Comment Calculer L Indice De Réfraction

Qu'est-ce que l'indice de réfraction ?

L'indice de réfraction, également appelé indice réfractaire, est défini comme le quotient de la vitesse de la lumière lorsqu'elle traverse deux milieux. Il s'agit d'un nombre sans dimension qui dépend de la température et de la longueur d'onde du faisceau lumineux. En langage clair, 50'indice de réfraction décrit la vitesse à laquelle un faisceau lumineux traverse un milieu, et cette relation est décrite par la formule suivante :

n = c / v

Où :

n désigne l'indice de réfraction
c désigne la vitesse de la lumière dans le vide (ou fifty'air)
v désigne la vitesse de la lumière dans le milieu (eau ou huile d'olive, par exemple)

Sur cette page, vous allez acquérir des connaissances essentielles sur 50'indice de réfraction et la façon de le mesurer.

Découvrez-en plus sur la définition de 50'indice de réfraction, ses applications, la façon de le mesurer, la loi de Snell et bien plus encore.

Pour en savoir plus sur fifty'indice de réfraction, passez à l'une des rubriques suivantes :

Le phénomène de réfraction : cas pratique
La loi de Snell : loi de la réfraction
La réflexion totale interne et l'angle critique
Le principe du réfractomètre basé sur la loi de Snell
Mesure de l'indice de réfraction / Que mesure un réfractomètre ?
Influences de la mesure de 50'indice de réfraction
Mesure de fifty'indice de réfraction : son rôle dans 50'industrie
Indice de réfraction absolu et indice de réfraction relatif
Conseils et astuces cascade des résultats précis de l'indice de réfraction
Améliorez vos mesures de l'indice de réfraction
Substances types et échantillons/matériaux de référence, et leurs indices de réfraction approximatifs
FAQ

Le phénomène de réfraction : cas pratique

Avant d'attaquer les explications techniques de fifty'indice de réfraction, examinons un exemple visuel qui illustre la vitesse de la lumière et l'effet de l'indice de réfraction dans différents milieux.

Dans cet exemple, des baguettes de verre sont immergées dans trois verres remplis de différentes substances :

Milieu dans chaque verre
one Eau
2 Eau et huile de cèdre
3 Huile de cèdre

Que se passe-t-il dans chaque verre ?

50'eau a un indice de réfraction plus faible (n = 1,333) que la baguette de verre (n = 1,517). Par conséquent, il est possible de voir la baguette entière dans le verre 1 et une partie de la baguette dans le verre 2.

En revanche, la baguette de verre (due north = 1,517) et l'huile de cèdre (due north = 1,516) ont des indices de réfraction presque identiques. Ainsi, la baguette immergée semble disparaître dans l'huile de cèdre (partiellement dans le verre 2 et entièrement dans le verre three).

La loi de Snell : loi de la réfraction

La loi de Snell, également appelée la loi de Snell-Descartes, établit une relation entre les angles d'incidence et de réfraction et les indices de réfraction des milieux concernés. Comme illustré dans la figure, la loi détermine que le produit du sinus de 50'bending formé par le rayon lumineux (i), la ligne droite normale (2) et l'indice de réfraction du milieu (n_i et northward_ii) doit être constant.

n₁ sinα=n₂ sin⁡β

La figure montre comment united nations faisceau lumineux (one, flèche bleue) est dévié lorsqu'il passe sous un certain angle d'un milieu optiquement moins dense (n_ane) à un milieu optiquement plus dumbo (n₂), par exemple de l'air à 50'eau.

Cependant, lorsque le faisceau passe d'un milieu à 50'autre perpendiculairement à la ligne en pointillés, aucun changement de direction north'a lieu (flèche verte).

Selon la loi de Snell, le rapport de l'indice de réfraction de chacun des milieux est proportionnel au rapport de l'angle d'incidence et de réfraction du faisceau lumineux. Par conséquent :

La réflexion totale interne et l'angle critique

La réflexion totale interne est définie comme united nations processus par lequel toute la lumière se déplaçant d'united nations milieu optiquement plus dense vers un milieu optiquement moins dumbo est renvoyée dans le milieu optiquement plus dumbo. Voici une explication détaillée de ce phénomène illustrée par la figure de gauche.

La ligne bleu foncé : si un faisceau lumineux passe d'united nations milieu optiquement plus dense (n₂) à un milieu optiquement moins dense (n_i), il est dévié.

