Ćwiczenie nr 30.

Temat: Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu.

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

Mikroskop jest to przyrząd optyczny, umożliwiający obserwację drobnych przedmiotów z bliska w dużym powiększeniu. W najprostszym przypadku mikroskop składa się z obiektywu i okularu oraz układu pomocniczego, służącego do oświetlania obserwowanych obiektów. Zasadę działania mikroskopu można wyjaśnić rozpatrując bieg promieni przez dwa skupiające układy soczewek, spełniające rolę obiektywu i okularu (rys. 79.1). Przedmiot o wysokości y₁ znajduje się przed obiektywem Ob W odległości x₁nieznacznie większej od przedmiotowej odległości ogniskowej obiektywu.

Obraz o wysokości y'₁ wytworzony przez obiektyw jest rzeczywisty, odwrócony i powiększony i znajduje się w odległości x'₁ za obiektywem. Iloraz {XXX} nazywa się powiększeniem poprzecznym obiektywu. Okular Ok służy do obserwacji obrazu y, który jest dla niego przedmiotem. Oku lar jest tak umieszczony, że obrazy'₁ znajduje się w jego przedmiotowej płaszczyźnie ogniskowej. Okular działa zatem, jak lupa dając obraz pozorny, prosty, znajdujący się w nieskończoności i jest odwzorowywany przez układ optyczny oka na siatkówkę jako y'.

Obserwowany przedmiot umieszcza się zazwyczaj na stoliku z możliwością mikro-przesuwu. Układ oświetlający mikroskopu powinien zapewniać dużą i równomierną luminancję badanego przedmiotu, aby umożliwić uzyskanie odpowiedniej jasności obrazu na siatkówce oka obserwatora.

Powiększenie wizualne mikroskopu definiuje się jako

gdzie w'- kąt, pod jakim widać obraz przedmiotu przez mikroskop. w'-kąt, pod jakim widać przedmiot gołym okiem z odległości dobrego widzenia d = 250 mm.

Tangens kąta widzenia gołym okiem wynosi

natomiast kąt w', pod jakim widać obraz przedmiotu przez mikroskop można określić ze wzoru

Obserwacja przedmiotu okiem nic uzbrojonym:

Bezwzględny współczynnik załamania ośrodka n jest jedną z podstawo­wych wielkości fizycznych, służących do opisywania oddziaływania promie­niowania elektromagnetycznego z materią.. Jest on zdefiniowany następującą zależnością:

gdzie:

c — prędkość fal elektromagnetycznych w próżni,

v= v(λ) - prędkość fazowa fali w ośrodku.

Fale elektromagnetyczne w materii wykazują dyspersję, tzn. ich prędkość v zależy od częstotliwości fali (lub równoważnie - od długości fali λ). Z tego powodu dyspersyjny jest również współczynnik załamania n.

Gdy fala świetlna pada na granicę rozdziału dwóch jednorodnych, przezro­czystych ośrodków o różnych współczynnikach załamania, wtedy jej część odbija się od lej granicy, a reszta przez nią przechodzi. W pewnych warun­kach odbicie jest zupełne.

W ośrodkach izotropowych wartość współczynnika załamania nie zależy od kierunku propagacji fali. W ośrodkach optycznie anizotropowych jednoosiowych w tym samym kierunku rozchodzą się dwie fale - zwyczajna i nadzwyczajna. Prędkość fazowa fali zwyczajnej v₀ - podobnie jak w przypadku fal w ośrodku izotropowym - nie zależy od kierunku w krysztale. Natomiast dla fali nadzwyczajnej prędkość fazowa zmienia się od wartości v₀ dla kierunku propagacji fali zgodnego z kierunkiem osi optycznej do wartości v_e dla kierunku prostopadłego do osi optycznej. Różnicę współczynników załamania n_e dla fali nadzwyczajnej i n_o dla fali zwyczajnej nazywa się dwójłomnością.

Podczas przechodzenia światła przez granicę dwóch izotropowych ośrodków spełnione jest prawo Snelliusa mówiące, iż promień padający odbity i załamany oraz prostopadła do granicy rozdziału ośrodków leżą w jednej płaszczyźnie (płaszczyźnie padania), oraz że między kątami padania α i załamania β istnieje związek:

2. WYPROWADZENIE WZORU ROBOCZEGO

Zakładam, że kąty α i β są małe, możemy w przybliżeniu przyjąć, że:

gdzie:

k =

(grubość płytki)

(głębokość obrazu urojonego, czyli pozorna grubość płytki)

3. OBLICZENIA I WYZNACZANIE NIEPEWNOŚCI

1. Płytka nr 1

d [mm]
3,11	2,5E-07
3,115	3,025E-05
3,105	2,025E-05
3,11	2,5E-07
3,12	0,00011025
3,12	0,00011025
3,115	3,025E-05
3,105	2,025E-05
3,09	0,00038025
3,105	2,025E-05




h
168	27188,87699
172	28524,00099
170	27852,43899
171	28187,21999
168	27188,87699
170	27852,43899
173	28862,78199
164	25885,75299
167	26860,09599
171	28187,21999











2. Płytka nr 2

d [mm]
2,09	0,00027225
2,11	1,225E-05
2,105	2,25E-06
2,105	2,25E-06
2,11	1,225E-05
2,11	1,225E-05
2,11	1,225E-05
2,11	1,225E-05
2,105	2,25E-06
2,11	1,225E-05




h
130	16356,74734
128	15849,17334
132	16872,32134
128	15849,17334
129	16101,96034
133	17133,10834
134	17395,89534
131	16613,53434
131	16613,53434
130	16356,74734













III.WNIOSKI

- Metoda wyznaczania współczynnika załamania jest potwierdzeniem tego, że załamanie światła zależy od rodzaju ośrodka, w którym się załamuje.

- Dla płytki szklanej uzyskaliśmy współczynnik załamania równy 1,41

- Dla płytki z tworzywa sztucznego otrzymaliśmy współczynnik załamania rzędu 1,61.

- Na błąd pomiaru wywarły wpływ niedokładne ustawienie ostrości

---