Mięsowicz Sławomir

1 CD L 5

Laboratorium Fizyczne

Temat laboratorium:

Wyznaczanie względnego współczynnika załamania światła dla przeźroczystego ośrodka przy pomocy mikroskopu.

1. ZAGADNIENIA DO SAMODZIELNEGO OPRACOWANIA.

1. Widmo promieniowania elektromagnetycznego.

2. Zjawiska towarzyszące przejściu promieniowania elektromagnetycznego przez ośrodek inny niż próżnia.

3. Zasada działania mikroskopu.

Celem tego ćwiczenia jest wyznaczenie względnego współczynnika załamania światła dla płytki płasko równoległej.

Obecnie wiadomo, że światło (promieniowanie elektromagnetyczne) można opisać jako falę elektromagnetyczną lub jako strumień fotonów. Fala elektromagnetyczna jest spójną zmiana pola elektrycznego i magnetycznego rozchodzącą się w przestrzeni i czasie. Widmo promieniowania elektromagnetycznego zawierające się w przedziale od 390 nm. Do 780 nm. Jest promieniowaniem widzialnym. Innym sposobem opisu promieniowania elektromagnetycznego jest traktowanie go jako strumienia cząstek - fotonów pozbawionych masy spoczynkowej, ale niosących ze sobą ściśle określoną energię, którą można wrazić wzorem:

gdzie:

h - stała Plancka

ν - częstość

Przejściu promieniowania przez ośrodek towarzyszą zjawiska pochłaniania, odbicia i załamania. Najbardziej interesującym nas zjawiskiem jest załamanie światła na granicy dwóch ośrodków.

Promień padający, załamany i prostopadła padania leża w jednej płaszczyźnie, a stosunek sinusa kąta padania do kąta załamania jest równy stosunkowi prędkości światła w pierwszym ośrodku do prędkości światła w drugim ośrodku.

Metoda wyznaczania współczynnika załamania oparta jest na obserwacji równoległego przesunięcia wiązki światła po przejściu przez płasko równoległą płytkę. W tym celu posłużymy się mikroskopem, który jest przyrządem optycznym składającym się z dwóch układów soczewek, obiektywu i okularu ustawionych w odległości równej długości tubusa mikroskopu.

Soczewki obiektywu i okularu są soczewkami skupiającymi o powiększeniu odpowiednio równym:

gdzie:

l - długość tubusa mikroskopu

d - odległość dobrego widzenia

f₁, f₂ - ogniskowe obiektywu i okularu

Powiększenie mikroskopu jest iloczynem powiększenia obiektywu i okularu.

Jest ono wprost proporcjonalne do odległości widzenia i długości tubusa mikroskopu, a odwrotnie proporcjonalne do iloczynu ogniskowych obiektyw i okularu.

Do wykonania ćwiczenia będzie potrzebny mikroskop, źródło światła, śruba mikrometryczna i dwie płytki płasko równoległe.

2. WPROWADZENIE.

Mikroskop składa się z dwóch soczewek skupiających(układów soczewek) ustawionych w odległości większej niż suma ogniskowych zastosowanych soczewek. Mikroskop ma bardzo małe pole widzenia, przez co zapewnia potrzebny w wielu przypadkach warunek małych kątów. Pierwsza soczewka (obiektyw) daje obraz rzeczywisty, odwrócony i powiększony. Oglądany przedmiot umieszcza się przed obiektywem w odległości nieco większej niż jego ogniskowa (f₁). Druga soczewka (okular) działa jak lupa i daj obraz pozorny powiększony i prosty.

3. WYKONANIE ĆWICZENIA

Przyrządy:

Mikroskop, źródło światła, śruba mikrometryczna, dwie płytki płasko równoległe.

Kolejność czynności:

1. Przygotować mikroskop do pomiarów ustawiając równo oświetlone pole widzenia.

2. Dwie płasko równoległe płytki o różnych grubościach wykonane z różnych materiałów starannie oczyścić.

3. Śrubą mikrometryczną zmierzyć grubość płytek. Pomiary powtórzyć 10 razy dla każdej płytki, wyniki umieścić w tabeli.

4. Ustawić zmierzoną płytkę na stoliku mikroskopu, pokręcając śrubą przesuwu pionowego ustawić mikroskop tak, aby widoczna była ostra kreska narysowana na górnej powierzchni płytki.

