POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT FIZYKI
Paweł Proń	Sprawozdanie z ćwiczenia nr 75 Temat: Wyznaczanie współczynnika załamania za pomocą refraktometru..
Wydział Elektroniki Rok I	Data: 28.04.1998	Ocena:

I.Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest poznanie metod wyznaczania współczynników załamania za pomocą: refraktometru Pulfricha oraz refraktometru Abbego.

II. Wykaz użytych przyrządów.

• refraktometr Pulfricha

• refraktometr Abbego

III. Wstęp teoretyczny.

Współczynnik załamania
jest jedną z podstawowych wielkości fizycznych służących opisywaniu oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią. Jest on związany z przenikalnością elektryczną  i magnetyczną  następującą zależnością:

(*)

gdzie

c - prędkość fal elektromagnetycznych w próżni,

v - prędkość fazowa tych fal w danym ośrodku.

Tak określone n nazywa się bezwzględnym współczynnikiem załamania ośrodka. Wielkości n, ,  są zależne od długości fali  promieniowania elektromagnetycznego.

Ze wzoru (*) wynika, że:

,

gdzie  i  - odpowiednio długości fal w próżni i w ośrodku o bezwzględnym współczynniku załamania n.

W czasie t zatem fala biegnąca w próżni przebywa drogę
, a w ośrodku o współczynniku załamania n -

. Z porównania tych dwóch dróg otrzymujemy:

, stąd
.

Ten iloczyn nazywamy drogą optyczną.

Wartość

określa długość odcinka, na którym można odmierzyć tyle samo fal o długości o, co na odcinku s. Jeżeli jednej z dwu fal o jednakowych długościach  ustawimy płytę szklana o grubości d i współczynniku załamania n, to różnica faz obu fal po przejściu przez płytkę wyniesie:

stąd pomiar różnicy faz
lub różnicy dróg optycznych
umożliwia wyznaczenie współczynnika załamania. Fala elektromagnetyczna, przechodząc przez granicę dwóch ośrodków ulega podziałowi na cześć odbitą i załamaną

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

,

gdzie n - względny współczynnik załamania ośrodka II

Jeżeli światło przechodzi przez granicę ośrodków I i II, gdzie n1>n2, to dla pewnego kąta padania gr kąt załamania =90° i światło nie przechodzi do ośrodka II, czyli:

.

Wzór ten wyrażający związek między kątem granicznym gr i względnym współczynnikiem załamania n, stanowi zasadę pomiaru współczynników załamania za pomocą refraktometru Abbego.

IV. Wyniki pomiarów.

1. Pomiar refraktometrem Pulfricha.

Pomiar współczynnika załamania refraktometrem Pulfricha polega na odczytaniu granicy światłocienia dla promienia nadzwyczajnego i zwyczajnego ze skali refraktometru, a następnie odczytaniu współczynnika załamania n_e - dla fali nadzwyczajnej i n₀ - dla fali zwyczajnej z odpowiednich tablic. Badanym materiałem w tej metodzie jest kryształ dwójłomny. Gdy n_e > n_o - kryształ jest dodatni.

Źródłem światła jest spektralna lampa sodowa (światło monochromatyczne).

n_e -

n₀ -

n_e - n₀ =

Kryształ jest:

2. Pomiar refraktometrem Abbego.

• skalowanie refraktometru

Po ustawieniu powierzchni polerowanej dolnego pryzmatu w położeniu horyzontalnym, przemyto go spirytusem i nałożono kilka kropel wody destylowanej. Układ obu pryzmatów zamknięto zamkiem. Przez obrót układu pryzmatów znaleziono w polu widzenia lunety granicę cienia. Na skali lunety odczytano wartość wspólczynnika załamania wody destylowanej:

n_w = 1,333

Podobnie jak podczas skalowania, po wyczyszczeniu naniesiono na pryzmat denaturat. Po uzyskaniu wyaraźnej grnicy cienia odczytano wartość współczynnika załamania dla denaturatu:

n_d = 1,381

Pomiary przeprowadzono w świetle białym, przy użyciu kompensatora.

V. Wnioski.

Przy pomiarze refraktometrem Pulfricha należy pamiętać, że zakres pomiarowy tego przyrządu jest około 0,04 i w celu jego poszerzenia stosuje się 10 wymiennych pryzmatów pomiarowych każdy o innym zakresie pomiarowym tak że w sumie dają zakres od 1,3254 - do 1,6470. Pomiary w punkcie IV.1 przeprowadzono z użyciem pryzmatu L7. Wartość współczynnika dla promienia nadzwyczajnego wyniosła n_e = , a dla promienia zwyczajnego n₀ = . Zatem obliczając różnicę n_e - n₀ = można stwierdzić, że kryształ jest: .

Otrzymane za pomocą refraktometru Abbego wartości współczynników załamania okazały się dość dokładne, czego dowodem może być chociażby pokrycie się zmierzonego współczynnika wody destylowanej z jego wartością zawartą w tablicach. Jako błąd współczynnika n należy przyjąć połowę wartości działki, czyli
0,0005, a błąd względny jest rzędu 0,04 %. Należy pamiętać, że współczynnik załamania badanej cieczy musi być mniejszy niż współczynnik załamania pryzmatów.

Instytut Fizyki - Politechnika Wrocławska © 1998

- 3 -

69

44

promień nadzwyczajny

promień zwyczajny

---