تشتت الضوء- هذا هو الاعتماد على معامل الانكسار نالمواد التي تعتمد على الطول الموجي للضوء (في الفراغ)

أو، وهو نفس الشيء، اعتماد سرعة طور موجات الضوء على التردد:

تشتت المادةتسمى مشتقة نبواسطة

يتجلى التشتت - اعتماد معامل انكسار المادة على تردد الموجة - بشكل واضح وجميل بشكل خاص مع تأثير الانكسار المزدوج (انظر الفيديو 6.6 في الفقرة السابقة)، والذي يتم ملاحظته عندما يمر الضوء عبر مواد متباينة الخواص. والحقيقة هي أن مؤشرات الانكسار للموجات العادية وغير العادية تعتمد بشكل مختلف على تردد الموجة. ونتيجة لذلك، فإن لون (تردد) الضوء الذي يمر عبر مادة متباينة الخواص موضوعة بين مستقطبين يعتمد على سمك طبقة هذه المادة وعلى الزاوية بين مستويات نقل المستقطبين.

بالنسبة لجميع المواد الشفافة عديمة اللون في الجزء المرئي من الطيف، كلما انخفض الطول الموجي، زاد معامل الانكسار، أي أن تشتت المادة يكون سالبًا: . (الشكل 6.7، المناطق 1-2، 3-4)

إذا امتصت مادة ما الضوء في نطاق معين من الأطوال الموجية (الترددات)، فإن التشتت في منطقة الامتصاص

تبين أنها إيجابية ويتم استدعاؤها غير طبيعي (الشكل 6.7، المنطقة 2-3).

أرز. 6.7. اعتماد مربع معامل الانكسار (المنحنى الصلب) ومعامل امتصاص الضوء للمادة
(منحنى متقطع) مقابل الطول الموجيلبالقرب من أحد نطاقات الامتصاص()

درس نيوتن التشتت الطبيعي. إن تحلل الضوء الأبيض إلى طيف عند المرور عبر المنشور هو نتيجة تشتت الضوء. عندما يمر شعاع من الضوء الأبيض عبر منشور زجاجي، أ الطيف متعدد الألوان (الشكل 6.8).

أرز. 6.8. مرور الضوء الأبيض عبر المنشور: بسبب اختلاف معامل انكسار الزجاج عن الآخر
الأطوال الموجية، يتحلل الشعاع إلى مكونات أحادية اللون - يظهر طيف على الشاشة

يمتلك الضوء الأحمر أطول طول موجي وأصغر معامل انكسار، لذلك تنحرف الأشعة الحمراء بشكل أقل من غيرها بواسطة المنشور. بجانبهم ستكون أشعة برتقالية، ثم صفراء، خضراء، زرقاء، نيلي، وأخيرًا ضوء بنفسجي. يتحلل الضوء الأبيض المعقد الواقع على المنشور إلى مكونات أحادية اللون (الطيف).

والمثال الرئيسي على التشتت هو قوس قزح. يُلاحظ قوس قزح إذا كانت الشمس خلف الراصد. تنكسر الأشعة الحمراء والبنفسجية بواسطة قطرات الماء الكروية وتنعكس عن سطحها الداخلي. تنكسر الأشعة الحمراء بشكل أقل وتدخل عين المراقب من القطرات الموجودة على ارتفاع أعلى. لذلك، فإن الشريط العلوي من قوس قزح يتحول دائمًا إلى اللون الأحمر (الشكل 26.8).

أرز. 6.9. ظهور قوس قزح

باستخدام قوانين الانعكاس والانكسار للضوء، من الممكن حساب مسار أشعة الضوء مع الانعكاس والتشتت الكلي في قطرات المطر. وتبين أن الأشعة تتناثر بأقصى شدة في اتجاه تشكل زاوية حوالي 42 درجة مع اتجاه أشعة الشمس (الشكل 6.10).

أرز. 6.10. موقع قوس قزح

والمحل الهندسي لهذه النقاط هو دائرة مركزها النقطة 0. جزء منه مخفي عن المراقب رتحت الأفق، القوس فوق الأفق هو قوس قزح المرئي. من الممكن أيضًا انعكاس مزدوج للأشعة في قطرات المطر، مما يؤدي إلى قوس قزح من الدرجة الثانية، والذي يكون سطوعه بطبيعة الحال أقل من سطوع قوس قزح الرئيسي. بالنسبة لها، تعطي النظرية زاوية 51 ° أي أن قوس قزح من الدرجة الثانية يقع خارج قوس قزح الرئيسي. يتم عكس ترتيب الألوان فيه: القوس الخارجي ملون باللون الأرجواني، والسفلي مطلي باللون الأحمر. نادرًا ما يتم ملاحظة أقواس قزح من الدرجة الثالثة والأعلى.

النظرية الأولية للتشتت.يتم تفسير اعتماد معامل انكسار المادة على طول الموجة الكهرومغناطيسية (التردد) على أساس نظرية التذبذبات القسرية. بالمعنى الدقيق للكلمة، فإن حركة الإلكترونات في الذرة (الجزيء) تخضع لقوانين ميكانيكا الكم. ومع ذلك، من أجل فهم نوعي للظواهر البصرية، يمكننا أن نقتصر على فكرة الإلكترونات المرتبطة في الذرة (الجزيء) بقوة مرنة. عند الانحراف عن وضع التوازن، تبدأ هذه الإلكترونات في التذبذب، وتفقد الطاقة تدريجيًا لإصدار موجات كهرومغناطيسية أو نقل طاقتها إلى العقد الشبكية وتسخين المادة. ونتيجة لذلك، سيتم تثبيط التذبذبات.

عند المرور عبر مادة ما، تؤثر موجة كهرومغناطيسية على كل إلكترون بقوة لورنتز:

أين الخامس-سرعة الإلكترون المتذبذب. في الموجة الكهرومغناطيسية، تكون النسبة بين شدة المجال المغناطيسي والكهربائي تساوي

لذلك ليس من الصعب تقدير نسبة القوى الكهربائية والمغناطيسية المؤثرة على الإلكترون:

تتحرك الإلكترونات في المادة بسرعات أقل بكثير من سرعة الضوء في الفراغ:

أين - سعة شدة المجال الكهربائي في موجة ضوئية، - مرحلة الموجة، التي يحددها موضع الإلكترون المعني. لتبسيط الحسابات، أهملنا التخميد وكتابة معادلة حركة الإلكترون في الصورة

حيث هو التردد الطبيعي لاهتزازات الإلكترون في الذرة. لقد درسنا بالفعل حل هذه المعادلة التفاضلية غير المتجانسة في وقت سابق وتم الحصول عليها

وبالتالي فإن إزاحة الإلكترون من موضع التوازن يتناسب طرديا مع شدة المجال الكهربائي. يمكن إهمال إزاحة النوى عن موضع التوازن، لأن كتل النوى كبيرة جدًا مقارنة بكتلة الإلكترون.

