tìm hiểu các dụng cụ đo trong quang học cách sử dụng và bảo quản chúng

Dụng cụ quang học ngày nay được sử dụng rộng rãi trong đời sống và trong rất nhiều ngành khoa học kỹ thuật: kính hiển vi, máy so màu, phân cực kế, khúc xạ kế,…có mặt trong hầu hết các ph

Ths.GVC Hoàng Xuân Dinh

Sinh viên thực hiện:

Tiết Kim Tuyến

Mã số SV: 1110263 Lớp: SP Vật Lý – Tin Học Khóa: 37

Cần Thơ, năm 2014

MỤC LỤC

Phần MỞ ĐẦU……… 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 1

3 Giới hạn của đề tài 1

4 Các phương pháp và phương tiện thực hiện đề tài 1

5 Các bước thực hiện đề tài 1

Phần NỘI DUNG 3

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ QUANG CỤ 3

1.1 Phân loại và các đặc trưng về quang cụ 3

1.2 Độ phóng đại 3

1.3 Sai số của dụng cụ đo 5

1.4 Cường số 5

1.5 Số bội giác 6

1.6 Chắn sáng khẩu độ và con người 6

1.7 Độ sáng của quang cụ 7

1.8 Chắn sáng thị trường và cửa sổ 8

Chương 2: CÁC QUANG CỤ ĐO 10

2.1 Khúc xạ kế AB-BE 10

2.2 Giác kế 13

2.3 Kính ngắm tự chuẩn trực 17

2.4 Hệ đọc 18

2.5 Tung xích 19

2.6 Kính hiển vi phân cực 20

2.7 Phân cực kế hay đường kế 23

2.8 Giao thoa kế 25

2.9 Máy quang phổ 27

2.10 Máy quang phổ đo bức xạ 30

2.11 Máy quang phổ hấp thụ hay quang phổ kế 31

2.12.Máy quang phổ hấp thụ hồng ngoại 32

2.13 Máy so màu hay sắc kế 35

2.14 Máy so màu Đuy-Bôt 37

2.15 Máy so màu Pun-Phơ-Rich 38

2.16 Máy so màu quang điện 39

2.17 Kính trắc địa 40

2.18 Kính kinh vĩ 41

Chương 3: SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN DỤNG CỤ QUANG HỌC 47

3.1 Nấm mốc trong các dụng cụ quang học 49

3.2 Hạn chế sự phát triển của nấm mốc 50

3.3 Nguyên tắc xử lí nấm mốc trong các dụng cụ quang học 51

3.4 Tác dụng của hóa chất lên thủy tinh quang học 51

Phần KẾT LUẬN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Phần MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong thời đại hiện nay, tuy kỹ thuật điện tử với những bước tiến khổng lồ, đã và đang cung cấp cho con người ngày càng nhiều máy móc tinh vi phức tạp, thực hiện được nhiều chức năng khác nhau, nhưng các dụng cụ quang học vẫn có một vị trí quan trọng Trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, các dụng cụ quang học vẫn còn là dụng cụ cần thiết không gì có thể thay thế được và kỹ thuật quang học cũng không ngừng phát triển

Dụng cụ quang học ngày nay được sử dụng rộng rãi trong đời sống và trong rất nhiều ngành khoa học kỹ thuật: kính hiển vi, máy so màu, phân cực kế, khúc xạ kế,…có mặt trong hầu hết các phòng thí nghiệm hóa, sinh vật, y học, bệnh viện, trường học; nhà quân sự sử dụng nhiều loại ống nhòm, kính ngắm,… Kỹ sư công nhân cầu đường dùng kính kinh vĩ, nhà địa chất dùng kính hiển vi phân cực, máy quang phổ, nhà thiên văn quan sát và chụp ảnh bầu trời với kính viễn vọng các cỡ, các nhà vật lý dùng máy giao thoa, máy quang phổ, máy so màu và hàng chục loại máy quang học khác Khó có thể kể hết các loại dụng cụ quang học và công dụng của chúng.Việc trang bị các kiến thức cơ bản về chúng là rất cần thiết và bổ ích.Đồng thời muốn sử dụng chúng đòi hỏi phải hiểu biết chính xác, toàn diện thì mới có được kết quả chính xác và điều cần thiết hơn cả là phải bảo quản tốt, đúng cách thì mới sử dụng lâu dài được Từ lý do trên, tôi quyết định chọn đề tài “TÌM HIỂU DỤNG CỤ ĐO TRONG QUANG HỌC CÁCH SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN CHÚNG”

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Tìm hiều về cấu tạo và nguyên tắc sử dụng của một số dụng cụ quang học phổ biến nhất nhằm sử dụng chúng có hiệu quả hơn Cho dù có phức tạp và thực hiện nhiều chức năng khác nhau, các dụng cụ quang học đều xây dựng trên những nguyên lý chung

và trong cấu tạo cũng có nhiều nét chung Hiểu nguyên lý hoạt động và cấu tạo của một vài máy tiêu biểu chúng ta có thể tìm hiểu được các máy khác theo sơ đồ của chúng Vì vậy trong đề tài này, sau phần đại cương tôi chỉ giới thiệu một vài máy tiêu biểu, thường

sử dụng trong phòng thí nghiệm hoặc trong đời sống sản xuất, nghiên cứu ở nước ta

3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Dụng cụ quang học vô cùng đa dạng, phong phú và cũng không kém phần phức tạp thực hiện nhiều chức năng khác nhau, nhưng chúng đề được xây dựng trên những nguyên lý chung và cấu tạo cũng có nhiều nét chung Hiểu nguyên lý hoạt động của một vài máy tiêu biểu chúng ta có thể tìm hiểu được các máy khác theo sơ đồ của chúng Vì vậy nội dung của đề tài chỉ tìm hiểu và phân tích được một số dụng cụ quang học cơ bản

và phổ biến nhất hiện nay như: khúc xạ kế Ab-be, giác kế, kính ngắm tự chuẩn trực, hệ đọc, tung xích, kính hiển vi phân cực, phân cực kế, giao thoa kế, máy quang phổ, máy so màu, kính trắc địa, …trên các sách vở, báo chí và internet

4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN

Tìm kiếm và thu thập tài liệu sau đó nghiên cứu, phân tích nội dung liên quan và tổng hợp thành một hệ thống kiến thức liên tục

Các loại sách báo, bài giảng và mạng internet

5 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1 Nhận đề tài

2 Tìm hiểu tài liệu có liên quan đến nội dung đề tài và viết đề cương

3 Nộp đề cương và trao đổi với giáo viên hướng dẫn

4 Tổng hợp tài liệu, viết bản thảo luận văn

5 Nộp bản thảo và trao đổi với giáo viên hướng dẫn

6 Hoàn chỉnh luận văn và nộp cho giáo viên hướng dẫn

7 Báo cáo luận văn

Phần NỘI DUNG

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ QUANG CỤ

1.1.PHÂN LOẠI VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG VỀ QUANG CỤ

1.1.1 Khái niệm về quang cụ

Quang cụ hay dụng cụ quang học là những dụng cụ dùng để tăng khả năng quan sát của con người với thế giới xung quanh Khi quan sát một vật bằng quang cụ thì vật này có thể lớn hơn, lại gần hơn hoặc sáng hơn,…Quang cụ có khi còn giúp ta lưu lại

những hình ảnh của vật

1.1.2 Phân loại quang cụ

Có 3 loại: Quang cụ khách quan hay quang cụ chiếu, quang cụ chủ quan hay kính

và quang cụ đo

1.1.2.1 Quang cụ khách quan hay quang cụ chiếu

Quang cụ khách quan dùng để cho ảnh thật trên màn.Ảnh tồn tại không phụ thuộc vào mắt có quan sát chúng hay không Các máy chiếu phim, máy ảnh, chiếu phóng hình, dụng cụ quang giải bài, các hệ chiếu sáng đều thuộc nhóm quang cụ khách quan Loại quang cụ này thường chỉ có một vật kính

