„Wyznaczanie wspólczynnika załamania cieczy i ciał stałych”

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie metod wyznaczania współczynników załamania za pomocą :

- refraktometru Abbego

- mikroskopu

II Część teoretyczna

Współczynnik załamania jest jedną z podstawowych wielkości fizycznych służących opisywaniu oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią . jest on związany z przenikalnością elektryczną

i magnetyczną następującą zależnością :

gdzie:

c- prędkość fal elektromagnetycznych w próżni

V - prędkość fazowa tych fal w danym ośrodku

Iloczyn współczynnika załamania ośrodka , w którym biegnie fala i geometrycznej długości jego drogi, nazywamy drogą optyczną . Jeżeli więc na drodze jednej z dwóch fal o jednakowych długościach ustawimy np. płytkę szklaną o grubości geometrycznej d i współczynniku załamania n , to po przejściu przez płytkę względna zmiana różnicy faz obu fal wyniesie :

Fala elektromagnetyczna , przechodząc przez granicę dwóch ośrodków ulega podziałowi na część odbitą i załamaną . Kierunki rozchodzenia się tych fal i ich wzajemne stosunki energetyczne opisuje się przez bezwzględne współczynniki załamania ośrodków n₁ i n₂ . Zależności matematyczne wynikające z tego opisu są podstawą różnych metod wyznaczania współczynników załamania .

Prawa Snelliusa opisują kierunki rozchodzenia się fali odbitej i załamanej. Załamanie fali przechodzącej opisuje zależność :

gdzie : n - względny współczynnik załamania ośrodka II

Jeśli światło przechodzi przez granicę ośrodków I , II gdzie n₁>n₂ , to dla pewnego kąta padania , kąt załamania i światło nie przechodzi do ośrodka II , czyli :

Wzór ten , wyrażający związek między kątem granicznym i względnym współczynnikiem załamania n , stanowi zasadę pomiaru współczynników załamania za pomocą refraktometru Abbego.

CZĘŚĆPRAKTYCZNA

1)Pomiar współ. załam. cieczy i ciał stałych za pomocą mikroskopu.

Do pomiaru współ. zał. światła użyliśmy mikroskopu. ustawiając kolejno ostrość obrazu uzyskanego w obszarze mikroskopu odczytywaliśmy ilość działek ze śruby mikrometrycznej dla dwóch szkiełek z rysą.. Następnie tę samą czynność powtórzyliśmy dla dwóch szkiełek.Wyniki podstawiliśmy do poniższego wzoru, który jest wzorem na współ. zał. światła

d - grubość płytki

h - pozorna grubość płytki

Aby zmierzyć współczzynnik załamania dla wody dest. użyliśmy płytki pomocniczej z rysą, którą również i tym razem ułozyliśmy rysą do góry, po czym rówenież tak jak w przypak\dku współ. zał, dla szkła odpowiednio ustawialiśmy ostrość i odczytywaliśmy kolejno ilość działek ze śruby mikrometrycznej. ża każdym razem regulując ostrość próbki kręciliśmy śrubą mikrom. w tę samą stronę. Jednak zmieniliśmy próbkę szklaną na kroplę wody z domieszką pyłku likopodium. Pyłek likopodium, spełniał rolę rysy górnej powierzchni płytki badanej. Nastęnie tak jak w poprzednim przypadku odczytaliśmy ilość działek na śrubie mikrometrycznej po uprzednim ustawieniu ostrości. Współczynnik załamania dla wody obliczyliśmy zgodnie z powyższym wzorem.

jeśli chodzi o pomiar wspólczynnika zał dla gliceryny to został on wykonany podobnie jak dla wody.

