75, LABFIZ75, Katarzyna Skoniecka 15 X 1997


Katarzyna Skoniecka 15 X 1997

wydział : IZ rok : 2

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 75

TEMAT : WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA CIECZY I CIAŁ STAŁYCH.

I. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z metodami wyznaczania współczynników załamania za pomocą: refraktometru Abbego oraz mikroskopu.

II. Wstęp teoretyczny

    1. Współczynnik załamania n = n (λ) jest jedną z podstawowych wielkości fizycznych służących opisywaniu oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią. Jest on związany z przenikalnością elektryczną ε i magnetyczną μ następującą zależnością:

    2. gdzie:

    3. c − prędkość fal elektromagnetycznych w próżni,

    4. v − prędkość fazowa tych fal w danym ośrodku.

    5. Tak określone n nazywa się bezwzględnym współczynnikiem załamania ośrodka.

    6. Fala elektromagnetyczna, przechodząc przez granicę dwóch ośrodków (rys.1) ulega podziałowi na część odbitą i załamaną. Kierunki rozchodzenia się tych fal oraz ich wzajemne stosunki energetyczne opisuje się przez bezwzględne współczynniki załamania ośrodków n1 i n2. Zależności matematyczne wynikające z tego opisu są podstawą różnych metod wyznaczania współczynników załamania.

    7. rys. 1. Przejście światła przez granicę ośrodków o współczynnikach załamania n1 i n2.

    8. Prawa Snelliusa opisują kierunki rozchodzenia się fali odbitej i załamanej. Załamanie fali przechodzącej opisuje zależność:

    9. gdzie:

    10. n − względny współczynnik załamania ośrodka II.

    11. Jeżeli światło przechodzi przez granicę ośrodków I/II gdzie n1 > n2, to dla pewnego kąta αgr, kąt załamania β = 90° i światło nie przechodzi do ośrodka II, czyli:

    12. Powyższy wzór, wyrażający związek między kątem granicznym αgr i względnym współczynnikiem załamania n, stanowi zasadę pomiaru współczynników załamania za pomocą refraktometru Abbego.

    1. Wyznaczanie współczynnika załamania za pomocą mikroskopu

    2. W celu wyznaczenia współczynnika załamania ośrodka za pomocą mikroskopu umieściliśmy ten ośrodek na stoliku mikroskopu, traktując go jako płytkę płaskorównoległą, na której powierzchniach promień ulega dwukrotnemu załamaniu.

    3. Bieg promienia świetlnego w płytce płaskorównoległej przedstawiono na rys. 2.

Rys. 2. Przejście światła przez płytkę płaskorównoległą: h − pozorna grubość płytki, d − rzeczywista grubość płytki.

    1. Na podstawie rysunku widzimy, iż:

    2. skąd:

    3. Dla małych kątów:

    4. Pomiar sprowadził się więc do obserwacji górnej i dolnej powierzchni badanej warstwy oraz do określenia położenia obrazu dolnej powierzchni warstwy względem powierzchni górnej.

    5. Zasada pomiaru refraktometrem Abbego

    1. W tej metodzie badaną ciecz umieściliśmy pomiędzy dwoma pryzmatami, wykonanymi ze szkła o dużym współczynniku załamania, w postaci warstwy płaskorównoległej.Żółte światło sodowe, którego użyliśmy przy pomiarach, padając na pryzmat pierwszy przechodziło niego i trafiało do badanej cieczy.

    2. Promienie, które padały pod kątem większym niż kąt graniczny, zostały całkowicie odbite i nie dotarły do pryzmatu drugiego. Promienie wychodzące z drugiego pryzmatu obserwowaliśmy przez lunetkę. Była ona ustawiona w ten sposób, aby połowa pola widzenia była jasna, a połowa ciemna, tzn. aby promienie graniczne przechodziły przez umieszczony w polu widzenia lunetki krzyż z nici pajęczych. Przyrząd był wyskalowany w ten sposób, że na odpowiedniej skali odczytywaliśmy wartość współczynnika załamania.

III. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNO - POMIAROWA :

1. WYZNACZENIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA SZKŁA I CIECZY ZA POMOCĄ MIKROSKOPU.

Dane :

błąd pomiaru za pomocą śruby mikrometrycznej jest równy połowie najmniejszej podziałki, czyli 0,005 mm.

d - grubość rzeczywista płytki

d = I- III

h - grubość pozorna płytki

h = II - III

n - współczynnik załamania ośrodka (szkła lub wody)

n =

Wyniki pomiarów dla płytki szklanej :

TABELA 1

I [mm]

II [mm]

III [mm]

d [mm]

h[mm]