تكتسب الذرة ذات الإلكترون النازح عزمًا ثنائي القطب

(من أجل التبسيط، لنفترض الآن أنه يوجد إلكترون "ضوئي" واحد فقط في الذرة، والذي تساهم إزاحته بشكل حاسم في الاستقطاب). إذا كان حجم الوحدة يحتوي على نالذرات، فيمكن كتابة استقطاب الوسط (عزم ثنائي القطب لكل وحدة حجم) بالصيغة

في الوسائط الحقيقية، من الممكن حدوث أنواع مختلفة من تذبذبات الشحنات (مجموعات من الإلكترونات أو الأيونات)، مما يساهم في الاستقطاب. يمكن أن تحتوي هذه الأنواع من التذبذبات على كميات مختلفة من الشحنات ه طوالجماهير تي أنا,وكذلك الترددات الطبيعية المختلفة (سنشير إليهم بالمؤشر ك)،في هذه الحالة، عدد الذرات لكل وحدة حجم مع نوع معين من الاهتزاز نكيتناسب مع تركيز الذرات ن:

معامل التناسب بدون أبعاد fkيميز المساهمة الفعالة لكل نوع من التذبذبات في الاستقطاب الكلي للوسط:

ومن جهة أخرى، وكما هو معروف،

أين هي قابلية العزل الكهربائي للمادة، والتي ترتبط بثابت العزل الكهربائي هنسبة

ونتيجة لذلك نحصل على تعبير مربع معامل انكسار المادة:

بالقرب من كل من الترددات الطبيعية، تعاني الدالة المحددة بالصيغة (6.24) من عدم الاستمرارية. يرجع سلوك معامل الانكسار هذا إلى حقيقة أننا أهملنا التوهين. وبالمثل، كما رأينا سابقًا، فإن إهمال التخميد يؤدي إلى زيادة لا نهائية في سعة الاهتزازات القسرية عند الرنين. مع مراعاة التوهين ينقذنا من اللانهاية، والدالة لها الشكل الموضح في الشكل. 6.11.

أرز. 6.11. الاعتماد على ثابت العزل الكهربائي للوسطعلى تردد الموجة الكهرومغناطيسية

النظر في العلاقة بين التردد والطول الموجي الكهرومغناطيسي في الفراغ

من الممكن الحصول على الاعتماد على معامل الانكسار للمادة صعلى الطول الموجي في منطقة التشتت الطبيعي (الأقسام 1–2 و 3–4 في التين. 6.7):

الأطوال الموجية المقابلة للترددات الطبيعية للتذبذبات هي معاملات ثابتة.

في منطقة التشتت الشاذ ()، يكون تردد المجال الكهرومغناطيسي الخارجي قريبًا من أحد الترددات الطبيعية لتذبذبات ثنائيات القطب الجزيئي، أي يحدث الرنين. في هذه المناطق (على سبيل المثال، المنطقة 2-3 في الشكل 6.7) لوحظ امتصاص كبير للموجات الكهرومغناطيسية؛ يظهر معامل امتصاص الضوء للمادة بالخط المتقطع في الشكل. 6.7.

مفهوم السرعة الجماعيةيرتبط مفهوم السرعة الجماعية ارتباطًا وثيقًا بظاهرة التشتت. عندما تنتشر النبضات الكهرومغناطيسية الحقيقية في وسط ذي تشتت، على سبيل المثال، القطارات الموجية المعروفة لنا، المنبعثة من بواعث ذرية فردية، فإنها "تنتشر" - وهو توسع في المدى في الفضاء والمدة في الزمن. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن مثل هذه النبضات ليست موجة جيبية أحادية اللون، ولكن ما يسمى حزمة موجة، أو مجموعة من الموجات - مجموعة من المكونات التوافقية بترددات مختلفة وسعات مختلفة، كل منها ينتشر في الوسط مع سرعة المرحلة الخاصة بها (6.13).

إذا كانت حزمة موجية تنتشر في الفراغ، فسيظل شكلها ومداها المكاني والزماني دون تغيير، وستكون سرعة انتشار مثل هذا القطار الموجي هي سرعة طور الضوء في الفراغ

بسبب وجود التشتت، يعتمد تردد الموجة الكهرومغناطيسية على رقم الموجة كيصبح غير خطي، ويتم تحديد سرعة انتشار القطار الموجي في الوسط، أي سرعة نقل الطاقة، بواسطة المشتق

أين هو رقم الموجة للموجة "المركزية" في القطار (ذات السعة الأكبر).

ولن نستمد هذه الصيغة بشكل عام، ولكننا سنستخدم مثالا خاصا لشرح معناها المادي. كنموذج لحزمة موجية، سنأخذ إشارة تتكون من موجتين مستويتين تنتشران في نفس الاتجاه بسعات وأطوار أولية متماثلة، لكن ترددات مختلفة، منزاحة بالنسبة للتردد "المركزي" بمقدار صغير. يتم إزاحة أرقام الموجات المقابلة بالنسبة إلى رقم الموجة "المركزية". بكمية صغيرة . يتم وصف هذه الموجات بالتعبيرات.

الضوء واللون.

أثناء دراسة الظواهر الصوتية، تعرفنا على مفهوم التداخل، والذي يتمثل في حقيقة أن عندما يتم تراكب موجتين متماسكتين (أي موجات لها نفس التردد وفرق طور ثابت)، يتشكل ما يسمى بنمط التداخل، أي نمط توزيع سعات الاهتزاز في الفضاء الذي لا يتغير مع مرور الوقت.

وفي عام 1802، اكتشف توماس يونغ تداخل الضوءنتيجة تجربة دمج أشعة الضوء من مصدرين. وبما أن ظاهرة التداخل متأصلة فقط في العمليات الموجية، فقد كانت تجربة يونغ دليلاً دامغًا على أن الضوء له خصائص موجية.

لم يثبت يونغ أن الضوء موجة فحسب، بل قام أيضًا بقياس الطول الموجي. اتضح أن الضوء ذو الألوان المختلفة يتوافق مع أطوال موجية مختلفة. أطول الأطوال الموجية للضوء الأحمر هي من إلى . يليها بالترتيب التنازلي: البرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. الضوء البنفسجي هو أقصر طول موجي: من إلى

نظرًا لوجود علاقة عكسية بين الطول الموجي وتردد التذبذبات، فإن أطول طول موجي يتوافق مع أصغر تردد للتذبذبات، وأقصر طول موجي يتوافق مع أعلى تردد للتذبذبات. للضوء الأحمر تردد متذبذب يتراوح من إلى . موجات الضوء البنفسجي لها ترددات من إلى.

نظرًا لأنهم في زمن يونج لم يعرفوا بعد أي موجات غير الموجات الميكانيكية، فقد بدأ تمثيل الضوء كموجة ميكانيكية مرنة، يتطلب انتشارها وسطًا. لكن ضوء الشمس والنجوم يصل إلينا عبر الفضاء الخارجي، حيث لا توجد مادة. لذلك نشأت فرضية حول وجود وسط خاص - الأثير المضيء. عندما في نهاية العقد الثاني من القرن التاسع عشر. اتضح أن موجات الضوء مستعرضة (والموجات المرنة المستعرضة تنتشر فقط في الأجسام الصلبة)، واتضح أن الأثير المضيء يجب أن يكون صلبًا، أي أن النجوم والكواكب تتحرك في الأثير المضيء الصلب دون مواجهة مقاومة.

