Учебно-методический комплекс по дисциплине «электротехнические материалы»

Описание измерительного стенда
Рефрактометром называется прибор для измерения показателя преломления света в различных средах по углу полного внутреннего отражения.
Главной частью прибора являются две призмы АВМ и ДСN (рис. 3), изготовленные из стекла с большим показателем преломления. Между этими призмами вводится одна –две капли исследуемой жидкости, образующих тонкий слой при соприкосновении призма. Подобный способ введения жидкости определяет основные достоинства данного метода: быстроту выполнения измерений и незначительные затраты исследуемого вещества.

Рис 3

Рассмотрим принцип действия прибора. Если лучи подают на нижнюю призму нормально к ее грани, то они проходят через эту грань без преломления и падают на грань АВ под некоторым углом i, который равен преломляющему углу  обеих призм. Этот угол подбирается несколько меньше предельного (напомним, что предельным углом называется угол падения лучей, при котором наблюдается явление полного внутреннего отражения). Вследствие этого лучи преломляются в плоскопараллельном слое между призмами и проходят через верхнюю призму, выходя из нее параллельно своему начальному направлению, т.е. нормально с грани СN верхней призмы. Этим положением призм определяется начальная установка прибора, которая отвечает нулевому показанию на лимбе: все поле трубы при этом имеет равномерное освещение.

Будем поворачивать призму по направлению часовой стрелки, угол падания лучей на грань АВ будет при этом возрастать и при некотором уже повороте призм достигнет значения предельного угла i₀ .
В этом случае преломленные лучи в промежуток между призмами не проходят, а скользят вдоль грани АВ. В поле трубы появляется темная граница, которая движется при вращении призм и может быть приведена в совпадение с крестом нитей. Пусть для этого призмы пришлась повернуть угол , считая от их начального положения лучей на нижнюю грань равен, очевидно , а угол преломления лучей на этой грани обозначим через i, угол падения на грань АВ равен предельному углу i₀. Угол преломления лучей на этой грани равен 90⁰, причем из геометрических условий видно, что i₀ = +r (как сумма углов, не смежных с i₀ +90⁰ .
t₀ +90⁰=+90⁰+r
Применяя закон преломления для лучей на гранях МВ и АВ имеем:
(2)
где n обозначает коэффициент преломления стекла призм, причем мы предполагаем, что пространство между ними заполнено воздухом, коэффициент преломления которого считаем равным единице.
Если между призмами ввести слой исследуемой жидкости, коэффициент преломления которой обозначим через n_x и, вновь установим прибор на предельный угол так, чтобы темная границе совпадала с крестом нитей, то формулы (2) при этих условиях получают такой вид:
(3)
где и обозначают новые значения угла падения и угла преломления лучей на грани МВ. Одновременно обозначает угол поворота призм при новой установке прибора, считая от их начального положения. Если ни формул (2 и (3) исключить угол преломления и полученное уравнение решить относительно, то получается так называемая рефрактометрическая формула такого вида:
(4)
Вычисление по формула (4) довольно сложно, поэтому на лимбе рефрактометра наносится функциональная шкала, деления (которой непосредственно дают значения коэффициентов преломления) в определенном интервале. В этом случае все измерения сводятся к единственному отсчету показаний прибора при установке его на предельный угол.

1. 
   Перед началом работы с приборами проверяется нулевая точка прибора при помощи дистиллированной воды. Для чего одну, две капли ее вводят в промежуток между двумя половинками камеры стеклянной палочкой или пипеткой, не касаясь призмы, чтобы не поцарапать ее. Окуляр шкалы, окуляр зрительной трубы устанавливают на резкость так, чтобы тень поля зрения и визирные линии были четко видны. Если при установке на резкость в окуляре зрительной трубы будет наблюдаться дисперсия, ее устраняют вращением рукоятки лимба дисперсии. Визирную линию шкалы устанавливают на 1,333 и в зрительную трубу наблюдают границу светотени по отношению к точке пересечения двух взаимно –перпендикулярных визирных линий, Если граница светотени проходит через точку пересечения визирных линий, то прибор установлен на нуль. Если этого нет, то при помощи ключа и винта ставят границу светотени на точку пересечения визирных линий.
   
2. 
   После проверки нулевой точки приподнимают верхнюю половину камеры и вытирают обе половины чистой тряпкой досуха, после этого наносят одну, две капли исследуемой жидкости и закрывают камеру. Зеркалом направляют свет в одно окно камеры и поворачивают камеру до тех пор, пока граница светотени не станет на точке пересечения двух визирных линий. При помощи рукоятки лимба дисперсии устраняют окрашенность поля и достигают резкой границы светотени, которую после этого устанавливают точно на точку пересечения визирных линий и по шкале, при помощи лупы производят отсчет показателя преломления жидкости.