α αI

Silikáty, sklo a žáruvzdorné materiály 2006/07
Fakulta strojní, BSP
Laboratorní cvičení 3
Měření indexu lomu
Mezi optické vlastnosti skla, které jsou jednou z jeho charakteristických vlastností, patří především
index lomu. Index lomu je definován jako poměr rychlosti světla ve vakuu k rychlosti světla ve skle:
sin α
n=
sin α I
Geometricky je definován jako poměr sinu úhlu dopadu k sinu úhlu lomu (měřených od normály na
rozhraní).
α
Protože sklo obklopuje obvykle vzduch, udává se nejčastěji index lomu
skla vůči vzduchu. U sodnovápenatých a technických skel je blízký hodnotě
1,50, u olovnatých 1,60. Souvislosti mezi indexem lomu a složením skla jsou
značně komplikované. Všechny ionty, které jsou silně polarizovány, mají velký
vliv na zvýšení indexu lomu. při průchodu světla sklem dochází k vzájemnému
působení mezi světelnými kvanty a elektrony iontů obsažených ve skle. Je-li
ion silně polarizovatelný, jako u kationtů Pb2+, Ba2+, nebo u aniontů 02-, S2-, je
ve skle jeho elektronový obal značně deformován okolními silovými poli a
αI
uvede se proto snadno i do vzájemného působení se světelnými kvanty a
způsobuje zpomalení rychlosti světla ve skle, tzn. že zvyšuje index lomu. Naopak slabě polarizovatelný anion,
např. F-, snižuje index lomu skla. Na zjištění indexu lomu existuje několik metod. Jeden ze způsobů rychlého
určení je měření Abbého refraktometrem.
Popis přístroje (viz obr. 1)
Hlavní části refraktometru jsou měřící hranoly, zaostřovací okulár a dělený kotouč s odečítacím
mikroskopem. Měřící i osvětlovací hranol je uložen v hranolovém tělese 4, které je otočné kolem horizontální
osy. Okulárem 1 pozorujeme okrajovou čáru totální reflexe (hranici mezi světlou a temnou polovinou zorného
pole). Kompenzátor s rýhovaným knoflíkem 3 slouží k odstranění barevného okraje hraniční čáry. Při měření
indexu lomu otáčíme měřícím hranolem pomocí knoflíku 5 tak, až mezní čára protíná střed kříže v
dalekohledu. Odečítací mikroskop 6 pevně spojený se zaostřovacím okulárem ukazuje přímo svou značkou
naměřenou hodnotu na děleném kotouči. Měřící rozsah přístroje zahrnuje indexy lomu nD od 1,3 do 1,7 při
přesnosti měření 1 – 2 jednotky čtvrtého desetinného místa.
Princip metody
Rozlišujeme 2 měřící metody:
1. Měření v procházejícím světle.
2. Měření v odraženém světle.
Při měření v procházejícím světle vstupuje světlo vzorkem na měřící plochu měřícího hranolu.
Dotykově dopadající podíl světla se láme pod mezním úhlem totální reflexe a je pozorován v okuláru jako
mezní čára mezi světlým a tmavým polem. Tato se jeví zpočátku s barevným okrajem, který odstraníme
pootočením kompenzátoru. Nyní ostrou mezní čáru nastavíme přesně na střed nitkového kříže. Na
odečítacím mikroskopu přečteme hodnotu nD. Při tomto měření musí mít vzorek dvě leštěné plochy svírající
úhel 90° a na styčné přímce ostrou hranu.
Při měření v odraženém světle vstupuje světlo přímo do měřícího hranolu. Na stykové ploše měřícího
hranolu a vzorku se část světla totálně odrazí a v okuláru se ukáže světlé pole. Opět se vykompenzuje
barevný okraj mezní čáry, která se nastaví na střed nitkového kříže a na kotouči čteme naměřenou hodnotu.
Kontrast mezi světlým a tmavým polem není při tomto měření tak silný jako při měření v procházejícím světle,
neboť tmavým polem prochází část odraženého světla.
Pracovní postup (měření v odraženém světle)
1.
Připraví se vzorek skla, tělísko s jednou zabroušenou a dobře vyleštěnou ploškou.
2.
Refraktometr se instaluje ve zvýšené poloze na podstavci. Osvětlovací hranol se odklopí. Styčná
plocha měřicího hranolu se ustaví vodorovně a s použitím měkkého hadříku a vody či éteru se
dokonale vyčistí a zbaví prachu.
3.
Na měrnou plochu hranolu se pomocí otavené skleněné tyčinky nanese malá kapka kontaktní
kapaliny, skleněný vzorek se přiloží svou vyleštěnou ploškou a mírným tlakem přitiskne k měrné
ploše hranolu.
4.
Osvětlovací zrcátko se nastaví tak, aby světlo lampy přicházející ze strany dopadalo do
osvětlovacího okénka měrného hranolu (osvětlování se kontroluje v okuláru). Stupnice se
nastavením osvětlovacího zrcátka stupnice osvětlí (kontroluje se pohledem do mikroskopu).
5.
Nitkový kříž a stupnice se zaostří otáčením okuláru a odečítacího mikroskopu.
6.
Otočením hlavního šroubu se nastaví počátek stupnice (kontroluje se pohledem do mikroskopu).
Pak se pomalu otáčí hlavním šroubem, až se v zorném poli dalekohledu objeví rozhraní světlého a
1
Silikáty, sklo a žáruvzdorné materiály 2006/07
7.
Fakulta strojní, BSP
temného pole. Otočením šroubu kompenzátoru se odstraní barevný pás a rozhraní se zaostří.
Dalším otočením hlavního šroubu se rozhraní nastaví do středu nitkového kříže a v mikroskopu se
odečte hledaná hodnota indexu lomu nD.
Vzorek skla se vyjme, hranol se vyčistí a celé měření se opakuje. Nalezené hodnoty indexu lomu se
nesmí lišit více než o 2.10-4.
Poznámka:
Při měření uvedenou metodou se v dalekohledu objevují rozhraní dvě: jedno přísluší měřenému
vzorku, druhé kontaktní kapalině (při použití bromnaftalenu leží toto rozhraní na hodnotě nD=1,65 ) .
Obr. 1: Abbého refraktometr
2