Светлинна дисперсия- това е зависимостта на коефициента на пречупване нвещества в зависимост от дължината на вълната на светлината (във вакуум)

или, което е същото, зависимостта на фазовата скорост на светлинните вълни от честотата:

Дисперсия на веществонаречена производна на нот

Дисперсията - зависимостта на индекса на пречупване на дадено вещество от честотата на вълната - се проявява особено ясно и красиво заедно с ефекта на двойно пречупване (вижте видео 6.6 в предишния параграф), наблюдаван, когато светлината преминава през анизотропни вещества. Факт е, че показателите на пречупване на обикновените и необичайните вълни зависят по различен начин от честотата на вълната. В резултат на това цветът (честотата) на светлината, преминаваща през анизотропно вещество, поставено между два поляризатора, зависи както от дебелината на слоя на това вещество, така и от ъгъла между равнините на пропускане на поляризаторите.

За всички прозрачни, безцветни вещества във видимата част на спектъра с намаляване на дължината на вълната индексът на пречупване се увеличава, т.е. дисперсията на веществото е отрицателна: . (Фиг. 6.7, зони 1-2, 3-4)

Ако дадено вещество абсорбира светлина в определен диапазон от дължини на вълните (честоти), тогава в областта на абсорбция дисперсията

се оказва положителен и се нарича ненормален (фиг. 6.7, зона 2–3).

Ориз. 6.7. Зависимост на квадрата на индекса на пречупване (плътна крива) и коефициента на поглъщане на светлината на веществото
(пунктирана крива) спрямо дължината на вълнаталблизо до една от лентите на поглъщане()

Нютон изучава нормалната дисперсия. Разлагането на бялата светлина в спектър при преминаване през призма е следствие от дисперсията на светлината. Когато лъч бяла светлина преминава през стъклена призма, a многоцветен спектър (фиг. 6.8).

Ориз. 6.8. Преминаването на бяла светлина през призма: поради разликата в индекса на пречупване на стъклото за различни
дължини на вълните, лъчът се разлага на монохроматични компоненти - на екрана се появява спектър

Червената светлина има най-дългата дължина на вълната и най-малкия индекс на пречупване, така че червените лъчи се отклоняват по-малко от другите от призмата. До тях ще има лъчи от оранжево, след това жълто, зелено, синьо, индиго и накрая виолетова светлина. Сложната бяла светлина, падаща върху призмата, се разлага на монохроматични компоненти (спектър).

Основен пример за дисперсия е дъгата. Дъга се наблюдава, ако слънцето е зад наблюдателя. Червените и виолетовите лъчи се пречупват от сферичните водни капки и се отразяват от вътрешната им повърхност. Червените лъчи се пречупват по-малко и влизат в окото на наблюдателя от капчици, разположени на по-голяма надморска височина. Следователно горната ивица на дъгата винаги се оказва червена (фиг. 26.8).

Ориз. 6.9. Появата на дъга

Използвайки законите за отражение и пречупване на светлината, е възможно да се изчисли пътя на светлинните лъчи с пълно отражение и дисперсия в дъждовните капки. Оказва се, че лъчите се разсейват с най-голям интензитет в посока, образуваща ъгъл около 42° с посоката на слънчевите лъчи (фиг. 6.10).

Ориз. 6.10. Rainbow местоположение

Геометричното място на такива точки е окръжност с център в точката 0. Част от него е скрита за наблюдателя Рпод хоризонта, дъгата над хоризонта е видимата дъга. Възможно е и двойно отражение на лъчите в дъждовните капки, което води до дъга от втори ред, чиято яркост естествено е по-малка от яркостта на основната дъга. За нея теорията дава ъгъл 51 °, тоест дъгата от втори ред лежи извън основната. При него редът на цветовете е обърнат: външната дъга е оцветена в лилаво, а долната е боядисана в червено. Дъги от трети и по-висок ред се наблюдават рядко.

Елементарна теория на дисперсията.Зависимостта на коефициента на пречупване на веществото от дължината на електромагнитната вълна (честотата) се обяснява въз основа на теорията за принудените трептения. Строго погледнато, движението на електроните в атома (молекулата) се подчинява на законите на квантовата механика. Въпреки това, за качествено разбиране на оптичните явления, можем да се ограничим до идеята за електрони, свързани в атом (молекула) чрез еластична сила. При отклонение от равновесното положение такива електрони започват да осцилират, като постепенно губят енергия, за да излъчват електромагнитни вълни или да прехвърлят енергията си към възлите на решетката и да нагряват веществото. В резултат на това трептенията ще бъдат затихнали.

Когато преминава през вещество, електромагнитната вълна действа върху всеки електрон със силата на Лоренц:

Където v-скорост на осцилиращ електрон. В електромагнитната вълна отношението на напрегнатостта на магнитното и електрическото поле е равно на

Следователно не е трудно да се оцени съотношението на електрическите и магнитните сили, действащи върху електрона:

Електроните в материята се движат със скорости, много по-ниски от скоростта на светлината във вакуум:

Където - амплитуда на напрегнатостта на електрическото поле в светлинна вълна, - фаза на вълната, определена от позицията на въпросния електрон. За да опростим изчисленията, пренебрегваме затихването и записваме уравнението за движение на електрона във формата

където е естествената честота на вибрациите на електрон в атом. Вече разгледахме решението на такова диференциално нехомогенно уравнение по-рано и получихме

Следователно изместването на електрона от равновесното положение е пропорционално на напрегнатостта на електрическото поле. Преместванията на ядрата от равновесното положение могат да бъдат пренебрегнати, тъй като масите на ядрата са много големи в сравнение с масата на електрона.