ظهور نظرية ماكسويل حول وجود موجات كهرومغناطيسية قادرة على الانتشار حتى في الفراغ، وهو استنتاج ماكسويل المثبت نظريًا حول الطبيعة العامة للضوء والموجات الكهرومغناطيسية (الموجات الكهرومغناطيسية، مثل الموجات الضوئية، هي موجات عرضية، سرعتها في (الفراغ يساوي سرعة الضوء في الفراغ) يضع حداً للحديث عن “الأثير المضيء”. أكد التطور الفيزيائي الإضافي افتراض ماكسويل بأن الضوء هو مظهر خاص للموجات الكهرومغناطيسية. الضوء المرئي هو مجرد نطاق صغير من الموجات الكهرومغناطيسية ذات الأطوال الموجية من إلى أو بترددات من إلى . دعونا نكرر الجدول من موضوع الموجات الكهرومغناطيسية حتى تتمكن من تصور هذا النطاق.

تسمح لنا النظرية الموجية بشرح ظاهرة انكسار الضوء، المعروفة لكم منذ الصف الثامن، والتي اكتشفها العالم الهولندي ويليبورد سينيليوس عام 1621.

بعد اكتشاف سينيليوس، افترض العديد من العلماء أن انكسار الضوء يرجع إلى تغير في سرعته عند مروره عبر حدود الوسطين. تم إثبات صحة هذه الفرضية نظريًا من قبل المحامي وعالم الرياضيات الفرنسي بيير فيرما (في عام 1662)، وبشكل مستقل عنه، من قبل الفيزيائي الهولندي كريستيان هويجنز (في عام 1690). وبطرق مختلفة توصلوا إلى نفس النتيجة، مما يسمح لهم بالصياغة قانون انكسار الضوءبالطريقة المعروفة لك:

تقع الأشعة المنكسرة والمتعامدة المرسومة على السطح البيني بين وسطين عند نقطة سقوط الشعاع في نفس المستوى. ونسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار هي قيمة ثابتة لهذين الوسيطين، تساوي نسبة سرعات الضوء في هذين الوسطين:

- هذا معامل الانكسار النسبي للوسط الثاني مقارنة بالأولعندما تنتقل حزمة من الوسط الأول إلى الثاني وتكون كثافتها الضوئية مختلفة عن الكثافة الضوئية للوسط الأول.

إذا مر الضوء من الفراغ إلى أي وسط، فإننا نتعامل مع ذلك معامل الانكسار المطلق لوسط معين() تساوي نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في وسط معين:

قيمة معامل الانكسار المطلق لأي مادة أكبر من الواحد، كما يتبين من الجدول أدناه.

ويكمن سبب انخفاض سرعة الضوء أثناء انتقاله من الفراغ إلى المادة في تفاعل موجة الضوء مع ذرات وجزيئات المادة. وكلما كان التفاعل أقوى، زادت الكثافة الضوئية للوسط، كما انخفضت سرعة الضوء في هذا الوسط. أي أن سرعة الضوء في الوسط ومعامل الانكسار المطلق للوسط يتم تحديدهما من خلال خصائص هذا الوسط.

لفهم كيف يؤثر التغير في سرعة الضوء عند الحدود بين وسطين على انكسار شعاع الضوء، فكر في الشكل. تنتقل موجة الضوء في الشكل من وسط بصري أقل كثافة، مثل الهواء، إلى وسط بصري أكثر كثافة، مثل الماء.

تتوافق سرعة الضوء في الهواء مع الطول الموجي (وكما هو معروف فإن تردد الموجة يبقى دون تغيير، ويتم التعبير عن العلاقة بين سرعة الموجة وطولها وترددها بالصيغة). سرعة الضوء في الماء متساوية، والطول الموجي المقابل متساوي.

تسقط موجة ضوئية على السطح البيني بين وسطين بزاوية.

نقطة الموجة هي أول نقطة تصل إلى الواجهة بين الوسيطين. وبعد فترة من الزمن، ستصل النقطة التي تتحرك في الهواء بنفس السرعة إلى تلك النقطة. خلال هذا الوقت، ستغطي النقطة، التي تتحرك في الماء بسرعة، مسافة أقصر، وتصل إلى النقطة فقط. في هذه الحالة، فإن ما يسمى بجبهة الموجة في الماء سوف يدور بزاوية معينة بالنسبة إلى المقدمة في الهواء، وسيكون متجه السرعة، الذي يكون دائمًا متعامدًا مع مقدمة الموجة ويتزامن مع اتجاه انتشارها، تدوير، يقترب من العمودي، اضبط على الواجهة بين الوسيطتين. ونتيجة لذلك، فإن زاوية الانكسار ستكون أقل من زاوية السقوط.

كما نعلم، عند المرور عبر منشور زجاجي مثلثي، لا ينكسر الضوء الأبيض وينحرف نحو الجزء الأوسع من المنشور فحسب، بل يتحلل أيضًا إلى طيف، بنفس ترتيب الألوان في جميع الحالات: الأحمر والبرتقالي والأصفر. والأخضر والأزرق والأزرق والبنفسجي، حيث يكون الشعاع الأحمر هو الأقرب إلى قمة المنشور، والشعاع البنفسجي الأقرب إلى قاعدة المنشور. قلنا في الصف الثامن أن الضوء الأبيض مركب، والأشعة الملونة المنطلقة من الشعاع الأبيض عند مروره بالمنشور تكون بسيطة (أحادية اللون)، حيث أنه عندما يمر أي من الأشعة الملونة التي يتم الحصول عليها أثناء التحلل من خلال المنشور، فإن اللون من هذا الشعاع لا يتغير. قلنا أيضًا أن تحلل شعاع الضوء الأبيض إلى طيف يعني أن الأشعة ذات الألوان المختلفة لها معاملات انكسار مختلفة عند حدود وسطين شفافين. اتضح أن معامل الانكسار لا يعتمد فقط على خصائص الوسط، ولكن أيضًا على تردد (لون) موجة الضوء. تذكر أن أدنى تردد للموجة الحمراء هو نصف أعلى تردد للموجة البنفسجية، ومقارنته بنمط الانكسار الناتج لشعاع متحلل إلى طيف، يمكننا أن نستنتج أن معامل الانكسار للموجات ذات التردد الأعلى أكبر مقارنة بالموجات ذات التردد الأقل. وبما أن معامل الانكسار هو نسبة سرعة الضوء في الوسط الأول إلى سرعة الضوء في الثاني، فإن الاستنتاج يشير إلى أن سرعة الضوء في الوسط تعتمد أيضًا على تردد موجة الضوء. لذلك دعونا نوضح قليلاً تعريف تشتت الضوء الوارد في الصف الثامن:

يسمى اعتماد معامل انكسار المادة وسرعة الضوء فيها على تردد موجة الضوء تشتت الضوء.

دعونا نكمل المعرفة التي لدينا من الصف الثامن حول لون الأشياء بتجربة واحدة. دعونا نمرر شعاع ضوء أبيض من خلال منشور مثلث زجاجي شفاف بحيث تظهر صورة الطيف على شاشة بيضاء. دعونا نغطي الجانب الأيمن من الطيف بشريط ورقي أخضر. سيظل لون الشريط أخضر ساطعًا ولن يتغير ظله إلا عند سقوط الأشعة الخضراء عليه. في الجزء الأصفر من الطيف، سيتغير لون شريط الورق الأخضر إلى اللون الأخضر المصفر، وفي أجزاء أخرى من الطيف سيصبح داكنًا. وهذا يعني أن الطلاء الذي يغطي الشريط لديه القدرة على عكس الضوء الأخضر فقط وامتصاص الضوء من جميع الألوان الأخرى.

