57 (30)

Fal Jacek 07.12.2006

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 57

Pomiar dyspersyjności cieczy

1. Zagadnienia teoretyczne:

Prawo załamania:

Zgodnie ze schematem promień (padający) P pochodzący z ośrodka 1, w punkcie S pada na granicę ośrodków, załamuje się na granicy i podąża jako promień załamany Z w ośrodku 2.

Prawo Snelliusa mówi, że promienie padający i załamany oraz prostopadła padania (normalna) leżą w jednej płaszczyźnie a kąty spełniają zależność:

0x01 graphic

Pryzmat - bryła z materiału przezroczystego o co najmniej dwóch ścianach płaskich nachylonych do siebie pod kątem ostrym.

Używany w optyce do zmiany kierunku biegu fal świetlnych, a poprzez to, że zmiana kierunku zależy od długości fali jest używany do analizy widmowej światła. Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia pozwala użyć pryzmatu jako idealnego elementu odbijającego światło. Wykorzystywany w produkcji wielu urządzeń optycznych np. lornetka, peryskop.

Całkowite wewnętrzne odbicie to zjawisko fizyczne zachodące dla fal (najbardziej znane dla światła) występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka lecz ulega całkowitemu odbiciu.

Refraktometr - jest przyrządem do badania współczynników załamania światła w różnych środowiskach, przede wszystkim w cieczach. Nowoczesne refraktometry posiadają automatyczną kompensację temperatury i łatwo je kalibrować.

Refraktometr stosuje się np. do określenia:

dojrzałości wina poprzez optyczną ocenę koncentracji cukru w moszczu (zobacz też areometr),

zawartości wody, np. w słodzie piwnym, miodzie, sokach owocowych, dżemach,

odporności na zamarzanie płynu w układzie chłodzenia lub w spryskiwaczu samochodowym,

gęstości elektrolitu w akumulatorze,

ilości rozpuszczonych substancji, np. stopień zasolenia wody morskiej.

Np. przy pomiarze zawartości wody w miodzie światło załamuje się mniej lub więcej w zależności od jej ilości, co jest widziane przez okular, a umieszczona tam skala pozwala na szybki odczyt.

Części składowe refraktometru:

Pryzmat (stolik) do ulokowania sprawdzanej cieczy

Przykrywka

Obudowa

Okular nastawiany odpowiednio do wzroku

Dyspersja - w optyce to zależność współczynnika załamania n ośrodka (np. szkła) od długości fali. W efekcie światło o różnych długościach załamane np. na pryzmacie załamuje się pod różnymi kątami, co daje rozdzielenie światła białego na barwy tęczy zwanego rozszczepieniem światła.

Zależność współczynnika załamania światła od długości fali światła nazywana jest współczynnikiem dyspersji i jest parametrem określającym własności minerałów. Minerały o dużej dyspersji odpowiednio oszlifowane mienią się różnymi barwami w wyniku rozłożenie światła białego.

Dyspersja w optyce jest szczególnym przypadkiem ogólniejszego zjawiska dyspersji fali i oznacza zależność prędkości fazowej fali od jej częstości, a tym samym i długości. W ośrodku niedyspersyjnym, gdzie ta zależność nie występuje, prędkość fazowa fali jest jednakowa dla wszystkich długości fal i jest równa prędkości grupowej. Przykładem niedyspersyjnego rozchodzenia się światła jest rozchodzenie się fali elektromagnetycznej w próżni.

Dla niemalże każdego materiału rozchodzenie się światła jest dyspersyjne.

2. Wykonanie ćwiczenia:

1. Dokonać wstępnego przeglądu działania poszczególnych zespołów refraktometru.

2. Wyczyścić pryzmat przed napełnieniem wodą destylowaną.

3. Po napełnieniu V - pryzmatu wodą destylowaną i zamknięciu pokrywką wykonujemy serię pomiarów kąta odchylenia
w funkcji wybranych w całym zakresie widzialnym długości fal widm poszczególnych lamp spektralnych posługując się katalogiem producenta. Zaleca się prowadzić pomiary rozpoczynając od lampy rtęciowej a następnie z lampą helową, ponieważ w tej kolejności identyfikacja linii widmowych jest łatwiejsza.

4. Następnie opróżniamy V - pryzmat z wody i po wyczyszczeniu napełniamy go zadanym roztworem badanej substancji, również przykrywając go pokrywką.

5. Wykonujemy analogiczną serię pomiarów zależności kąta odchylenia
od długości fali świetlnej w całym obszarze widzialnym.

6. Na podstawie uzyskanych pomiarów obliczamy wartości współczynników załamania światła w funkcji długości fal posiłkując się wzorem na
. Ze względu na wysoką dokładność pomiaru kątów odchylenia, wskazanym jest używanie tabel trygonometrycznych o podwyższonej dokładności dołączonych do instrukcji.