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.