Δh [mm]

n

Δn

0,125

0,720

1,40

1,275

0,680

0,01

1,875

- 0,0129

0,430

0,520

1,15

0,720

0,630

0,01

1,143

- 0,0023

0,000

0,510

1,24

1,240

0,730

0,01

1,699

- 0,0096

0,020

0,640

1,30

1,280

0,660

0,01

1,939

- 0,0142

0,470

0,590

1,23

0,760

0,640

0,01

1,188

- 0,0029

Błąd pomiaru współczynnika załamania szkła określmy za pomocą różniczki logarytmicznej :

n =

ln n = ln d - ln h

Δn =

Gdzie Δd oraz Δh są błędami wynikłymi z dwukrotnego pomiaru odległości, zatem w najgorszym wypadku mają one wartości :

Δd = ΔI+ΔIII=0,01 mm

Δh =ΔII+ΔIII = 0,01 mm, stąd Δd =Δh

Wyliczmy średni współczynnik załamania oraz jego średni błąd bezwzględny za pomocą średniej arytmetycznej :

nśrednie = 1,569

Δnśrednie = - 0,008

Zatem n =1,569 ± 0,008

Wyniki pomiarów dla wody destylowanej :

TABELA 2

I [mm]

II [mm]

III [mm]

d [mm]

h[mm]

Δh

n

Δn

0,00

0,11

0,41

0,41

0,30

0,01

1,367

- 0,0122

0,00

0,08

0,49

0,49

0,41

0,01

1,195

- 0,0048

0,00

0,06

0,42

0,42

0,36

0,01

1,167

- 0,0046

0,00

0,07

0,47

0,47

0,40

0,01

1,175

- 0,0044

0,00

0,10

0,56

0,56

0,46

0,01

1,217

- 0,0047

Rachunek błędu został przeprowadzony analogicznie jak dla płytki szklanej.

nśrednie = 1,224

Δnśrednie = - 0,0061

Zatem n =1,224 ± 0,0061

2. WYZNACZENIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA CIECZY ZA POMOCĄ REFRAKTOMETRU ABBYEGO.

Dane :

n - współczynnik załamania cieczy

Δn = 0,0005 [%]

2.1 DENATURAT

TABELA 3

nmierzone [%]

1,370

1,369

1,371

nz tablic = 1,370

nrednie =

2.2 WODA DESTYLOWANA.

TABELA 3

nmierzone [%]

1,330

1,329

1,331

nz tablic = 1,330

nrednie = 1,333

IV. WNIOSKI :

Przy pomiarach współczynnika załamania stwierdziłam, iż przy pomocy refraktometru, wykorzystując zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia, można z dość dużą dokładnością wyznaczyć jego wartość.

Przy pomiarach współczynnika załamania dla wody destylowanej porównałam wynik pomiaru z wartością rzeczywistą i stwierdziłam niewielką odchyłkę − z pomiarów n = 1,330, w rzeczywistości n = 1,333. Wartość błędu w tym wypadku zależy od czystości powierzchni pryzmatów oraz od dokładności otrzymania ostrej linii granicznej i nastawienia jej na skrzyżowanie nitek pajęczych ( duże znaczenie mają indywidualne właściwości oka obserwatora).

Z kolei przy pomiarach współczynnika załamania mikroskopem stwierdziłam iż odchyłki od wartości rzeczywistych są większe niż przy pomiarach refraktometrem (dla wody destylowanej n = 1,224). Jest to spowodowane wartością błędu bezwzględnego:

Różnice w wartościach błędów bezwzględnych wynikają z różnego sposobu wyznaczania współczynnika załamania (przy pomiarze refraktometrem błąd pochodzi tylko od odczytu n, natomiast przy pomiarze mikroskopem od błędów bezwzględnych h i d).

W największym stopniu na dokładność pomiarów wykonanych za pomocą mikroskopu wpłynęła trudność w jednoznacznym odczycie pomiarów I, II i III określanych subiektywną ostrością obrazu

α

α''

β

n1

n2

I

II

α

h

d

β

β

α

x



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
obiektywne metody oceny postawy ciała (win 1997 2003)
Konstytucja 2 kwietnia 1997
1997 (104)
III CZP 8 75 id 210293 Nieznany
Dz U 1997 109 704 R S u ba bezpiecze stwa i higi 3
1997 1 (10)
75 79
1997 Accent, 17521
KONSTYTUCJA RP z 02 kwietnia 1997
75 78
75 Nw 08 Jak zostac krotkofalowcem
Golf4,5d, 1997 2003
1997 Accent, 17552
1997 Accent, 17543
75 77
Mostek Wheatstonea slizgowo, Fizyka, FIZYKA, Fizyka ćwiczenia Miszta, Fizykaa, LabFiz1 od izki, LabF
Templariusze a katarzy, Templariusze

więcej podobnych podstron