Література:

1. Чалий О.В., Агапов Б.М., Цехмістер Я.В. та інш. “Медична і біологічна фізика” - К.: Книг-плюс, 2005, с. 124-132, 184-190

2. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. “Биофизика”- Х.: Изд-во НФАУ Золотые страницы, 2003г., с.203-206

3. Ремизов А.Н. “ Медицинская, биологическая физика .” М., Высшая школа ,1987, с. 439-448.

4. Ливинцев Н.М. Курс физики . М., Высшая школа. 1974, с. 405-414.

5. Конспект лекцій.

6. Методична розробка.

Тема: Визначення показника заломлення й концентрації розчину рефрактометром.

Мета роботи: вивчити принцип роботи рефрактометра та дослідити залежність показника заломлення розчину від концентрації.

Прилади й матеріали: рефрактометр, набір кювет з розчинами різної концентрації, піпетка, марлеві серветки.

Професійне значення теми.

Явище повного внутрішнього відбиття використовується при встановленні гнучких світловодів. Зараз цей принцип використовується при встановленні приладів із волоконною оптикою. Огляд за допомогою оптичних приладів стінок деяких доступних порожнин організму: носоглотки, трахеї, бронхів, шлунку, січового міхура та ін. - називається ендоскопією. З цією метою використовують такі прилади , як оглядовий цистоскоп, гастроскоп, ендоскоп.

Для визначення чистоти води, концентрації загального білка, сироватки крові, для ідентифікації різних речовин, для аналізу жирних кислот тощо, використовують рефрактометри.

Рефрактометр широко використовується в харчовій, хімічній промисловості та сільському господарстві. В медицині за його допомогою визначають концентрацію білка та його окремих фракцій у крові: концентрацію цукру та інших речовин у розчинах, роблять аналіз шлункового соку, сечі. Знання основ рефрактометрії та вміння користуватися рефрактометром необхідні в практичній роботі як фармацевтів, так і інших медичних фахівців.

І. Теоретичне обгрунтування теми.

1.1 Явища заломлення, основні поняття й закони.

Принцип роботи рефрактометра побудований на явищі заломлення (рефракції) світла при його переході з одного середовища в інше.

Заломленням називається зміна світлових променів на межі розділу двох середовищ (мал. І).

Нехай швидкість світла в першому середовищі дорівнює V_I у другому - V_2, МN - межа розділу двох середовищ. Якщо V₁>V₂, то перше середовище менш щільне стосовно іншого. Кут α між перпендикуляром, поставленим у точку падіння променя на межі розділу двох середовищ (точка о) і «променя, що падає» називається кутом падіння.

Кут β між перпендикуляром другого середовища і заломленим променем називається кутом заломлення. Заломлення підпорядковується двом законам. Перший із них формулюється так: промінь падаючий, промінь заломлений і перпендикуляр, поставлений у точку падіння променя на межі розділу двох середовищ, лежать в одній площині.

Мал.1 .

Цей закон є основою геометричної оптики. Він дозволяє правильно будувати хід променів у різних оптичних приладах і системах. Другий закон установлює співвідношення між швидкістю поширення світлових променів у різних середовищах і кутами падіння й заломлення, а також вводить поняття відносного показника заломлення світла в середовищі: відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є постійна для даних двох середовищ величина, яка називається відносним показником світла в другому середовищі стосовно першого:

.

Фізичний зміст відносного показника заломлення полягає в тому, що він показує відношення швидкості світла в першому середовищі V₁

до швидкості світла V₂ у другому: відношення швидкості світла «c» у вакуумі до швидкості світла «v» у даному середовищі називають абсолютним показником заломлення. При переході променя із середовища менш щільного в більш щільне кут заломлення β<а. У міру того, як збільшується кут падіння а<90,збільшується й кут заломлення ft (мал. 2). При куті падіння а≈90 заломлений у другому середовищі промінь 3 буде граничним, а кут заломлення всередині якого поширюються всі промені, заломлені в другому середовищі, називається граничним кутом заломлення.

Граничний кут визначає межу поширення заломлених променів, які виходять із призми (мал.2).

Якщо на шляху цих променів розташувати зорову трубу так, щоб граничний промінь 3 проходив уздовж її вісі, то одна половина поля зору (праворуч від граничного променя л)

Мал.2

буде темною, а друга (ліворуч від цього променя ) - світла, тобто поле зору буде розділено на дві різні за освітлюваністю половини.

Для випадку граничного кута заломлення, у відповідності з другим законом, можна написати:

; [4]

Із (4) виходить, що [5]

Користуючись формулою(5), можна знайти показник заломлення рідини, що знаходиться на поверхні ПРИЗМИ. Для цього треба знати показник заломлення речовини в призмі й граничний кут β_пр. Але визначати граничний кут заломлення β_пр усередині призми складно, тому вимірюють не його, а кут β_пр виходу граничного променя з другої грані призми. Вимір роблять за допомогою зорової труби, у фокальній поверхні якої натягнутий хрест мол і три риски (вони являють собою візирну лінію). Наводять візирну лінію на межу світлотіні й β_ф та визначають граничний кут β_пр. Практично ж не доводиться робити вимір β_ф та і, через те , що при виготовленні приладів показники заломлення різних речовин (яким відповідають різні кути β_пр) наносять відразу на шкалу приладів.

Якщо світло переходить із оптично більш щільного середовища в оптично менш щільне, тоді кут заломлення більше кута падіння (мал. 3).

При деякому куті падіння І_пр кут заломлення β₌90⁰, тобто заломлений промінь 3, що відповідає граничному променю 3, сковзає вздовж межі розділу двох середовищ. При подальшому збільшенні кута падіння всі промені, які падають на поверхню розділу, починають відбиватися від межі розділу в те ж середовище, з якого вони вийшли, тобто зазнають повного внутрішнього відбиття.

У цьому випадку кут падіння і, при якому заломлений у менш щільному середовищі промінь починає сковзати вздовж межі розділу двох середовищ, називається граничним кутом повного внутрішнього відбиття.

Тому що ,

то при явищі повного внутрішнього відбиття в зоровій трубі також спостерігається поділ поля зору на світлу й темну частини. Таким чином, граничний кут заломлення й граничний кут повного відбиття для даних двох середовищ залежать від показників заломлення. Це знайшло своє застосування в приладах для вимірювання показника заломлення речовин у рефрактометрах.