1.1.2.2 Quang cụ chủ quan hay kính

Dụng cụ chủ quan dùng để tạo ảnh của vật thành ảnh ảo và quan sát ảnh ảo ấy Mắt đưa ảnh ảo trùng lên võng mạc để ta quan sát được vật Kính mắt, kính hiển vi, hệ thiên văn ống nhòm,…đều thuộc nhóm quang cụ chủ quan Loại quang cụ này thường có một vật kính và một thị kính, vật kính cho ảnh thật của vật, mắt quan sát ảnh này qua thị kính

1.1.2.3 Quang cụ đo

Quang cụ đo là loại quang cụ mà trong đó người ta ứng dụng một số hiện tượng quang học, để đo hoặc nghiên cứu các hiện tượng khác, thí dụ như máy so màu, máy

quang phổ, giao thoa kế, đường kế,…

Việc phân loại các dụng cụ này chỉ tương đối bởi vì nhiều quang cụ khác có cả hai chức năng: vừa dùng để quan sát, vừa dùng để chụp ảnh

1.2.1 Khái niệm về độ phóng đại

Độ phóng đại của quang cụ là chỉ tiêu quan trọng liên quan trực tiếp với mắt người quan sát Là tỷ số giữa độ dài của ảnh và của vật, quan sát trực tiếp vật P có độ lớn y cách mắt một khoảng a với góc nhìn 𝜔( như hình 1.1), thì biểu thức tg 𝜔 được gọi là độ lớn

danh nghĩa của vật:

tg 𝜔 =𝑦

Hình 1.1: Mắt quan sát vật không quang cụ

Khi tạo ảnh, tỉ lệ ảnh của một số dụng cụ quang thay đổi tùy thuộc vào vị trí vật và

vị trí ảnh như máy quay, máy chiếu,…Một số hệ khác như vật kính hiển vi, một số dụng

cụ tạo ảnh trong dụng cụ đo, mà khi mặt chứa vật và mặt chứa ảnh đã cố định, thì tỉ lệ tạo ảnh không đổi Tỉ lệ tạo ảnh không liên quan đến tác động của mắt người quan sát

1.2.3 Phân biệt giữa độ phóng đại và tỉ lệ tạo ảnh

Tỉ lệ tạo ảnh β’=𝑦′

𝑦 : So sánh độ lớn của ảnh và vật khi hai mặt ảnh và mặt vật không ở vô cùng.Tỉ lệ tạo ảnh thường dùng chỉ đặc tính của các dụng cụ quang học khách quan

Độ phóng đại quang hệ là khả năng mở rộng góc nhìn của dụng cụ so với góc khi nhìn bằng mắt thường (không qua quang cụ).Độ phóng đại thường dùng chỉ đặc tính của các dụng cụ quang học chủ quan

Độ phóng đại của tổ hợp nhiều quan hệ được xác định theo các quang hệ thành phần

Ví dụ để minh họa: Máy quay đưa vật y lên mặt phim, máy chiếu đưa hình ảnh ở phim dương bản lên màn hình Hai dụng cụ quang đã cùng tham gia tạo ảnh Độ lớn danh nghĩa của vật khi qua máy quay: tg 𝜔 =𝑦

𝑎 Ở đây tỉ lệ của máy quay β’= 𝑓′1

(𝑎+𝑓′ 1 ) Máy chiếu hình đưa phim lên màn hình với tỉ lệ tạo ảnh là β’2 Tỷ lệ chung của tổ hợp là β’=β’1.β’2

Độ lớn trên màn ảnh là y’=y.β’ Người xem quan sát ảnh y’ với khoảng cách aA và độ lớn danh nghĩa là tg 𝜔’=𝑦′

𝑎𝐴 Độ phóng đại của tổ hợp:

Γ =𝑓′1 𝛽′2(𝑎+𝑓′ 1 ) ∙ 𝑎

1.3 SAI SỐ CỦA DỤNG CỤ ĐO

Những nguyên nhân gây ra sai số của dụng cụ đo có nhiều loại khác nhau nhưng

có thể phân thành hai loại: sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

1.3.1 Sai số hệ thống

Đó là sai số cơ bản mà giá trị của nó luôn không đổi hoặc thay đổi có quy luật.Sai sốnày về nguyên tắc có thể loại trừ được

1.3.2 Sai số ngẫu nhiên

Sai số ngẫu nhiên là sai số mà giá trị của nó thay đổi rất ngẫu nhiên do sự thay đổi

của môi trường bên ngoài (áp suất, nhiệt độ, độ ẫm,…), sai số này được gọi là sai số phụ

1.3.3 Ngoài các sai số trên để đánh giá sai số của dụng cụ đo khi đo một đại lượng nào đó người ta còn phân loại

1.3.3.1 Sai số tuyệt đối

Sai số tuyệt đối là hiệu giữa giá trị đại lượng đo X và giá trị thực Xth (là giá trị đại lượng đo xác định được với một độ chính xác nào đó nhờ các dụng cụ mẫu)

∆X =X-Xth

1.3.3.2 Sai số tương đối

Sai số tương đối của phép đo 𝛾𝑥, được đánh giá bằng phần trăm của tỷ số sai số tuyệt đối và giá trị thực:

𝛾𝑞𝑑𝑥% = ∆𝑋𝑚

𝑋𝑚 100%

∆Xm- Sai số tuyệt đối cực đại

Xm- Giá trị lớn nhất của thang đo

1.4 CƯỜNG SỐ

Dùng hai quang cụ cùng đồng thời quan sát một vật, cái nào cho ta nhìn được ảnh của vật dưới góc lớn hơn thì cái ấy tốt hơn

Giả sử vật AB, độ dài l, có ảnh ảo A’B’ trong quang cụ, với góc trông ảnh là α’

Đơn vị độ dài của vật sẽ được nhìn trong quang cụ dưới góc:

P= ∝′

Vậy cường số của quang cụ là tỷ số P giữa góc trông ảnh α’ và độ dài l của vật,

đây là một đại lượng đặc trưng cho quang cụ

Cường số P tỷ lệ với nghịch đảo của một độ dài, nên là đại lượng cùng loại với độ

tụ, do đó được đo bằng điốp (Dp), muốn tính P ra điốp (Dp) phải đo α’ bằng radian (rad)

Trường hợp 2: vật ở xa

Quan sát một vật ở vô cực, ta nhìn nó dưới một góc trông vật α không đổi Qua quang cụ, ta nhìn ảnh cuối cùng của nó dưới góc trông ảnh α’, góc này thay đổi theo các điều chỉnh của quang cụ, số bội giác vẫn là:

G = ∝′

𝛼 (1-11) Nếu ta điều chỉnh quang cụ để ảnh cuối cùng của vật ở vô cực, thì khi đó α’ không phụ thuộc người quan sát, G trở thành hằng số đặc trưng của quang cụ

Khi ta nói: kính hiển vi phóng to lên 500 lần, hoặc nhìn lên ống nhòm, thấy to lên

20 lần, thì ta hiểu đó là số bội giác của kính hiển vi, hay của ống nhòm

1.6 CHẮN SÁNG KHẨU ĐỘ VÀ CON NGƯƠI

Chùm sáng qua quang cụ để tới mắt không rộng vô hạn mà bị giới hạn bởi nhiều chắn sáng Trong số này có cái là chắn sáng thực sự, chẳng hạn như chắn sáng con ngươi trong máy ảnh, có cái chỉ là cái vành của thấu kính, hoặc của gương Chắn sáng thường

có một lỗ tròn mà tâm ở trên trục chính của quang hệ

Hình 1.3: Chắn sáng và con người

Mọi chắn sáng đều làm cho chùm sáng bị thu hẹp, nhưng không đều nhau Trong các chắn sáng ấy thế nào cũng có ít nhất một cái (hình 1.3) khép nhỏ chùm sáng hơn cả,

