ñâåòà ïðîèñõîäèò ïðîñòðàíñòâåííîå ðàçäåëåíèå ïó÷êîâ ëó÷åé ðàçëè÷íûõ äëèí âîëí. Ïîýòîìó äëÿ õàðàêòåðèñòèêè ïðèáîðîâ, â êîòîðûõ íàáëþäàåòñÿ äèñïåðñèÿ, ââîäÿò â êà÷åñòâå ìåðû äèñïåðñèè âåëè÷èíû óãëîâîé è ëèíåéíîé äèñïåðñèè. Ïîä óãëîâîé äèñïåðñèåé ïîíèìàþò îòíîøåíèå = d / d, ãäå d - ðàçíîñòü óãëîâ ìåæäó ïó÷êàìè ëó÷åé, îòëè÷àþùèõñÿ ïî äëèíàì âîëí íà d. Ëèíåéíàÿ äèñïåðñèÿ îïðåäåëÿåòñÿ îòíîøåíèåì ðàññòîÿíèÿ ìåæäó ïîëîæåíèÿìè äâóõ ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé dl d. Èç íàëè÷èÿ äèñïåðñèè ïðè ïðåëîìëåíèè ñëåäóåò, ÷òî ðàññìîòðåííàÿ âûøå êàðòèíà íàáëþäåíèÿ ïðåäåëüíîãî óãëà ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ óñëîæíèòñÿ. Äëÿ íàãëÿäíîãî ïðåäñòàâëåíèÿ ðàññìîòðèì ïðåëîìëåíèå ðàçëè÷íûõ ìîíîõðîìàòè÷åñêèõ ïó÷êîâ ñî âñåâîçìîæíûìè óãëàìè ïàäåíèÿ â êàêîé-ëèáî òî÷êå íà ãðàíèöå ðàçäåëà îïòè÷åñêè ìåíåå ïëîòíîé ñðåäû ñ áîëåå ïëîòíîé. Äëÿ êðàéíèõ äëèí âîëí â ïðåäåëàõ âèäèìîãî ñïåêòðà êàðòèíû áóäóò ðàçëè÷àòüñÿ âåëè÷èíîé ïðåäåëüíîãî óãëà. Ðèñ. 4. Âëèÿíèå äèñïåðñèè ñâåòà íà âåëè÷èíó ïðåäåëüíîãî óãëà ïðåëîìëåíèÿ Åñëè ïàäàþùèé ñâåò ÿâëÿåòñÿ áåëûì, òî ïðîèñõîäèò íàëîæåíèå ïîäîáíûõ êàðòèí äëÿ ðàçëè÷íûõ äëèí âîëí.  ðåçóëüòàòå âáëèçè íîðìàëè (ïðè ìàëûõ óãëàõ ïðåëîìëåíèÿ) ïðåëîìëåííûé ñâåò îñòàåòñÿ áåëûì. Ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò íîðìàëè (óâåëè÷åíèÿ óãëà ïðåëîìëåíèÿ) ïðåëîìëåííûé ïó÷îê áóäåò îáåäíÿòüñÿ ôèîëåòîâûìè ëó÷àìè (ïðåæäå âñåãî, äîñòèãàåòñÿ çíà÷åíèå ïðåäåëüíîãî óãëà äëÿ ôèîëåòîâûõ ëó÷åé), çàòåì ïîñëåäîâàòåëüíî – ñèíèìè, ãîëóáûìè, çåëåíûìè, æåëòûìè, îðàíæåâûìè è, íàêîíåö, êðàñíûìè. Ñëåäóåò ïîìíèòü, ÷òî äåëåíèå íà 7 îïðåäåëåííûõ öâåòîâ óñëîâíî. Ïðè íàëè÷èè â ñîñòàâå ñâåòà ðàçëè÷íûõ äëèí âîëí ñìåíà öâåòîâ ïðîèñõîäèò î÷åíü ïëàâíî. Ðåôðàêòîìåòðèÿ 1-Íàïðàâëåíèå, îïðåäåëÿåìîå ïðåäåëüíûì óãëîì äëÿ êðàñíûõ ëó÷åé, áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü ãðàíèöå ðàçäåëà ïîëÿ çðåíèÿ íà îñâåùåííóþ è çàòåíåííóþ ÷àñòè. Òàêèì îáðàçîì, ãðàíèöà ðàçäåëà áóäåò îêðàøåíà. Êðîìå òîãî, ïîÿâëÿåòñÿ íåîïðåäåëåííîñòü ïðè èçìåðåíèè ïðåäåëüíîãî óãëà, òàê êàê äëÿ ðàçëè÷íûõ äëèí âîëí îí èìååò ðàçëè÷íûå çíà÷åíèÿ. Èç ñêàçàííîãî ñëåäóåò, ÷òî ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ êîíñòàíòîé äëÿ äàííîé ñðåäû òîëüêî ïðè îïðåäåëåííîé äëèíû âîëíû ñâåòà. È, ñëåäîâàòåëüíî, ïðåäåëüíûé óãîë äîëæåí èçìåðÿòüñÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè ìîíîõðîìàòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ. Ïðèíÿòî äëÿ õàðàêòåðèñòèêè ñðåä èñïîëüçîâàòü çíà÷åíèå ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ, èçìåðåííîãî äëÿ ñâåòà, èçëó÷àåìîãî ãàçîâîé íàòðèåâîé ãîðåëêîé (æåëòàÿ – D ëèíèÿ Na, D = 5893A ).  