Nr ćw. 308	Data	Nazwisko i imię Szulczyński Paweł	Wydział Elektryczny	Semestr III	Grupa A-I
Prowadzący: Dr Aleksander Skibiński				Przygotowanie	Wykonanie	Ocena

Temat: Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą refraktometru Abbego.

1. Prawo załamania światła (Snella).

Promień świetlny na granicy dwóch ośrodków (optycznie gęstrzego i optycznie rzadszego) ulega załamaniu tworząc w ośrodku gęstszym mniejszy kąt z normalną do powierzchni niż w ośrodku rzadszym. Przy tym zja-wisku wyróżniamy kąt padania oraz kąt załamania promienia świetlnego. Stosunek sinusów obu tych kątów jest wielkością stałą dla danej pary ośrodków i danej długości fali świetlnej.

n1, n2 bezwzględne współczynniki załamania światła w oœrodkach.

Bezwzględny współczynnik załamania światła określony jest stosunkiem prędkości światła w próżni c do prędkości światła w danym ośrodku v.

Ze względu na to, że prędkość światła jest największa w próżni, bezwzględny współczynnik załamania światła jest dla wszystkich ośrodków materialnych większy od jedności.

Załamanie światła na granicy dwóch ośrodków materialnych jest określone ich względnym wspóółczynnikiem załamania

W praktyce często przyjmuje się, że powietrze ma współczynnik załamania bardzo bliski wartoSci dla próżni (n=1).

2. Zależność współczynnika załamania światła od długości fali.

Ponieważ kąt między promieniem świetlnym w drugim ośrodku a normalną do granicy ośrodków zależy od długości fali, zatem również wartość współczynnika załamania zależy od długości fali. Z tego względu zała-manie w odróżnieniu od odbicia moze być wykorzystane do rozłożenia wiązki światła na składowe o róznych długościach fali ( w tym ćwiczeniu efekt niepożądany).

3. Całkowite wewnętrzne odbicie.

Promienie biegnące z ośrodka optycznie gęstszego do ośrodka optycznie rzadszego odchylają się od normalnej tym bardziej, im większy jest kąt padania  Dla pewnej jego wartości promień świetlny nie wchodzi nawet do drugiego ośrodka "ślizgając się" po powierzchni granicznej. Co zgodnie z prawem Snella daje:

Przy dalszym zwiększaniu wartości kąta padania promień zaczyna odbijać się od powierzchni granicznej wracając do ośrodka pierwszego.

4. Procent energii odbitej i załamanej na granicy dwóch ośrodków.

W większości przypadków mamy do czynienia z dwoma zjawiskami naraz: odbiciem i załamaniem światła na granicy dwóch ośrodków. Pozostaje pytanie jaki procent energii niosą dalej fale odbita i załamana. Równania Maxwella pozwalają obliczyć w jaki sposób energia niesiona przez falę dzieli się pomiędzy nimi

5. Dyspersja światła.

Dyspersja to zjawisko polegające na rozszczepieniu światła białego przy przejściu przez pryzmat. Jest ono w tym ćwiczeniu niepożądane. Stosuje się więc układ pryzmatów, z których każdy odchyla światło w przeciwną stronę, ponieważ sa obrócone względem siebie o 180. W sumie efekty ich działania się znoszą się. W refraktometrze układ ten służy do kompensacji dyspersji wywołanej przez badaną ciecz.

6. Refraktometr Abbego i zasada jego działania.

Zasadniczą częścią refraktometru Abbego są dwa prostokątne pryzmaty ze szkła flintowanego, posiadające duży współczynnik załamania. Jeden z pryzmatów można odchylać obracając go wokół osi. Po odchyleniu na jego powierzchni na jego powierzchni przeciwprostokątnej umieszcza się kilka kropel badanej cieczy, która po dociśnięciu pryzmatów tworzy cienką płaskorównoległą warstwę. Należy tak ustawić pryzmaty, by część światła padała na ciecz pod kątem granicznym. Przy takim biegu promienia świetlnego w polu widzenia lunetki zauważymy obszar jasny i ciemny. Położenie granicy między tymi obszarami zależy od wartości współczynnika załamania cieczy. Granica ta jest naprowadzana na środek pola widzenia przez obrót pryzmatów za pomocą pokrętła sprzężonego z podziałką, z której odczytuje się wartość współczynnika załamania. By uniknąć niepożądanych efektów dyspersji wprowadzonej przez ciecz stosuje sie układ opisany punkt wyżej. Spotyka się też kryształy anizotropowe.

8. Pomiary.

Zależność współczynnika załamania od stężenia roztworu w temperaturze 24C.

Stężenie roztworu wodnego gliceryny, Cp	Współczynnik załamania, n
woda	1,33
10 %	1,346
30 %	1,381
50 %	1,409
70 %	1,435

δn=0,001

Wykres zależności współczynnika załamania od stężenia procentowego roztworu gliceryny

w temperaturze pokojowej ( 24 C ).

Zależność współczynnika załamania od temperatury dla roztworu gliceryny o stężeniu 70%.

Temperatura, t [C]	25	25	30	35	40	45
Współczynnik załamania, n	1,427	1,435	1,436	1,436	1,437	1,436

δt=1 δn=0,001

9. Wnioski.

Przeprowadzone pomiary wykazują, w granicach błędu, liniową zależność bezwzględnego współczynnika załamania światła od stężenia roztworu wody i gliceryny.

Dla zależności współczynnika załamania światła od temperatury dla roztworu gliceryny o stężeniu procentowym=70% można zaobserwować niewielkie zmiany współczynnika załamania , jesto prawdopodobnie spowodowane niedokładnym pomiarem temperatury. Podczas dokonywania poprzednich pomiarów badana próbka roztworu usuwana była z pryzmatu dzięki suszarce . Sposób ten niewątpliwie pozwalał uniknąć zaarysowania powierzchni pryzmatu ale niepotrzebnie go nagrzewał . Górny pryzmat (do którego był zamocowany termometr) prawie nie potrzebował osuszania ; natomiast dolny był intensywnie nagrzewany, stąd rużnica między temperaturą rzeczywistą a mierzoną . Z wyników pomiaru współczynnika załamania światła można wywnioskować że temperatura początkowo malała (pryzmat nagrzany odawał ciepło grzałce ) a dla temp około 40⁰C zaczyna rosnąć (grzałka zaczyna podgrzewać pryzmat) ponieważ wraz ze wzrostem temp maleje gęstość a tym samym współczynnik załamania światła.

Sprawozdanie str. 10

---