D được gọi là chắn sáng khẩu độ, D chia quang hệ thành hai phần, một phần ở trước nó

và một phần ở sau nó đối với phương truyền sáng Ảnh P (thật hoặc ảo) của D đối với phần trước của quang hệ được gọi là con ngươi vào, ảnh P’ của D đối với phần sau của quang hệ được gọi là con ngươi ra Mọi tia sáng lọt qua D đều đồng thời lọt qua P và P’, nghĩa là chùm tia sáng đi qua quang hệ phải tựa vào mép của chắn sáng khẩu độ và của hai con ngươi Một trong hai con ngươi có thể trùng với chắn sáng khẩu độ

Khi nhìn vật qua quang cụ, muốn cho mắt nhận được nhiều ánh sáng nhất, phải đặt mắt ở chỗ con ngươi ra Nếu đường kính con ngươi ra nhỏ hơn, hoặc bằng đường kính con ngươi của mắt, thì mắt thu nhận được toàn bộ chùm sáng qua quang hệ Ít có quang

cụ nào mà con ngươi ra lại lớn hơn con ngươi của mắt

1.7 ĐỘ SÁNG CỦA QUANG CỤ

Khi đi qua một quang cụ để vào mắt ánh sáng phải đi qua nhiều môi trường chiết suất khác nhau, ngăn cách nhau bằng những mặt phẳng hoặc cong Tới mỗi mặt ngăn cách, một phần năng lượng ánh sáng bị phản xạ; qua mỗi môi trường (mỗi thấu kính hoặc lăng kính) một phần năng lượng lại bị môi trường hấp thụ Do đó chùm sáng ló ra khỏi quang cụ bao giờ cũng có năng lượng nhỏ hơn so với chùm sáng tới Ta gọi tỷ số giữa năng lượng chùm sáng ló và năng lượng chùm sáng đi vào quang cụ là hệ số truyền của

quang cụ, hệ số truyền k của quang cụ bao giờ cũng nhỏ hơn l, hệ số này càng nhỏ nếu

quang cụ càng phức tạp

Vì hệ số k nhỏ hơn l,nên khi nhìn ảnh của một vật qua quang cụ, ta thấy nó không

chói sáng bằng khi nhìn trực tiếp bằng mắt Nếu hai môi trường trước và sau quang hệ là giống nhau, thì độ chói B’ của ảnh bằng tích độ chói B của vật với hệ số truyền:

Khi quang cụ cho ảnh thật (quang cụ khách quan) thì ảnh thật của một vật là một hình phẳng, có diện tích S Năng lượng của chùm sáng phát ra từ vật vào quang cụ được phân phối trên diện tích S ấy Năng lượng E mà một đơn vị diện tích của ảnh nhận được của chùm sáng gọi là độ rọi của ảnh Độ rọi có thể đo trực tiếp bằng lux-kế, lux (đọc là lu-xơ), là đơn vị đô rọi

Độ sáng của một quang cụ khách quan được đo chính xác bằng độ rọi của ảnh mà quang cụ cho ta Giả sử quang hệ là một thấu kính hội tụ đơn có hệ số truyền k, chùm sáng được giới hạn bởi một chắn sáng khẩu độ đường kính D, nếu ảnh A’B’ của vật AB được thutrên một màn Mắt đặt cách thấu kính một khoảng P (hình 1.4), nếu vật có độ chói B, thì độ rọi E của ảnh, tức là độ sáng của thấu kính có trị số:

𝐸 = 𝜋

4 ∙ 𝐵 ∙ 𝑘 ∙𝐷2

Hình 1.4: Độ rọi của ảnh trên màn

Mắt cũng là quang cụ, mà chắn sáng khẩu độ tức là con ngươi, có đường kính d Khi nhìn một vật, ảnh thật của vật được tạo thành hình trên võng mạc, ở cách quang tâm của mắt một khoảng f Độ rọi E của ảnh đó, cũng được tính theo công thức (1-13) là:

𝐸 = 𝜋

4 ∙ 𝐵 ∙ 𝑘′ ∙𝑑2

𝑓2 (1-14) k’ là hệ số truyền của quang hệ mắt

Khi nhìn vật ấy, nhưng qua một quang cụ, thì ảnh cuối cùng của vật cũng được tạo thành trên võng mạc, nhưng có kích thước khác, có độ rọi E’ khác Tỷ số 𝐶 = 𝐸′

𝐸 giữa độ rọi E’ của ảnh trên võng mạc khi nhìn qua quang cụ và độ rọi E của ảnh khi nhìn trực tiếp bằng mắt, gọi là độ sáng của quang cụ chủ quan

Nếu chùm sáng từ quang cụ vào mắt không trùm hết con ngươi của mắt, mà chỉ chiếm một đường tròn thì đường kính d’<d, thì độ rọi E’ của ảnh là :

1.8 CHẮN SÁNG THỊ TRƯỜNG VÀ CỬA SỔ

Giả sử P là con ngươi vào của quang hệ, M là mặt phẳng chứa vật, vuông góc vớiquang trục, trước hoặc sau P còn có nhiều chắn sáng khác Giả sử S là chắn sáng được nhìn từ tâm của P dưới góc nhỏ nhất (hình 1.5) Gọi B1,B2 là giao điểm của M với hai đường thẳng nối mép ngoài của hai lỗ P và S

Chùm tia sáng phát ra từ một điểm I bất kì trên đoạn AB1 và giới hạn bởi lỗ P hoàn toàn qua được S, do đó hoàn toàn qua được quang hệ Ta nói là I ở trong trường toàn sáng hay trường toàn khẩu độ B1 là điểm giới hạn của trường toàn sáng này

Chùm tia sáng phát đi từ một điểm bất kì H trên đoạn B1B2 và giới han bởi lỗ P chỉ qua được một phần, còn một phần bị S chắn lại Ta nói là H ở trong trường mép hay trường khẩu độ thu hẹp Chùm tia phát đi từ những điểm ở xa hơn B2 bị S chắn lại hoàn toàn Qua quang cụ ta chỉ nhìn thấy phần mặt phẳng M nằm trong đường tròn bán kính

AB2, đường tròn này là đường tròn toàn phần của quang cụ

Chắn sáng S xác định thị trường của quang cụ gọi là chắn sáng thị trường, lỗ của

nó gọi là cửa sổ vào; ảnh của nó đối với phần quang hệ ở sau nó, gọi là cửa sổ ra

Cửa sổ vào cũng như cửa sổ ra, có thể là thật, hoặc là ảnh của một lỗ màn chắn, của vành một thấu kính

Hình 1.5: Chắn sáng thị trường của quang cụ

Chương 2: CÁC QUANG CỤ ĐO

2.1 KHÚC XẠ KẾ AB-BE

2.1.1 Khái niệm

Khúc xạ kế Ab-be là dụng cụ dùng để đo chiết suất của một chất lỏng

Hình 2.1: Khúc xạ kế Ab-Be 2.1.2 Cấu tạo

Khúc xạ kế Ab-be cấu tạo gồm một lăng kính kép, gồm hai lăng kính P, P’ có góc vuông bằng thủy tinh chiết suất N lớn Mặt huyền của hai lăng kính áp vào nhau làm thành một hình hộp chữ nhật (hình 2.2)