Атом с изместен електрон придобива диполен момент

(за простота нека приемем засега, че в атома има само един „оптичен“ електрон, чието изместване има решаващ принос за поляризацията). Ако единица обем съдържа натоми, тогава поляризацията на средата (диполен момент на единица обем) може да бъде записана във формата

В реални среди са възможни различни видове колебания на заряди (групи от електрони или йони), които допринасят за поляризацията. Тези видове трептения могат да имат различни количества заряд e iи маси т аз,както и различни естествени честоти (ще ги обозначим с индекса к),в този случай броят на атомите на единица обем с даден тип вибрация Nkпропорционално на концентрацията на атомите Н:

Безразмерен коефициент на пропорционалност fkхарактеризира ефективния принос на всеки тип трептене към общата поляризация на средата:

От друга страна, както е известно,

където е диелектричната чувствителност на веществото, която е свързана с диелектричната константа дсъотношение

В резултат на това получаваме израза за квадрата на индекса на пречупване на веществото:

В близост до всяка от собствените честоти функцията, дефинирана с формула (6.24), търпи прекъсване. Това поведение на индекса на пречупване се дължи на факта, че пренебрегнахме затихването. По същия начин, както видяхме по-рано, пренебрегването на затихването води до безкрайно увеличаване на амплитудата на принудителните трептения при резонанс. Отчитането на затихването ни спасява от безкрайности, а функцията има формата, показана на фиг. 6.11.

Ориз. 6.11. Зависимост на диелектричната проницаемост на средатавърху честотата на електромагнитната вълна

Разглеждане на връзката между честотата и дължината на електромагнитната вълна във вакуум

е възможно да се получи зависимостта на коефициента на пречупване на дадено вещество Пвърху дължината на вълната в областта на нормалната дисперсия (секции 1–2 И 3–4 на фиг. 6.7):

Дължините на вълните, съответстващи на собствените честоти на трептенията, са постоянни коефициенти.

В областта на аномалната дисперсия () честотата на външното електромагнитно поле е близка до една от естествените честоти на трептенията на молекулните диполи, т.е. възниква резонанс. Именно в тези области (например зона 2–3 на фиг. 6.7) се наблюдава значително поглъщане на електромагнитни вълни; коефициентът на поглъщане на светлина на веществото е показан с пунктирана линия на фиг. 6.7.

Концепцията за групова скорост.Концепцията за групова скорост е тясно свързана с явлението дисперсия. Когато реалните електромагнитни импулси се разпространяват в среда с дисперсия, например вълнови влакове, които са ни известни, излъчвани от отделни атомни излъчватели, те се „разпръскват“ - разширяване на обхвата в пространството и продължителността във времето. Това се дължи на факта, че такива импулси не са монохроматична синусоида, а т. нар. вълнов пакет или група от вълни - набор от хармонични компоненти с различни честоти и различни амплитуди, всяка от които се разпространява в средата с собствената си фазова скорост (6.13).

Ако вълнов пакет се разпространяваше във вакуум, тогава неговата форма и пространствено-времева степен биха останали непроменени, а скоростта на разпространение на такъв вълнов влак би била фазовата скорост на светлината във вакуум

Поради наличието на дисперсия, зависимостта на честотата на електромагнитната вълна от вълновото число кстава нелинейна и скоростта на разпространение на вълновата серия в средата, тоест скоростта на пренос на енергия, се определя от производната

където е вълновото число за „централната“ вълна във влака (с най-голяма амплитуда).

Няма да извеждаме тази формула в общ вид, а ще използваме конкретен пример, за да обясним нейния физически смисъл. Като модел на вълнов пакет ще вземем сигнал, състоящ се от две плоски вълни, разпространяващи се в една и съща посока с еднакви амплитуди и начални фази, но различни честоти, изместени спрямо „централната“ честота с малко количество. Съответните вълнови числа се изместват спрямо „централното“ вълново число с малко количество . Тези вълни се описват с изрази.

Светлина и цвят.

Докато изучавахме звуковите явления, се запознахме с понятието интерференция, което се състои в това, че когато две кохерентни вълни (т.е. вълни с еднаква честота и постоянна фазова разлика) се наслагват, се образува така наречената интерференчна картина, тоест модел на разпределение на амплитудите на вибрациите в пространството, който не се променя с течение на времето.

През 1802 г. Томас Йънг открива интерференция на светлинатав резултат на експеримент за комбиниране на светлинни лъчи от два източника. Тъй като явлението интерференция е присъщо само на вълновите процеси, експериментът на Йънг беше неопровержимо доказателство, че светлината има вълнови свойства.

Йънг не само доказа, че светлината е вълна, но също така измери дължината на вълната. Оказа се, че светлината от различни цветове съответства на различни дължини на вълната. Най-дългите дължини на вълната за червената светлина са от до . Следващите в низходящ ред са: оранжево, жълто, зелено, синьо, индиго и виолетово. Виолетовата светлина е с най-късата дължина на вълната: от до

Тъй като има обратно пропорционална връзка между дължината на вълната и честотата на трептенията, най-дългата дължина на вълната съответства на най-малката честота на трептенията, а най-късата дължина на вълната съответства на най-високата честота на трептенията. Червената светлина има осцилираща честота, варираща от до . Виолетовите светлинни вълни имат честоти от до.

Тъй като по времето на Юнг все още не са знаели за други вълни освен механичните, светлината започва да се представя като механична еластична вълна, за чието разпространение е необходима среда. Но светлината от Слънцето и звездите достига до нас през космоса, където няма материя. Следователно възниква хипотеза за съществуването на специална среда - светлинен етер. Когато в края на второто десетилетие на 19в. Оказа се, че светлинните вълни са напречни (а напречните еластични вълни се разпространяват само в твърди тела), оказа се, че светлинният етер трябва да е твърд, тоест звездите и планетите се движат в твърдия светлинен етер, без да срещат съпротивление.