îáîçíà÷åíèè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ nD èíäåêñ D îòíîñèòñÿ ê ñïåêòðàëüíîé ëèíèè, à 20 îáîçíà÷àåò òåìïåðàòóðó, êîòîðîé ñîîòâåòñòâóåò äàííîå çíà÷åíèå ïîêàçàòåëÿ. Èíîãäà ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ îïðåäåëÿþò äëÿ äðóãèõ ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé (íàïðèìåð, êðàñíûé – Ñ è ãîëóáîé – F – ëèíèé âîäîðîäà, c = 6563A, F = 4861A ). Ïðèáîðû, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ îïèñàííûì âûøå ñïîñîáîì îïðåäåëÿþò ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ ðàçëè÷íûõ âåùåñòâ, íàçûâàþò ðåôðàêòîìåòðàìè. Øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èë ðåôðàêòîìåòð Àááå.
Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ðåôðàêòîìåòðà Àááå Ñâåòîâîé ïó÷îê ïàäàåò íà ïðèçìåííûé áëîê Àááå, ïðåäñòàâëÿþùèé ñîáîé äâå ïðÿìîóãîëüíûå ïðèçìû, ñëîæåííûå ãèïîòåíóçíûìè ãðàíÿìè. Íèæíÿÿ ãðàíü âåðõíåé ïðèçìû ìàòîâàÿ (øåðîõîâàòàÿ) è ñëóæèò äëÿ îñâåùåíèÿ ðàññåÿííûì ñâåòîì èññëåäóåìîé æèäêîñòè ìåæäó ïðèçìàìè. Ñâåò, ðàññåÿííûé ìàòîâîé ïîâåðõíîñòüþ, ïðîõîäèò ïëîñêîïàðàëëåëüíûé ñëîé èññëåäóåìîé æèäêîñòè è ïàäàåò íà ãèïîòåíóçíóþ ãðàíü íèæíåé èçìåðèòåëüíîé ïðèçìû ïîä ðàçëè÷íûìè óãëàìè. Èçìåðèòåëüíàÿ ïðèçìà èçãîòîâëåíà èç îïòè÷åñêè ïëîòíîãî ñòåêëà (òÿæåëûé ôëèíò), ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ êîòîðîãî áîëüøå 1,7. Ïîýòîìó èçìåðåíèÿ ìîãóò ïðîâîäèòüñÿ äëÿ âåùåñòâ ñ n < 1,7. Äëÿ ñêîëüçÿùèõ ëó÷åé (ñ óãëîì ïàäåíèÿ ~ 90° ) óãîë ïàäåíèÿ íà ãðàíèöå æèäêîñòü – èçìåðèòåëüíàÿ ïðèçìà áóäåò áëèçîê ê ïðåäåëüíîìó. Ýòîò óãîë è îïðåäåëÿåò ãðàíèöó ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà â ïðèçìå n = N sin iïðåä, (5) ãäå n è N ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ æèäêîñòè è ïðèçìû ñîîòâåòñòâåííî. Îáû÷íî èçìåðÿþò óãîë âûõîäà ïðåäåëüíîãî ëó÷à èç ïðèçìû â âîçäóõ. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî òî÷êà O (ðèñ.5) ïðîèçâîëüíî âûáðàíà íà ãèïîòåíóçíîé ãðàíè èçìåðèòåëüíîé ïðèçìû.  