I2O và I3O (phần gạch chép một lần trên hình 2.2) Còn những tia nằm trong nửa chùm sáng giới hạn bởi tia I1O và I2O (phần gạch chép hai lần trên hình 2.2) bị phản xạ toàn phần ở mặt tiếp xúc giữa P’ và chất lỏng, không sang được lăng kính P Như vậy chỉ có

một phần chùm sáng ló ra khỏi P Nếu ta đón chùm sáng ló này bằng một kính ngắm, điều chỉnh vào mặt của P, thì sẽ trông thấy mặt đó có hai miền sáng, tối ngăn cách nhau bằng một đường rõ nét, đó là vết của tia OI’2 ứng với góc tới bằng α Do đó có thể đo được α, từ đó tính ra n (vì đã biết N)

Dựa vào công thức sinα = 𝑛

𝑁 ⇒ 𝑛 = 𝑁𝑠𝑖𝑛𝛼

Để việc đo trở nên nhanh chóng, đơn giản, người ta đặt kính ngắm K cố định, ở vị trí thẳng đứng (hình 2.3) Lăng kính P bọc trong một cái vỏ bằng kim loại được gắn chặt vào một đĩa Đ quay được quanh một trục nằm ngang đi qua điểm O Lăng kính P,’cũng bọc trong vỏ kim loại, được gắn với P bằng bản lề B Muốn kẹp giọt chất lỏng phải đo, ta chỉ việc xoay P’ quang bản lề B, cho hai mặt huyền của lăng kính rời xa nhau, rồi nhỏ giọt chất lỏng lên mặt huyền P’ Sau đó, lại xoay P’ lại, cho nó ép sát vào P, cho giọt chất lỏng lan ra thành một lớp mỏng, hai mặt song song Nhờ gương lõm G đặt ở dưới.Ta hắt chùm sáng song song đi từ nguồn sáng (một bóng đền đặt hơi xa, hoặc ánh sáng mặt trời được tán xạ từ ngoài vào phòng), cho nó hội tụ vào điểm O

Hình 2.3:Khúc xạ kế Ab-be

Đĩa Đ mang một tay quay T, ở đầu có một kính lúp L dịch chuyển trước cung tròn

C, theo một đường rang cưa, điều khiển bằng một đinh ốc (không vẽ trên hình) Xoay đinh ốc này, thì kính lúp L cùng với tay quay dịch chuyển trên C, làm cho đĩa Đ và lăng kính kép quay quanh trục O Nhờ đó ta đưa được chùm sáng ló ra khỏi P vào trong kính

K, đưa được miền ngăn cách giữa hai miền sáng, tối vào đúng giao điểm dây chữ thập trong kính Khi đó, nhờ kính lúp L, có thể đọc được vị trí của tay quay,theo thước chia khắc ở trên mặt của C Thực tế thì thước này được chia độ trực tiếp theo chiếc suất, nên

ta đọc ngay được trị số của chiết suất phải đo

Như vậy, toàn bộ phép đo, rút lại có mấy động tác sau: kẹp giọt chất lỏng, xoay

xoay tay quay T cho đến lúc đường ranh giới sáng-tối vào đúng dây chữ thập trong kính, đọc trị số tìm thấy Chỉ sử dụng máy một vài lần là thành thục Khi đã thành thục, chỉ cần một hai phút là tiến hành xong một phép đo Phép đo không những nhanh gọn, mà còn có

ưu điểm là chỉ đòi hỏi một giọt nhỏ chất lỏng.[3]

2.1.4 Một số vấn đề cần lưu ý

Khi đo chiết suất, phải dùng nguồn đơn sắc (đèn natri) Ở các máy hiện đại, trong kính K người ta đặt thêm một lăng kính bổ chính, để đo ngay với ánh sáng trắng thông thường

Chiết suất của chất lỏng thay đổi khá nhanh theo nhiệt độ Để khảo sát ảnh hưởng này, có thể cho một dòng nước có nhiệt độ xác định đi qua vỏ của hai lăng kính của P và P’

Lý thuyết đầy đủ về hiện tượng tán xạ toàn phần cho thấy rằng, dựa vào hiện tượng này để đo chiết suất thì chỉ đo đúng được đến con số thập phân thứ ba Vì vậy

thước chia trên C chỉ đến số thập phân thứ tư mà thôi

2.1.5 Mở rộng đối với việc đo chiết suất của tinh thể

Đo chiết suất n của tinh thể, ta bố trí dụng cụ như sau:

Hình 2.4: Sơ đồ máy đo chiết suất Ab-be

Gồm một bán cầu thủy tinh T có chiết suất N cao hơn nhiều so với chiết suất của phần lớn tinh thể đã biết Tinh thể cần đo chiết suất được đặt trên mặt phẳng của bán cầu Giữa mặt tinh thể và mặt phẳng của bán cầu nhỏ một giọt chất lỏng để đẩy hết không khí

giới giữa miền sáng và mờ, mờ và tối ứng với hai góc tới hạn 𝜑1 và 𝜑2 của hai chiết suất (hình 2.5) Khi biết 𝜑 ta tính được n dựa vào công thức n = Nsin𝜑

Hình 2.5:Sơ đồ giải thích hiện tượng xuất hiện ba vùng sáng, mờ tối trong thị

trường của máy đo chiết suất khi tinh thể có hai chiết suất

Hình 2.7: Giác kế

2.2.2.1 Ống chuẩn trực

Ống chuẩn trực C (hình 2.7 và 2.8) là một cái ống, một đầu mang một thấu kính hội tụ tiêu sắc (thấu kính đã sửa hết sắc sai) L1, đầu kia mang một khe hẹp F, có độ rộng điều chỉnh được nhờ ốc bên cạnh ống, ta có thể thay đổi khoảng cách từ khe hẹp tới thấu kính lắp ở đầu kính để tạo ảnh ở vô cực Thông thường khe F được lắp vào một ống ngắn, lồng khít trong ống thứ nhất, để có thể điều chỉnh cho khe nằm đúng trong mặt phẳng tiêu vật của thấu kính L1

Hình 2.8: Bộ phận của giác kế nhìn từ trên xuống

Khi đó, nếu chiếu sáng khe F bằng một nguồn sáng mạnh, thì chùm sáng phát đi từ mỗi điểm của khe, sau khi qua L1, sẽ trở thành một chùm song song, hình trụ

2.2.2.2 Kính ngắm

Kính ngắm K (hình 2.7 và 2.8) là một kính viễn vọng, gồm một thị kính và một vật kính, có thể thay đổi tiêu cự bằng ốc bên cạnh để nhìn ảnh qua khe hẹp một cách rõ nét nhất.Bên trong kính ngắm có mang một dây chữ thập.Dây chữ thập được đặt đúng vào tiêu diện ảnh của vật kính.Vật kính là một thấu kính hội tụ, tiêu sắc, thị kính là một kính lúp, tiêu sắc, độ tụ lớn Kính được lắp vào một tay quay vững, để có thể quay gần đủ

một vòng quanh một trục thẳng đứng, trục này đồng thời là trục của giác kế

Cách đọc du xích nhƣ (hình 2.9):

Du xích 1/30 nghĩa là 30 khoảng chia của du xích trùng với 29 khoảng chia của vành chia độ, do đó một khoảng chia của du xích và một khoảng chia của vành chia độ chênh 1/30 khoảng chia nhỏ nhất trên vành chia độ

Hình 2.9: Du xích

Vì mỗi khoảng chia của vành bằng 0,5 độ (30 phút) nên độ chênh lệch này bằng:

30 phút 1

30 = 1 𝑝ℎú𝑡

Ví dụ khi ngắm ở vị trí mà vạch số 0 của du xích nằm trong khoảng 154o và

154o30’.Sau đó tìm trong 30 vạch của du xích xem có vạch thứ mấy trùng với một vạch của vành chia độ.Trên hình ta thấy vạch thứ 11 của du xích trùng với một vạch của vành chia độ.Vậy vị trí của kính ngắm là 154o11’

