Nr ćw: 308	Data: 26.03.2003	Maciej Łuczak	Wydział Budownictwa Architektury i Inżynierii Środowiska Kierunek Budownictwo	Semestr: II	Grupa: V
Prowadzący: Jędrzej Łukasiewicz			Przygotowanie:	Wykonanie:	Ocena:

WYZNACZENIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA ZA POMOCĄ REFRAKTOMETRU ABBEGO

1. Opracowania teoretyczne ćwiczenia:

Prawo załamania światła (Snella)

Promień świetlny na granicy dwóch ośrodków (optycznie gęstszego i optycznie rzadszego) ulega załamaniu tworząc w ośrodku gęstszym mniejszy kąt z normalną do powierzchni niż w ośrodku rzadszym. Przy tym zjawisku 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 ośrodkach.

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 współczynnikiem załamania

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

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:

Dyspersja światła

Dyspersja to zjawisko polegające na rozszczepieniu światła białego przy przejściu przez pryzmat.

Refraktometr Abbego i zasada jego działania.

Zasadniczą częścią refraktometru Abbego są dwa prostokątne pryzmaty za szkła flintowanego, posiadające duży współczynnik załamania. Jeden z pryzmatów można odchylać obracając go wokół osi. Po odchyleniu na jego powierzchni przeciwprostokątnej umieszcza się kilka kropel badanej cieczy, która po dociśnięciu pryzmatów tworzy cienką płasko równoległą 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.

2. Dane eksperymentalne:

L.P	10%	30%	50%	70%	WODA
1	1,341	1,372	1,4	1,428	1,329
2	1,34	1,372	1,402	1,428	1,329
3	1,341	1,371	1,4	1,428	1,329
4	1,341	1,372	1,4	1,428	1,329
5	1,34	1,372	1,401	1,428	1,329

TEMP.	50%
20,5	1,4
24,5	1,399
30	1,399
34,5	1,399
40	1,399
45	1,399
50	1,399
55	1,395
60	1,394

3. Obliczenia:

1. Wykonanie wykresu zależności współczynnika załamania światła os stężenia roztworu

Dla każdego ze stężeń wyznaczyłem średnią współczynnika załamania światła. Wyliczone wartości umieszczone są w Tabeli 1

Tabela 1
Wyznaczenie współczynnika załamania od stężenia roztworu

Stężenie roztworu	Współczynnik załamania światła n
woda	1,329
10%	1,3406
30%	1,3718
50%	1,4006
70%	1,428

Dane z programu STATS

WSP ZAŁAMANIA	0,00143537
PRZECIĘCIE Z OSIĄ Y	1,32827
NIEPEWNOŚC WSP NACHYLENIA	2,27606E-5
NIEPEWNOŚC PRZECIĘCIA Z OSIĄ Y	0,000932907
WSPÓŁCZYNNIK KORELACJI	0,99962

2. Błędy

Dla każdego stężenia roztworu wyznaczyłem odchylenie standardowe średniej arytmetycznej.
Do tego celu wykorzystałem program StatS.. Ponieważ wykonaliśmy w laboratorium tylko 5 pomiarów dla danego stężenia, otrzymane odchylenie standardowe średniej arytmetycznej należało pomnożyć przez współczynnik Studenta-Fishera, który dla 5 pomiarów wynosi

Wyniki umieszczone w Tabeli 3

Tabela 3

Stężenie roztworu [%]	Woda	10	30	50	70
n	1,329	1,3718	1,3718	1,4006	1,428
	-	0,000244949	0,0002	0,0004	-
	-	0,000293939	0,00024	0,00046	-

Wyniki dla wody oraz roztworu o stężeniu 70% są takie same dlatego wynik pomiaru jest obarczony błędem systematycznym, czyli dokładnością przyrządu. W naszym przypadku wynosi 0,001.

3. Zestawienie wyników:

4. Wykonanie wykresu zależności współczynnika załamania od temperatury dla roztworu o stężeniu 50%

Wyznaczenie współczynnika załamania od temperatury

TEMP.	50%
20,5	1,4
24,5	1,399
30	1,399
34,5	1,399
40	1,399
45	1,399
50	1,399
55	1,395
60	1,394

Dane z programu STATS

WSP ZAŁAMANIA	-0,000119905
PRZECIĘCIE Z OSIĄ Y	1,4029
NIEPEWNOŚC WSP NACHYLENIA	3,53E-05
NIEPEWNOŚC PRZECIĘCIA Z OSIĄ Y	0,00147862
WSPÓŁCZYNNIK KORELACJI	-0,78382

4. Wnioski:

Z wykresu zależności współczynnika załamania od stężenia roztworu widać że wraz ze wzrostem stężenia roztworu wzrasta też zdolność do załamywania światła przez dany roztwór. Natomiast współczynnik załamania świtała dla danego stężenia malej wraz ze wzrostem temperatury. Widać wiec że stężenie i temperatura roztworów mają wpływ na współczynnik załamania światła.

3

---