Появата на теорията на Максуел за съществуването на електромагнитни вълни, способни да се разпространяват дори във вакуум, теоретично обоснованото заключение на Максуел за общата природа на светлината и електромагнитните вълни (електромагнитните вълни, както и светлинните вълни, са напречни вълни, чиято скорост в вакуумът е равен на скоростта на светлината във вакуум) слага край на разговорите за „светоносния етер“. По-нататъшното развитие на физиката потвърди предположението на Максуел, че светлината е специфично проявление на електромагнитните вълни. Видимата светлина е само малък диапазон от електромагнитни вълни с дължини на вълните от до или с честоти от до . Нека повторим таблицата от темата за електромагнитните вълни, за да можете да си представите този диапазон.

Вълновата теория ни позволява да обясним явлението пречупване на светлината, известно ви от осми клас, открито през 1621 г. от холандския учен Вилеборд Синелиус.

След откриването на Синелиус, няколко учени предположиха, че пречупването на светлината се дължи на промяна в нейната скорост при преминаване през границата на две среди. Валидността на тази хипотеза е теоретично доказана от френския юрист и математик Пиер Ферма (през 1662 г.) и, независимо от него, от холандския физик Кристиан Хюйгенс (през 1690 г.). По различни начини те стигнаха до един и същ резултат, което им позволява да формулират Закон за пречупване на светлинатапо познат ви начин:

Падащият, пречупен и перпендикулярен лъч, начертан към границата между две среди в точката на падане на лъча, лежат в една и съща равнина. Съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване е постоянна стойност за тези две среди, равна на съотношението на скоростите на светлината в тези среди:

- Това относителен показател на пречупване на втората среда спрямо първатакогато лъч преминава от първата среда към втората, имаща оптична плътност, различна от оптичната плътност на първата среда.

Ако светлината преминава от вакуум в някаква среда, тогава имаме работа с абсолютен коефициент на пречупване на дадена среда(), равно на отношението на скоростта на светлината във вакуум към скоростта на светлината в дадена среда:

Стойността на абсолютния индекс на пречупване на всяко вещество е по-голяма от единица, както се вижда от таблицата по-долу.

Причината за намаляването на скоростта на светлината при прехода й от вакуум към материя се крие във взаимодействието на светлинната вълна с атомите и молекулите на материята. Колкото по-силно е взаимодействието, толкова по-голяма е оптичната плътност на средата и толкова по-ниска е скоростта на светлината в тази среда. Тоест скоростта на светлината в дадена среда и абсолютният индекс на пречупване на средата се определят от свойствата на тази среда.

За да разберете как промяната в скоростта на светлината на границата на две среди влияе върху пречупването на светлинен лъч, разгледайте фигурата. Светлинната вълна на фигурата се движи от по-малко плътна оптична среда, като въздух, към по-плътна оптична среда, като вода.

Скоростта на светлината във въздуха съответства на дължината на вълната (както е известно, честотата на вълната остава непроменена, а връзката между скоростта на вълната, нейната дължина и честота се изразява с формулата). Скоростта на светлината във водата е равна и съответната дължина на вълната е равна.

Светлинна вълна пада върху границата между две среди под ъгъл.

Вълновата точка е първата, която достига границата между двете среди. След определен период от време точката, движеща се във въздуха със същата скорост, ще достигне точката. През това време точката, движеща се във водата със скорост, ще измине по-късо разстояние, достигайки само точката. В този случай така нареченият фронт на вълната във водата ще бъде завъртян под определен ъгъл спрямо фронта във въздуха, а векторът на скоростта, който винаги е перпендикулярен на фронта на вълната и съвпада с посоката на нейното разпространение, ще завъртане, приближаване до перпендикуляра, зададен на интерфейса между двете медии. В резултат на това ъгълът на пречупване ще бъде по-малък от ъгъла на падане.

Както знаем, когато преминава през триъгълна стъклена призма, бялата светлина не само се пречупва, отклонявайки се към по-широката част на призмата, но също така се разлага на спектър, с еднаква цветова подредба за всички случаи: червено, оранжево, жълто , зелено, синьо, синьо, виолетово, като червеният лъч е най-близо до върха на призмата, а виолетовият лъч е най-близо до основата на призмата. В осми клас казахме, че бялата светлина е сложна, а цветните лъчи, отделяни от бял лъч при преминаване през призма, са прости (едноцветни), тъй като когато някой от цветните лъчи, получени при разлагането, премине през призма, цветът на такъв лъч не се променя. Казахме също, че разлагането на бял светлинен лъч в спектър означава, че лъчите с различни цветове имат различни индекси на пречупване на границата на две прозрачни среди. Оказва се, че показателят на пречупване зависи не само от свойствата на средата, но и от честотата (цвета) на светлинната вълна. Спомняйки си, че най-ниската честота на червената вълна е половината от най-високата честота на виолетовата вълна и я сравняваме с получения модел на пречупване на лъча, разложен в спектър, можем да заключим, че индексът на пречупване за вълни с по-висока честота е по-голям отколкото за вълни с по-ниска честота. И тъй като индексът на пречупване е съотношението на скоростта на светлината в първата среда към скоростта на светлината във втората, заключението предполага, че скоростта на светлината в средата също зависи от честотата на светлинната вълна. Затова нека леко изясним дефиницията на светлинната дисперсия, дадена в осми клас:

Зависимостта на показателя на пречупване на веществото и скоростта на светлината в него от честотата на светлинната вълна се нарича светлинна дисперсия.

Да допълним с едно преживяване знанията, които имаме от осми клас за цвета на предметите. Нека прекараме бял светлинен лъч през прозрачна стъклена триъгълна призма, така че на бял екран да се появи спектрална картина. Нека покрием дясната страна на спектъра със зелена хартиена лента. Цветът на лентата ще остане ярко зелен и няма да промени нюанса само там, където зелените лъчи падат върху нея. В жълтата част на спектъра зелената хартиена лента ще промени цвета си на жълтеникаво-зелен, а в други части на спектъра ще стане тъмна. Това означава, че боята, покриваща лентата, има способността да отразява само зелената светлина и да абсорбира светлината от всички останали цветове.