2.2.2.4 Bàn phẳng để đặt vật cần đo

Bàn phẳng P (hình 2.6) là một cái bàn tròn nhỏ, cùng trục với đĩa, ở phía trên đĩa chia độ và có thể quay quanh trục của nó Vật có góc phải đo nhƣ lăng kính, tinh thể,…đƣợc đặt trên bàn ấy Nhiều khi bàn còn tựa trên ba đinh ốc, để có thể điều chỉnh

bàn cho cạnh của góc phải đo đúng thẳng đứng (hình 2.6)

Bên cạnh máy còn có các ốc vít khác nhau để muốn cho tay quay và đĩa cùng

quay, hoặc chỉ cho tay quay quay thì phả vặn chặt hoặc nới lỏng các ốc này

2.2.3 Nguyên tắc hoạt động

Kiểm tra đĩa P nằm ngang (hình 2.6) nhờ 3 đinh ốc

Điều chỉnh kính ngắm ở vị trí ngắm chừng ở vô cực bằng cách quay kính ngắm về phía một vật bất kì ở khá xa

Muốn đo góc A của một lăng kính chẳng hạn, ta đặt lăng kính trên bàn, cho cạnh khúc xạ quay về phía ống chuẩn trực (hình 2.8) Chùm sáng song song từ ống chuẩn trực

bị cạnh lăng kính chia làm hai chùm phản xạ trên hai mặt lăng kính Quay kính K để lần lượt đón hai chùm tia phản xạ ấy, ta đo được góc tạo bởi hai chùm tia, góc này đúng bằng hai lần góc khúc xạ A của lăng kính

Lại đo góc lệch cực tiểu Dm của chùm sáng sau khi qua lăng kính, ta có thể xác định chiết suất n của lăng kính theo công thức nsin𝐴

2 = sin𝐴+𝐷𝑚

2 Nếu độ chính xác trong phép đo hai góc A và Dm là 2’’ thì ta có thể xác định n với 5 số thập phân đúng, phù hợp với yêu cầu của kĩ thuật quang học hiện đại

Ví dụ như khi đo chiết suất của lăng kính ta làm như sau:

Điều chỉnh giác kế, di chuyển thị kính để thấy rõ hai ảnh của dây chữ thập Điều chỉnh kính ngắm ở vô cực bằng cách hướng kính ngắm vào một vật (cây cối, cột điện,…) cách chừng 10m và di chuyển thị kính sao cho thấy rõ ảnh của vật đó

Đặt kính ngắm thẳng hàng với ống chuẩn trực Đặt nguồn sáng trước khe sáng của ống chuẩn trực và quan sát ảnh của khe sáng qua kính ngắm Di chuyển khe sáng dọc trên ống chuẩn trực để được ảnh rõ của khe sáng hiện lên mặt phẳng của dây chữ thập

Điều chỉnh khe sáng cho thẳng đứng và thật nhỏ sao cho khe sáng trùng với vạch thẳng đứng của dây chữ thập

Giác kế điều chỉnh như vậy thì chùm tia ló ra khỏi ống chuẩn trực là chùm tia song song

Đo góc A của lăng kính

Lau hai mặt của lăng kính cho thật sạch, đặt lăng kính lên trên đĩa sao cho tia sáng

ló ra khỏi ống chuẩn trực chiếu lên cả hai mặt của lăng kính (tức là đặt lăng kính sao cho trục của ống chuẩn trực trùng với đường phân giác của góc A) Trên hai mặt này ta sẽ có được hai chùm tia phản xạ về hai phía

Dùng kính ngắm xác định vị trí của hai chùm tia phản xạ này bằng cách quay kính ngắm về phía phải cho tới vị trí thấy ảnh rõ của khe sáng, ảnh này phải trùng với vạch thẳng đứng của dây chữ thập Đọc chỉ số góc trên vạch chia độ (vị trí x)

Quay kính ngắm về phía trái cho tới khi ảnh của khe sáng trùng với dây chữ thập

Dùng kính ngắm làm lại thí nghiệm để xác định vị trí độ lệch cực tiêu cho thật chính xác

Tuy nhiên quang phổ cho ta không phải hoàn toàn là đơn sắc Vậy trong quang phổ Natri ta có thêm những vạch xanh, đỏ, vàng Ta chọn vạch vàng để đo Quay kính ngắm để vạch vàng của quang phổ trùng với vạch thẳng đứng của dây chữ thập.Đọc trị số góc x trên vành chia độ

Quay đĩa tròn sang vị trí mới, như vậy chùm tia ló ra khỏi lăng kính sẽ lệch về

phía đối diện với phần trên Lặp lại thí nghiệm để tìm vị trí độ lệch cực tiểu, đọc trị số góc x’ trên vành chia độ

Suy ra độ lệch cực tiểu Dm.[3]

2.2.4 Một số vấn đề cần lưu ý khi sử dụng giác kế

Với các bộ phận quang học của giác kế phải được bảo quản giống như các loại kính trong quang học

Đĩa kim loại có chia độ là dụng cụ chính xác, khi không sử dụng thì phải vặn cố định sau khi đã lau sạch bằng vải mềm và lau lại bằng vải mềm có tẩm vazelin trung tính

Là một bộ phận của giác kế và nhiều dụng cụ quang học khác

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Giác kế (hoặc các dụng cụ quang học khác) sẵn sàng để sử dụng khi kính ngắm

phải được điều chỉnh sao cho thỏa mãn các yêu cầu sao đây:

Trục của kính ngắm phải được điều chỉnh để nhìn rõ mọi vật ở vô cực

Trục của kính phải vuông góc với trục của giác kế

 Khe sáng của ống chuẩn trực phải đặt đúng tiêu điểm của thấu kính chuẩn trực, ống chuẩn trực cũng phải vuông góc với trục giác kế

Ngoài ra, khi đo phải điều chỉnh bàn phẳng sao cho cạnh của góc phải đo đúng song song với trục giác kế

Muốn điều chỉnh kính ngắm, có thể hướng kính về một ngôi sao, hoặc một vật ở

xa (cột điện hoặc cột thu sét ở xa) cho ảnh của nó trùng với dây chữ thập, điều chỉnh ống mang dây cho hết thị sai Cách này đơn giản nhưng chỉ phù hợp đối với dụng cụ nhỏ, nhẹ

có độ chính xác thấp Đối với máy chính xác lớn, nặng không tiện di chuyển Kính ngắm được chế tạo theo kiểu tự chuẩn trực để có thể thực hiện việc điều chỉnh này, không cần dựa vào những vật ở ngoài

Trong kính ngắm tự chuẩn trực (hình 2.10), giữa thị kính C và dây chữ thập F có một tấm kính nhỏ G, đặt chếch 45o đối với quang trục của kính Ánh sáng từ một bóng điện nhỏ S, đặt trong ống nhỏ H, lắp vuông góc với kính, sau khi phản xạ trên G, rọi vào dây chữ thập, dây trở thành một vật sáng Ánh sáng phát ra từ các điểm của dây sau khi qua vật kính O của kính ngắm, phát xạ vuông góc trên một gương M đặt trên bàn phẳng, lại trở lại qua O, tạo thành ảnh của dây chữ thập Nếu dây chữ thập ở đúng trên mặt phẳng tiêu của vật kính O, thì chùm tia sáng ló ra khỏi O là chùm song song, sau khi phản xạ trên M và lại qua O, nó sẽ hội tụ trên mặt phẳng tiêu điểm của O Do đó ảnh của dây và dây ở cùng mặt phẳng tiêu ấy, mắt đặt sau thị kính C sẽ trông thấy rõ nét đồng thời cả dây và ảnh của dây, ta có thể làm chúng trùng nhau hoàn toàn