حاليًا، يتم استخدام أدوات بصرية خاصة للحصول على أطياف واضحة ومشرقة: أجهزة قياس الطيف والمطياف. يتيح لك مخطط الطيف الحصول على صورة للطيف - مخطط طيفي - ويسمح لك مطياف بمراقبة الطيف الناتج على الزجاج المطحون بعينك، مما يؤدي إلى تكبير الصورة باستخدام عدسة.

تم تصميم المطياف عام 1815 على يد الفيزيائي الألماني جوزيف فراونهوفر لدراسة ظاهرة التشتت.

عندما يتحلل شعاع الضوء الأبيض من خلال منشور زجاجي شفاف، يتم الحصول على طيف على شكل شريط مستمر، يتم فيه تمثيل جميع الألوان (أي موجات من جميع الترددات من
إلى)، تتحول بسلاسة إلى بعضها البعض. يسمى هذا الطيف مستمرًا ومستمرًا.

يتميز الطيف المستمر بالأجسام المشعة الصلبة والسائلة التي تصل درجة حرارتها إلى عدة آلاف من الدرجات المئوية. يتم أيضًا إنتاج طيف مستمر من الغازات والأبخرة المضيئة إذا كانت تحت ضغط مرتفع جدًا (أي إذا كانت قوى التفاعل بين جزيئاتها قوية بما فيه الكفاية). على سبيل المثال، يمكن رؤية الطيف المستمر إذا وجهت مطيافًا نحو الضوء المنبعث من فتيل ساخن لمصباح كهربائي ( )، سطح متوهج من المعدن المنصهر، لهب الشمعة. في لهب الشمعة، ينبعث الضوء من جزيئات صلبة صغيرة وساخنة، تتكون كل منها من عدد كبير من الذرات المتفاعلة.

إذا كنت تستخدم غازات مضيئة منخفضة الكثافة، تتكون من ذرات، يكون التفاعل بينها صغيرًا بشكل مهمل، ولها درجة حرارة أو أعلى، كمصدر للضوء، فسيبدو الطيف مختلفًا. على سبيل المثال، إذا أضفت قطعة من ملح الطعام إلى لهب موقد غاز، فسيتحول اللهب إلى اللون الأصفر، وفي الطيف المرصود بالمنظار الطيفي، سيظهر خطان أصفران متباعدان بشكل وثيق، وهو ما يميز طيف بخار الصوديوم (تحت تأثير درجة الحرارة المرتفعة تتفكك جزيئات NaCl إلى ذرات الصوديوم والكلور، ولكن إحداث توهج ذرات الكلور أصعب بكثير من توهج ذرات الصوديوم).

تنتج العناصر الكيميائية الأخرى مجموعات مختلفة من الخطوط الفردية ذات أطوال موجية محددة. تسمى هذه الأطياف حكم.

تسمى الأطياف (المستمرة والخطية) التي يتم الحصول عليها عندما ينبعث الضوء من مادة ساخنة الانبعاثات الأطياف.

بالإضافة إلى أطياف الانبعاث، هناك أطياف الامتصاص. ويمكن أيضا أن تصطف أطياف الامتصاص.

أطياف امتصاص الخطتعطي غازات منخفضة الكثافة تتكون من ذرات معزولة عندما يمر الضوء من خلالها من مصدر ساطع وأكثر سخونة (مقارنة بدرجة حرارة الغازات نفسها)، مما يعطي طيفًا مستمرًا.

على سبيل المثال، إذا قمت بتمرير الضوء من مصباح وهاج عبر وعاء يحتوي على بخار الصوديوم، ودرجة حرارته أقل من درجة حرارة فتيل المصباح المتوهج، فسيظهر خطان أسودان ضيقان في الطيف المستمر لضوء المصباح في المكان حيث تقع الخطوط الصفراء في طيف انبعاث الصوديوم. سيكون هذا هو طيف امتصاص الخط للصوديوم. أي أن خطوط امتصاص ذرات الصوديوم تتوافق تمامًا مع خطوط انبعاثها.

ويمكن أيضًا ملاحظة تزامن خطوط الانبعاث وخطوط الامتصاص في أطياف العناصر الأخرى.

وفي عام 1859، أنشأ الفيزيائي الألماني غوستاف كيرشوف قانون الإشعاع(يجب عدم الخلط بينه وبين قانون كيرشوف للإشعاع وقواعد كيرشوف لحساب الدوائر الكهربائية وقانون كيرشوف الكيميائي)، والذي بموجبه تمتص ذرات عنصر معين موجات الضوء بنفس الترددات التي تنبعث منها.

إن طيف ذرات كل عنصر كيميائي فريد من نوعه، مما أدى إلى ظهور طريقة التحليل الطيفي، التي طورها غوستاف كيرشوف وروبرت بنسن في عام 1859.

التحليل الطيفيهي طريقة لتحديد التركيب الكيميائي للمادة من طيفها الخطي.

لإجراء التحليل الطيفي، يتم إحضار المادة قيد الدراسة إلى حالة الغاز الذري (ذرية) وفي الوقت نفسه يتم إثارة الذرات، أي أنها تعطى طاقة إضافية. للانحلال والإثارة، يتم استخدام مصادر الضوء ذات درجة الحرارة العالية: التفريغ اللهب أو الكهربائي. حيث يقومون بوضع عينة من المادة قيد الدراسة على شكل مسحوق أو رذاذ (أي قطرات صغيرة من المحلول يتم رشها في الهواء). ثم، باستخدام مطياف، يتم الحصول على صورة لأطياف ذرات العناصر التي تتكون منها المادة. يوجد حاليًا جداول لأطياف جميع العناصر الكيميائية. من خلال العثور في الجدول على نفس الأطياف التي تم الحصول عليها أثناء تحليل العينة قيد الدراسة، سيكتشفون العناصر الكيميائية المدرجة في تركيبتها.

يُستخدم التحليل الطيفي في علم المعادن، والهندسة الميكانيكية، والصناعة النووية، والجيولوجيا، وعلم الآثار، والطب الشرعي، وعلم الفلك. وفي علم الفلك، تحدد طريقة التحليل الطيفي التركيب الكيميائي لأجواء الكواكب والنجوم، ودرجة حرارة النجوم، والحث المغناطيسي لمجالاتها. بناءً على تحول الخطوط الطيفية في أطياف المجرات، تم تحديد سرعتها، مما جعل من الممكن استخلاص استنتاج حول توسع الكون.

لماذا تمتلك ذرات كل عنصر كيميائي مجموعتها الفردية من الخطوط الطيفية؟ لماذا تتطابق خطوط الانبعاث والامتصاص في طيف عنصر معين؟ ما الذي يسبب الاختلافات في أطياف ذرات العناصر المختلفة؟ الإجابات على هذه الأسئلة قدمتها ميكانيكا الكم التي نشأت في القرن العشرين، وكان أحد مؤسسيها الفيزيائي الدنماركي نيلز بور.

توصل نيلز بور إلى استنتاج مفاده أن الضوء ينبعث من ذرات المادة، وعلى أساسه صاغ فرضيتين في عام 1913:

لا يمكن للذرة أن تكون إلا في حالات خاصة وثابتة. تتوافق كل حالة مع قيمة طاقة معينة - مستوى الطاقة. وبما أن الذرة في حالة ثابتة، فلا تبعث ولا تمتص.