В момента за получаване на ясни и ярки спектри се използват специални оптични инструменти: спектрографи и спектроскопи. Спектрографът позволява да се получи снимка на спектър - спектрограма, а спектроскопът - да наблюдава спектъра, получен върху шлифовано стъкло с окото, като увеличава изображението с леща.

Спектроскопът е проектиран през 1815 г. от немския физик Йозеф Фраунхофер за изследване на явлението дисперсия.

Когато бял светлинен лъч се разложи през прозрачна стъклена призма, се получава спектър под формата на непрекъсната лента, в която са представени всички цветове (т.е. вълни от всички честоти от
до), плавно се превръщат един в друг. Такъв спектър се нарича непрекъснат и непрекъснат.

Непрекъснат спектър е характерен за твърди и течни излъчващи тела с температура от порядъка на няколко хиляди градуса по Целзий. Непрекъснат спектър се произвежда и от светещи газове и пари, ако са под много високо налягане (т.е. ако силите на взаимодействие между техните молекули са достатъчно силни). Например, непрекъснат спектър може да се види, ако насочите спектроскоп към светлината от гореща нишка на електрическа лампа ( ), светеща повърхност от разтопен метал, пламък на свещ. В пламъка на свещ светлината се излъчва от малки, горещи твърди частици, всяка от които се състои от огромен брой взаимодействащи си атоми.

Ако използвате като източник на светлина светещи газове с ниска плътност, състоящи се от атоми, взаимодействието между които е пренебрежимо малко и имат температура или по-висока, спектърът ще изглежда различно. Например, ако добавите парче готварска сол към пламъка на газова горелка, пламъкът ще стане жълт и в спектъра, наблюдаван със спектроскоп, ще се видят две близко разположени жълти линии, характерни за спектъра на натриевите пари (под въздействието на висока температура молекулите на NaCl се разпадат на натриеви и хлорни атоми, но светенето на хлорните атоми е много по-трудно да се предизвика от сиянието на натриевите атоми).

Други химични елементи произвеждат различни набори от отделни линии със специфични дължини на вълната. Такива спектри се наричат управлявал.

Наричат ​​се спектри (както непрекъснати, така и линейни), получени, когато светлината се излъчва от горещо вещество емисионни спектри.

В допълнение към емисионните спектри има спектри на абсорбция. Абсорбционните спектри също могат да бъдат линейни.

Линейни абсорбционни спектридават газове с ниска плътност, състоящи се от изолирани атоми, когато светлината преминава през тях от ярък и по-горещ (в сравнение с температурата на самите газове) източник, давайки непрекъснат спектър.

Например, ако прекарате светлина от лампа с нажежаема жичка през съд, съдържащ натриеви пари, чиято температура е по-ниска от температурата на нажежаемата жичка, две тесни черни линии ще се появят в непрекъснатия спектър на светлината на лампата на мястото където са разположени жълтите линии в спектъра на емисии на натрий. Това ще бъде линейният абсорбционен спектър на натрий. Тоест линиите на поглъщане на натриевите атоми точно съответстват на неговите емисионни линии.

Съвпадението на емисионни линии и линии на поглъщане може да се наблюдава и в спектрите на други елементи.

През 1859 г. немският физик Густав Кирхоф установява радиационен закон(да не се бърка радиационният закон на Кирхоф с правилата на Кирхоф за изчисляване на електрически вериги и химичния закон на Кирхоф), според които атомите на даден елемент абсорбират светлинни вълни със същите честоти, на които излъчват.

Спектърът на атомите на всеки химичен елемент е уникален, което води до метода на спектралния анализ, разработен през 1859 г. от Густав Кирхоф и Робърт Бунзен.

Спектрален анализе метод за определяне на химичния състав на дадено вещество от неговия линеен спектър.

За извършване на спектрален анализ изследваното вещество се привежда в състояние на атомен газ (атомизирано) и в същото време атомите се възбуждат, т.е. получават допълнителна енергия. За атомизация и възбуждане се използват високотемпературни източници на светлина: пламък или електрически разряди. Те поставят проба от изследваното вещество под формата на прах или аерозол (т.е. малки капчици разтвор, впръскани във въздуха). След това с помощта на спектрограф се получава снимка на спектрите на атомите на елементите, които изграждат веществото. В момента има таблици на спектрите на всички химични елементи. Намирайки в таблицата точно същите спектри, които са получени по време на анализа на изследваната проба, те ще разберат какви химични елементи са включени в нейния състав.

Спектралният анализ се използва в металургията, машиностроенето, ядрената индустрия, геологията, археологията, криминалистиката и астрономията. В астрономията методът на спектралния анализ определя химичния състав на атмосферите на планетите и звездите, температурата на звездите и магнитната индукция на техните полета. Въз основа на изместването на спектралните линии в спектрите на галактиките е определена тяхната скорост, което позволява да се направи заключение за разширяването на Вселената.

Защо атомите на всеки химичен елемент имат свой строго индивидуален набор от спектрални линии? Защо емисионните и абсорбционните линии в спектъра на даден елемент съвпадат? Какво причинява разликите в спектрите на атомите на различните елементи? Отговорите на тези въпроси дава възникналата през 20 век квантова механика, един от основателите на която е датският физик Нилс Бор.

Нилс Бор стига до извода, че светлината се излъчва от атоми на материята, въз основа на което формулира два постулата през 1913 г.:

Един атом може да бъде само в специални, стационарни състояния. Всяко състояние съответства на определена енергийна стойност - енергийно ниво. Тъй като е в стационарно състояние, атомът нито излъчва, нито поглъща.

Стационарните състояния съответстват на стационарни орбити, по които се движат електроните. Номерата на стационарните орбити и енергийните нива (започвайки от първото) обикновено се обозначават с латински букви: и т.н. Радиусите на орбитите, както и енергиите на стационарните състояния, могат да приемат не всякакви, а определени дискретни стойности. Първата орбита е най-близо до ядрото.

