Laboratorium Podstaw Fizyki

Nr ćwiczenia 76

Temat ćwiczenia: Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą spektrometru.

Nazwisko i Imię prowadzącego kurs: Dr inż. Janusz Andrzejewski

Wykonawca:
Imię i Nazwisko nr indeksu, wydział	Marek Drab 187912 MiBM Wydział Mechaniczny
Termin zajęć: dzień tygodnia, godzina	Poniedziałek 9^15
Numer grupy ćwiczeniowej	1
Data oddania sprawozdania:
Ocena końcowa

Zatwierdzam wyniki pomiarów.

Data i podpis prowadzącego zajęcia ............................................................

Adnotacje dotyczące wymaganych poprawek oraz daty otrzymania poprawionego sprawozdania

1. Cel ćwiczenia:

Pomiar kąta łamiącego i minimalnego odchylenia pryzmatu, wyznaczenie współczynników załamania światła dla szkła w funkcji długości fali oraz wyznaczenie dyspersji światła

1. Wprowadzenie:

Podstawowym pojęciem, jakim posługuje się optyka geometryczna, jest pojęcie promienia świetlnego. Przez promień świetlny rozumiemy bardzo wąską wiązkę światła, której oś wyznacza kierunek rozchodzenia się energii promienistej. Długość fal od do to widmo promieniowania widzialnego. Długofalowa granica tego widma to granica czerwona, krótkofalowa – to granica fioletowa. Między nimi znajdują się wszystkie widzialne barwy widmowe z sześcioma barwami zasadniczymi i około 160 różnymi odcieniami barwnymi.

.

Załamaniu światła w pryzmacie towarzyszy zjawisko rozszczepienia, wynikające z zależności prędkości światła w danym ośrodku, a więc i zależności współczynnika załamania danego ośrodka od długości fali. Rzucając na ekran widmo promieniowania termicznego silnie ogrzanego ciała otrzymujemy ciągłą białą wstęgę ( tzw. widmo ciągłe ), której część czerwona jest najmniej odchylona, a część fioletowa jest najbardziej odchylona od pierwotnego biegu wiązki.

1. Dane:

Dane spektralne źródeł :

• Światło rtęciowe :

Linia fioletowa λ = 433,90 nm;

Linia zielona λ = 546,07 nm;

Linia żółta λ = 579,96 nm;

• Światło kadmowe :

Linia fioletowa λ = 783,5 nm;

Linia niebieska λ = 480 nm;

Linia zielona λ = 508,5 nm;

Linia czerwona λ = 643,8 nm;

1. Wyznaczanie kąta łamiącego pryzmatu :

• Metoda autoklinacji:

Odczytujemy kąty , odpowiadające kierunkom prostopadłym do płaszczyzn pryzmatu, a następnie podstawiamy otrzymane wyniki pomiarowe do wzoru:

Wartości zmierzone :

Kąt łamiący wynosi :

• Metoda promieni odbitych:

Ustawiamy na stoliku spektrometru badany pryzmat krawędzią łamiącą na wprost kolimatora tak, aby krawędź ta leżała blisko osi stolika i by wiązka wychodząca z kolimatora oświetlała obie ścianki pryzmatu.

Ustawiamy lunetę na przedłużeniu promieni odbitych od jednej ze ścian pryzmatu, powinien być wtedy widoczny obraz szczeliny, na który naprowadzamy krzyż celowniczy i odczytujemy kąty , i podstawiamy do wzoru.

Wartości zmierzone :

Kąt łamiący wynosi :

Kąt łamiący średni:

1. Wyznaczanie kątów minimalnego odchylenia dla wybranych linii widmowych

Oświetlamy szczelinę kolimatora światłem wybranej lampy spektralnej. Ustawiamy badany pryzmat na stoliku przyrządu spektralnego tak, aby odchylał bieg promieni świetlnych i obserwujemy otrzymane widmo gołym okiem. Z widma wybieramy prążek do pomiaru. Obracamy powoli stolik z pryzmatem w takim kierunku, aby prążek przesuwał się w stronę mniejszego odchylenia. Prążek będzie się przesuwał tylko do pewnego miejsca, a następnie będzie zawracał, mimo dalszego obracania pryzmatu w tym samym kierunku. Odczytujemy wartości kąta odpowiadającego kierunkowi minimalnego odchylenia

Wartość kąta dla badanej linii widmowej wyznaczamy z zależności :

Wzór na współczynnik załamania światła :

Tabela pomiarów :

Lampa	Linia
		( °;’ )	( °;’ )	( °;’ )	( °;’ )		( ° ;’)	( ° ;’)

Kadmowa	Fioletowa	154°08’	0°01’	68°06’	0°01’	1,629	43°01’	0°01’
Kadmowa	Niebieska	153°56,5’	0°01’	68°15’	0°01’	1,601	42°50,75’	0°01’
Kadmowa	Zielona	153°23,5’	0°01’	68°34’	0°01’	1,609	42°24,75’	0°01’
Kadmowa	Czerwona	152°25’	0°01’	69°29’	0°01’	1,622	42°28’	0°01’

Rtęciowa	Żółta	151°49,5’	0°01’	65°42,5’	0°01’	1,629	43°03,5’	0°01’
Rtęciowa	Zielona	150°33,5’	0°01’	67°08’	0°01’	1,6254	42°42,75’	0°01’
Rtęciowa	Fioletowa	150°19’	0°01’	67°24’	0°01’	1,610	41°27,5’	0°01’

Przykładowe obliczenia (dla linii fioletowej w lampie kadmowej):

Błąd urządzenia wynosi 1’ zatem, błąd pomiarowy dla spektrometru wynosi 1’ (minuta).

Dyspersja – wykres współczynnika załamania od długości fali

Wnioski:

I)Współczynnik załamania światła rośnie, a pomijając błąd można stwierdzić, że w przypadku rtęci rośnie liniowo.

II)Współczynnik załamania światła jest wprost proporcjonalny do długości fali.

III)Wyniki dwóch metod obliczania kąta łamiącego nieznacznie się różnią.

IV) Dla obydwu przypadkach widmo fioletowe ma najdłuższą falę.

V) Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą wykresu jest najmniej dokładne zwłaszcza, kiedy dysponujemy małą ilością pomiarów. Najdokładniejszym sposobem na znalezienie współczynnika załamania światła jest skorzystanie z prawa Snelliusa.