تتوافق الحالات الثابتة مع المدارات الثابتة التي تتحرك عبرها الإلكترونات. يتم تحديد أعداد المدارات الثابتة ومستويات الطاقة (بدءًا من الأول) بشكل عام بأحرف لاتينية: ، إلخ. إن نصف قطر المدارات، مثل طاقات الحالات الثابتة، لا يمكن أن يأخذ أي قيم منفصلة، ​​بل بعض القيم المنفصلة. المدار الأول هو الأقرب للنواة.

انا يعجبني

3

يتغير اتجاه شعاع الضوء عند مروره من وسط إلى آخر، وهو ما يرتبط بتغير سرعة انتشار الضوء في الأوساط المختلفة. عند المرور عبر الهواء ومن خلال لوحة زجاجية موازية للمستوى (الشكل 1.5)، يشكل الشعاع الساقط زوايا معينة مع العمودي للواجهة بين الوسائط عند نقطة السقوط. إذا جاء شعاع من الهواء إلى الزجاج، فإن الزاوية "أ" ستكون زاوية السقوط، والزاوية "ب" ستكون زاوية الانكسار. في التين. الزاوية أ أكبر من الزاوية ب لأن سرعة موجات الضوء في الهواء أكبر منها في الزجاج.

أرز. مرور شعاع ضوئي عبر لوح زجاجي متوازي المستوى.

في هذه الحالة، الهواء هو وسيلة أقل كثافة بصريا من الزجاج. يمكن تحديد معامل الانكسار من العلاقة

ن = الخطيئة أ / الخطيئة ب

لا يعتمد معامل انكسار الوسط على زاوية سقوط الشعاع على سطح الوسط، بل يعتمد على خصائص الوسط نفسه والطول الموجي للضوء الساقط. كلما زاد الطول الموجي للضوء الساقط، انخفض معامل الانكسار، وبالتالي فإن شعاع الضوء الأبيض (المختلط)، الذي يدخل الزجاج بزاوية على السطح، ينقسم إلى شعاع من الأشعة الملونة المتباينة، أي. مُعرض ل الفروق.

أرز. تحلل الطيف الأبيض بواسطة المنشور (أ) ومجموعة ألوان الجزء المرئي من الطيف (ب).

إذا سقط شعاع متوازي من الضوء الأبيض، محدود بشق ضيق، على منشور زجاجي، فسيتم الكشف عن نمط من الألوان المختلفة يسمى الطيف على شاشة تقع خلف المنشور (الشكل أ). يوجد في الطيف تسلسل صارم لهذه الألوان، ينتقل من لون إلى آخر، بدءًا من اللون البنفسجي وينتهي باللون الأحمر (الشكل ب). سبب تحلل الضوء هو اعتماد معامل الانكسار على الطول الموجي. وكلما كان الطول الموجي أقصر، كانت زاوية الانكسار أصغر، وبالتالي تنكسر الأشعة البنفسجية أكثر من الأشعة الحمراء. ويسمى الفرق في مؤشرات الانكسار للخط الأزرق القصير الموجة F والخط الأحمر الطويل الموجة C بمتوسط ​​التشتت، أي. dn = nF – nC.

يتم تحديد معامل التشتت بالصيغة:

ن = (ن – 1) / د.

يعتمد معامل الانكسار والتشتت بشكل كبير على تركيبة الزجاج. يتم زيادة معامل الانكسار بواسطة PbO، BaO، CaO، ZnO، Sb 2 O 3، والأكاسيد القلوية. تؤدي إضافة SiO 2 إلى تقليل معامل الانكسار. يزداد التشتت بشكل ملحوظ مع إدخال PbO وSb 2 O 3. BaO و CaO لهما تأثير أقوى على معامل الانكسار مقارنة بالتشتت. يعد معامل الانكسار ومعامل التشتت من أهم خصائص النظارات البصرية. مجموعة واسعة من النظارات ذات القيم المختلفة لهذه الخصائص تجعل من الممكن تكوين أنواع مختلفة من صور الأشياء، وإنشاء مجموعة متنوعة من الأدوات والمعدات، بدءًا من عدسة المجهر إلى مرآة التلسكوب متعدد الأمتار. لإنتاج أدوات منزلية فنية للغاية تخضع للطحن الزخرفي، يتم استخدام الزجاج الذي يحتوي على ما يصل إلى 30٪ من PbO بشكل أساسي. توفر مثل هذه النظارات "تلاعبًا جيدًا بالضوء" في الحواف نظرًا للتأثير القوي لـ PbO على كل من معامل الانكسار والتشتت. يمكن اعتبار اعتماد معامل الانكسار على محتوى PbO عند إدخاله بدلاً من SiO 2 في التركيبات البلورية الصناعية متناسبًا بشكل مباشر.

معامل الانعكاس- نسبة التدفق الضوئي المنعكس عن الزجاج إلى التدفق الضوئي الساقط عليه. كلما زادت زاوية السقوط، زادت كمية الضوء المنعكسة عن الزجاج. تبلغ كمية الضوء المنعكسة من سطح الزجاج حوالي 4%. يعتمد معامل الانعكاس على حالة السطح ووجود مواد مختلفة عليه.

تنطبق ظاهرة تشتت الضوء على الزجاج المعتم. في الزجاج الشفاف العادي، لا يحدث تشتت الضوء عمليا. يخرج شعاع من الأشعة الضوئية الموجهة إلى السطح غير اللامع من الجانب الآخر مقسمًا إلى عدة اتجاهات بسبب الانكسار غير المتكافئ للأشعة الفردية على السطح غير المستوي (غير اللامع) للزجاج. يحتوي الزجاج المعتم على جزيئات معتمة زاوية أو كروية لها معامل انكسار مختلف عن الجزء الأكبر من الزجاج. تتعرض أشعة الضوء الساقطة على الزجاج لانكسار وانعكاس متعدد، مما يؤدي إلى تشتت الضوء. أحجام الجسيمات كواتم الصوت في الزجاج هي 0.2-10 ميكرون. كلما زاد حجم الجسيمات، زاد تشتت الضوء بواسطة الزجاج. الشفافية النسبية أو انتقال الزجاج T عن طريق الضوء المرئي والأشعة غير المرئية (الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والأشعة السينية) تخضع لقانون Bouguer-Lambert-Beer العام.

T = I/I 0 = e -Kl = 10 -kl

I هي شدة الإشعاع الذي يمر عبر العينة؛

I0 هي شدة الإشعاع الذي يدخل العينة؛

e هو أساس اللوغاريتمات الطبيعية.

ك - مؤشر الامتصاص الطبيعي.

ل هو سمك العينة؛

k هو مؤشر الامتصاص العشري (k = 0.434 K).

يرتبط الامتصاص النسبي أو الامتصاص للأشعة بالانتقال بالاعتماد A = 1 - T. وعادة ما يتم التعبير عن النقل النسبي T أو الامتصاص A كنسبة مئوية. يمكن أيضًا استخدام الكثافة الضوئية D كمقياس لقدرة الزجاج على امتصاص الإشعاع: D = log 1/T = –lgT = 0.434 Kl = kl.

