Pomiar współczynnika załamania światła za pomocą refraktometru Abbego

I Wstęp teoretyczny.

Załamanie światła- to zmiana kierunku rozchodzenia się fali świetlnej (refrakcja fali) związana ze zmianą jej prędkości, gdy przechodzi do innego ośrodka. Zmiana prędkości powoduje zmianę długości fali, a częstotliwość pozostaje stała.

Schemat prawa załamania fali

A. Ośrodek 1

B. Ośrodek 2

1. Granica ośrodków

2. Normalna

Odbicie — zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicy dwóch ośrodków powodująca, że pozostaje ona w ośrodku, w którym się rozchodzi. Odbicie może dawać obraz lustrzany lub być rozmyte, zachowując tylko właściwości fali, ale nie dokładny obraz jej źródła.

Całkowite wewnętrzne odbicie -- zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicy dwóch ośrodków powodująca, że pozostaje ona w ośrodku, w którym się rozchodzi. Odbicie może dawać obraz lustrzany lub być rozmyte, zachowując tylko właściwości fali, ale nie dokładny obraz jej źródła.

Kąt graniczny - maksymalny kąt, pod jakim promień świetlny może padać na granicę ośrodków, ulegając przy tym załamaniu. Występuje tylko w sytuacji, gdy światło rozchodzące się w ośrodku o współczynniku załamania n₁ pada na granicę z ośrodkiem o współczynniku załamania n₂, takim że n₂ < n₁.

Przy wzroście kąta padania promienia powyżej wartości kąta granicznego, promień nie załamuje się i pojawia się efekt całkowitego wewnętrznego odbicia.

Bezwzględny współczynnik załamania światła- to stosunek prędkości rozchodzenia się fali świetlnej w próżni do prędkości światła w danym ośrodku.

$$n = \frac{c}{v}$$

Względny współczynnik załamania światła- jest miarą zmiany prędkości rozchodzenia się fali w danym ośrodku w stosunku do prędkości w innym ośrodku (pewnym ośrodku odniesienia).

$$n_{2,1} = \frac{n_{1}}{n_{2}}$$

Współczynnik ten wiąże się bezpośrednio z kątem padania α i kątem załamania β. Związek ten wyraża prawo Snelliusa:

$$\frac{\text{sinα}}{\text{sinβ}} = \frac{v_{1}}{v_{2}} = n_{2,1}$$

Refraktometr Abbego- przyrząd służący do pomiaru współczynnika załamania cieczy lub ciał stałych. Jego działanie opiera się na wykorzystaniu zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia światła. Refraktometr zbudowany jest z dwóch pryzmatów, między które wprowadzamy kilka kropli badanej cieczy, kierujemy światło z zewnętrznego źródła, regulujemy ostrość, nastawiamy krzyż i odczytujemy ze skali pomiar współczynnika załamania oraz procentową zawartość cukru w wodzie.

Refrakcja molekularna- jest wielkością określającą zależność współczynnika załamania światła n od gęstości danej substancji d w odniesieniu do jednego mola substancji. Zależy od długości fali światła stosowanej do pomiaru współczynnika załamania:

$$R = \frac{(n^{2} - 1)}{(n^{2} + 2)}*\frac{M}{d}$$

Zastosowanie pomiaru współczynnika załamania światła w biologii i medycynie:

- badanie stężenia substancji w roztworach ciekłych

- identyfikacja substancji, określanie jej czystości, pomiar jej stężenia

- współczynnik załamania jest najważniejszym parametrem układu optycznego, od niego zależy zdolność skupiająca soczewek czy dyspersja pryzmatu.

III Wyniki.

pomiar	WSPÓŁCZYNNIK ZAŁAMANIA
	Roztwór I
1.	1,3360
2.	1,3361

pomiar	ZAWARTOŚĆ PROCENTOWA GLUKOZY
	Roztwór I
1.	2,1 %
2.	2,2%

IV Opracowanie wyników.

Średnia arytmetyczna dla:

R1 :

Wśr=$\frac{1,3360 + 1,3361}{2} = 1,3360$

R2:

Wśr=$\frac{1,3371 + 1,3361}{2} = 1,3366$

R3:

Wśr=$\frac{1,3391 + 1.3395}{2} = 1,3393$

R4:

Wśr=$\frac{1,3398 + 1,3389}{2}$=1,3393

R5:

Wśr=$\frac{1,3416 + 1,3410}{2}$=1,3413

R6:

Wśr=$\frac{1,3431 + 1,3425}{2}$=1,3428

V Wnioski:

- przy pomocy refraktometru w dość precyzyjny sposób można określić współczynnik załamania substancji oraz jej stężenie

- im większy współczynnik załamania tym większe stężenie roztworu i vice versa

- różnice między otrzymanymi wynikami a wartościami tablicowymi wynikają z błędów pomiarowych