книги / Оптическое материаловедение
..pdfЗадание 2. Измерение царапин на поверхности стекла
1.Включите осветитель 2 и положите образец на предметный столик 1 исследуемой поверхностью вниз.
2.Установите в осветитель светофильтр (зеленый или оранжевый) и настройте окулярный микрометр 4 на резкое изображение перекрестья и шкалы.
3.Перекройте луч к эталонному зеркалу шторкой, повернув рукоятку 11, и, вращая микровинт 12, добейтесь резкого изображения поверхности образца.
4.Поверните рукоятку 11, открывая доступ луча к эталонному зеркалу, и убедитесь, что в поле зрения окуляра видны интерференционные полосы. Поворотом кольца апертурной диафрагмы добейтесь наибольшей контрастности интерференционных полос и с помощью винта переместите их в центр поля зрения окуляра.
5.Поместите изображение царапины в центр поля зрения окуляра, вращая микровинты 8, а затем расположите одну из осей перекрестья параллельно царапине, поворачивая тубус 4 вокруг его оси.
6.Вращая интерференционную головку 10 вокруг собственной оси, расположите интерференционные полосы параллельно второй оси перекрестья.
7.Поворачивая окуляр вокруг его оси, расположите двойную черту на измерительной шкале параллельно интерференционным полосам (см. рис. 5.4).
8.Пять раз измерьте расстояние между полосами а. Данные занесите в табл. 5.3.
9.Пять раз измерьте величину искривления интерференционных полос b в разных местах царапины. Данные занесите в табл. 5.3.
10.Рассчитайте глубину царапины h по формуле (5.1).
11.Повторите действия по пп. 5–10 для пяти разных
царапин.
41
Результаты экспериментов
Таблица 5.3
Номер |
|
|
|
|
|
Царапины |
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
5 |
||||||||
опыта |
|
|
|
|
||||||||||||
a |
b |
a |
|
b |
a |
|
b |
a |
|
b |
a |
|
b |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Σ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Среднее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
значение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
h |
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
42
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
И ДИСПЕРСИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТЕКОЛ НА РЕФРАКТОМЕТРЕ АББЕ
Ознакомиться с принципом действия и устрой-
ством прибора DR-М2/1550, определить пока- Цели работы затель преломления nd и дисперсионные харак-
теристики стекла.
Приборы и Рефрактометр DR-М2/1550, комплект интерфе-
принадлежно- ренционных фильтров, исследуемые образцы.
сти
Краткие теоретические сведения
Каждый прозрачный материал в соответствующем ГОСТе характеризуется величиной главного показателя преломления nd (определяется по желтой d-линии водорода Н (λd = 587,5618 нм) или по желтой D-линии натрия Na (λd = 589,2938 нм)) или ne (определяется по зеленой е-линии ртути Hg (λе = 546,0740 нм)).
Помимо показателя преломления каждый прозрачный материал характеризуется величиной средней дисперсии
nd nF nC |
или |
ne |
nF ' nC ' |
и |
коэффициентом |
дис- |
|||||||
персии (числом Аббе) |
d |
|
nd |
1 |
|
или |
e |
ne |
1 |
|
, которые |
||
n |
n |
n |
n |
' |
|||||||||
|
|
|
|
F |
C |
|
|
F ' |
C |
|
|
||
определяются |
по линиям |
водорода |
F (λF = 496,1327 |
|
нм) |
и С |
|||||||
(λC = 656,2725 нм) или по линиям кадмия F′ (λF' = 479,9914 нм) и С′ (λC' = 643,8469 нм).
Описание установки и метода измерений
Для определения показателя преломления и дисперсионных характеристик прозрачных материалов используется рефрактометр Аббе DR-М2/1550, представленный на рис. 6.1.
43
Рис. 6.1. Внешний вид рефрактометра DR-М2/1550
Врефрактометре Аббе принцип определения показателя преломления так же, как и в рефрактометре Пульфриха, основан на явлении полного внутреннего отражения (см. лабораторную работу № 1).
Врефрактометре DR-М2/1550 эффект полного внутреннего отражения реализуется по оптической схеме, приведенной на рис. 6.2.
