Robótka Tomasz

II AD

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 44

Temat: Wyznaczanie względnego współczynnika załamania światła dla

przezroczystego ośrodka przy pomocy mikroskopu

Wprowadzenie:

Promieniowanie elektromagnetyczne można opisać na dwa sposoby: jako falę elektromagnetyczną i jako strumień elektronów. Fala elektromagnetyczna jest rozchodzącą się w czasie i przestrzeni spójną zmianą pola elektrycznego i magnetycznego. Fale elektromagnetyczne występujące w przyrodzie ze względu na ich długość, różnią się sposobami generacji oraz detekcji.

Widmo promieniowania elektromagnetycznego obejmuje miedzy innymi promieniowanie widzialne czyli światło w zakresie długości fal 380nm÷780nm. Fala świetlna ma długość
związana z częstością prędkości jej rozchodzenia się.
.

Jeżeli promieniowanie potraktujemy jako strumień cząstek fotonów pozbawionych masy spoczynkowej, ale niosących określoną energie: E=hv, gdzie h -stała Plancka.

Promieniowanie przechodząc przez ośrodek ulega pochłanianiu, które opisuje prawo Beera mówiące, ze padające na ośrodek promieniowanie o określonej długości
, ulega w miarę wnikania stopniowemu osłabnięciu według wzoru:

- natężenie promieniowania po przejściu przez ośrodek o grubości d

- natężenie promieniowania padającego na ośrodek

S - stężenie cząstek pochłaniających promieniowanie w ośrodku

- współczynnik absorpcji dla danego ośrodka.

Jeśli opiszemy rozchodzenie się fali elektromagnetycznej przez pojęcia optyki

geometrycznej to zgodnie ze Snelliusem prawa opisujące zachowanie się światła na granicy dwóch ośrodków można sformułować następująco: gdy promień światła pada na granicę dwóch ośrodków to promień odbity padający oraz prostopadła padania leżą w jednej płaszczyźnie i kąt odbicia jest równy kątowi padania
.

Dla zjawiska załamania promień padający załamany i prostopadła leżą w jednej płaszczyźnie oraz stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania równa się stosunkowi prędkości światła w pierwszym ośrodku do prędkości światła w drugim ośrodku i nazywamy go względnym współczynnikiem ośrodka drugiego względem pierwszego:

; gdzie

- oznacza, że światło najpierw przechodzi przez ośrodek pierwszy a potem

przez ośrodek drugi

- kąt padania

- kąt załamania

i
- prędkości światła w ośrodku pierwszym i drugim.

Uwzględniając zjawisko absorpcji towarzyszące przejściu światła jest funkcją zespoloną:

, gdzie

- część rzeczywista, odpowiada za zjawisko załamania światła;

- część urojona odpowiada za pochłanianie światła przez ośrodek.

Mikroskop składa się z 2 soczewek skupiających ustawionych w odległości większej niż suma ogniskowych zastosowanych soczewek. Przez to że ma bardzo małe pole widzenia w wielu przypadkach potrzebny jest warunek istnienia małych kątów. Pierwsza soczewka czyli obiektyw daje obraz rzeczywisty, ale odwrócony i powiększony. Oglądany przedmiot umieszcza się pod obiektywem w odległości nieco większej niż jego ogniskowa f₁ . Druga soczewka czyli okular o zasadzie działania podobnej do lupy daje obraz urojony powiększony i prosty.

Na rysunku przedstawiony jest sposób powstawania obrazu w mikroskopie.

Metoda wyznaczania współczynnika załamania w naszym przypadku opiera się na obserwacji równoległego przesunięcia wiązki światła po przejściu przez płasko-równoległą płytkę.

Zgodnie z tym rysunkiem załamany w punkcie A promień ulega ponownemu załamaniu w punkcie O. Jeżeli na I powierzchni płytki narysujemy linię, na II krzyżującą się z niąidrugą linię, to na mikroskopie widzi się obraz linii narysowanej na powierzchni II w punkcie O´.

Następnie oznaczając grubość płytki przez

Z trygonometrycznych zależności wynika:

skąd

Dla niewielkich kątów padania i załamania można przyjąć:

Wykonanie ćwiczenia:

1. Przygotowujemy mikroskop do pomiaru (ustawiamy oświetlenie)

2. Starannie czyścimy otrzymane płytki płasko-równoległe o różnych grubościach

3. Mierzymy grubość płytek śrubą mikrometryczną. Mierząc w różnych miejscach powtarzamy pomiar 10 razy dla każdej płytki

4. Stawiamy płytkę na stoliku mikroskopu. Podkręcając śrubą przesuwu pionowego, tak ustawiamy mikroskop, aby ostro widoczna była kreska narysowana na górnej powierzchni płytki

5. Kręcąc śrubą ustawiamy wskazania zerowe ( znajdująca się na stopce mikrometru dołączonego do mikroskopu)

6. Obniżamy obiektyw tak, by otrzymać wyraźny obraz kreski na dolnej powierzchni płytki.

7. Odczytane wskazania mikrometru powtarzamy kilkakrotnie

8. Powtarzamy pomiary od 4-7 dla drugiej płytki

Wnioski :

Metoda wyznaczania współczynnika załamania przy pomocy mikroskopu oparta jest na obserwacji równoległego przesunięcia wiązki światła po przejściu przez płasko-równoległą płytkę. Wyznaczaliśmy względny współczynnik załamania światła dla dwóch płytek : 1.pleksy

2.szklanej.

Mimo, że nie znamy rodzaju badanego szkła możemy ocenić poprawność wykonanych obliczeń, gdyż różnice pomiędzy granicznymi współczynnikami załamania dla różnych gatunków szkieł .

Wartość współczynnika załamania względem powietrza dla szkła kwarcowego wynosi n=1,4584 , dla szkła ołowiowego n=1,7549. Tak więc współczynnik załamania wyznaczony w ćwiczeniu jest poprawny .

Duże błędy współczynnika załamania wynikają z tego, że, otrzymaliśmy duży błąd pozornej grubości płytki d'=1 mm. Czego powodem było zastosowanie zbyt małego powiększenia mikroskopu. Przy takim powiększeniu zauważalne zmiany ostrości obrazu były zauważalne dopiero po przesunięciu obiektywu o około 1mm .

Stosując większe powiększenia moglibyśmy wyznaczyć błędy a także pozorną grubość płytek (d'1 d'2) z większą dokładnością.

---