1 

 

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH 

Wydział Elektryczny 

Kierunek: Mechatronika 

sem. 5 

 

 

   

   

LABORATORIUM  

OPTOELEKTRONIKI 

 

Temat ćwiczenia: Badanie zależności współczynnika 

załamania światła od stężenia roztworu.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gliwice 2012 

2 

 

1

. WSTĘP 

 

Celem  ćwiczenia  było  zaznajomienie  się  z  refraktometrycznymi  metodami  pomiaru 

współczynnika załamania światła.  

 

 

Bezwzględny  współczynnik  załamania  światła  jest  to  stosunek  prędkości  światła  

w próżni do prędkości światła w danym ośrodku:  

V

c

n

 

c 

– prędkość światła w próżni (3*10

8

m/s).  

V 

– szybkość światła w danym ośrodku. 

 

Z

mianę kierunku dokładniej definiuje prawo Snelliusa które ma postać: 

A

B

n

n

sin

sin

 

 

α, β - kąty padania i złamania,  

n

A

, n

B 

- 

współczynniki załamania ośrodków. 

 

 

 

Jeśli  współczynnik  ośrodka  w  którym  znajduje  się  fala  padająca  jest  większy  od 

drugiego  współczynnika  może  dojść  do  zjawiska  całkowitego  wewnętrznego  odbicia. 
Zjawisko to polega na przekroczeniu przez kąt załamania kąta prostego w wyniku czego cala 
fala  zostaje  bezstra

tnie  odbita  w  kierunku  pierwszego  ośrodka.  Całkowite  wewnętrzne 

odbicie zachodzi dla kątów padania fali większych od kąta granicznego: 

B

A

gr

n

n

arcsin

 

Refrakcja  jest  to  zjawisko 

zmiany  kierunku  rozchodzenia  się  fali  związanym  ze 

zmianą jej  prędkości,  po  przejściu do  innego ośrodka.  Zmiana  prędkości  powoduje zmianę 

długości fali, bez zmian jej częstotliwości. 

 

 

 

 

 

 

Rys. 1: załamanie światła na granicy ośrodków 

 

3 

 

2. STANOWISKO POMIAROWE 

Refraktometr 

to przyrząd do badania współczynników załamania światła w różnych 

środowiskach, przede wszystkim w cieczach.  

 

Rys. 2: Budowa refraktometru  

Refraktometr składa się z elementów: 

  Pryzmat refraktometryczny 

 

Pryzmat  Amici  (zespół  pryzmatów  do  achromatyzacji  lini  granicznej  między  polem 

jasnym i ciemnym) 

 

Luneta z krzyżem 

  Skala pomiarowa 

 

Przebieg ćwiczenia 

1) 

Na początku ćwiczenia należało sprawdzić poprawność wskazań refraktometru przed 

przystąpieniem do właściwych pomiarów.  

2) 

Następnie  za  pomocą  refraktometru  wykonane  zostały  pomiary  współczynnika 

załamania  światła  dla  każdego  stężenia  roztworu  (0%,  2%,  4%,  6%,  8%,  10%  

oraz x%) po osiem serii.  

 

3. WYNIKI POMIARÓW 

Lp. 

0% 

2% 

4% 

6% 

8% 

10% 

x% 

1 

1,3311 

1,3345 

1,3369 

1,3410 

1,3446 

1,3472 

1,3391 

2 

1,3311 

1,3344 

1,3371 

1,3411 

1,3449 

1,3476 

1,3389 

3 

1,3312 

1,3341 

1,3369 

1,3410 

1,3445 

1,3471 

1,3390 

4 

1,3311 

1,3342 

1,3370 

1,3409 

1,3447 

1,3473 

1,3390 

5 

1,3310 

1,3342 

1,3369 

1,3409 

1,3448 

1,3477 

1,3388 

6 

1,3312 

1,3344 

1,3370 

1,3412 

1,3447 

1,3478 

1,3389 

7 

1,3310 

1,3341 

1,3369 

1,3411 

1,3449 

1,3473 

1,3391 

8 

1,3310 

1,3340 

1,3370 

1,3411 

1,3448 

1,3475 

1,3390 

Średnia: 

1,3311 

1,3342 

1,3370 

1,3410 

1,3447 

1,3474 

1,3390 

Tab. 1: 

Wyniki pomiarów  

 

 

4 

 

4. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW 

 

W  programie  Excel  2007 

obliczyliśmy  za  pomocą  funkcji  reglinp  współczynniki 

prostej, która aproksymuje wyniki pomiarów:  

 

 

 

 

 

 

Rys. 3: 

Wykres zależności współczynnika załamania światła od stężenia roztworu 

 

 

Stężenie poszukiwanego roztworu (x%) można obliczyć na dwa sposoby: 

 

Sposób analityczny: 

Po przekształceniu wzoru y=ax+b: 

 

 

 

Obliczenie różniczki zupełnej: 

 

 

 

 

 

 

1,3300

1,3310

1,3320

1,3330

1,3340

1,3350

1,3360

1,3370

1,3380

1,3390

1,3400

1,3410

1,3420

1,3430

1,3440

1,3450

1,3460

1,3470

1,3480

1,3490

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

8%

9%

10%

11%

Ws

p

ó

łc

zy

n

n

ik 

załam

an

ia 

n

Stężenie roztworu [%]

5 

 

 

 

Sposób graficzny: 

 

Rys. 4: 

Wykres zależności współczynnika załamania światła od stężenia roztworu 

 

Z wykresu można odczytać, że nieznany roztwór ma stężenie równe: 4,9%.  

 

5

. ZESTAWIENIE WYNIKÓW 

Sposób analityczny 

Sposób graficzny 

 

4,9% 

Tab. 2: 

Końcowe zestawienie wyników obliczeń roztworu x%

 

 

6. WNIOSKI 

Po  przeprowadzeniu  ćwiczenia  jednoznacznie  można  stwierdzić,  że  współczynnik 

załamania  światła  jest  proporcjonalny  do  stężenia  roztworu.  Wraz  ze  wzrostem  stężenia 

rośnie współczynnik  załamania światła.  Końcowe wyniki  obliczeń  są  wiarygodne,  ponieważ  

w  obu  przypadkach  wyznaczania 

x%  otrzymano  zbliżone  wartości.  Jest  to  dowód  na 

poprawność  przeprowadzonego  zadania.  Z  obranych  metod  obliczeń  dokładniejszy  jest 

sposób analityczny, gdyż sposób graficzny obarczony jest ograniczoną rozdzielczością siatki 

wykresu.  Niepewności  pomiarowe  wynikają  najprawdopodobniej  z  niedokładności  sprzętu 

pomiarowego i ludzkiego oka.