بالنسبة للنظارات الملونة، تتناسب درجة امتصاص الضوء بشكل مباشر مع تركيز الصبغة C والمعامل e، الذي يميز الامتصاص النوعي لصبغة معينة؛ k = e C. للتعبير عن الامتصاص الانتقائي للنظارات الملونة، يتم رسم منحنيات T وA وK وk مقابل الطول الموجي (الشكل.). يمكن لأي من هذه التبعيات أن تكون بمثابة خاصية كمية طيفية للنظارات الملونة. غالبًا ما يشار إلى قيم T وA بوحدة سمك الزجاج (T/l وA/l). إن منحنيات النفاذية والكثافة الضوئية معكوسة، ولكنها في نفس الوقت ليست صورًا مرآة لبعضها البعض.

أرز. اعتماد نفاذية الضوء T والكثافة البصرية D لزجاج الحاوية البني على الطول الموجي.

يتم تقييم انتقال وامتصاص النظارات باستخدام مقاييس الطيف الضوئي باستخدام عينات زجاجية متوازية المستوى. هذا التقييم مهم في إنتاج الزجاج الملون. تعد مؤشرات النقل (الامتصاص) في المنطقة المرئية من الطيف مهمة لتقييم لون النظارات المنزلية والإشارة والنظارات الملونة الأخرى. تعد مؤشرات النقل (الامتصاص) في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف مهمة لصهر الزجاج ومنتجات التشكيل (الشفافية الحرارية للزجاج)، وفي منطقة الأشعة فوق البنفسجية من الطيف - لخصائص أداء الزجاج (يجب أن تنقل المنتجات المصنوعة من زجاج الأشعة فوق البنفسجية الأشعة فوق البنفسجية، ويجب أن تحتفظ العبوات الزجاجية بها للحفاظ على محتويات الحاوية من المنتجات). عندما يتم تبريده أو تسخينه بشكل غير متساو، تنشأ ضغوط داخلية في الزجاج، مما يتسبب في انكسار مزدوج. يشبه الزجاج الكريستال ثنائي الانكسار، على سبيل المثال، الكوارتز، الميكا، الجبس، إلخ. يتحلل الشعاع الذي يدخل العينة الزجاجية إلى شعاعين - عادي وغير عادي. وتكون مستويات استقطاب هذه الأشعة متعامدة بشكل متبادل، وتختلف سرعات الانتشار في الوسط الزجاجي. يتم قياس الانكسار المزدوج من خلال الفرق في مسار الأشعة العادية وغير العادية (نانومتر لكل 1 سم من مسار الشعاع في الزجاج). للتحكم في الانكسار المزدوج في العينات من أي شكل، يتم استخدام مناظير الاستقطاب الأكثر ملاءمةً PKS-250، PKS-125. يعتمد مبدأ تشغيل الأجهزة على ملاحظة الانكسار المزدوج في العينة قيد الدراسة أثناء تداخل الأشعة.

5. تطبيق قياس الانكسار لتحديد المواد ومراقبة الجودة.

6. فيز. أساسيات الطريقة الاستقطابية.

7. اعتماد زاوية دوران مستوى الاستقطاب على بنية المادة.

10. فيز. أساسيات قياس الكلى وقياس التعكر.

11. أجهزة تحليل قياس الكلى.

12. تطبيق قياس الكلى وقياس التعكر.

13. الخصائص الأساسية للإشعاع الكهرومغناطيسي. تصنيف طرق التحليل الطيفي.

14. فيز. أساسيات التحليل الطيفي.

15. أنواع وخصائص التحولات الإلكترونية.

16. الاعتماد على عدد الطاقة الإضافية. من الموضع في الجدول.

17. الطبقة. العناصر الكيميائية حسب قدرتها على الإثارة. والتأين.

18. مخططات تحولات الطاقة في الذرات.

20. اعتماد الأطوال الموجية لخطوط الطيف على الموضع في الجدول.

22. العوامل المؤثرة على شدة الطيف في أطياف الانبعاث الذري.

23. عرض الخط الطيفي. أسباب التوسع.

24. مخططات تحولات الطاقة في الجزيئات.

26*. شروط وآلية الانحلال وإثارة المادة في التحليل الطيفي للانبعاث الذري اللهبي.

27. شروط وآلية ذرات وإثارة المادة في التحليل الطيفي للانبعاث الذري بالقوس والشرارة.

25. رسم تخطيطي ووظائف المكونات الرئيسية لمطياف الانبعاث الذري. الخصائص الأساسية لمطياف الانبعاث الذري.

28. تصميم ومبدأ تشغيل البلازماترون ثلاثي الأنابيب لتحليل الانبعاثات الذرية باستخدام البلازما المقترنة حثياً.

29. طرق عزل الخطوط الطيفية التحليلية للعناصر من الإشعاع متعدد الألوان للعينة التي تم تحليلها. مخطط ومبدأ تشغيل جهاز أحادي اللون من نوع التشتت.

30. أنواع أجهزة الكشف عن مطياف الانبعاث الذري. مبدأ عملهم.

33. مزايا وعيوب التسجيل الفوتوغرافي لأطياف الانبعاث الذري.

31. أساسيات التحليل النوعي للانبعاثات الذرية. تحديد الأطوال الموجية للخطوط الطيفية المميزة للعناصر.

33. تحديد شدة الخط الطيفي لعنصر ما أثناء التسجيل الفوتوغرافي للطيف.

34. شبه الكمية. طريقة المقارنة في تحليل الانبعاثات الذرية.

35. الطريقة شبه الكمية للأزواج المتماثلة في تحليل الانبعاثات الذرية.

36. الطريقة شبه الكمية لظهور وتضخيم الخطوط الطيفية في تحليل الانبعاثات الذرية.

32. معادلة لوماكين-شيبي.

37. طرق التحليل الكمي الدقيق للانبعاثات الذرية باستخدام المعايير.

38-39. الأحكام العامة لنظرية aac.

41. ذرات اللهب في تحليل الامتصاص الذري: الشروط، الآلية

29. أحادي اللون

39. تصميم ومبدأ تشغيل مصباح تفريغ الغاز بدون إلكترود.

30. أجهزة الكشف

26. تحضير العينات للتحليل بطرق التحليل الطيفي الذري البصري

45. الأسس الفيزيائية للتحليل الطيفي للأشعة السينية.

46. ​​مخطط إثارة وانبعاث الخطوط الطيفية للأشعة السينية. حافة الامتصاص الحرجة.

47. أجهزة تشتيت وكشف مطياف الأشعة السينية.

48. أساسيات الجودة والكمية في التحليل الطيفي للأشعة السينية

49. مخطط التنفيذ، مزايا وعيوب تحليل انبعاث الأشعة السينية.

50. مخطط التنفيذ، مزايا وعيوب تحليل مضان الأشعة السينية.

3. تشتت معامل الانكسار. اعتماد معاملات الانكسار على درجة الحرارة والضغط. الانكسار المولي.