Рефрактометр состоит из коллимирующей системы (6 – 9 на рис. 6.2) и двух прямоугольных призм с высоким показателем преломления (>1,6), между гипотенузными гранями которых находится небольшой зазор (около 0,1 мм). В зазор может помещаться исследуемая жидкость. В простейшей конструкции рефрактометра свет проникает через верхнюю призму, чья гипотенузная грань матовая. После нее свет рассеивается и проходит сквозь исследуемую жидкость в большом интервале углов. Твердые прозрачные образцы помещают на нижнюю призму, а расходящийся луч направляют через боковую поверхность образца. В этом интервале будет луч, скользящий по поверхности нижней призмы, которому будет соответствовать
44
предельный угол преломления. Лучи с большими углами преломления будут отсутствовать. Поэтому выходящий из нижней призмы свет будет иметь резкую границу (рис. 6.3), если его источник был монохроматичным.
Рис. 6.2. Оптическая схема рефрактометра DR-М2/1550:
1 – осветительное зеркало; 2 – вспомогательная откидная призма; 3 – основная измерительная призма; 4 – матированная грань откидной призмы; 5 – исследуемая жидкость; 6 – компенсатор (призмы Амичи);
7 – объектив зрительной трубы; 8 – поворотная призма; 9 – окуляр зрительной трубы
Коллимирующая система может состоять из зрительной трубы, установленной на бесконечность. В нее направляется выходной поток света из призм. Поскольку обычно источники света немонохроматичны, до окуляра располагают компенсатор из двух одинаковых призм Амичи.
Поворотами призм выходные лучи направляют так, чтобы граница света оказалась в перекрестье окуляра.
Рис. 6.3. Поле зрения в окуляре рефрактометра
45
По углу поворота призм и заданной длине волны источника света встроенный калькулятор рефрактометра рассчитает показатель преломления и выведет полу-
Рис. 6.4. Экран дисплея ченное значение на экран дисплея (рис. 6.4).
Выполнение работы
Особые указания
Перед началом измерений надо включить прибор, не включая лампу, и прогреть его в течение 10–15 мин.
Блок источника монохроматического света и рукоятка интерференционного фильтра нагреваются очень сильно. Не дотрагивайтесь до них во время работы, чтобы не получить ожог.
Включайте источник света только в момент проведения измерения и выключайте его сразу после измерения.
Задание 1. Определение показателя преломления nd
1.Отведите в сторону верхнюю призму и осторожно протрите обезжиривающей жидкостью поверхность нижней призмы.
2.Очистите от загрязнений и обезжирьте поверхность исследуемого образца.
3.Нанесите на поверхность нижней призмы 1 – 2 капли иммерсионной жидкости (монобромонафталин или что-либо подобное).
4.Осторожно положите исследуемый образец на нижнюю призму и слегка надавите, чтобы иммерсионная жидкость растеклась без пузырьков по возможно большей поверхности.
5.Вставьте в осветитель интерференционный фильтр «589 нм» и в источник питания рамку, соответствующую этому фильтру.
46
6.Включите лампу осветителя и направьте свет от источника через боковую поверхность образца (убедитесь, что в смотровом поле видна четкая граница светлого поля и при необходимости отрегулируйте направление света от источника).
7.Поворачивая ручку поворота призм Амичи, переместите границу светлого поля в центр перекрестья.
8.На экране дисплея отобразится значение показателя
преломления nd. Запишите это значение в табл. 6.1 с точностью до 4-го знака после запятой.
9.Сместите границу светлого поля из центра перекрестья
иповторите пп. 7 – 8 (10 измерений).
