Dominika Kobiałka

L4

Cwiczenie nr 44

Wyznaczanie względnego współczynnika załamania światła dla przeźroczystego ośrodka za pomocą 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.

Przyrządy:

mikroskop, źródło światła, śruba mikrometryczna, dwie płytki płaskorównoległe.

Wykonanie cwiczenia

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

2. Dwie płaskorównoległe płytki o różnych grubościach wykonane z różnych materiałów starannie czyszczę .

3. Śrubą mikrometryczną mierze grubość płytek. Pomiary powtarzam 10 razy dla każdej płytki, wyniki umieszczam w tabeli.

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

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

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

7.Odczytuje wskazanie mikrometru.

8. Pomiary powtarzam kilkakrotnie.

9. Powtarzam 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 kręce śrubą przesuwu pionowego aż do zauważenia minimalnej zmiany ostrości obrazu. Odczytuje pomiar i obliczam odcinek d1 o jaki zmienia się położenie obiektywu. Podobnie oszacowywuje d2 tj. zmianę położenia układu optycznego mikroskopu w kierunku przeciwnym wywołającą 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

d1	dśr1	d1	n1	D2	dśr2	d2	n2	n1n1	n2n2
[mm]	[mm]	[mm]		[mm]	[mm]	[mm]
6,24		3,97		3,29		2,20
6,25		3,98		3,35		2,30
6,25		4,16		3,34		2,33
6,24	6,244	3,98	1,538	3,30	3,101	2,31	1,37	1,538±03926	1,37±03365
6,24		4,12		3,22		2,12
6,23		4,15		3,41		2,32
6,23		---		3,37		---
6,24		---		3,41		---
6,26		---		3,31		---
6,25		---		3,24		---

Błędy bezwzględne:

d = 0,01 mm

d = 1,03 mm

Ogólnie:

ponieważ d' , d , d , d' 0

Tak więc :

Błędy względne:

Wnioski :

Metoda wyznaczania współczynnika załamania przy pomocy mikroskopu oparta jest na obserwacji równoległego przesunięcia wiązki światła po przejściu przez płasko-równoległą płytkę. Wyznaczaliśmy względny (względem powietrza) współczynnik załamania światła dla dwóch płytek : (d1) szklanej

(d2) pleksy.

Mimo, że nie znamy rodzaju badanego szkła możemy ocenić poprawność wykonanych obliczeń, gdyż różnice pomiędzy granicznymi współczynnikami załamania dla różnych gatunków szkieł mieszczą się w błędzie obliczonym w ćwiczeniu (n2=0,3365).

---