تربط نظرية ماكسويل الكهرومغناطيسية للوسائط الشفافة بين معامل الانكسار n وثابت العزل الكهربائي  بالمعادلة: =n 2 (1). يرتبط استقطاب الجزيء P بثابت العزل الكهربائي للوسط: P = P def + P op = (-1)/(+ 2) (M /d) = 4/3 N A , (2) ) حيث P def هو استقطاب التشوه ; P أو - الاستقطاب الاتجاهي؛ M هو الوزن الجزيئي للمادة. د-كثافة المادة؛ N A - رقم Avagadro؛  هي قابلية استقطاب الجزيء. بتعويض n 2 في المعادلة (2) بدلاً من  و  el، بدلاً من ، نحصل على (n 2 - 1)/ (n 2 + 2) (M /d) = 4/3 N A  el = R el = R M ( 3) هذه الصيغة تسمى صيغة لورنتز-لورنتز، قيمة R M فيها هي الانكسار المولي. ويترتب على هذه الصيغة أن قيمة RM، التي يتم تحديدها من خلال معامل انكسار المادة، تعمل كمقياس للاستقطاب الإلكتروني لجزيئاتها. في الدراسات الفيزيائية والكيميائية، يتم أيضًا استخدام الانكسار النوعي: r = R M / M = (n 2 1)/ (n 2 + 2) (1/d) (4)

الانكسار المولي له البعد الحجمي لكل 1 مول من المادة (سم 3 / مول)، والانكسار النوعي له البعد الحجمي لكل 1 جرام (سم 3 / جم). بالنظر تقريبًا إلى الجزيء باعتباره كرة نصف قطرها g m مع سطح موصل، فقد تبين أن  el = g M 3. في هذه الحالة، R M = 4/3  N A g 3 (5)، أي. الانكسار المولي يساوي الحجم الداخلي لجزيئات 1 مول من المادة. بالنسبة للمواد غير القطبية R M =P، بالنسبة للمواد القطبية R M أقل من P بمقدار استقطاب الاتجاه.

كما يلي من المعادلة (3)، يتم تحديد قيمة الانكسار المولي فقط من خلال الاستقطاب ولا تعتمد على درجة الحرارة وحالة تجميع المادة، أي. هو ثابت مميز للمادة.

الانكسار هو مقياس لاستقطاب غلاف الإلكترون الجزيئي. يتكون الغلاف الإلكتروني للجزيء من أغلفة الذرات التي تشكل الجزيء. ولذلك، إذا قمنا بتعيين قيم انكسار معينة للذرات أو الأيونات الفردية، فإن انكسار الجزيء سيكون مساويا لمجموع انكسارات الذرات والأيونات. عند حساب انكسار الجزيء من خلال انكسارات الجزيئات المكونة له، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار حالات التكافؤ للذرات، وخصائص ترتيبها، والتي يتم تقديم مصطلحات خاصة لها - زيادات متعددة (كربون مزدوج وثلاثي) الكربون) والروابط الأخرى، بالإضافة إلى تصحيحات للموقع الخاص للذرات والمجموعات الفردية في الجزيء: Rm= Ra+Ri, (6)، حيث R A وRi عبارة عن انكسارات ذرية وزيادات متعددة للروابط، على التوالي، وهي الواردة في الكتب المرجعية.

المعادلة (6) تعبر عن قاعدة الجمع للانكسار المولي. إن طريقة حساب الانكسار المولي كمجموع انكسارات ليس للذرات، ولكن للروابط (CH-H، O-H، N-H، وما إلى ذلك) لها ما يبررها فيزيائيًا، حيث أن إلكترونات التكافؤ هي التي يستقطبها الضوء , تشكيل رابطة كيميائية.

يتم حساب الانكسار المولي للمركبات المبنية من الأيونات كمجموع الانكسارات الأيونية.

يمكن استخدام قاعدة الجمع (6) لتحديد بنية الجزيئات: قارن Rm، الموجود من البيانات التجريبية باستخدام المعادلة (3)، مع تلك المحسوبة باستخدام المعادلة (6) للبنية المتوقعة للجزيء.

في بعض الحالات، ما يسمى تمجيد الانكسار، والذي يتكون من زيادة كبيرة في القيمة التجريبية R M لا مقارنة بتلك المحسوبة بالمعادلة (6). يشير تمجيد الانكسار إلى وجود روابط متعددة مترافقة في الجزيء. يرجع انكسار التمجيد في الجزيئات ذات هذه الروابط إلى حقيقة أن الإلكترونات الموجودة فيها تنتمي إلى جميع الذرات التي تشكل نظام الاقتران ويمكنها التحرك بحرية على طول هذا النظام، أي. تتمتع بقدرة عالية على الحركة، وبالتالي زيادة الاستقطاب في المجال الكهرومغناطيسي.

تحدث الجمعية أيضًا لانكسار المخاليط والمحاليل السائلة - انكسار الخليط يساوي مجموع انكسارات المكونات مقسومًا على حصصها في الخليط. بالنسبة للانكسار المولي لخليط ثنائي، وفقًا لقاعدة الجمع، يمكننا كتابة: R=N 1 R 1 +(1 N 1)R 2, (7)

بالنسبة للانكسار النوعي r = f 1 r 1 + (lf 1)r 2 (8)، حيث N 1 و f 1 هما الكسور المولية والوزنية للمكون الأول.

يمكن استخدام هذه الصيغ لتحديد تكوين المخاليط وانكسار المكونات. بالإضافة إلى التركيب الكيميائي للمادة، يتم تحديد قيمة معامل الانكسار من خلال الطول الموجي للضوء الساقط ودرجة حرارة القياس. كقاعدة عامة، مع زيادة الطول الموجي، ينخفض ​​معامل الانكسار، ولكن بالنسبة لبعض المواد البلورية لوحظ سلوك شاذ لهذا الاعتماد. يتم تحديد الانكسارات في أغلب الأحيان للأطوال الموجية (خط Na الأصفر - خط D-589nm، خط الهيدروجين الأحمر - خط C-656nm، خط الهيدروجين الأزرق - خط F-486nm).

ويسمى اعتماد الانكسار أو معامل انكسار الضوء على الطول الموجي بالتشتت. يمكن أن يكون مقياس التشتت هو الفرق بين قيم مؤشرات الانكسار المقاسة عند أطوال موجية مختلفة، ما يسمى. متوسط ​​التباين. مقياس التشتت هو التشتت النسبي:  F , C , D =(n f – n C)/(n D -l)]10 3 (9)، حيث n f , n C , n D هي معاملات انكسار يتم قياسها للخطوط خطوط F وC الهيدروجين والصوديوم D. التشتت النسبي  F، C، D حساس جدًا لوجود وموضع الروابط المزدوجة في الجزيء.

تعتمد قيمة معامل الانكسار للمادة أيضًا على درجة حرارة القياس. مع انخفاض درجة الحرارة، تصبح المادة أكثر كثافة بصريا، أي. يزيد معامل الانكسار. ولذلك، عند إجراء قياسات الانكسار، من الضروري ترموستات مقياس الانكسار. بالنسبة للغازات، يعتمد معامل الانكسار أيضًا على الضغط. يتم التعبير عن الاعتماد العام لمعامل انكسار الغاز على درجة الحرارة والضغط بالصيغة: n-1=(n 0 -1)(P/760)[(1+P)/(1+t) ( 10)، حيث n هو معامل الانكسار عند الضغط P ودرجة الحرارة ر° ج; ن 0 - معامل الانكسار في الظروف العادية؛ ف - الضغط ك ملم زئبق. فن.؛  و  - معاملات تعتمد على طبيعة الغاز .