10.Вычислите среднее значение 
nd 
и рассчитайте
погрешность измерения nd и относительную погрешность εn:
|
t ,n |
2 |
nd ,i nd |
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
nd |
|
||||
nd |
|
|
n n 1 |
|
nd пр |
|
|
2 |
, |
n |
|
|
|
. |
|||
|
|
|
nd |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
11. Запишите результат в виде: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
nd nd |
nd , |
|
n |
nd |
|
при α = 0,95. |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты экспериментов |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
|
|
nd |
|
nd ,i nd |
|
|
|
nd ,i |
nd |
2 |
|
|||||
измерения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1
2
3
…
10
Σ
Среднее
значение
47
λ = 589 нм; (Δn)пр = 0,00002; δ = 0,00001; α = 0,95
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t ,n |
2 |
nd ,i nd |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
nd |
|
nd |
|
|
n n 1 |
nd пр |
|
|
2 |
|
... ; n |
|
|
...; |
|||
|
nd |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
nd |
nd nd |
..., |
n |
... |
при α = 0,95. |
|
|
||||||
Задание 2. Определение средней дисперсии
икоэффициента дисперсии (числа Аббе)
1.Выполните пп. 1 – 4 из задания 1.
2.Нажмите на дисплее кнопку «SELECT» и кнопками
установите функциональный режим № 2. Нажмите кнопку «SET».
3.Вставьте в осветитель интерференционный фильтр «589 нм» и в источник питания рамку, соответствующую этому фильтру.
4.Включите лампу осветителя и направьте свет от источника через боковую поверхность образца (убедитесь, что в смотровом поле видна четкая граница светлого поля и при необходимости отрегулируйте направление света от источника).
5.Поворачивая ручку поворота призм Амичи, переместите границу светлого поля в центр перекрестья.
6.На экране дисплея отобразится значение показателя преломления nd (рис. 6.5, а). Запишите это значение в табл. 6.2.
7.Нажмите кнопку «SET».
8.Вставьте в осветитель интерференционный фильтр «486 нм» и в источник питания рамку, соответствующую этому фильтру.
9.Поворачивая ручку поворота призм Амичи, переместите границу светлого поля в центр перекрестья.
10.На экране дисплея отобразится значение показателя преломления nF (рис. 6.5, б). Запишите это значение в табл. 6.2.
11.Нажмите кнопку «SET».
48
12.Вставьте в осветитель интерференционный фильтр «656 нм» и в источник питания рамку, соответствующую этому фильтру.
13.Поворачивая ручку поворота призм Амичи, переместите границу светлого поля в центр перекрестья.
14.На экране дисплея отобразится значение показателя преломления nC (рис. 6.5, в). Запишите это значение в табл. 6.2.
15.Нажмите кнопку «SET».
16.На экране дисплея отобразится значение числа Аббе νd (рис. 6.5, г). Запишите это значение в табл. 6.2.
17.Используя значения nC и nF, рассчитайте среднюю
дисперсию 
nd 
.
а |
б |
в |
г |
Рис. 6.5. Показания на дисплее
Результаты экспериментов
|
|
|
Таблица 6.2 |
|
|
|
|
nd |
nF |
nC |
νd |
|
|
|
|
nd 
nF nC ...
49
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЗРАЧНОСТИ
ЦВЕТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СТЕКОЛ
|
Изучить устройство спектрофотометра СФ-2000 |
Цели работы |
и определить нормируемые спектральные ха- |
|
рактеристики цветных стекол. |
Приборы и |
Спектрофотометр СФ-2000, образцы цветных |
принадлежно- |
стекол. |
сти |
|
|
|
Краткие теоретические сведения
В соответствии с ГОСТ 9411–91 оптическое цветное стекло прежде всего нормируют по следующим оптическим параметрам:
а) форма спектра пропускания; б) показатель поглощения α(λ) слоя стекла при длинах
волн, заданных для стекла каждой марки; в) отношение показателей преломления α(λ1)/α(λ2) для
заданных длин волн; г) показатель поглощения α(λ0) в области наименьшего
поглощения; д) длина волны λгр, характеризующая границу про-
пускания, при которой оптическая плотность стекла превышает на 0,3 оптическую плотность стекла при длине волны λ0 или коэффициент внутреннего пропускания равен 0,50;
е) крутизна кривой оптической плотности KР, вычисляемая как разность оптических плотностей стекла при длинах
волн λгр – 20 нм и λгр.
Методика определения показателя поглощения описана в лабораторной работе № 3.
50