De la ligne bleu foncé à la ligne verte : si l'angle d'incidence α est augmenté, il peut alors atteindre une valeur critique (1) à laquelle le faisceau lumineux ne pénètre plus dans le milieu moins dense (n₁) et, au lieu de cela, est réfracté exactement le long de l'interface des deux milieux. L'angle (1) est appelé l'angle critique de la réflexion totale interne. L'angle de réfraction stand for à β = ninety°.

De la ligne verte à la ligne bleu clair : lorsque l'angle critique est dépassé, toute la lumière est renvoyée dans le milieu optiquement plus dense (n₂). On appelle ce phénomène « réflexion totale interne » (ii).

Fifty'indice de réfraction n1 est calculé à partir de fifty'bending critique α comme suit :
β = 90° —> sin β = 1

Rappel : 1 (ligne verte) désigne 50'angle critique, et 2 (ligne bleue) indique la réflexion totale interne.

Le principe du réfractomètre basé sur la loi de Snell

Basés sur la loi de Snell (expliquée ci-dessus), des réfractomètres ont été développés pour mesurer l'indice de réfraction des échantillons liquides et semi-solides.

La cellule de mesure d'un réfractomètre numérique présente une configuration schématique basée sur la loi de Snell. Elle repose donc sur la réflexion totale interne et l'angle critique. Voici son fonctionnement :

La source de lumière (1) est une diode électroluminescente (LED). Le faisceau émis par la LED passe à travers un filtre de polarisation (2), united nations filtre d'interférence (three) et une lentille de focalisation (4) avant d'atteindre l'échantillon via le prisme en saphir (v).

La lumière réfléchie (angle d'incidence > angle critique) est déviée par une lentille (6) vers le capteur optique CCD (7) qui détermine l'bending critique. Par ailleurs, les réfractomètres numériques modernes contrôlent automatiquement la température à la limite prisme/échantillon pour améliorer la précision de la mesure.

Mesure de l'indice de réfraction / Que mesure un réfractomètre ?

Un réfractomètre numérique mesure l'indice de réfraction ou les valeurs connexes d'un échantillon liquide en utilisant la méthode de réflexion totale. Cette mesure est effectuée automatiquement, ce qui réduit 50'influence de l'opérateur et améliore la précision. En utilisant un petit book d'échantillon (de 0,5 à 1 mL), il est possible de réaliser des mesures très précises de l'indice de réfraction en quelques secondes seulement.

Les réfractomètres manuels, tels qu'un réfractomètre d'Abbe optique de paillasse ou un réfractomètre portable classique, permettent également de mesurer l'indice de réfraction. Découvrez leurs avantages et inconvénients.

Influences de la mesure de fifty'indice de réfraction

Influence de la température sur la détermination de l'indice de réfraction

Quelle est la relation entre la détermination de 50'indice de réfraction et la température ?

Nous devons d'abord comprendre l'effet de la température sur un échantillon liquide. La température influence l'espace dans lequel les atomes s'assemblent pour créer une molécule. La vibration atomique augmente avec la température, ce qui entraîne united nations éloignement des atomes et réduit la valeur de la densité optique du milieu de l'échantillon.

Comme nous l'avons vu précédemment, fifty'indice de réfraction décrit la vitesse à laquelle un faisceau lumineux traverse un milieu. Si un milieu est moins dense optiquement en raison d'une augmentation de la température, la lumière se déplace plus rapidement, ce qui entraîne united nations léger décalage de 50'angle de déviation. En d'autres termes, plus la température est élevée, plus fifty'indice de réfraction est faible, comme le montre le graphique ci-dessous qui utilize 50'eau comme milieu d'échantillon.

Comme vous pouvez le constater, la température de 50'échantillon a une influence majeure sur le déroulement de la mesure. Par conséquent, la température doit être mesurée avec précision et, si possible, contrôlée.

Les instruments plus anciens, tels que les réfractomètres d'Abbe, peuvent nécessiter united nations bain-marie pour contrôler la température, tandis qu'united nations grand nombre de réfractomètres numériques modernes utilisent des éléments Peltier pour contrôler la température du système. Ainsi, il est possible de déterminer la valeur de fifty'indice de réfraction de manière rapide et précise.

