POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT FIZYKI FILIA W JELENIEJ GÓRZE			SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR TEMAT: Wyznaczanie współczynnika załamania cieczy i ciał stałych
Imię i nazwisko: Rafał Bonna			Numer kolejny ćwiczenia: 1	Zaliczenie
Grupa: 3	Wydział: Elektroniki	Rok: pierwszy	Data wykonania ćwiczenia: 14.04.2000

Cel ćwiczenia

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

Wprowadzenie teoretyczne

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
są zależne od długości fali promieniowania elektromagnetycznego.

Iloczyn współczynnika załamania ośrodka, w którym biegnie fala i geometrycznej długości jogo drogi nazywamy drogą optyczną.

Fala elektromagnetyczna przechodząc przez granicę dwóch ośrodków 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.

Załamanie fali przechodzącej opisuje zależność:

gdzie n jest względnym współczynnikiem załamania ośrodka II.

Jeżeli światło przechodzi przez granicę ośrodków I i II gdzie n₁ > n₂, to dla pewnego kąta padania
kąt załamania
i światło nie przechodzi do ośrodka II.

Zasada pomiaru refraktometrem Abbego.

Badana ciecz stanowi warstwę płaskorównoległą, zawartą między dwoma pryzmatami wykonanymi ze szkła o dużym współczynniku załamania. Współczynnik załamania badanej cieczy musi być mniejszy niż współczynnik załamania szkła pryzmatów. Aby uniknąć barwnego rozszczepiania się światła stosuje się kompensator znajdujący się przed obiektywem lunety. Padające promienie przechodzą przez dolny pryzmat a następnie dostają się do badanej cieczy. Promienie, które padają pod kątem większym niż kąt graniczny, zostają całkowicie odbite i nie przedostają się do drugiego pryzmatu. Promienie wychodzące z drugiego pryzmatu obserwuje się przez lunetkę. Jest ona ustawiona tak aby połowa widzenia pola była jasna, a połowa ciemna tzn. aby promienie graniczne przechodziły przez umieszczony w polu widzenia krzyż z nici pajęczych. Przyrząd jest wyskalowany w ten sposób, że na odpowiedniej skali odczytujemy współczynnik załamania.

Zasada pomiaru za pomocą mikroskopu.

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

Pomiar sprowadze się do obserwacji górnej i dolnej powierzchni badanej warstwy oraz do określenia położenia obrazu dolnej powierzchni warstwy względem górnej powierzchni. Ze względu na to, że ruch mikro mikroskopu służy do ustawienia ostrości mikroskopu a nie do celów pomiarowych, podziałka umieszczona na bębnach śrub nie musi odpowiadać dokładnym wartością setnych części milimetra. Przyrząd został więc wyskalowany i dla zadanej liczby działek przesuwu śruby mikrometrycznej właściwą wartość grubości odczytujemy z krzywej skalowania.

Wyniki pomiaru refraktometrem

Woda destylowana	Denaturat	Alkohol amylowy	Gliceryna
1,3320	1,3600	1,4056	1,4661
1,3321	1,3600	1,4056	1,4661

Wyniki pomiaru mikroskopem

III - I = d

III - II = h

n = d / h

Błąd wyznaczam ze wzoru:

Dla szkła

I = 0 II = 41 III =125 n = 1,4880
= 0,08746
=5,8%

I = 0 II = 45 III = 127,5 n = 1,5454
= 0,08800
=5,6%

Dla wody

I = 0 II = 39 III = 286 n = 1,1578
= 0,2856
=24%

I = 0 II = 24 III = 291 n = 1,0899
= 0,2688
=24%

Wnioski:

Pomiary dokonywane refraktometrem okazują się dokładniejsze od pomiarów dokonywanych mikroskopem. Związane to jest z indywidualnym i subiektywnym sposobem obserwacji obrazu widzianego za pomocą mikroskopu ( ma na myśli dokładność ustawienia ostrości, ponieważ rysa na szkle widziana pod mikroskopem okazała się wielowarstwowa nie możliwe okazało się każdorazowe ustawienie ostrości na tej samej warstwie a co za tym idzie na tej samej grubości).

---