اعتماد معامل الانكسار على درجة الحرارة. اعتماد معامل الانكسار على مقاييس انكسار التركيز

من "تقنية المختبرات"

ويسمى معامل الانكسار n أيضًا نسبة سرعة الضوء في الهواء إلى سرعة الضوء في مادة الاختبار (المحلول). يعد هذا ثابتًا مهمًا يسمح لك بتوضيح الطبيعة الكيميائية للمادة وتحديد درجة نقائها وكذلك تحديد تركيز المحاليل.
قياس الانكسار هو مجموعة من الطرق للدراسة الفيزيائية والكيميائية للسوائل والمعادن والمحاليل بناءً على قياس معاملات الانكسار الخاصة بها. تتمثل المزايا الرئيسية لقياس الانكسار في سرعة القياسات وانخفاض استهلاك المواد والدقة العالية (حوالي 0.01٪).
تسمى الأدوات المستخدمة لقياس معامل الانكسار أجهزة قياس الانكسار.
بما أن sin 90° = 1، فإن /r1 = P2 31Pf. إذا كان معامل الانكسار لوسط واحد 2 معروفًا، فيكفي قياس الزاوية الحدية φ لتحديد معامل الانكسار للوسط الذي تم تحليله p.
جزء مهم من أجهزة قياس الانكسار التي تعتمد على تحديد الزاوية المحددة هو منشور قياس مصنوع من الزجاج البصري بمعامل انكسار معروف بدقة. ولذلك، فإن كل مقياس انكسار مناسب لقياس معاملات الانكسار فقط في نطاق معين من قيمها.
عند فحص الأشعة الخارجة من منشور القياس القريبة من الشعاع المحدد، يتبين أن مجال رؤية الأنبوب مقسم إلى أجزاء مضيئة ومظلمة، ويتوافق الحد بينهما مع الشعاع المحدد.
يعتمد معامل الانكسار على الطول الموجي للإشعاع. تنكسر الأشعة ذات الأطوال الموجية المختلفة بشكل مختلف. يسمى اعتماد معامل انكسار الضوء في مادة ما على الطول الموجي للضوء بتشتت الضوء أو التشتت الانكساري.
كمقياس للتشتت، يتم أخذ الفرق في مؤشرات الانكسار للخطوط الطيفية للهيدروجين C (656.3 نانومتر) وF (486.1 نانومتر)، والتي تغطي الجزء الأوسط من الطيف المرئي، والتي تسمى متوسط ​​التشتت pr - Ps.
يتم تحديد تأثير درجة الحرارة على معامل الانكسار من خلال عاملين: التغير في عدد جزيئات المادة لكل وحدة حجم واعتماد قابلية الاستقطاب على درجة الحرارة.
بالنسبة لمعظم السوائل، ينخفض ​​معامل الانكسار بحوالي 0.00015 لكل زيادة بمقدار درجة واحدة مئوية في درجة الحرارة. لذلك، من أجل إجراء قياسات دقيقة حتى المنزلة العشرية الرابعة، يجب أن يتم ترموستات العينات السائلة بدقة 0.2 درجة مئوية. يتم تحديد معامل الانكسار من خلال مؤشرين: المؤشر العلوي يشير إلى درجة الحرارة، والمؤشر السفلي يشير إلى الطول الموجي. على سبيل المثال، يعني أنه تم إجراء القياس عند 20 درجة مئوية والطول الموجي للخط الأصفر D من طيف الصوديوم (589.3 نانومتر).
في كثير من الحالات، يختلف معامل الانكسار للمحاليل الثنائية خطيًا باختلاف تركيب المحلول. تم تحديد اعتماد معامل انكسار المحاليل على التركيز تجريبيًا لكل مادة على حدة من خلال إنشاء منحنى المعايرة. يتم تحضير سلسلة من المحاليل ذات التركيزات المعروفة، وقياس معاملات انكسارها، وإنشاء رسم بياني للمعايرة بإحداثيات معامل التركيز والانكسار.
إذا كان الفرق في معاملات الانكسار للمكونات التي يتكون منها المحلول يبلغ حوالي 0.1، فإن دقة تحديد التركيز يمكن أن تصل إلى أجزاء من المئات من النسبة المئوية.
تختلف أجهزة قياس الانكسار في نطاقات القياس ومصادر الضوء. إذا تم استخدام الضوء الأبيض للإضاءة، فغالبًا ما يشتمل الجهاز أيضًا على منشورات للتعويض عن الاختلافات في الطول الموجي. بفضل هذا، من الممكن تحديد معامل الانكسار عند الطول الموجي للخط الأصفر D من طيف الصوديوم، عن طريق أخذ القياسات في ضوء النهار أو ضوء المصباح المتوهج.
من بين الأنواع العديدة من أجهزة قياس الانكسار المخصصة للقياس المباشر لمعامل انكسار المواد السائلة والصلبة بواسطة زاوية الانكسار المحددة أو الانعكاس الداخلي الكلي، ومتوسط ​​تشتتها ولتحديد تركيز المحاليل، فإننا نعتبر النوعين الرئيسيين المحليين من نوع آبي مقاييس الانكسار - مقياس انكسار URL ومقياس انكسار IRF-22.
في منتجات الألبان التي تحتوي على نسبة عالية من المادة الجافة (تصل إلى 38%).
الحد المسموح به لخطأ القياس على مقياس Po هو 0.0001، وعلى المقاييس الأخرى 0.1%.
في التين. 188 يوضح الرسم التخطيطي البصري لمقياس الانكسار. يتم وضع محلول الاختبار بين مستويي المنشورين - الإضاءة 4 والقياس 5. ومن مصدر الضوء 1 بواسطة المكثفات 2، 3، يتم توجيه شعاع من الضوء إلى الوجه المدخل لمنشور الإضاءة، ثم تمرر طبقة رقيقة من المادة قيد الدراسة ومستوى المنشور القياس.
يحد وينكسر بزوايا مختلفة ثم يخرج من منشور القياس عبر وجهه الثاني، ويمر عبر موشور معوض التشتت 6 ومنشور الانكسار 7، ويتم تركيزه بواسطة عدسة التلسكوب S في مجال رؤيتها، مما يشكل الضوء والظلام أجزاء من الحقل مفصولة بحدود مستقيمة. حافة منشور الإضاءة ملبدة، ويمر الضوء المتناثر عليها إلى السائل بجميع الزوايا الممكنة (من 0 إلى 90 درجة). إذا كان معامل انكسار السائل أقل من معامل انكسار مادة المنشور، فإن الأشعة تنكسر بزوايا من الصفر إلى الحد الأقصى. في عدسة التلسكوب 11، يتم ملاحظة حدود الضوء والظل، والتقاطع للشبكاني 9 والمقياس 10. ويعتمد موضع حدود الضوء والظل هذه على قيمة زاوية الانكسار المحددة φ، والتي في بدوره يعتمد على معامل الانكسار لسائل الاختبار. وهذا يجعل من الممكن معايرة مقاييس الانكسار وفقًا لمؤشرات الانكسار أو وفقًا لتركيز المحلول.
يتم حساب المقياس بعد إزالة التلوين الطيفي لحدود chiaroscuro في الموضع الذي تتقاطع فيه حدود chiaroscuro مع مركز تداخل الشبكة.
من الناحية الهيكلية، يتكون مقياس انكسار URL (الشكل 189) من جزأين رئيسيين، الجزء العلوي - المبيت 1 والجزء السفلي - القاعدة. الكاميرات العلوية والسفلية متصلة بالجسم. الغرفة السفلية، التي تحتوي على منشور القياس، مثبتة بشكل صارم بالجسم؛ الغرفة العلوية، التي تحتوي على منشور الإضاءة ب، متصلة بمفصلة بالغرفة السفلية ويمكن تدويرها بالنسبة لها.