Influence de la longueur d'onde sur la détermination de l'indice de réfraction

En raison de l'effet de la dispersion sur les propriétés des ondes dans un milieu (relation de dispersion), presque toutes les substances ont des indices de réfraction distincts qui diffèrent également en fonction de la longueur d'onde utilisée lors de la mesure. Cette relation de dispersion peut être calculée comme arrange.

Nous savons que la vitesse de la lumière dans un milieu correspond à :

v = c/n

Où :
n désigne l'indice de réfraction
c désigne la vitesse de la lumière dans le vide (ou l'air)
v désigne la vitesse de la lumière dans le milieu

De même, la longueur d'onde dans le même milieu est :

λ = λ₀/n

où λ ₀ désigne la longueur d'onde de cette lumière dans le vide (ou l'air).

Ainsi, l'indice de réfraction (northward) est inversement proportionnel à la longueur d'onde et aussi à la vitesse de la lumière. Cela signifie que plus la longueur d'onde est grande, plus l'indice de réfraction est faible. Cette relation est définie par l'équation suivante :

v(λ) = c/n(λ)

Cependant, pour les applications industrielles où la mesure de fifty'indice de réfraction est requise, il est essentiel d'avoir une longueur d'onde définie et précise pour permettre la mesure de l'indice de réfraction de différents échantillons à analyser dans les mêmes weather pour le contrôle qualité.

Pour générer une longueur d'onde définie, les réfractomètres utilisent le plus souvent la raie D du sodium, qui represent à 589,3 nm. Étant donné que cette longueur d'onde est largement disponible, fiable et stable, elle est utilisée depuis longtemps dans l'étude de l'indice de réfraction.

n = indice de réfraction

t = température (°C)

D = raie D du sodium

Cependant, l'indice de réfraction est généralement désigné plus simplement par nD.

Mesure de l'indice de réfraction : son rôle dans fifty'industrie

Tout matériau qui interagit avec la lumière a united nations indice de réfraction. Dans de nombreuses industries, une mesure de l'indice de réfraction est utilisée pour vérifier la pureté et la concentration des échantillons liquides, semi-liquides et solides. Les liquides et les échantillons semi-liquides peuvent être mesurés avec une grande précision (par exemple jusqu'à -/+ 0,00002).

De plus, 50'indice de réfraction peut être corrélé à un vaste éventail de concentrations qui peuvent être utilisées pour caractériser de nombreux échantillons différents dans plusieurs industries et applications, notamment :

Aliments et boissons : mesure du degré Brix (de la teneur en sucre) des boissons non alcoolisées ou du degré Oechsle du moût de raisin utilisé dans la vinification.
Produits chimiques : détermination du point de congélation (⁰C ou ⁰F), de la concentration acide/base of operations, ou de la présence de solvant organique et de sel inorganique en % p/p ou v/five.
Produits pharmaceutiques : mesure des pourcentages de peroxyde d'hydrogène ou de méthanol, ou évaluation des concentrations de diverses substances dans l'urine humaine.

Par ailleurs, pour certaines applications, la combinaison de l'indice de réfraction avec une masse volumique établit une technique de contrôle qualité uncomplicated mais performante. Il est possible d'automatiser entièrement ces déterminations.

Vous voulez en savoir plus sur les échelles de Brix, Platon, Balling et Baumé ?

Outre l'échelle de Brix, il existe d'autres échelles comparables pour indiquer la teneur en saccharose dans un échantillon, comme les degrés Plato, Baumé, Oechsle et Balling. Découvrez leurs différences, leurs calculs, leur utilisation et la façon de les mesurer.

Indice de réfraction absolu et indice de réfraction relatif

Indice de réfraction absolu

Fifty'indice de réfraction absolu est calculé par rapport au vide dans lequel la lumière se propage avec la plus grande vitesse possible de 299 792 458 mètres par seconde (la vitesse de la lumière). Cependant, dans la pratique, l'air que nous respirons est également considéré comme un milieu de référence, même si la lumière southward'y propage à une vitesse légèrement plus lente (1,0003 fois plus lentement) que dans le vide.

Ainsi, il est possible d'affirmer que fifty'indice de réfraction absolu mesure le nombre de fois que la vitesse de la lumière est plus élevée dans le vide (ou l'air) que dans tout autre milieu.

Voyons united nations cas pratique de l'indice de réfraction absolu de l'eau à 20 °C. Nous savons qu'à travers ce milieu la lumière se déplace à 2,25 x 10⁸ g/due south.

