Laboratorium fizyki
Ćwiczenie nr O3. Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą refraktometru Abbego.
Pluton I	Grupa II	Wojciech Pawlikowski Łukasz Musialik
6 kwiecień 2000	Ocena:

Cel ćwiczenia:

Celem niniejszego ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika załamania dla różnych cieczy, a następnie wyliczenie kąta granicznego.

Wstęp teoretyczny:

Prawo załamania światła nazywane prawem Snelliusa mówi, że:

n_I , n_II - współczynniki załamania światła w ośrodku I i II

V_I , V_{II -} prędkości rozchodzenia się światła odpowiednio w ośrodkach I i II

Jeżeli pierwszym ośrodkiem jest powietrze, to możemy przyjąć że n_I = 1 i prawo Snelliusa przyjmie postać:

Rysunek przedstawiony powyżej przedstawia sytuację, gdy fala świetlna rozchodząca się w ośrodku optycznie rzadszym pada na granicę z ośrodkiem optycznie gęstszym i załamuje się w kierunku do normalnej. W sytuacji odwrotnej tj. przejściu promienia z ośrodka optycznie gęstszego do ośrodka optycznie rzadszego towarzyszy załamanie od normalnej. Oznacza to, że kąt załamania jest większy od kąta padania. Można teraz zwiększać kąt padania i doprowadzić do przypadku kiedy kąt załamania będzie równy . Odpowiadający mu kąt padania nazywamy kątem granicznym, ponieważ dla każdego kąta padania większego od kąta granicznego nastąpi całkowite odbicie wewnątrz ośrodka optycznie gęstszego. Przekształcając prawo Snelliusa otrzymujemy wzór pozwalający obliczyć kąt graniczny:

W naszym ćwiczeniu do pomiaru współczynnika załamania światła wykorzystaliśmy uniwersalny refraktometr Abbego. Główną częścią tego przyrządu jest kostka złożona z dwóch prostokątnych pryzmatów P_I i P_II wykonanych ze szkła flintowego o dużym współczynniku załamania zawartym w granicach 1,612 - 1,755. Pryzmaty te złożone są razem powierzchniami przeciwprostokątnymi, między które wprowadza się kilka kropel badanej cieczy o współczynniku załamania mniejszym niż współczynnik załamania szkła, z którego zrobiony jest pryzmat. Ciecz tworzy między powierzchniami obu pryzmatów cienką, płasko - równoległą warstewkę, na którą padają pod różnymi kątami promienie wychodzące z pryzmatu P_I. Część tych promieni ulega całkowitemu odbiciu na powierzchni cieczy, część zaś przechodzi dalej, przenika pryzmat P_II i opuszcza go nie zmieniając pierwotnego kierunku. Dzięki takiemu biegowi promieni pole widzenia lunetki podzielone jest na dwie części: jasną i ciemną, oddzielone od siebie linią, która nie zawsze jest ostrą granicą dlatego też potrzebne są w uniwersalnym refraktometrze Abbego jeszcze dwa pryzmaty P_III i P_IV kompensujące dyspersję. Dzięki nim możliwe jest ustawienie w lunetce I ostrej linii granicznej. Odczytu współczynnika załamania światła dokonujemy z lunetki II.

W naszym doświadczeniu wyznaczaliśmy współczynnik załamania światła dla sześciu cieczy: wody, oleju, gliceryny, nafty, benzyny lakowej, denaturatu. Temperatura otoczenia podczas doświadczenia wynosiła 22 ^O C i była stała (temperatura przed doświadczeniem zgadzała się z temperaturą po doświadczeniu). Błąd odczytu równał się wielkości elementarnej działki czyli 0,001.

Nazwa cieczy	Współczynnik załamania
		1	2	3	4	5	Średnia	błąd odczytu
1. Woda	1,333	1,333	1,333	1,333	1,333	1,333	0,001
2. Olej	1,557	1,557	1,557	1,557	1,557	1,557	0,001
3. Gliceryna	1,452	1,452	1,453	1,453	1,453	1,453	0,001
4. Nafta	1,340	1,340	1,340	1,340	1,340	1,340	0,001
5. Benzyna lakowa	1,439	1,439	1,439	1,439	1,439	1,439	0,001
6. Denaturat	1,364	1,364	1,364	1,364	1,364	1,364	0,001

Znając współczynniki załamania światła można obliczyć kąt graniczny ze wzoru:

Wnioski:

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą refraktometru Abbego jest obarczone pewnym błędem wynikającym z niedoskonałości wzroku ludzkiego. Wartości tablicowe współczynnika załamania światła odbiegają lecz nie wiele od otrzymanych w doświadczeniu np.: dla wody n = 1,332 , gliceryny n = 1,473 , etanolu n = 1,359. Jak więc widać w jednych przypadkach wartości odbiegają bardziej w innych mniej.

---