Hình 2.10: Kính ngắm từ chuẩn trực

Nếu dây ở gần O hơn tiêu điểm thì chùm tia sáng ló ra khỏi O là chùm phân kỳ, khi lại qua O, sẽ hội tụ ở một điểm xa hơn tiêu điểm, mắt không thể thấy rõ nét tương đồng cả dây lẫn ảnh Hơn nữa, vì chúng ở trên hai mặt phẳng khác nhau, nên không thể làm cho chúng trùng nhau hoàn toàn: chỉ cần đặt lệch mắt đi một chút, cũng thấy cái nọ dịch chuyển đối với cái kia

Vậy, với kính ngắm tự chuẩn trực, việc điều chỉnh rút lại là đưa dây chữ thập lại gần hoặc ra xa vật kính O, sao cho ảnh của dây trùng với dây mà không có thị sai

Sau khi điều chỉnh kính ngắm, ta mới điều chỉnh ống chuẩn trực: Chắn sáng khe F của nó, quan sát ảnh của khe trong kính ngắm, thay đổi khoảng cách từ khe đến vật kính chuẩn trực, sao cho ảnh của khe trùng với dây chữ thập, mà không có thị sai.[3]

2.4 HỆ ĐỌC

2.4.1 Khái niệm

Trong giác kế, cũng như trong một số dụng cụ quang học khác có đĩa chia độ, thị kính của kính ngắm và đĩa chia độ ở hai vị trí khá xa nhau: mỗi lần muốn đọc trên thước chia của đĩa, phải rời khỏi chỗ ngồi, vừa mất thì giờ, vừa chóng mỏi mệt Để tránh bất tiện này cho người sử dụng, trong những máy chính xác, đắc tiền, người ta bố trí thêm một quang hệ học, để giúp cho việc đọc thước chia được thuận tiện hơn và chính xác hơn.Hình 2.11 là sơ đồ của một trong các hệ đọc dùng trong giác kế, trong kính kinh vĩ

Hình 2.11: Hệ đọc của giác kế 2.4.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Thước chia khắc trên đĩa mép đĩa thuỷ tinh Đ, được chiếu sáng từ phía dưới bằng một bóng đèn điện S có dây tóc đặt ở tiêu điểm của thấu kính hội tụ L1 Chùm sáng song song từ L1 đi ra, sau khi phản xạ trên gương phẳng M, qua đĩa, phản xạ trên gương M2 và gọi vào thấu kính hội tụ L2 Thấu kính L2 cho một ảnh thật A1B1 thu nhỏ của thước chia

AB trên mặt phẳng P1, mặt phẳng này đồng thời là mặt phẳng tiêu vật của thấu kính hội

tụ L3 Các tia sáng phát đi từ các điểm A1B1, sau khi qua L3 truyền theo những chùm song song lại được thấu kính hội tụ L4 hội tụ vào mặt phẳng tiêu P2 và tạo ảnh thật A2B2 của

A1B1, ảnh A2B2 này bằng ảnh A1B1, nhưng ngược chiều với A1B1, do đó lại là thuậnso với AB Mắt đặt sau kính lúp L5 quan sát ảnh A2B2 ấy, thấy một ảnh ảo phóng đại nhiều lần của thước chia AB

Vì chùm sáng giữa L3 và L4 là hai chùm song song, nên khoảng cách giữa hai thấu kính có thể lấy bất kì chỉ số nào Vì vậy, có thể đặt sẵn thị kính L5 ở gần thị kính của kính ngắm, sau đó thay đổi khoảng cách L3L4 cho vừa Khi đó mỗi lần muốn đọc thước chia, chỉ cần chuyển mắt từ thị kính ngắm sang thị kính của hệ đọc không cần rời khỏi chỗ ngồi Ngoài ra, vì ảnh của thước chia được phóng đại nhiều lần, nên việc phân biệt các độ chia được dễ dàng, có thể lắp thêm cho thước một du xích 1/60 (hoặc 1/120) để

đọc đến phút và giây

2.4.3 Một số vấn đề cần lưu ý

Nếu đĩa chia độ bằng kim loại thì phải chiếu sáng thước từ trên, quan sát bằng ánh sáng phản xạ (hình 2.12) Trong thực tế, giữa hai thấu kính L3 và L4 người ta còn đặt một

số gương phẳng, để bắt ánh sáng đi theo một đường gắp khúc, lượn theo hình của máy,

để hệ đọc hoàn toàn lẫn trong vỏ máy, chỉ trừ thị kính L5 Đối với những máy lưu động như kính kinh vĩ, kính trắc địa… đèn S và thấu kính L1 được bỏ đi, gương M1 được thay bằng một tấm phẳng, sơn trắng để tán xạ ánh sáng mặt trời lọt qua cửa sổ (ở chỗ L1) vào thước chia.[3]

Một cái cột thẳng đứng C, đặt thẳng đứng trên một cái đế nặng Đ, mà ba chân là

ba ốc điều chỉnh V Xoay ba ốc này, có thể điều chỉnh cho cột C đứng thẳng đứng

Một kính ngắm K nằm ngang trượt dễ dàng dọc theo cột, vị trí nằm ngang của kính được kiểm tra bằng một ống thăng bằng nhờ dùng bọt nước gắn với kính, được điều chỉnh bằng đinh ốc thích hợp (không vẽ trên hình) Trong kính có một dây chữ thập gắn vào một ống

Cột C mang một thước chia độ đến milimet, với một du xích gắn với kính, có thể đọc dễ dàng 1/20 milimet trên thước, số phần trăm milimet có thể đọc trên đinh ốc vi cấp

F (cách đọc du xích cũng tương tự như của giác kế)

Tung xích thường được dùng trong phòng thí nghiệm để đo mức trên lệch về độ cao giữa hai điểm, mà ta không tiếp xúc trực tiếp được, chẳng hạn hai mực thuỷ ngân trên

và dưới trong phong vũ biểu thuỷ ngân, trong áp kế thuỷ ngân Ta xoay cột C cho kính ngắm hướng về phía cột thuỷ ngân, nâng kính lên cho tới khi trong thấy ảnh của mực trên của thuỷ ngân Lúc đó, xoay ốc U, ta điều chỉnh ống T sao cho ảnh đó ở trong cùng một mặt phẳng với dây chữ thập (ta nói là kính không còn thị sai hay độ sai số của mắt ta nhìn) Sau đó, sau khi điều chỉnh cho kính thật nằm ngang, ta cho kính dịch chuyển chậm, cho đến lúc mực thủy ngân ở đúng giao điểm của dây chữ thập.Lúc đó quang trục của kính là ở cùng độ cao của mực thủy ngân trên Do đó, vị trí của kính dọc theo thước gắn với cột cũng là vị trí của mực thủy ngân ấy Ta cũng làm như vậy với mực thủy ngân dưới, hiệu số hai số dọc theo tương ứng chính là số đo độ cao của cột thủy ngân.[3]