Cela signifie que la lumière se déplace one,33333 fois plus lentement dans l'eau que dans le vide (ou 50'air).

Indice de réfraction relatif

L'indice de réfraction relatif est défini comme le rapport des vitesses de la lumière entre deux milieux autres que le vide (ou 50'air). On pourrait, par exemple, mesurer l'indice de réfraction de l'huile d'olive par rapport à celui de l'eau. Cependant, il due north'existe pas d'utilisation pratique pour mesurer l'indice de réfraction relatif dans les applications industrielles.

Conseils et astuces pour des résultats précis de l'indice de réfraction

Les réfractomètres numériques modernes permettent de déterminer en toute facilité fifty'indice de réfraction des liquides avec une grande précision. Toutefois, les instruments à haute résolution ne garantissent pas forcément des résultats justes. Il est également indispensable d'observer les bonnes pratiques en matière de mesure.

Saviez-vous par exemple que le nettoyage insuffisant du prisme (ou un elementary essuyage de l'ancien échantillon à l'adjutant d'un chiffon) peut considérablement fausser la mesure suivante ?

Comme ces instruments mesurent l'angle de réflexion totale à la surface du prisme, même la couche la plus mince de 50'ancien échantillon aura une incidence importante sur la mesure de l'indice de réfraction de tout nouvel échantillon ajouté.

Téléchargez le guide sur la mesure de l'indice de réfraction et bénéficiez de conseils et d'astuces cascade éviter les erreurs lors de la mesure de l'indice de réfraction de liquides.

Améliorez vos mesures de 50'indice de réfraction

Lorsque vous travailliez avec des produits chimiques, des aliments, des boissons ou d'autres produits qui peuvent être pâteux ou liquides, vous devez tenir compte des détails importants afin d'améliorer vos analyses d'indice de réfraction. Il s'agit notamment de questions telles que :

À quelle fréquence dois-je étalonner mon instrument ?
Quel solvant dois-je utiliser pour nettoyer la cellule de mesure/le prisme ?
Mon échantillon est pâteux/visqueux. Quelle est la meilleure méthode pour le manipuler et le mesurer ?

Les réponses à ces questions peuvent influencer directement les mesures. Consultez notre brochure interactive qui fournit des réponses aux questions fréquemment posées sur l'indice de réfraction, le degré Brix et les masses volumiques.

Substances types et échantillons/matériaux de référence, et leurs indices de réfraction approximatifs

Que signifie un indice de réfraction élevé ?

Un indice de réfraction élevé signifie qu'un faisceau lumineux traversant un milieu se déplace lentement. Dans la pratique, plus une substance binaire est concentrée, plus son indice de réfraction est élevé.

Comment les impuretés affectent-elles l'indice de réfraction ?

Les impuretés peuvent affecter l'indice de réfraction de deux manières :

Lorsqu'il s'agit d'impuretés liquides dont fifty'indice de réfraction est supérieur à celui de votre échantillon liquide : la vitesse de la lumière dans le milieu diminue, et donc la valeur de l'indice de réfraction augmente.
Lorsqu'il s'agit d'impuretés liquides dont l'indice de réfraction est inférieur à celui de votre échantillon liquide : la vitesse de la lumière dans le milieu augmente, et donc la valeur de l'indice de réfraction diminue.

Comment les particules solides affectent-elles l'indice de réfraction ?

Si votre échantillon liquide contient des suspensions solides, il est conseillé de verser 50'échantillon dans le porte-échantillons du réfractomètre et de patienter pendant une durée définie (par exemple, x secondes), avant de procéder à la mesure.

Est-il possible de mesurer l'indice de réfraction d'échantillons noirs ou colorés à l'adjutant d'united nations réfractomètre ?

Oui, il est possible de mesurer les échantillons noirs, sombres et colorés à l'aide d'un réfractomètre numérique en quelques secondes seulement.

Pourquoi utiliser la mesure de l'indice de réfraction cascade identifier un échantillon ?

50'indice de réfraction permet d'identifier les échantillons purs, car chaque élément chimique présente united nations indice de réfraction unique. Après la mesure, 50'indice de réfraction de fifty'échantillon permet de retrouver de quel échantillon il southward'agit. De plus, en utilisant un réfractomètre automatique, l'indice de réfraction peut être automatiquement converti en d'autres échelles (Brix, % poids/poids et % volume/book, par exemple).