харесвам

3

Светлинният лъч променя посоката си при преминаване от една среда в друга, което е свързано с промяна в скоростта на разпространение на светлината в различни среди. При преминаване през въздух и през плоскопаралелна стъклена плоча (фиг. 1.5) падащият лъч образува определени ъгли с нормалата към границата между средата в точката на падане. Ако лъч идва от въздуха в стъклото, тогава ъгълът a ще бъде ъгълът на падане, а ъгълът b ще бъде ъгълът на пречупване. На фиг. ъгъл a е по-голям от ъгъл b, защото скоростта на светлинните вълни във въздуха е по-голяма от тази в стъклото.

Ориз. Преминаване на светлинен лъч през плоскопаралелна стъклена пластина.

В този случай въздухът е оптически по-малко плътна среда от стъклото. Коефициентът на пречупване може да се определи от връзката

n = sin a / sin b

Коефициентът на пречупване на средата не зависи от ъгъла на падане на лъча върху повърхността на средата, а зависи от свойствата на самата среда и дължината на вълната на падащата светлина. Колкото по-голяма е дължината на вълната на падащата светлина, толкова по-нисък е коефициентът на пречупване, следователно лъч от бяла (смесена) светлина, влизащ в стъклото под ъгъл спрямо повърхността, се разделя на лъч от разминаващи се цветни лъчи, т.е. изложени вариации.

Ориз. Разлагане на белия спектър чрез призма (а) и диапазона от цветове на видимата част на спектъра (б).

Ако паралелен лъч бяла светлина, ограничен от тесен процеп, падне върху стъклена призма, на екран, разположен зад призмата, се разкрива модел от различни цветове, наречен спектър (фиг. а). В спектъра има строга последователност от тези цветове, преминаващи от един към друг, започвайки от виолетово и завършвайки с червено (фиг. б). Причината за разлагането на светлината е зависимостта на показателя на пречупване от дължината на вълната. Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-малък е ъгълът на пречупване, така че виолетовите лъчи се пречупват повече от червените лъчи. Разликата в индексите на пречупване за синята късовълнова F линия и червената дълговълнова C линия се нарича средна дисперсия, т.е. dn = nF – nC.

Коефициентът на дисперсия се определя по формулата:

n = (n – 1) / dn.

Коефициентът на пречупване и дисперсията са силно зависими от състава на стъклото. Коефициентът на пречупване се повишава от PbO, BaO, CaO, ZnO, Sb 2 O 3 и алкални оксиди. Добавянето на SiO 2 намалява индекса на пречупване. Дисперсията се увеличава значително с въвеждането на PbO и Sb 2 O 3. BaO и CaO имат по-силен ефект върху индекса на пречупване, отколкото върху дисперсията. Коефициентът на пречупване и коефициентът на дисперсия са най-важните свойства на оптичните стъкла. Широката гама от очила с различни стойности на тези свойства позволява да се формират различни видове изображения на обекти, да се създават различни инструменти и оборудване, вариращи от леща на микроскоп до многометрово огледало на телескоп. За производството на високохудожествени домакински съдове, подложени на декоративно шлифоване, се използва главно стъкло, съдържащо до 30% PbO. Такива стъкла дават добра "игра на светлина" в краищата поради силното влияние на PbO както върху индекса на пречупване, така и върху дисперсията. Зависимостта на индекса на пречупване от съдържанието на PbO, когато се въвежда вместо SiO 2 в индустриални кристални състави, може да се счита за правопропорционална.

Коефициент на отражение- съотношението на светлинния поток, отразен от стъклото, към светлинния поток, падащ върху него. Колкото по-голям е ъгълът на падане, толкова по-голямо е количеството светлина, отразено от стъклото. Количеството светлина, отразена от стъклената повърхност, е около 4%. Коефициентът на отражение зависи от състоянието на повърхността и наличието на различни вещества върху нея.

Феноменът на разсейване на светлината се отнася за непрозрачни стъкла. В обикновеното прозрачно стъкло разсейването на светлината практически не се случва. Сноп от светлинни лъчи, насочен към матовата повърхност, излиза от другата страна разбит на много посоки поради неравномерното пречупване на отделните лъчи върху неравната (матова) повърхност на стъклото. Непрозрачното стъкло съдържа ъглови или сферични частици за затъмняване, които имат различен индекс на пречупване от по-голямата част от стъклото. Светлинните лъчи, падащи върху стъкло, претърпяват многократно пречупване и отражение, което причинява разсейване на светлината. Размерът на частиците на шумозаглушителите в стъклото е 0,2-10 микрона. С увеличаването на размера на частиците се увеличава разсейването на светлината от стъклото. Относителната прозрачност или пропускливостта на T стъклото чрез видима светлина и невидими лъчи (инфрачервени, ултравиолетови, рентгенови, g-лъчи) се подчинява на общия закон на Бугер-Ламберт-Бира.

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

I е интензитетът на радиацията, преминаваща през пробата;

I0 е интензитетът на радиацията, влизаща в пробата;

e е основата на естествените логаритми;

K - индекс на естествена абсорбция;

l е дебелината на пробата;

k е десетичният индекс на абсорбция (k = 0,434 K).

Относителното поглъщане или поглъщане на лъчите е свързано с пропускането чрез зависимостта A = 1 - T. Относителното пропускане T или поглъщане A обикновено се изразява в проценти. Оптичната плътност D може също да служи като мярка за способността на стъклото да абсорбира радиация: D = log 1/T = –lgT = 0,434 Kl = kl.

При цветните стъкла степента на поглъщане на светлина е правопропорционална на концентрацията С на багрилото и коефициента e, който характеризира специфичното поглъщане на дадено багрило; k = e C. За да се изрази селективната абсорбция на цветни стъкла, се начертават кривите на T, A, K и k спрямо дължината на вълната (фиг.). Всяка от тези зависимости може да служи като спектрална количествена характеристика на цветните стъкла. Стойностите на T и A често се отнасят за единица дебелина на стъклото (T/l и A/l). Кривите на пропускливост и оптична плътност са обратни, но в същото време не са точни огледални изображения една на друга.

