Data:
Mechanika
i Budowa Imie i Nazwisko
21.03.2012
Maszyn
Ocena:
Wyznaczenie współczynnika
dr
załamania światła za pomocą
refraktometru Abbego
I. Wprowadzenie
Światło, przy przejściu przez granicę dwóch ośrodków, zmienia swój kierunek ruchu.
Zjawisko to zostało nazwane załamaniem światła. Schemat tego zjawiska przedstawia
poniższy rysunek:
Rys. 1. Załamanie światła na granicy dwóch ośrodków
Promień biegnący ze środowiska I doznaje załamania na granicy ośrodków I i II. Kąt zawarty
między promieniem padającym a prostopadłą do granicy ośrodków, nazywa się kątem
padania. Analogicznie definiuje się kąt załamania.
Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest dla danej pary ośrodków
wielkością stałą. Wartość tego stosunku nazywa się względnym współczynnikiem załamania
ośrodka 2 względem ośrodka 1. Współczynnik załamania można również wyrazić przez
stosunek prędkości rozchodzenia się światła w tych ośrodkach:
siną v1
n21 = =
sin� v2
Gdzie:
n21  względny współczynnik załamania ośrodka 2 względem ośrodka 1,
v1,v2  prędkości światła w odpowiednich ośrodkach.
Współczynnik załamania można wyznaczyć przez bezpośredni pomiar kątów padania i
załamania. Przyrządem służącym do wyznaczania współczynnika załamania jest refraktometr
Abbego. Działanie jego oparte jest na wykorzystaniu zjawiska całkowitego wewnętrznego
odbicia.
Opis przyrządu pomiarowego:
Podstawowym elementem przyrządu jest pryzmat refraktometryczny. Nad pryzmatem
refraktometrycznym znajduje się pryzmat nakrywkowy, zwany również oświetlającym.
Podczas pomiaru wiązka promieni świetlnych zostaje skierowana do pryzmatu oświetlającego.
Wiązka załamana na płaszczyz
nie pomiarowej przedostaje się do wnętrza kadłuba
refraktometru. Po przejściu przez pryzmat kierujący, promienie trafiają do zespołu pryzmatów
Amiciego. Obrót pryzmatów Amiciego powoduje rozczepienie światła białego. Badana ciecz
jest ośrodkiem optycznie rzadszym w porównaniu ze szkłem pryzmatów, dlatego wszystkie
promienie świetlne mogą przejść do pryzmatu refraktometrycznego.
Opis przebiegu ćwiczenia:
1. Pomiędzy oczyszczone powierzchnie pryzmatów wprowadziłem badaną ciecz w taki
sposób aby przykryła całą powierzchnię dolnego pryzmatu.
2. Próbkę oświetliłem światłem.
3. Pokrętłem z prawej strony przyrządu (poprzez obrót pryzmatów Amiciego) doprowadziłem
do powstania wyraz
nej granicy między dwoma oświetlonymi częściami pola widocznego w
okularze.
4. Pokrętłem z lewej strony przyrządu przesunąłem linię graniczną pola widzenia do punktu
przecięcia dwu skrzyżowanych nici widocznych w polu widzenia okularu.
5. Ze skali znajdującej się poniżej pola oświetlonego odczytałem wartość współczynnika
załamania badanej cieczy.
6. Powtórzyłem część pomiarów w celu obliczenia niepewności pomiaru.
Pomiary przeprowadziłem dla wody destylowanej oraz wcześniej przygotowanych roztworów
gliceryny w wodzie.
II. Tabela pomiarów.
Wyznacznanie współczynnika załamania światła refraktrometrem Abbego
Stężenie Współczynnik załamania n
roztworu c % Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 nśr
0 (H2O) 1,333 1,333 1,333 1,333
10 1,346 1,345 1,345
20 1,358 1,359 1,357 1,357
30 1,371 1,371 1,371
40 1,385 1,385 1,384 1,385
50 1,399 1,399 1,399
60 1,414 1,414 1,414 1,414
70 1,428 1,428 1,428
80 1,444 1,443 1,444 1,444
X 1,451 1,451 1,451
Y 1,37 1,37 1,37 1,37
III. Rachunek niepewności pomiaru.
Błąd wartości stężenia roztworu wynosi:
"
" 100% 3%

Dla poszczególnych stężeń błędy te wynoszą:
" % 10% " 0,03 0,3%
" % 20% " 0,03 0,6%
" % 30% " 0,03 0,9%
" % 40% " 0,03 1,2%
" % 50% " 0,03 1,5%
" % 60% " 0,03 1,8%
" % 70% " 0,03 2,1%
" % 80% " 0,03 2,4%
Błąd pomiaru wyznaczyłem powtarzając pomiary dla wybranych stężeń roztworu:
" % 1,359 1,357 0,002
" % 1,385 1,384 0,001
" % 1,444 1,443 0,001
" % " % " % 0,004
" 0,001
3 3
IV. Wykres zależności współczynnika załamania światła od stężenia roztworu
1,451
1,444
1,428
1,414
1,399
1,385
1,370
1,357
1,345
1,333
28 86
0 102030405060708090
Stężenie roztworu C[%]
Współczynnik załamania światła n
V. Wnioski
Pomiary zostały przeprowadzone dla wody destylowanej (H2O) oraz dla roztworów
wodnych gliceryny o znanym stężeniu w zakresie 10-80% oraz dwóch roztworów o
nieznanym stężeniu, oznaczonych literami X i Y. Zauważyłem pewną zależność podczas
wykonywania pomiarów, wraz ze wzrostem stężenia roztworu rośnie również
współczynnik załamania światła.
Najniższy współczynnik miała woda destylowana. Na podstawie przeprowadzonych
pomiarów stworzyłem wykres zależności n=f(c). Na podstawie linii trendu (jej wzoru)
mogę wyznaczyć wartości stężenia dla roztworów oznaczonych literami X i Y.
Równanie liniowe linii trendu:
0,0014 1,3306
Gdzie:
y  współczynnik załamania światła
x  stężenie roztworu.
Obliczenie stężenia roztworu X dla którego współczynnik załamania światła wynosi: 1,451
1,451 1,3306
ęż
0,0014
" % 86% " 0,03 2,6%
ęż 86% 2,6%
Obliczenie stężenia roztworu Y dla którego współczynnik załamania światła wynosi: 1,37
1,37 1,3306
ęż
0,0014
" % 28% " 0,03 0,8%
ęż 28% 0,8%