2.5.4 Một số vấn đề cần lưu ý

Điều rất quang trọng trong các phép đo với tung xích, là cột C phải đứng thẳng đứng, kính ngắm phải đúng nằm ngang và kính phải hết thị sai Trong quá trình đo, phải thường xuyên kiểm tra vị trí nằm ngang của kính theoống thăng bằng Để kiểm tra thị sai, thì sau khi cho ảnh mức thủy ngân vào giao điểm dây chữ thập, ta thử đưa mắt lên cao, hoặc xuống thấp một chút để nhìn dây chữ thập theo các hướng khác nhau Nếu thấy mực thủy ngân vẫn trùng với dây chữ thập, thì kính mới thật hết thị sai Trái lại, nếu đặt mắt ở chỗ này, thấy chúng trùng nhau, nhưng đặt mắt chỗ khác lại thấy chúng rời xa nhau, thì kính vẫn còn thị sai, phải điều chỉnh lại bằng cách xoay ốc U một chút, theo chiều này hoặc chiều kia Trong mọi dụng cụ dùng kính ngắm, phải điều chỉnh kính cho thật hết thị

sai theo cách vừa trình bày

2.6 KÍNH HIỂN VI PHÂN CỰC

2.6.1 Khái niệm

Kính hiển vi phân cực là dụng cụ được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc vật thể không đồng nhất: xác định cấu trúc của các tế bào, phân tích thành phần các chất trong các mẫu quặng, xác định thành phần cho công nghệ chế tạo thủy tinh, sành sứ và công

nghệ vải sợi, cấu trúc than đá muối ăn và các hổn hợp không đồng nhất khác

Hình 2.14: Kính hiển vi phân cực 2.6.2 Cấu tạo

Hình 2.15: Sơ đồ kính hiển vi phân cực kiểu ống có thể nâng cao, hạ thấp và dùng gương

bàn nhờ hai cái kẹp

Cấu tạo của kính hiển vi phân cực được biểu diễn trên hình 2.15 gồm 2 nicol, nicol

P đặt ở dưới, giữa là gương phản chiếu G, vật kính Vk, được gọi là nicol phân cực, nicol

A đặt ở trên, giữa vật kính Vk và thị kính Tk, được gọi là nicol phân tích Hai nicol này sẽ

phân cực chùm ánh sáng rọi qua vật

Một trong hai nicol có thể dễ dàng đẩy ra hoặc lắp vào ống kính để có thể dùng kính hiển vi với một nicol hoặc hai nicol

Một trong hai nicol xoay được dễ dàng mặt dao động của nó quanh trục kính để có thể dùng kính với hai nicol ở vị trí vuông góc với nhau hoặc song song nhau

Ống kính có thể trược lên nếu ta xoay ốc thô động (1) gây dịch chuyển lớn, hay ốc

vi động (2) gây dịch chuyển nhỏ

Lát mỏng đá cần khảo sát được đặt trên bàn kính (3), vành bàn kính chia độ sẵn

để cho biết góc xoay, lát mỏng được giữ trên

Ánh sáng phản chiếu từ gương G sẽ qua một hệ thống tiếp sáng gồm: Nicol P, cái chắn sáng irit, kính tụ quang rồi mới chiếu lên lát mỏng Ở nhiều loại kính tốt thường có thêm một thấu kính tụ quang riêng L đặt bên trên hệ thống tiếp sáng chỉ dùng khi cần chùm ánh sáng hình nón gọi là thấu kính Laser Giữa nicol A và thị kính Tk có thêm một thấu kính thứ hai B gọi là thấu kính bec-trăng đẩy ra lắp vào dễ dàng, chỉ dùng khi muốn

quan sát hình giao thoa của chùm sáng hình nón, cùng với vật kính phóng đại hình giao thoa giúp ta quan sát dễ dàng hơn

Ngoài ra ở ống kính còn có một khe hở có phương đông bắc-tây nam hay đông nam-tây bắc dùng để lắp bản bù trừ (hay bản bù màu) Gần chân kính, phía dưới bán kính còn có ốc dùng để nâng cao hoặc hạ thấp hệ thống tiếp sáng

Hình 2.16 mô tả kính hiển vi phân cực được chiếu sáng bằng hệ kole theo chiếu xuyên bóng Tấm phân cực (5) đặt trước vòng chắn tụ quang (6) để tạo chùm phân cực phẳng qua tụ quang (7) rọi lên bề mặt vật (8).Vật kính (9) tạo ảnh ra vô cũng.Kính điều tiết (11) đa tiếp ảnh về trùng với tiêu diện thứ hai của nó.Đó là ảnh thật (12).Thị kính ramden (13) đa ảnh giữa ra vô cùng Qua quay hoặc dịch chỉnh kính phân tích (10) và bằng mắt qua thị kính ta quan sát được cấu trúc vật không đồng nhất hoặc các thông số cần xác định của vật

Hình 2.16: Sơ đồ quang học của kính hiển vi phân cực

2.6.2 Các vấn đề cần lưu ý khi sử dụng kính hiển vi

Phải giữ kính luôn sạch sẽ, tránh va chạm mạnh vào kính, không được xoay tay trên mặt các thấu kính, các mặt quang học phải luôn sạch sẽ, không xây xát Các bộ phận

cơ học phải luôn được bôi trơn, chuyển động dễ dàng.Không làm sai lệch (dù chỉ rất ít) vị trí các chi tiết quang học

Không được vặn tháo rời các thấu kính trong vật kính ra.Khi không dùng phải để trong hòm riêng hoặc úp chuông thủy tinh trong tủ kính có hệ thống đèn sấy.Trong hòm hoặc chuông có để vôi cục hoăc silicagen để hút ẩm Nếu dùng vôi cục phải bọc kĩ trong hai lần giấy mỏng rồi cho vào túi vải để bụi không vào kính

Nếu lâu không dùng phải tháo các thị kính, vật kính để trong bình làm khô, chỉ để một thị kính để tránh bụi bay vào ống kính

Chỉ dùng chổi lông nhỏ quét lên mặt kính, nếu không sạch thì dùng khăn mềm tẩm hơi ete hoặc xăng để lau Không để các chất lỏng này thấm vào trong vật kính vì như vậy

sẽ làm bong các lớp nhựa đặc biệt dán thấu kính bên trong

Khi di chuyển kính hiển vị phải đặt kính ở vị trí thẳng đứng, tháo hết vật kính ra cất vào hộp.Tốt nhất nên hạn chế việc di chuyển

Kính phải được đặt trên bàn vững chắc, không rung, không cập kênh và đặt hơi lui vào trong để khi lại không va chạm phải kính

Khi sử dụng kính nên thao tác thong thả, nhẹ nhàng nếu thấy trục trặc hoặc hỏng

hóc, thì dừng lại ngay để xem cho kĩ, không nên cố sức

Sơ đồ quang học của phân cực kế như sau (hình 2.17):

Hình 2.17:Sơ đồ cấu tạo kính phân cực

1 Đèn natri 7-8 Mặt vào và ra bằng thủy tinh của

2 Kính lọc sắc để ánh vàng vào máy hộp chứa cuvet

3 Thấu kính hội tụ 9 Nicol phân tích

4 Nicol phân cực 10 Thấu kính hội tụ

5 Máy chắn 11 Thị kính

6 Thủy tinh bảo vệ 12 Hai kính lúp

Đèn hơi natri khi chiếu sáng qua kính lọc sắc và thấu kính hội tụ sẽ cho một chùm sáng song song Sau khi đi qua nicol phân cực chùm ánh sáng này bị phân cực thẳng theo phương OP Khi chùm sáng này đến gặp màn chắn (hình 2.18a) mà một nữa bán nguyệt

là thủy tinh, một nửa kia là bản nửa sóng thạch anh thì ở phía bán nguyệt thủy tinh, một nửa kia là bản nửa sóng thạch anh thì ở phía bán nguyệt thủy tinh, chấn động sáng vẫn là vectơ OP, còn ở phía bán nguyệt nửa sóng (II), thì trấn động OP trở thành trấn động OQ, đối xứng với OP qua phương xy của trục tinh thể nửa bản sóng (hình 2.18b) Như vậy chùm sáng song song ló ra khỏi màn chắn d có hai chắn động OP và OQ đối xứng nhau

nằm trong hai bán nguyệt khác nhau của chùm sáng Khi không có ống chứa chất quang hoạt, khi ta quay nicol phân tích A sao cho tiết diện chính của nó vuông góc với xy thì quan sát được qua thị kính hai bán nguyệt sáng bằng nhau Cường độ sáng của hai bán nguyệt này tương đối yếu, nhưng sẽ khác nhau rất nhiều mỗi khi có chất quang hoạt đặt giữa màn chắn và nicol A Lúc đó các chấn động OP và OQ đều quay một góc 𝜃 và có hình chiếu trên tiết diện chính của A không bằng nhau, nên cường độ hai bán nguyệt khác nhau Nếu ta quay nicol A một góc 𝜃, lúc đó cường độ hai bán nguyệt trở lại bằng nhau Nicol A gắn vào đĩa chia độ C, điều này cho phép ta đọc được góc 𝜃