Ориз. Зависимост на пропускливостта на светлина T и оптичната плътност D на кафяво контейнерно стъкло от дължината на вълната.

Пропускането и абсорбцията на стъклата се оценяват с помощта на спектрофотометри, използващи плоскопаралелни стъклени проби. Тази оценка е важна при производството на цветно стъкло. Показателите за пропускане (поглъщане) във видимата област на спектъра са важни за оценка на цвета на битови, сигнални и други цветни стъкла. Показателите за пропускане (абсорбция) в инфрачервената област на спектъра са важни за топенето на стъкло и продуктите за формоване (термична прозрачност на стъклото), а в ултравиолетовата област на спектъра - за експлоатационните свойства на стъклото (продуктите, изработени от uviol стъкло, трябва да пропускат ултравиолетовите лъчи и стъклото на контейнера трябва да ги задържа, за да запази съдържанието на контейнера продукти). При неравномерно охлаждане или нагряване в стъклото възникват вътрешни напрежения, причиняващи двойно пречупване. Стъклото се оприличава на двупречупващ кристал, например кварц, слюда, гипс и др. Лъчът, влизащ в стъклената проба, се разлага на два лъча - обикновен и извънреден. Поляризационните равнини на тези лъчи са взаимно перпендикулярни, а скоростите на разпространение в стъкловидната среда са различни. Двойното пречупване се измерва чрез разликата в пътя на обикновения и необичайния лъч (nm, на 1 cm път на лъча в стъкло). За контрол на двойното пречупване в проби с всякаква форма, най-удобните полярископи-поляриметри PKS-250, PKS-125. Принципът на работа на устройствата се основава на наблюдението на двойно пречупване в изследваната проба по време на интерференция на лъчите.

5. Приложение на рефрактометрията за идентифициране на вещества и контрол на качеството.

6. Физ. Основи на поляриметричния метод.

7. Зависимостта на ъгъла на въртене на равнината на поляризация от структурата на веществото.

10. Phys. Основи на нефелометрията и турбидиметрията.

11. Уреди за нефелометричен анализ.

12. Приложение на нефелометрия и турбидиметрия.

13. Основни характеристики на електромагнитното излъчване. Класификация на методите за спектрален анализ.

14.Физ. Основи на спектралния анализ.

15. Видове и характер на електронните преходи.

16. Зависимост на броя на допълнителната енергия. От позицията в табл.

17. Клас. Химични елементи според способността им да възбуждат. И йонизация.

18. Схеми на енергийни преходи в атомите.

20. Зависимост на дължините на вълните на рез.спектърните линии от позицията в таблицата.

22. Фактори, влияещи върху интензитета на спектъра Линии в атомно-емисионните спектри.

23. Ширина на спектралната линия. Причини за разширяване.

24. Схеми на енергийни преходи в молекулите.

26*. Условия и механизъм на атомизация и възбуждане на материята при пламъчна атомно-емисионна спектроскопия.

27. Условия и механизъм на атомизация и възбуждане на материята при дъгова и искрова атомно-емисионна спектроскопия.

25. Блокова схема и функции на основните компоненти на атомно-емисионен спектрометър. Основни характеристики на атомно-емисионните спектрометри.

28. Устройство и принцип на действие на тритръбен плазмотрон за атомно-емисионен анализ с индуктивно свързана плазма.

29. Методи за изолиране на аналитични спектрални линии на елементи от полихроматичното излъчване на анализираната проба. Схема и принцип на работа на монохроматор от дисперсионен тип.

30. Видове детектори на атомно-емисионни спектрометри. Принципът на тяхното действие.

33. Предимства и недостатъци на фотографския запис на атомно-емисионни спектри.

31. Основи на качествения атомно-емисионен анализ. Определяне на дължини на вълните на характерни спектрални линии на елементи.

33. Определяне на интензитета на спектралната линия на елемент при фотографско записване на спектъра.

34. Полуколичествен. Сравнителен метод в атомно-емисионния анализ.

35. Полуколичествен метод на хомоложни двойки в атомно-емисионния анализ.

36. Полуколичествен метод за поява и усилване на спектрални линии при атомно-емисионен анализ.

32. Уравнение на Ломакин-Шайбе.

37. Методи за прецизен количествен атомно-емисионен анализ с помощта на стандарти.

38-39. Общи положения на теорията на aac.

41. Пламъчна атомизация при атомно-абсорбционен анализ: условия, механизъм

29. Монохроматори

39. Устройство и принцип на действие на безелектродна газоразрядна лампа.

30. Детектори

26. Подготовка на проби за анализ чрез методите на оптична атомна спектроскопия

45. Физически основи на рентгеноспектралния анализ.

46. ​​​​Схема на възбуждане и излъчване на рентгенови спектрални линии. Критичен ръб на абсорбция.

47. Диспергиращи и детектиращи устройства на рентгенови спектрометри.

48. Основи на качеството и количеството на рентгеноспектралния анализ

49. Схема на изпълнение, предимства и недостатъци на рентгеновия емисионен анализ.

50. Схема на изпълнение, предимства и недостатъци на рентгенофлуоресцентния анализ.

3. Дисперсия на индекса на пречупване. Зависимост на показателите на пречупване от температура и налягане. Моларна рефракция.

Електромагнитната теория на Максуел за прозрачни среди свързва показателя на пречупване n и диелектричната константа  чрез уравнението: =n 2 (1). Поляризацията P на молекулата е свързана с диелектричната константа на средата: P = P def + P op = (-1)/(+ 2) (M /d) = 4/3 N A , (2 ) където P def е деформационната поляризация ; P or – ориентационна поляризация; M е молекулното тегло на веществото; d-плътност на веществото; N A - число на Авагадро;  е поляризуемостта на молекулата. Като заместим n 2 в уравнение (2) вместо  и  el, вместо , получаваме (n 2 - 1)/ (n 2 + 2) (M /d) = 4/3 N A  el = R el = R M ( 3) Тази формула се нарича формула на Лоренц-Лоренц, стойността на R M в нея е моларното пречупване. От тази формула следва, че стойността на RM, определена чрез индекса на пречупване на дадено вещество, служи като мярка за електронната поляризация на неговите молекули. При физикохимичните изследвания се използва и специфична рефракция: r = R M / M = (n 2 1)/ (n 2 + 2) (1/d) (4)

Моларното пречупване има измерението на обема на 1 мол вещество (cm 3 /mol), специфичното пречупване има измерението на обема на 1 грам (cm 3 /g). Приблизително разглеждайки молекулата като сфера с радиус g m с проводяща повърхност, се показва, че  el = g M 3. В този случай R M = 4/3  N A g 3 (5), т.е. моларното пречупване е равно на вътрешния обем на молекулите на 1 мол вещество. За неполярни вещества R M = P, за полярни вещества R M е по-малко от P с размера на ориентационната поляризация.

Както следва от уравнение (3), стойността на моларното пречупване се определя само от поляризуемостта и не зависи от температурата и състоянието на агрегация на веществото, т.е. е характеристична константа на дадено вещество.

Пречупването е мярка за поляризуемостта на молекулната електронна обвивка. Електронната обвивка на молекулата се състои от обвивките на атомите, които образуват молекулата. Следователно, ако присвоим определени стойности на пречупване на отделни атоми или йони, тогава пречупването на молекулата ще бъде равно на сумата от пречупванията на атомите и йоните. При изчисляване на пречупването на молекула чрез пречупванията на съставните й частици е необходимо да се вземат предвид валентните състояния на атомите, характеристиките на тяхното подреждане, за които се въвеждат специални термини - увеличения на множество (двоен и троен въглерод- въглерод) и други връзки, както и корекции за специалната позиция на отделните атоми и групи в молекулата: Rm= Ra+Ri, (6), където R A и Ri са съответно атомни пречупвания и увеличения на множество връзки, които са дадени в справочници.

Уравнение (6) изразява правилото за адитивност на моларното пречупване. Физически по-оправдан метод е да се изчисли моларното пречупване като сума от пречупванията не на атоми, а на връзки (C-H, O-H, N-H и т.н.), тъй като валентните електрони са поляризирани от светлината , образувайки химическа връзка.

Моларното пречупване на съединения, изградени от йони, се изчислява като сбор от йонни пречупвания.

Правилото за адитивност (6) може да се използва за установяване на структурата на молекулите: сравнете Rm, намерено от експериментални данни с помощта на уравнение (3), с това, изчислено с помощта на уравнение (6) за очакваната структура на молекулата.

В някои случаи т.нар екзалтация на пречупване, състояща се в значителен излишък на експерименталната стойност R M no в сравнение с тази, изчислена по уравнение (6). Екзалтацията на пречупване показва наличието на спрегнати множествени връзки в молекулата. Екзалтационното пречупване в молекули с такива връзки се дължи на факта, че -електроните в тях принадлежат на всички атоми, образуващи системата за конюгиране, и могат да се движат свободно по тази система, т.е. имат висока мобилност и следователно повишена поляризуемост в електромагнитно поле.

Адитивност има и при пречупването на течни смеси и разтвори - пречупването на сместа е равно на сумата от пречупванията на компонентите, разделена на техните дялове в сместа. За моларното пречупване на бинарна смес, в съответствие с правилото за адитивност, можем да запишем: R=N 1 R 1 +(1 N 1)R 2, (7)

за специфично пречупване r = f 1 r 1 + (lf 1)r 2 (8), където N 1 и f 1 са молните и тегловните части на първия компонент.

Тези формули могат да се използват за определяне на състава на смесите и пречупването на компонентите. В допълнение към химическата структура на веществото, стойността на неговия индекс на пречупване се определя от дължината на вълната на падащата светлина и температурата на измерване. Като правило, с увеличаване на дължината на вълната индексът на пречупване намалява, но за някои кристални вещества се наблюдава аномално поведение на тази зависимост. Най-често показаните рефракции се определят за дължини на вълните (жълта Na линия - D-589nm линия, червена водородна линия - C-656nm линия, синя водородна линия - F-486nm линия).

Зависимостта на пречупването или индекса на пречупване на светлината от дължината на вълната се нарича дисперсия. Мярка за дисперсия може да бъде разликата между стойностите на показателите на пречупване, измерени при различни дължини на вълните, т.нар. средна дисперсия. Мярката за дисперсия е относителна дисперсия:  F , C , D =(n f – n C)/(n D -l)]10 3 (9), където n f , n C , n D са индекси на пречупване, измерени за линии F и C водородни и натриеви D линии. Относителната дисперсия  F, C, D е много чувствителна към наличието и положението на двойни връзки в молекулата.

Стойността на коефициента на пречупване на дадено вещество също зависи от температурата на измерване. С намаляването на температурата веществото става оптически по-плътно, т.е. индексът на пречупване се увеличава. Следователно, когато се извършват рефрактометрични измервания, е необходимо рефрактометърът да се термостатира. При газовете индексът на пречупване също зависи от налягането. Общата зависимост на коефициента на пречупване на газа от температурата и налягането се изразява с формулата: n-1=(n 0 -1)(P/760)[(1+P)/(1+t) ( 10), където n е индексът на пречупване при налягане P и температура T° ° С; n 0 - индекс на пречупване при нормални условия; P - налягане k mm Hg. Изкуство.;  и  - коефициенти в зависимост от природата на газа .