ðåçóëüòàòå ïðåëîìëÿþùåãî äåéñòâèÿ âñåé ïîâåðõíîñòè À ÷åðåç ãðàíü ÑÂ. áóäåò âûõîäèòü ìíîæåñòâî ïàðàëëåëüíûõ ïó÷êîâ. Íàïðàâëåíèå êàæäîãî èç íèõ îïðåäåëÿåòñÿ îäíèì èç ìíîæåñòâà óãëîâ, ñðåäè êîòîðûõ íàèìåíüøèì ÿâëÿåòñÿ óãîë. Îïðåäåëåíèå ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ æèäêîñòè ïðè ïîìîùè ðåôðàêòîìåòðà ÈÐÔ-22 1-Ðèñ. 5. Õîä ëó÷åé ñâåòà â ïðèçìåííîì áëîêå Àááå Èçìåðåíèå óãëà ïðîèçâîäÿò ñ ïîìîùüþ çðèòåëüíîé òðóáû, óñòàíîâëåííîé íà áåñêîíå÷íîñòü. Ïðè òàêîé óñòàíîâêå çðèòåëüíàÿ òðóáà ñîáèðàåò â ñîîòâåòñòâóþùèõ òî÷êàõ ñâîåé ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè ëó÷è, âûõîäÿùèå ïàðàëëåëüíûìè ïó÷êàìè ÷åðåç ãðàíü CB ïðèçìû ïîä ðàçëè÷íûìè óãëàìè.  íàïðàâëåíèÿõ, çàäàííûõ óãëàìè, ìåíüøèìè, ÷åì, ñâåò íå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ. Ïîýòîìó, íàâîäÿ êðåñò íèòåé îêóëÿðà çðèòåëüíîé òðóáû íà ãðàíèöó ðàçäåëà ñâåòà è òåìíîòû, ìîæíî èçìåðèòü óãîë. Ïðè ýòîì, åñëè îïòè÷åñêàÿ îñü òðóáû áóäåò ñîâïàäàòü ñ íàïðàâëåíèåì, çàäàííûì óãëîì íà ðèñ.5, òî íèæíÿÿ ïîëîâèíà ïîëÿ çðåíèÿ áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü íàïðàâëåíèÿì ëó÷åé, èäóùèõ ïîä óãëàìè, áîëüøèìè, ÷åì, à âåðõíÿÿ – ìåíüøèìè, ÷åì. Ëåãêî ïîêàçàòü, ðàññìîòðåâ ïðåëîìëåíèå ëó÷åé ñâåòà íà ãðàíè ÂÑ ïðèçìû, ÷òî ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ æèäêîñòè n ñâÿçàí ñ óãëîì ñîîòíîøåíèåì n = sin B N - sin2 - cos Bsin, (6) ãäå  – ïðåëîìëÿþùèé óãîë ïðèçìû (óãîë ìåæäó ïðåëîìëÿþùèìè ãðàíÿìè).  äåéñòâèòåëüíîñòè ïðè èçìåðåíèÿõ íåò íåîáõîäèìîñòè ïîëüçîâàòüñÿ ýòîé ôîðìóëîé äëÿ âû÷èñëåíèÿ ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ, òàê êàê îòñ÷åòíàÿ øêàëà ðåôðàêòîìåòðà óæå ïðîãðàäóèðîâàíà â çíà÷åíèÿõ n c ó÷åòîì ñîîòíîøåíèÿ (6). Îñîáåííîñòüþ ðåôðàêòîìåòðà Àááå ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå äëÿ èçìåðåíèé áåëîãî ñâåòà. Ýòî âîçìîæíî áëàãîäàðÿ êîìïåíñàòîðó äèñïåðñèè, âìîíòèðîâàííîìó â çðèòåëüíóþ òðóáó. Îñíîâíîé äåòàëüþ êîìïåíñàòîðà ÿâëÿåòñÿ ïðèçìà ïðÿìîãî âèäåíèÿ (ïðèçìà Àìè÷è). Ïðèçìà Àìè÷è ÿâëÿåòñÿ ñëîæíîé ïðèçìîé ñîñòîÿùåé èç òðåõ ïðîñòûõ ïðèçì, èçãîòîâëåííûõ èç ðàçíîãî ñòåêëà. Ïîäáîðîì ìàòåðèàëà è ïðåëîìëÿþùèõ óãëîâ ïðèçì ìîæíî âàðüèðîâàòü óãîë ïðåëîìëåíèÿ òîãî èëè èíîãî öâåòà, à òàêæå âåëè÷èíó ñóììàðíîé óãëîâîé äèñïåðñèè.  ÷àñòíîñòè, ìîæíî äîáèòüñÿ îòñóòñòâèÿ îòêëîíåíèÿ äëÿ êàêîãî-ëèáî ñðåäíåãî â ñïåêòðå ëó÷à, íå óíè÷òîæàÿ ïðè ýòîì ñóììàðíîé äèñïåðñèè. Òàêàÿ êîìáèíàöèÿ ïðèçì áóäåò äàâàòü ñïåêòð, â êîòîðîì ñðåäíèå ëó÷è áóäóò âûõîäèòü ïî íàïðàâëåíèþ ïàäàþùåãî áåëîãî ëó÷à. Ðåôðàêòîìåòðèÿ 1-Ðèñ. 6. Õîä ëó÷åé ðàçëè÷íîãî öâåòà â ïðèçìå Àìè÷è Ëó÷è ñâåòà äðóãèõ äëèí âîëí áóäóò îòêëîíÿòüñÿ, è îáðàçîâûâàòü ñïåêòðàëüíóþ îêðàñêó ïî îáå ñòîðîíû îò öåíòðàëüíîãî ëó÷à.  ïðèçìå Àìè÷è, ñîñòàâëÿþùèå åå ïðèçìû ïîäîáðàíû ñ òàêèì ðàñ÷åòîì, ÷òîáû ëó÷è, ñîîòâåòñòâóþùèå D-ëèíèè íàòðèÿ, ïðîõîäèëè âñþ ñèñòåìó áåç îòêëîíåíèÿ.  ñèëó îáðàòèìîñòè ñâåòîâûõ ëó÷åé ñ ïîìîùüþ ïðèçìû Àìè÷è ìîæíî ïó÷îê öâåòîâûõ ëó÷åé ñîáðàòü â áåëûé ëó÷. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ êîìïåíñàòîðà â ðåôðàêòîìåòðå Àááå ñâîäèòñÿ ê ñëåäóþùåìó. Èç ïðèçìåííîãî áëîêà Àááå ëó÷è ðàçíîãî öâåòà âûõîäÿò ïîä ðàçíûìè óãëàìè, çàâèñÿùèìè îò ñîîòíîøåíèÿ ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ èññëåäóåìîé æèäêîñòè è èçìåðèòåëüíîé ïðèçìû. Èíà÷å ãîâîðÿ, ïðèçìåííûé áëîê Àááå õàðàêòåðèçóåòñÿ íåêîòîðîé âåëè÷èíîé óãëîâîé äèñïåðñèè d/d. Åñëè íà ïóòè ýòèõ ëó÷åé óñòàíîâèòü ïðèçìó Àìè÷è òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû åå óãëîâàÿ äèñïåðñèÿ, êîòîðàÿ çàâèñèò òàêæå îò ïîâîðîòà ïðèçìû, áûëà ðàâíà ïî âåëè÷èíå è ïðîòèâîïîëîæíà ïî çíàêó óãëîâîé äèñïåðñèè d/d, òî ñóììàðíàÿ äèñïåðñèÿ ñèñòåìû áóäåò ðàâíà íóëþ. Ïðè ýòîì ïó÷îê öâåòíûõ ëó÷åé ñîáåðåòñÿ â áåëûé ëó÷, íàïðàâëåíèå êîòîðîãî ñîâïàäàåò ñ íàïðàâëåíèåì æåëòîãî ëó÷à D. Ëèíèÿ ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ (â ïîëå çðåíèÿ îêóëÿðà çðèòåëüíîé òðóáû) ïðåäñòàâèòñÿ â âèäå ðåçêîé íåîêðàøåííîé ãðàíèöû ìåæäó ñâåòëîé è òåìíîé ÷àñòÿìè ïîëÿ çðåíèÿ, ïðè÷åì ïîëîæåíèå ãðàíèöû áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü ïðåäåëüíîìó ëó÷ó D, õîòÿ äëÿ îñâåùåíèÿ ïðèìåíÿëñÿ áåëûé ñâåò. Òàêèì îáðàçîì, ïîêàçàíèÿ øêàëû ðåôðàêòîìåòðà äàþò çíà÷åíèÿ nD. ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÀß ×ÀÑÒÜ Ïðèáîð ÈÐÔ-22 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñîâðåìåííóþ ìîäåëü ðåôðàêòîìåòðà Àááå (ðèñ.7). Îí ñîñòîèò èç ñëåäóþùèõ îñíîâíûõ ÷àñòåé: êîðïóñà 1, èçìåðèòåëüíîé ãîëîâêè 2 è çðèòåëüíîé òðóáû 3 ñ îòñ÷åòíûì óñòðîéñòâîì.  èçìåðèòåëüíîé ãîëîâêå íàõîäèòñÿ ïðèçìåííûé áëîê Àááå, êîòîðûé æåñòêî ñâÿçàí ñî øêàëîé îòñ÷åòíîãî óñòðîéñòâà, ðàñïîëîæåííîé âíóòðè êîðïóñà. Øêàëà ïîäñâå÷èâàåòñÿ çåðêàëîì 14 è ïðîåêòèðóåòñÿ ñïåöèàëüíîé îïòè÷åñêîé ñèñòåìîé â ïîëå çðåíèÿ òðóáû.
|