5. Kręcąc śrubą znajdującą się w stopce mikrometru ustawić wskazanie zerowe.

6. Obniżyć obiektyw tak, aby otrzymać ostry obraz kreski znajdującej się na dolnej powierzchni płytki.

7.Odczytać wskazanie mikrometru.

8. Pomiary powtórzyć kilkakrotnie.

9. Powtórzyć pomiary omówione w punktach 4 - 7 dla drugiej płytki.

10. Aby oszacować błąd d jakim obarczony jest pomiar pozornej grubości płytki należy ustawić obiektyw mikroskopu tak, by obraz kreski znajdującej się na dolnej powierzchni był ostry, a następnie kręcić śrubą przesuwu pionowego aż do zauważenia minimalnej zmiany ostrości obrazu. Odczytać pomiar i obliczyć odcinek d1 o jaki zmienia się położenie obiektywu. Podobnie oszacować d2 tj. zmianę położenia układu optycznego mikroskopu w kierunku przeciwnym wywołującą zauważalną zmianę ostrości obrazu.

11. Błędy współczynnika załamania n1 i n2 obliczyć wykorzystując metodę różniczki zupełnej.

d1 , d2 - wartość grubości płytek

dśr1 , dśr2 - średnie wartości grubości płytek

d1 , d2 - wartości grubości płytek mierzone przy pomocy mikroskopu

d , d - błędy pomiaru mikrometrem i mikroskopem

4. TABELKA POMIAROWA

d1 [mm]	dśr1 [mm]	d1 [mm]	n1	d2 [mm]	dśr2 [mm]	d2 [mm]	n2	n1n1	n2n2
2,45	2,443	0,84	2,908	3,46	3,4855	2,32	1,502	2,9±0,51	1,5±0,51
2,44	2,443	1,08	2,262	3,45	3,4855	2,15	1,621	2,3±0,51	1,6±0,51
2,44	2,443	1,13	2,162	3,46	3,4855	2,22	1,570	2,2±0,51	1,6±0,51
2,45	2,443	0,91	2,685	3,44	3,4855	2,31	1,509	2,7±0,51	1,5±0,51
2,44	2,443	1,17	2,088	3,47	3,4855	2,14	1,629	2,1±0,51	1,6±0,51
2,44	2,443	0,95	2,572	3,48	3,4855	2,16	1,614	2,6±0,51	1,6±0,51
2,44	2,443	0,86	2,841	3,48	3,4855	2,20	1,584	2,8±0,51	1,6±0,51
2,44	2,443	1,12	2,181	3,48	3,4855	2,25	1,549	2,2±0,51	1,6±0,51
2,45	2,443	0,93	2,627	3,47	3,4855	2,18	1,599	2,6±0,51	1,6±0,51
2,44	2,443	1,15	2,124	3,48	3,4855	2,16	1,614	2,1±0,51	1,6±0,51

Średnia wartość współczynnika załamania światła dla płytki:

• szklanej ma wartość: n1 = 2,44±0,51

• wykonanej z pleksy ma wartość: n2 = 1,58±0,51

Do obliczania współczynnika załamania korzystamy z wzoru:

wzór ten jest spełniony dla małych Kątów padania i załamania.

Po przekształceniu mamy:
.

5. Wnioski z wykonania pomiaru.

Metoda wyznaczania współczynnika załamania światła przy pomocy mikroskopu oparta jest na obserwacji równoległego przesunięcia wiązki światła po przejściu przez płasko-równoległą płytkę. Wyznaczyliśmy względny względem powietrza współczynnik załamania światła dla płytki szklanej (d₁), oraz płytki wykonanej z pleksy (d₂).

Obliczone przez nas współczynniki załamania światła są obarczone znacznym błędem wynikającym z niedokładności dokładnego pomiaru pozornej grubości płytek, gdyż przy użyciu mikroskopu którym dysponowaliśmy (powiększenie 16x) zauważalne różnice ostrości występują przy przesunięciu obiektywu o około 0,1mm. W niewielkim stopniu na pomiar miała wpływ niedokładność wykonania płytek które w różnych miejscach miały niewielkie różnice w grubości. Na pomiar nie pozostała również bez wpływu dokładność wykonujących pomiar gdyż nawet niewielkie wady wzroku mogły mięć wpływ na właściwe ocenienie ostrości obrazu.

---