Зависимост на показателя на пречупване от температурата. Зависимост на показателя на пречупване от концентрацията Рефрактометри

от "Лабораторна техника"

Коефициентът на пречупване n се нарича още отношението на скоростта на светлината във въздуха към скоростта на светлината в тестваното вещество (разтвор). Това е важна константа, която ви позволява да изясните химическата природа на дадено вещество, да определите степента на неговата чистота, както и да определите концентрацията на разтворите.
Рефрактометрията е набор от методи за физикохимично изследване на течности, минерали и разтвори, основани на измерване на техните индекси на пречупване. Основните предимства на рефрактометрията са скоростта на измерванията, ниската консумация на вещества и високата точност (около 0,01%).
Уредите, използвани за измерване на индекса на пречупване, се наричат ​​рефрактометри.
Тъй като sin 90° = 1, тогава /r1 = P2 31Pf. Ако индексът на пречупване на една среда 2 е известен, тогава е достатъчно да се измери граничният ъгъл φ, за да се определи индексът на пречупване на анализираната среда n.
Важна част от рефрактометрите, базирани на определяне на граничния ъгъл, е измервателна призма, изработена от оптично стъкло с точно известен индекс на пречупване. Следователно всеки рефрактометър е подходящ за измерване на индексите на пречупване само в определен диапазон от техните стойности.
При изследване на лъчите, излизащи от измервателната призма, които са близки до ограничителната, зрителното поле на тръбата се оказва разделено на осветени и тъмни части, границата между които съответства на ограничаващия лъч.
Коефициентът на пречупване зависи от дължината на вълната на излъчването. Лъчите с различна дължина на вълната се пречупват по различен начин. Зависимостта на коефициента на пречупване на светлината в дадено вещество от дължината на вълната на светлината се нарича дисперсия на светлината или дисперсия на пречупване.
Като мярка за дисперсията се приема разликата в показателите на пречупване на спектралните линии на водорода C (656,3 nm) и F (486,1 nm), покриващи средната част на видимия спектър, наречена средна дисперсия pr - Ps.
Ефектът на температурата върху индекса на пречупване се определя от два фактора: промяната в броя на частиците на веществото в единица обем и зависимостта на поляризуемостта от температурата.
За повечето течности индексът на пречупване намалява с около 0,00015 за всеки 1°C повишаване на температурата. Следователно, за да се направят измерванията с точност до четвъртия знак след десетичната запетая, течните проби трябва да бъдат термостатирани с точност от 0,2 °C. Коефициентът на пречупване се определя от два индекса: горният, показващ температурата, и долният, дължината на вълната. Например означава, че измерването е извършено при 20 °C и дължината на вълната на жълтата линия D на натриевия спектър (589,3 nm).
В много случаи индексът на пречупване на бинарните разтвори варира линейно в зависимост от състава на разтвора. Зависимостта на коефициента на пречупване на разтворите от концентрацията се установява емпирично за всяко отделно вещество чрез построяване на калибровъчна крива. Приготвят се серии от разтвори с известни концентрации, измерват се техните показатели на пречупване и се построява калибровъчна графика в координати концентрация-индекс на пречупване.
Ако разликата в показателите на пречупване на компонентите, които съставляват разтвора, е приблизително 0,1, тогава точността на определяне на концентрацията може да бъде стотни от процента.
Рефрактометрите се различават по обхвати на измерване и източници на светлина. Ако за осветяване се използва бяла светлина, устройството често включва и призми за компенсиране на разликите в дължината на вълната. Благодарение на това е възможно да се определи коефициентът на пречупване при дължината на вълната на жълтата линия D на натриевия спектър, като се правят измервания на дневна светлина или светлина от лампа с нажежаема жичка.
От многото видове рефрактометри, предназначени за директно измерване на коефициента на пречупване на течни и твърди вещества чрез ограничаващия ъгъл на пречупване или пълно вътрешно отражение, тяхната средна дисперсия и за определяне на концентрацията на разтвори, ние считаме основните два вътрешни тип Abbe рефрактометри - рефрактометър URL и рефрактометър IRF-22.
В МЛЕЧНИ ПРОДУКТИ с високо (до 38%) съдържание на сухо вещество.
Допустимата граница на грешка при измерване на скалата Po е 0,0001, на други скали 0,1%.
На фиг. 188 е показана оптичната диаграма на рефрактометъра. Тестовият разтвор се поставя между равнините на две призми - осветителна 4 и измервателна 5. От източника на светлина 1 чрез кондензатори 2, 3 се насочва лъч светлина към входната повърхност на осветителната призма, след което преминава през тънък слой от изследваното вещество и равнината на измервателната призма.
ограничаващи и пречупени под различни ъгли и след това излизащи от измервателната призма през втората й страна, преминавайки през призмите на дисперсионния компенсатор 6 и пречупващата призма 7, се фокусират от лещата на телескопа S в нейното зрително поле, образувайки светлина и тъмнина части от терена, разделени с права граница. Ръбът на осветителната призма е матиран, разпръснатата върху него светлина преминава в течността под всички възможни ъгли (от 0 до 90°). Ако индексът на пречупване на течността е по-малък от индекса на пречупване на материала на призмата, тогава лъчите се пречупват под ъгли от нула до максимум. В окуляра на телескопа 11 се наблюдава границата на светлината и сянката, мерника на мерника 9 и скалата 10. Позицията на тази граница на светлината и сянката зависи от стойността на граничния ъгъл на пречупване φ, който в обрат зависи от индекса на пречупване на изпитваната течност. Това дава възможност да се калибрира скалата на рефрактометъра според коефициента на пречупване или съответно според концентрацията на разтвора.
Мащабът се отчита, след като спектралното оцветяване на границата на светлосенката е елиминирано в позицията, където границата на светлинката пресича центъра на припокриването на решетката.
Конструктивно рефрактометърът URL (фиг. 189) се състои от две основни части, горната - корпус 1 и долната - основа. Горната и долната камера са прикрепени към тялото. Долната камера, съдържаща измервателната призма, е здраво закрепена към тялото; горната камера, съдържаща осветителната призма b, е свързана с шарнир към долната и може да се върти спрямо нея.