Nr ćwiczenia: 308	Data: 01.12.2004	Anna Marciszewska	Wydział Elektryczny	Semestr I	Grupa: T1 - 5
Prowadząca: dr Izabela Hanyż			przygotowanie	wykonanie	ocena ostateczna

Wyznaczanie współczynnika światła dla cieczy za pomocą refraktometru Abbego

1. Wstęp teoretyczny

Promień świetlny biegnący z ośrodka optycznie rzadszego do optycznie gęstszego, ulega załamaniu na granicy dwóch ośrodków 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 ( prawo Snella).

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:

Wzór Snella przyjmuje szczególnie wygodną postać w przypadku całkowitego odbicia wewnętrznego zachodzącego przy kącie granicznym. Przy kącie granicznym i większych kątach padania promienie nie mogą przejść do ośrodka rzadszego i ulegają całkowitemu odbiciu. Czyli, zgodnie z prawem załamania:

W ćwiczeniu wykorzystujemy urządzenie zwane refraktometrem Abbego. Zasadniczą jego częścią 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 przeciwprostokątnej umieszcza się kilka kropel badanej cieczy, która po dociśnięciu pryzmatów tworzy cinką płaskorównoległą warstwę. Należy tak ustawić pryzmaty, by część światła padała na ciecz pod kątem granicznym. Przy takim biegu promienia świetlnego w polu widzenia lunety 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 się układ opisany wyżej. Dyspersja to zjawisko polegające na rozszczepieniu światła białego przy przejściu przez pryzmat. Jest ono w tym ćwiczeniu niepożądane. Stosuje się 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.

2. Wyniki pomiarów i obliczenia

1. Współczynniki regresji liniowej y=Ax+B wyliczyliśmy na podstawie wzorów:

2. Zależność współczynnika załamania od stężenia roztworu w temperaturze 25°C.

Stężenie roztworu wodnego gliceryny	Współczynnik załamania
woda	1,332
10 %	1,345
30 %	1,369
50 %	1,403
70 %	1,429

Współczynniki regresji liniowej dla tego wykresu wynoszą:

A= 0,140366

B= 1,330683

Błąd:

Δn = 0,001

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

Współczynnik załamania	1,429	1,428	1,427	1,426	1,425	1,424	1,423	1,422	1,421	1,420	1,419
Temperatura [°C]	25	34	38,5	44	48,5	52,5	56,5	60,5	64,5	68,5	72,5

Współczynniki regresji liniowej dla tego wykresu wynoszą:

A= -0,00022

B= 1,435296

Błędy:

Δt = 0,5 [°C]

Δn = 0,001

3. Wnioski

Po wykonaniu wykresów zauważyliśmy, że nasze pomiary mieszczą się w granicach błędu systematycznego. Na podstawie otrzymanych wyników możemy stwierdzić, że wraz ze wzrostem stężenia roztworu rośnie współczynnik załamania. Wynika to z tego, że w miarę wzrostu stężenia roztwór ma większą gęstość i tym samym zgodnie z prawem załamania wzrasta współczynnik załamania światła. Pomiary dla roztworu o stężeniu 70% wykonaliśmy dla różnych temperatur (wraz ze wzrostem temperatury maleje gęstość roztworu). Zauważyliśmy, że zależność współczynnika załamania od temperatury jest liniowa. Współczynnik załamania maleje wraz ze wzrostem temperatury (zmniejszeniem gęstości). Wyniki pomiarów mogą nie mieścić się w granicach błędu ze względu na to, że podczas przeprowadzania doświadczenia mogliśmy niestarannie oczyścić powierzchnię pryzmatu, bądź zmienić jego temperaturę podczas suszenia go suszarką.

---