POLITECHNIKA WROCŁAWSKA		Spraw. wyk.: Slave of OSA Piotr BARON	Wydział Informatyki i Zarządzania
LABORATORIUM Z FIZYKI Rok: 2 Semestr: 3
Data 23.11.1998	Temat: Wyznaczanie współczynnika załamania cieczy i ciał stałych.			Ocena:
Nr.lab. : 4. Nr.ćw. : 75.

1. CEL ĆWICZENIA.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami wyznaczania współczynnika załamania za pomocą:

a) mikroskopu;

b) refraktometru Abbego.

2. WSTĘP TEORETYCZNY.

- współczynnik załamania jest jedną z podstawowych wielkości fizycznych służących opisywaniu oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią. Fala elektromagnetyczna, przechodząc przez granicę dwóch ośrodków ulega częściowemu załamaniu i odbiciu, czego wartość określa właśnie współczynnik załamania n = f(λ). Wartość bezwzględna tego współczynnika wynosi:

n =

n - bezwzględny współczynnik załamania;

c - prędkość fali w próżni;

v - prędkość fazowa fali;

- zgodnie z prawem Sneliusa: = ;

sin α - kąt padania fali;

sin β - kąt wyjścia fali;

n1, n2 - bezwzględne współczynniki załamania ośrodków;

→ n = - względny współczynnik załamania ośr. 2.

- jeżeli n1 > n2, to może nastąpić całkowite odbicie fali zgodnie z równaniem:

^gr = sinα _gr = n.

- wzór ten wyrażający związek miedzy kątem granicznym dla całkowitego odbicia i współczynnikiem załamania jest teoretyczną podstawą działania refraktometru Abbego. Obserwacja promieni przechodzących przez układ dwóch pryzmatów (równoznaczna ustawieniu granicy cienia w lunecie na przecięciu krzyża nitek) połączona z odczytem ze skali pozwala wyznaczyć n z dokładnością do trzech miejsc po przecinku.

- innym instrumentem pozwalającym wyznaczyć współczynnik jest mikroskop. Dzięki pomiarowi grubości pozornej i rzeczywistej badanego materiału pozwala wyznaczyć n z równania:

≈ = n =

d - rzeczywista grubość materiału

h - grubość pozorna

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA

3.1. Wyznaczenie współczynnika załamania za pomocą mikroskopu:

- płytki badane przy pomocy mikroskopu posiadają rysy, które pomagają w wyznaczeniu grubości rzeczywistej i pozornej danego materiału. Płytki ustawiamy na stoliku mikroskopu i zmieniając płaszczyznę obiektywu śrubą mikrometryczną notujemy kolejne wartości położenia odpowiadające ostremu widokowi kolejnych rys - wyznaczenie punktów A, B, C.

d = III - I h = III - II

3.1.1. Wyznaczanie współczynnika załamania dla płytki szklanej wzorcowej:

I = 0 - położenie odpowiadające ostremu obrazowi rysy na płytce pomocniczej;

II = 60 - położenie odpowiadające ostremu obrazowi rysy na płytce pomocniczej po

położeniu płytki badanej;

obroty śruby mikrometrycznej - 1* 50 + 10;

III = 175 - położenie odpowiadające ostremu obrazowi rysy na płytce badanej;

obroty śruby mikrometrycznej - 3 * 50 + 25;

Jeden obrót śruby odpowiada zmianie wysokości stolika o 0,5mm => 1jed = 0,01 mm

d = 175 - 0 = 175*0,01mm= 1,75mm

h = 175 - 60 = 110*0,01mm=1,1mm

n =
= 1.59

3.1.2. Wyznaczanie współczynnika załamania dla warstwy wody:

I = 0

II = 35 d = 110-0=110*0,01mm=1,1mm

III = 2 * 50 + 10 = 110 h = 110-35=75*0,01mm=0,75mm

n =
= 1,47

3.1.3. Błąd współczynnika załamania w pomiarach za pomocą mikroskopu:

= [ + ] * 100 % - wartość błędu względnego;

Δn = [ + ] * n - wartość błędu bezwzględnego;

Δd, Δh = 0,01mm - działka śruby mikrometrycznej.

3.1.4. Wyniki pomiarów:

Ośrodek załamujący	I pomiar mm	II pomiar Mm	III pomiar mm	wspólcz. załamania	błąd bezw.	błąd wzgl. %
płytka wzorcowa	0	0,6	1,75	1.59	0.024	1,48
woda dystylowana	0	0,35	1,1	1.47	0,033	2,24

3.2. Pomiar współczynnika załamania za pomocą refraktometru Abbego.

3.2.1. Skalowanie instrumentu:

- wyznaczanie współczynnika załamania dla wody destylowanej przy żółtym świetle

sodowym ( eliminacja dyspersji normalnej ). => n= 1.342.

3.2.2. Wyniki pomiarów:

Rodzaj Cieczy	Bezwzględny Współ. załam.	Błąd Bezwzględny	Błąd Względny %
ciecz 20 %	1.382	0.0005	0.00036
ciecz 40 %	1.421	0.0005	0.00035
ciecz 80 %	1.507	0.0005	0.00033
ciecz "X"	1.447	0.0005	0.00035

błąd bezwzględny - 0.0005 połowa wartości jednej działki skali na refraktometrze Abbego.

4. WNIOSKI I DYSKUSJA WYNIKÓW.

Wyznaczenie współczynnika załamania ciał stałych i cieczy jest podstawą określenia oddziaływania fali elektromagnetycznej z badaną materią. Spośród wielu metod i instrumentów pozwalających wyznaczyć n na ćwiczeniach laboratoryjnych wybraliśmy mikroskop i refraktometr Abbego.

Wyznaczanie współczynnika załamania za pomocą mikroskopu okazało się bardziej czasochłonne, a otrzymany wynik był obarczony pewnym błędem (przedstawionym w tabeli), który w porównaniu z innymi metodami jest stosunkowo duży. Poza tym pewna nieścisłość w wynikach mogła być konsekwencją trudności w jednoznacznym ustaleniu ostrego obrazu rys, co pociąga za sobą manipulowanie śrubą mikrometryczną ( zjawisko sprzyjające błędom ).

Użycie do wyznaczania współczynnika załamania refraktometru Abbego okazało się o wiele szybsze i mniej skomplikowane. Po wyskalowaniu instrumentu (przy skalowaniu wartość współczynnika załamania dla wody destylowanej przy żółtym świetle wynosiła 1,342 a powinna wynosić 1.333 - błąd ten prawdopodobnie wynika z zanieczyszczenia tej wody), praktycznie od ręki można było podawać wyniki dla kolejnych cieczy, przy bardzo małym błędzie bezwzględnym (odpowiadającym połowie podstawowej jednostki podziałki 0.001). Obsługa aparatu nie wymaga żadnych dodatkowych obliczeń i sprowadza się do ustawienia granicy cienia na przecięciu krzyża nitek oraz odczytaniu gotowego pomiaru ze skali.

Jako dodatkową informacje o charakterystyce współczynnika załamania dla cieczy można potraktować fakt, że wartość n rośnie wraz ze wzrostem stężenia cieczy. Hipotezę taką można wyprowadzić na podstawie tabeli wyników zawierających dane dla cieczy 20%, 40%, 80%. Z tego wynika, iż ciecz nazwana X wstępuje w stężeniu ok. 50%.

- 1 -

---