Hình 2.18:Phân cực của một chùm sáng

Chú ý, nicol A còn có vị trí thứ hai ở 90o so với vị trí thứ nhất để cường độ hai bán nguyệt gần nhau, nhưng cường độ này gần cường độ I0 của chùm ánh sáng do đó không cho phép ta phân biệt rõ ràng sự khác nhau về cường độ của mỗi bán nguyệt khi có chất quang hoạt

2.7.3 Nguyên tắc hoạt động

Phải điều chỉnh máy khi không có chất quang hoạt

Đặt mắt vào kính ngắm, ta sẽ nhận thấy hai nửa bán nguyệt, thường thì sáng tối khác nhau Điều chỉnh thị kính ngắm để thấy rõ đường phân tách hai bán nguyệt này Sự điều chỉnh này phải được thực hiện cẩn thận vì độ nhạy các phép đo về sau phụ thuộc vào nó.Lúc mắt nhìn rõ hai bán nguyệt, ta thấy độ sáng của chúng rơi vào trường hợp ahay c (hình 2.19) Vặn nút C để điều chỉnh hai bán nguyệt sáng đều nhau (trường hợp b)

Hình 2.19:Hai nữa bán nguyệt

Vành chia độ được gắn trên mặt trước của phân cực kế với thang chia 0,5o

và du xích 0,02o

Tuy nhiên để kiểm tra ta lần lượt vặn nút điều chỉnh V để thị trường ở trạng thái a, hay trạng thái c rồi dừng lại ở trạng thái b Nếu ta thực hiện tốt thì hai vạch 𝜃 của đĩa chia

độ và của du xích sẽ trùng nhau

Lúc này phân cực kế đã được điều chỉnh tốt và có thể sử dụng được

2.7.4.Một số vấn đề cần lưu ý khi sử dụng phân cực kế

Cần lau khô ống (5) trước khi cho vào máng (6), không để nước đường rỏ vào trong máy, sẽ làm máy bị hoen gỉ

Các phần quang học như thị kính, kính lúp, gương cần luôn giữ sạch, có chổi lông nhỏ chải bụi, không lau tay lên bề mặt Bảo quản chúng giống như vật kính và thị kính của kính hiển vi

Khi không dùng cần rửa ống (5) nhiều lần bằng nước sạch, để lau khô rồi lắp vào máy, tránh để thất lạc các chi tiết

Khi không dùng phải để máy trong hộp riêng có đặt vôi cục hoặc silicagen để chống ẩm mốc

Khi đổ dung dịch vào trong ống T để đo thì đòi hỏi dung dịch phải không có bọt khí bám vào bề mặt trong của ống

Nếu nhiệt độ môi trường xung quanh nằm ngoài khoảng (20±3)oC Để sai số phép

đo khoảng ±0,004oC thì cần phải tính đến sự phụ thuộc của góc quay mặt phẳng phân cực vào nhiệt độ: sự phụ thuộc này khác nhau đối với các chất khác nhau có thể xác định bằng thực nghiệm

2.8 GIAO THOA KẾ

2.8.1 Giao thoa kế Mikelson (Maikensơn)

2.8.1.1 Khái niệm

Giao thoa kế Mikelson dùng để đo chiều dài với độ chính xác rất cao

2.8.1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Hình 2.20 là sơ đồ mô tả nguyên lý cấu tạo gioa thoa kế Mikelson Tia sáng từ nguồn gặp gương bán thấu T (gương bán thấu gồm một bản thủy tinh có hai mặt song song, một mặt được tráng lớp bạc rất mỏng để ánh sáng vừa truyền qua vừa có thể phản xạ) dưới góc 45o, tia sáng này bị chia thành hai tia thành phần: tia thứ nhất phản xạ ở lớp bán thấu T, qua bản K rồi phản xạ trên gương G1 đặt vuông góc với trục quang, bị phản

xạ trở lại lớp bán thấu của T và đập vào kính quan sát Tia thứ hai qua T tới mặt gương

G2 đặt nghiêng góc nhỏ α, phản xạ trên gương đó, trở lại lớp bán thấu của T, phản xạ trên mặt bán và đập vào kính quan sát để giao thoa với chùm thứ nhất Mắt quan sát được các vân giao thoa định xứ sau lớp bán thấu T Vì tia thứ nhất chỉ qua bản P một lần, tia thứ hai qua bản P ba lần, nên hiệu quang lộ giữa hai tia lớn, vân giao thoa quan sát được là những vân bật cao, nên không nhìn rõ nét Để làm giãm hiệu quang lộ đó, người ta đặt trên đường đi của tia thứ nhất một bản thủy tinh P’ giống hệt P nhưng không tráng bạc Khi đó hiệu quang lộ của hai tia chỉ còn do hai gương G1,G2 đặt cách bản P không đều gây ra mà thôi Khi dịch chuyển một gương song song với chính nó dọc theo tia sáng một đoạn 𝜆/2 thì hiệu lộ trình của hai tia thay đổi là 𝜆 và hệ thống vân dịch chuyển đi một khoảng vân Vậy muốn đo chiều dài của một vật nào ta dịch chuyển gương từ đầu này sang đầu kia của vật và đếm số vân dịch chuyển Nếu hệ thống vân dịch chuyển đi m

khoảng vân thì chiều dài của vật cần đo là:

𝑙 = 𝑚𝜆

2

Hình 2.20: Nguyên lý cấu tạo giao thoa kế Mikelson 2.8.2 Giao thoa kế Rayleigh

2.8.2.1 Khái niệm

Giao thoa kế Rayleigh là dụng cụ dùng để đo chiết suất của chất lỏng hoặc chất khí

2.8.2.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Ánh sáng đơn sắc từ nguồn O sau khi qua thấu kính L1 và hai khe O1, O2 bị tách ra làm hai chùm tia song song Hai chùm đó giao thoa với nhau trên màn tiêu Φ của thấu kính hội tụ L2 Nhờ thị kính L mắt ta có thể quan sát được vân giao thoa đó

Ban đầu hai ống đặt trên đường đi của hai chùm tia đựng cùng một chất lỏng cần nghiên cứu Vì chiết suất của chất lỏng đựng trong hai ống dây bây giờ khác nhau nên hiệu quang lộ của hai chùm tia bị thay đổi, do đó hệ thống vân bị di chuyển Đếm số vân

bị di chuyển ta có thể suy ra được chiết suất của chất lỏng cần đo

Ta có thể đo chiết suất của một chất khí bằng cách so sánh chất khí với một chất khícó chiết suất biết trước

Gọi chiết suất của chất lỏng hoặc chất khí cần đo là n, chiết suất của chất lỏng hoặc chất khí đã biết trước là no Khi thay chất lỏng trong một ống bằng chất lỏng cần đo chiết suất thì hiệu quang lộ của hai chùm tia thay đổi một lượng là (n-no)d, d là chiều dài ống đựng chất lỏng

Ta biết rằng hiệu quang lộ thay đổi một bước sóng thì hệ vân dịch chuyển đi một khoảng vân Do đó lúc đo chiết suất hệ thống vân dịch đi m khoảng vân thì: