Nr ćwicz. 308	Data: 12.05.11	Hubert Jur	Wydział Technologii Chemicznej	Semestr: II	Grupa: 2
Prowadzący: dr Tadeusz Wesołek			Przygotowanie:	Wykonanie:	Ocena ostat.:

Wyznaczanie współczynnika załamania światła dla cieczy za pomocą refrakto- metru Abbego.

Podstawy teoretyczne

Do załamania promienia świetlnego dochodzi na granicy dwóch ośrodków. Kąt zawarty między normalną do powierzchni a kierunkiem promienia nazywamy kątem padania i kątem załamania odpowiednio dla ośrodka pierwszego (przed zetknięciem promienia z granicą) oraz ośrodka drugiego. Ponadto jeśli wiązka przechodzi z ośrodka optycznie rzadszego do ośrodka optycznie gęstszego, to kąt załamania jest mniejszy od kąta padania. W przeciwnym wypadku mamy do czynienia z sytuacją odwrotną - kąt załamania jest większy od kąta padania.

Mimo że każdemu kątowi padania α odpowiada inny kąt załamania β, to wartościami tych kątów rządzi pewne prawo zwane prawem załamania światła (prawem Snella). Wynika z niego, że stosunek sinusów obu kątów jest stały dla danej pary ośrodków i dla danej długości fali światła. Formalnie przedstawia się ono następująco:

,

gdzie n₁ i n₂ są bezwzględnymi współczynnikami załamania światła dla poszczególnego ośrodka. Wielkości te można wyrazić także jako stosunek prędkości światła w próżni c do prędkości światła w danym ośrodku v, zatem:

.

Z powyższej zależności wnioskujemy, że wartość współczynnika zawsze jest większa od jedności, bowiem prędkość światła w próżni jest największa.

Stosunek bezwzględnych współczynników załamania światła obu ośrodków (drugiego do pierw-szego) nazywamy względnym współczynnikiem załamania:

.

Bardzo często mamy do czynienia z załamaniem światła na granicy powietrza i cieczy lub ciała stałego. Mając na uwadze prędkość światła w powietrzu bliską jego prędkości w próżni przyjmuje się, że współczynnik załamania dla powietrza wynosi 1. Wobec tego zależność Snella, a więc stosunek sinusów kątów padania i załamania, wyznacza bezwzględny współczynnik załamania ośrodka drugiego (jeśli pierwszym oczywiście było powietrze).

Szczególny aspekt opisywanego zjawiska stanowi całkowite odbicie wewnętrzne, które zachodzi dla kąta większego lub równego tak zwanemu kątowi granicznemu. Dodatkowym warunkiem jest kolejność ośrodków, przez które przechodzi promień. Istotne jest, by pierwszy z nich był optycznie gęstszy od ośrodka drugiego. Wiemy już, że w tym przypadku kąt załamania jest większy od kąta padania. W związku z tym, dla pewnego kąta padania (kąta granicznego α_g), możliwe jest uzyskanie kąta załamania równego 90º. Wówczas promień załamany pokrywa się z linią granicy ośrodków, co innymi słowy oznacza, że nie przechodzi on do ośrodka drugiego. Większe wartości kąta α powodują całkowite odbicie wewnętrzne promienia. Mówimy wtedy wyłącznie o promieniu odbitym jako jedynym powstałym w skutek zetknięcia promienia padającego na granicę ośrodków. Zjawisko ilustruje poniższy rysunek:

Wzór Snella dla kąta granicznego (i wobec powyższego schematu) przyjmuje wygodną postać:

.

Wyniki pomiarów

	woda	roztwór wodny gliceryny o różnym stężeniu procentowym
stężenie procento-we roztworu [%]	0	10	30	50	70	100	X
współczynnik załamania n	1,330	1,342	1,369	1,397	1,425	1,466	1,376

Następnie na podstawie pomiarów należało wykonać wykres zależności współczynnika załamania od stężenia roztworu.

Niepewność odczytu współczynnika załamania: Δn = 0,001.

Wnioski

• Na podstawie wykresu widać, że wartość współczynnika załamania roztworu wzrasta liniowo wraz z jego stężeniem.

• Na podstawie wykresu ustalono, że stężenie X=36%.

- 1 -

---