EAI i E

Imię i Nazwisko: Janocha Marcin

Rok I

Grupa 3

Zespół 5

Pracownia fizyczna I

Współczynnik załamania światła dla cieczy

Nr ćwiczenia: 52

Data wykonania: 1999-03-24

Data oddania:

Zwrot do pop:

Data oddania:

Data zalicz:

Ocena:

I Cel ćwiczenia.

Tematem naszego doświadczenia jest wyznaczenie współczynnika załamania światła dla cieczy za pomocą refraktometru Abbego.

II Wstęp teoretyczny.

Kąt załamania światła przy przejściu przez granicę dwóch różnych ośrodków o różnych gęstościach optycznych zależy od padania oraz od tego, z którego z ośrodków jest przejście do którego, ściślej mówiąc czy z ośrodka o większej gęstości do mniejszej czy na odwrót. Przy przejściu światła z ośrodka gęstszego do ośrodka o mniejszej gęstości optycznej, kąt załamania jest większy od kąta padania. Gdy będziemy zwiększać kąt padania od zera do pewnej określonej wartości, kąty załamania też będą rosnąć. Tę sytuacje będziemy obserwować dopóki pro-mień załamany nie będzie biegł równolegle do powierzchni łamiącej, czyli gdy kąt łamiący wynosi 90°. Odpowiadający mu kąt padania ,jest ostry i zwany jest kątem granicznym θ.

Gdy kąt padania będziemy jeszcze bardziej zwiększać czyli kąt padania będzie większy od kąta θnie będzie wtedy już promienia załamanego, zajdzie całkowite wewnętrzne odbicie światła. Kąt graniczny wyznacza się z prawa załamania Snelliusa, gdy przyjmiemy jeden jako wartość sinusa kąta załamania. Zatem

(1)

Zjawisko załamania światła, ze zwiększaniem kąta padania i zjawiskiem całkowitego wewnętrznego obicia światła, po przekroczeniu kąta padania wartości θ przedstawia rysunek (na następnej stronie).

Powietrze

A B C D E F

θ szkło

Do naszego doświadczenia użyjemy refraktometru Abbego. Składa się on z dwóch pryzmatów zbudowanych ze szkła o dużym współczynniku załamania. Badana ciecz znajduje się miedzy dwoma pryzmatami. Promienie przechodzące przez pryzmat pierwszy padają na ciecz pod różnymi kątami. Na granicy szkło-ciecz promienie ulegają załamaniu i odbiciu. Załamane promienie przenikają przez drugi pryzmat, a po wyjściu ponownie załamują się i wychodzą równolegle do promieni padających. Promień po wyjściu oświetla pole lunetki. Jeżeli promienie padające na ciecz pod kątami większymi od kąta granicznego ulegają całkowitemu odbiciu i nie oświetlają pola lunetki.

Plan:

1. Sporządzić roztwór 10 [g] cukru na 50 [ml] wody destylowanej.

2. Wykonać pomiar przy pomocy refraktometru.

3. Powyższe czynności powtórzyć rozcieńczając roztwór.

Opis doświadczenia:

Pierwszym pomiarem jaki zrealizowaliśmy był pomiar współczynnika załamania dla wody destylowanej. Wynik jaki otrzymaliśmy wynosił n=1.337 i C_p=3%. Otrzymany wynik stężenia procentowego jest błędem systematycznym. Zatem podczas pomiarów otrzymane wyniki należy przy obliczeniach zmniejszać o ΔC_ps =3%, a także Δn_s=0.004.

Następną czynnością było sporządzenie roztworu cukru. Do 10 [g] cukru, które odmierzyliśmy wagą szalkową, wlaliśmy 50 [ml] wody destylowanej. Badaną próbkę roztowru umieszczaliśmy w refraktometrze i wykonywaliśmy pomiar trzykrotnie.

Następnie rozcieńczaliśmy rozwór dolewając określone ilości wody destylowanej. Serie pomiarów powtórzyliśmy dla 100,150,200,250,350 i 500 mili litrów rozworu cukru. Otrzymane wyniki przedstawia poniższa tabela.

Ilość rozworu [ml]	współ. załamania n	współ. załam. n bez błędu	stężenie [%]	stężenie procen-towe bez błędu
50	1.361	1.357	18,5	15,5
50	1.362	1.358	19,0	16,0
50	1.361	1.357	18,5	15,5
100	1.350	1.346	11,5	8,5
100	1.350	1.346	11,5	8,5
100	1.350	1.346	11,5	8,5
150	1.346	1.342	9,0	6,0
150	1.345	1.341	8,5	5,5
150	1.346	1.342	9,0	6,0
200	1.344	1.340	8,0	5,0
200	1.344	1.340	8,0	5,0
200	1.344	1.340	8,0	5,0
250	1.343	1.339	7,0	4,0
250	1.343	1.339	7,0	4,0
250	1.343	1.339	7,0	4,0
350	1.342	1.338	6,0	3,0
350	1.342	1.338	6,0	3,0
350	1.342	1.338	6,0	3,0
500	1.341	1.337	5,5	2,5
500	1.341	1.337	5,5	2,5
500	1.340	1.336	5,0	2,0

Tabela 1.

Oprócz tego mamy ΔV=1[ml], Δn=0.001 i Δm=10 [mg].

Zgodnie z wartościami tablicowymi współczynnik załamania światła w wodzie wynosi w temperaturze 15°C, n=1.333.

Obliczenia:

Ze wzoru

Gdzie m_c=10[g] - masa cukru, oraz m_w - masa wody,gdzie 1[ml]=1[g].

Zatem z różniczki zupełnej mamy

(2)

gdzie Δm_W =1 [g] , Δm_C = 0.01[g]

Stąd oraz wzoru (2) otrzymujemy

ΔCp

0.26

0.07

0.03

0.02

0.01

0.01

0.01

Dyskusja wyników:

Analizując otrzymany wykres dołączony do sprawozdania widzimy liniowy charakter jaki przedstawia zależność zmiany stężenia do otrzymywanego współczynnika załamania.

Widzimy, że wraz ze wzrostem stężenia współczynnik załamania także rośnie. Zatem jeżeli będziemy zmniejszać stężenie procentowe roztworu to współczynnik załamania będzie malał i zgodnie z wzorem (1) będziemy obserwować wzrost kąta granicznego, czyli będziemy mogli zwiększać kąttpadania.

Zespół 5 - 2 - Środa 9:45

---