Рефрактометр

( баллов) Черников Ю. А. Рефрактометрия — один из наиболее удобных способов определения концентрации примесей в жидкости путём измерения её показателя преломления.

Простейший рефрактометр представляет собой тубус (см. рисунок, представленный выше), на одном конце которого расположена призма с полированной скошенной гранью. На эту грань наносится капля исследуемой жидкости, которая затем прижимается к поверхности рассеивателем. Рассеиватель обеспечивает освещение жидкости под всеми углами. На другом конце тубуса находится окуляр. При наблюдении через окуляр при направлении яркого света на рассеиватель, видна шкала, часть которой освещена, а часть — нет. Граница между освещённой и неосвещённой областями определяет показатель преломления жидкости, однозначно связанный с концентрацией примесей. Принципиальная оптическая схема рефрактометра показана на рисунке, представленном ниже.

За призмой, внутри тубуса, расположена собирающая линза. В её фокальной плоскости находится полупрозрачный матовый экран со шкалой, рассматриваемый через окуляр. В простейшем варианте окуляр представляет собой одну линзу, а экран расположен в её фокальной плоскости. Предполагается отсутствие отражения света от зачернённой поверхности призмы. Предположим, что необходимо спроектировать рефрактометр для измерения объёмной концентрации спирта в воде с пределом измерения %. Призма рефрактометра изготовлена из стекла с показателем преломления = .

а) ( балла) Какова величина угла при вершине призмы, если при помещении на скошенную грань призмы %–ного раствора спирта с показателем преломления = граница освещённой области на экране пересекается с оптической осью линзы?

б) ( балла) Рассчитайте длину шкалы (см. рисунок) на полупрозрачном экране. Фокусное расстояние линзы = см. Показатель преломления чистой воды = , %–ного раствора спирта — = .

в) ( балла) Шкала рефрактометра должна иметь цену деления %. Будем считать, что человеческому глазу комфортно различать предметы на далеком расстоянии, если угловое расстояние между ними не менее = ′ ( угловых минут). Рассчитайте максимально возможное фокусное расстояние окуляра .