Cybulski Paweł , Barcz Sławomir			Zespół 6
Ćw. 401	„Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą refraktometru Abbego”

Pomiar kąta granicznego może być wykorzystany do wyznaczania współczynnika załamania. Jeżeli mierzymy kąt graniczny α_gr przy przechodzeniu światła z ośrodka badanego o nieznanym współczynniku załamania n₂ do ośrodka o współczynniku znanym n₁, to szukany współczynnik : n₂ = n₁ sin α_gr .

Na tej zasadzie oparta jest konstrukcja szeregu typów refraktometrów. Omówimy szczegółowiej budowę refraktometru Abbego.

Główną częścią tego przyrządu jest kostka złożona z dwóch prostokątnych pryzmatów wykonanych ze szkła flintowego o dużym współczynniku załamania zawartym w granicach 1.612 - 1.755. Pryzmaty te są złożone razem powierzchniami przeciwprostokątnymi. Pomiędzy te powierzchnie wprowadza się kilka kropel badanej cieczy, której współczynnik załamania powinien być mniejszy niż współczynnik załamania szkła pryzmatu.

Wiązka promieni pada na pryzmat oświetlający. Matowa powierzchnia przeciwprostokątna tego pryzmatu rozprasza przechodzące światło tak, że do cieczy, a tym samym i na pryzmat refraktometryczny pada ono pod różnymi kątami. Na granicy cieczy i pryzmatu promienie ulegają załamaniu i do pryzmatu refraktometrycznego ( ośrodek gęstszy ) wchodzi wiązka zawarta w stożku świetlnym ograniczonym promieniami granicznymi. Po wyjściu z pryzmatu wiązka światła zostaje skierowana przez pryzmat kierujący do układu pryzmatów ` a vision directe `. Po przejściu przez ten układ pryzmatów wiązka promieni pada na obiektyw i zostaje zogniskowana w górnym odcinku pola widzenia okularu. Patrząc przez okular widzimy oświetloną część pola widzenia (padają promienie zawarte w obrębie stożka granicznego) i część ciemną ( poza obrębem stożka granicznego światło nie dociera do okularu ). Granica pól jasnego i ciemnego odpowiada zatem kątowi granicznemu. Dokładnego ustawienia na kąt graniczny dokonuje się ustawiając linię graniczną na skrzyżowaniu nici pajęczych widocznych w polu widzenia okularu. Do tego celu służy pokrętło.

Układ odczytowy umożliwia bezpośredni odczyt bezwzględnego współczynnika załamania cieczy z dokładnością do 5⋅10^-4. Podziałka układu odczytowego oświetlona jest światłem skierowanym przez płaskie zwierciadło zamocowane w obrotowo-przechylnej oprawie.

Kąt graniczny jest dla każdej częstotliwości fali inny, dlatego też przy obserwacji w świetle białym nie można uzyskać ostrej linii podziału w refraktometrze, lecz rozmyty pasek barwny. Do likwidacji zabarwienia linii granicznej służy kompensator złożony z dwóch pryzmatów ` a vision directe '. Pryzmaty obracane są za pomocą przekładni zębatej stożkowej w przeciwne strony.

Pryzmat ` a vision directe ` rozszczepia światło nie zmieniając kierunku biegu światła żółtej linii sodu. Zestawiony on jest zazwyczaj z trzech pryzmatów ze szkła crown i flint o odpowiednio dobranych kątach łamiących.

Kompensator działa jak jeden pryzmat ` a vision directe ` o zmiennej dyspersji. Jeżeli pryzmaty ` a vision directe ` znajdują się w położeniu, w którym ich krawędzie łamiące są równoległe, to dyspersja układu jest dwa razy większa niż dla jednego pryzmatu.

Jeżeli krawędzie obu pryzmatów w kompensatorze są zwrócone w przeciwne strony, to układ nie rozszczepia światła i dyspersja jego jest równa zeru. Przy obrocie kompensatora możemy zatem otrzymać każdą bezwzględną wartość dyspersji między zerem, a podwójną dyspersją jednego pryzmatu ` a vision directe `.

Zabarwienie linii podziału odpowiadające dyspersji danej cieczy znajdującej się między pryzmatami można więc zlikwidować przez obrót kompensatora wprowadzając dyspersję przeciwnego znaku. W wyniku tego możemy otrzymać w polu widzenia lunetki ostrą linię podziału.

Obok współczynnika załamania światła charakterystyczną wielkością każdego ośrodka jest jego dyspersja optyczna.

Miarą dyspersji danego ośrodka jest różnica współczynników załamania dla linii F i C Fraunhofera, przy czym linia F leży w krótkofalowej części widma, linia C w długofalowej :

Δn = n_f - n_c .

Zdolność łamiącą damego ośrodka charakteryzuje współczynnik załamania n_d dla żółtej linii Fraunhofera D₁. Stosunek :

nazwano zdolnością rozszczepiającą względną danego ośrodka.

Śruba mikrometryczna kompensatora w omawianym refraktometrze Abbego zaopatrzona jest w podziałkę. Na podstawie odczytu wartości liczby Z z podziałki można obliczyć dyspersję i względną zdolność rozszczepiającą badanej cieczy ze wzoru :

Δn = A + Bδ ,

gdzie A, B i δ - stałe, których wartości można odczytać z tablicy stałych dla danej wartości liczby Z i współczynnika załamania n_d badanej cieczy.

Podstawowym elementem refraktometru Abbego jest pryzmat refraktometryczny z poziomo ustawioną płaszczyzną pomiarową. Łączniki oraz kanały wewnątrz obudowy pryzmatu umożliwiają podłączenie refraktometru do termostatu i obieg zamknięty cieczy termostatującej. Termometr umieszczony w cieczy termostatującej umożliwia kontrolę temperatury. Nad pryzmatem refraktometrycznym znajduje się pryzmat nakrywkowy. Okienko w oprawie tego pryzmatu służy do oświetlenia substancji badanych w świetle przechodzącym. Do oświetlania substancji przy pomiarach w świetle odbitym służy zwierciadło umieszczone pod pryzmatem refraktometrycznym. Pryzmat kierujący, kompensator i układ odczytowy umieszczone są we wnętrzu obudowy refraktometru. Pokrętło służy do przemieszczania linii granicznej i podziałki współczynników załamania w polu widzenia okularu. Obrót kompensatora uzyskuje się za pomocą pokrętła.

Ocena metody pomiarowej : Dokładność pomiarów zależy przede wszystkim od czystości powierzchni pryzmatu. Należy uważać, aby po każdym pomiarze powierzchnię dokładnie przemyć, osuszyć i nie porysować pryzmatu. Przyczyną błędów jest również niedokładność ustawienia linii granicznej na skrzyżowaniu nici pajęczych. Obraz nici powinien być bardzo ostry, ułatwia to dokładne ustawienie. Ponadto sama podziałka może być obarczona pewnym błędem. Istnieje jednak w refraktometrze urządzenie pozwalające na ponowne dokładne wyskalowanie.

---