I TD 19.10.2009r.

Laboratorium z fizyki

Ćw. nr: 44

Wyznaczanie względnego współczynnika załamania światła dla przeźroczystego ośrodka przy pomocy mikroskopu

Adrian Muniak

L 6

I. Wymagania do ćwiczenia

1. Widmo promieniowania elektromagnetycznego.

Promieniowanie elektromagnetyczne rozchodząc się objawia swe własności falowe zachowując się jak każda fala, ulega interferencji, dyfrakcji, spełnia prawo odbicia i załamania.

Rozchodzenie się fali w ośrodkach silnie zależy od ośrodków oraz częstotliwości fali. Fala rozchodząc się w ośrodku pobudza do drgań cząsteczki, atomy i elektrony zawarte w ośrodku, które są źródłami fal wtórnych, zmieniając tym samym warunki rozchodzenia się fali w stosunku do próżni.

Własności promieniowania elektromagnetycznego silnie zależą od długości fali (częstotliwości promieniowania) i dlatego dokonano podziału promieniowania elektromagnetycznego ze względu na jego częstotliwość.

Pasmo	Długość [m]
Fale radiowe	>10^-4
Mikrofale	3·10^-1 - 3·10^-3
Podczerwień	10^-3 - 7,8·10^-7
Światło widzialne	7,8·10^-7 - 4·10^-7
Ultrafiolet	4·10^-7 - 10^-8
Promieniowanie rentgenowskie	10^-8 - 10^-11
Promieniowanie gamma	<10^-11

Rodzaje fal:

-fale radiowe

-mikrofale-są wykorzystywane w kuchenkach mikrofalowych i radarach

-podczerwone-ma zastosowanie w technice cywilnej i wojskowej, wykorzystuje się je również w noktowizji, fotografowaniu w ciemnościach, spawaniu z użyciem wiązki laserowej.

-nadfioletowe-zabija bakterie, wykorzystywane jest do sterylizacji sal operacyjnych i różnych innych pomieszczeń. W kryminalistyce.

-promieniowanie X-(rentgenowskie)wykorzystuje się w medycynie do wykonywania prześwietleń, a także do badania struktury materiałowej różnych konstrukcji.

-promieniowanie gamma- stosuje się w medycynie do sterylizacji narzędzi chirurgicznych ubrań, w przemyśle spożywczym w celu przedłużenia terminu ważności oraz w radioterapii do leczenia nowotworów.

Granice poszczególnych zakresów promieniowania elektromagnetycznego są umowne i nieostre. Dlatego promieniowanie o tej samej długości może być nazywane falą radiową lub mikrofalą - w zależności od zastosowania. Graniczne promieniowanie gamma i promieniowanie rentgenowskie rozróżnia się z kolei ze względu na źródło tego promieniowania. Najdokładniej określone są granice dla światła widzialnego. Są one zdeterminowane fizjologią ludzkiego oka.

2. Prawo odbicia i załamania światła.

Prawo odbicia światła - Kąt odbicia jest równy kątowi padania. Promień padający, normalna i promień odbity leżą w jednej płaszczyźnie; normalna - prosta prostopadła do powierzchni.

Prawo załamania - Promień padający na granicę dwóch ośrodków, normalna oraz promień załamany leżą w jednej płaszczyźnie. Wielkości kątów padania i załamania względem siebie zależą od prędkości rozchodzenia się światła w ośrodkach.

lub

3. Zasada działania mikroskopu optycznego.

Mikroskop składa się z dwóch soczewek skupiających: obiektywu i okularu ustawionych w odległości większej niż suma ogniskowych zastosowanych soczewek. Najczęściej obiektyw składa się z układu soczewek, przez co minimalizowane są wady odwzorowań ( np. aberracja sferyczna i chromatyczna) a okular z pojedynczej soczewki. Obiektyw daje obraz rzeczywisty, powiększony i odwrócony. Oglądany przedmiot umieszcza się przed obiektywem w odległości nieco większej Niżnego ogniskowa. Druga soczewka (okular) działa jak lupa i daje obraz urojony, powiększony i prosty.

II. Metodologia wykonania pomiarów

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

2. Wybrać dwie płytki płasko-równoległe z różnych materiałów o większej grubości i starannie oczyścić.

3. Śrubą mikrometryczną zmierzyć grubość płytek d. Pomiary powtórzyć 10 razy dla każdej płytki (mierząc w różnych miejscach w okolicy skrzyżowania linii).

4. Ustawić płytkę na stoliku mikroskopu. Pokręcając śrubą przesuwu pionowego ustawić mikroskop tak, aby widoczna była ostro kreska narysowana na górnej powierzchni płytki. Uwaga: ostrość należy dokładnie ustawić na powierzchnię na której znajduje się kreska.

5. Kręcąc śrubą znajdującą się na stopce czujnika dołączonego do mikroskopu ustawić wskazanie w okolicy 1mm i odczytać wskazanie czujnika.

6. Obniżyć obiektyw (podnieść stolik!) tak, aby otrzymać ostry obraz kreski znajdującej się na dolnej powierzchni płytki (uwaga: ostrość należy dokładnie ustawić na powierzchnię, na której znajduje się kreska).

7. Odczytać wskazanie czujnika. Pomiary powtórzyć dziesięciokrotnie.

8. Powtórzyć pomiary omawiane w punktach 4 ÷ 7 kolejnych płytek.

Przyjęte zostały następujące oznaczenia:

d - grubości płytek zmierzone przy pomocy śruby mikrometrycznej,

- średnie wartości grubości tych płytek,

d' - wartości pozornej grubości płytek zmierzone przy pomocy mikroskopu, równe różnicy wskazań czujnika,

- średnie wartości pozornej grubości płytek zmierzone przy pomocy mikroskopu.

III. Obliczenia

1.Obliczyć średnie grubości płytek oraz ich niepewności standardowe typu A.

Pleksa:

Szkło:

Pleksa:

Szkło:

Pleksa:

Szkło:

Pleksa:

Szkło:

2. Obliczyć niepewności standardowe typu B (wynikające z dokładności śruby mikrometrycznej lub czujnika zegarowego)

,
, u(d)=0,0058mm

3. Obliczenie współczynnika załamania światła.

Dla szkła: Dla pleksy:

4. Do prawa przenoszenia niepewności zastosować większą z obliczonych powyżej niepewności.

Korzystając z prawa przenoszenia niepewności obliczamy niepewność u(n).

,

Dla pleksy:

Dla szkła:

---