2)Pomiar współ. załam. cieczy i ciał stałych za pomocą refraktometru ABBEGO

Do pomiaru współ. zał. światła użyliśmy refraktometru ABBEGo. Pierwszą czynnością, jaką wykonaliśmy było wypolerowanie obu powierzchni pryzmatów pomiarowych, po czym na dolną powierzchnie nakropiliśmy wodę destylowaną. Następnie ustawiliśmy lampę sodową, tak aby światło padało na pryzmat. Wyregulowaliśmy ustawienia lusterka podświetlającego skalę. Przez obrót układu pryzmatów znależliśmy w polu widzenia lunety granicę cienia. W celu pozbycia się rozszczepienia się światła na granicy cienia wyreguowaliśmy ustawienia kompensatora dyspersyjnego. Na skali odzcytaliśmy wartość współczynnika załamania wody. Podobnie postąpiliśmy z drugą substancją którĄ była gliceryna.

III Wyniki pomiarów oraz przykładowe obliczenia.

1.Pomiar współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu

1. pomiary dla szkła

pomiar 1

Pomiar	odległość [działki}	wspólczynnik załamania	błąd bezwzględny	d	h
I	35
II	43	1,4		28	20
III	63

Pomiar 2

Pomiar	odległość [działki}	wspólczynnik załamania	błąd bezwzględny
I	0
II	38	1,7
III	87

2. pomiary dla wody destylowanej z domieszką pyłku likopodium

pomiar1

Pomiar	odległość [mm]	Wspólczynnik Załamania	błąd bezwzględny
I	35
II	5	1,5
III	17

Pomiar 2

Pomiar	odległość [działki}	wspólczynnik załamania	błąd bezwzględny
I	25
II	4	1,33
III	13

3. pomiar dla gliceryny z domieszką likopodium

Pomiar	Działki	Wspólcvzynnik	Błąd bezwzgl	D	H
I II III	15 27 54	1,44		39	27

II POMIAR

Pomiar	Działki	Wspólcvzynnik	Błąd bezwzgl	D	H
I II III	5 28 57	1,655		48	29

PRZYKŁĄDOWE OBLICZENIA dla mikroskopu


d - grubość płytki

h - pozorna grubość płytki




Analiza błędów :




2.Pomiar współczynnika załamania światła za pomocą refraktometru Abbego

lp.	Ciecz	współczynnik załamania	błąd bezwzględny	błąd względny [%]
1	woda destylowana	1,335		0,3745
3	gliceryna	1,4563		0,343

Analiza błędów :




IV Wnioski :

W ćwiczeniu zajęliśmy się wyznaczaniem współczynnika załamania światła dla cieczy i ciał stałych. W zależności od badanej substancji lub ciała otrzymywaliśmy różne wartości tego współczynnika. Dla cieczy (woda destylowana, gliceryna) wpółczynnik załamania wahał się od 1,331,655. Natomiast dla szkła wynosił 1,55.

Pomiar przeprowadziliśmy za pomocą refraktometru Abbego i mikroskopu.

W pierwszej części ćwiczenia wyznaczaliśmy wspołczynnik załamania światła za pomocą mikroskopu.. Pomiar okazał się dość skomplikowany. Współczynnik załamania światła był równy stosunkowi grubości płytki do grubości pozornej. Aby obliczyć sam współczynnik musieliśmy dokonać trzech pomiarów pomocniczych. błąd bezwzględny pomiaru grubości był taki sam jak w przypadku pomiaru refraktometrem (0,005 m - połowa działki). uzyskane błędy względne współczynnika załamania światła były rzędu 10(-4) .

Badany w ćwiczeniu współczynnik był bezwzględnym współczynnikiem załamania światła i był zawsze większy od 1. W próżni współczynnik załamania wynosi 1, dla gazów jest nieco większy, a dla cieczy wynosi ok. 1,35 (co mogliśmy sprawdzić praktycznie). Największy współczynnik załamania światła mają ciała stałe.W naszym przypadku największy współczynnik zał. miało szkło (ponad 1,55).

Pomiar za pomocą refraktometru był dość dokładnym pomiarem. Otrzymywane błędy względne były rzędu 0,3 %. Tak mały błąd wynika z tego, że był to pomiar bezpośredni. Za pomocą refraktometru odczytywaliśmy współczynnik załamania światła na skali. Sam pomiar natomiast sprowadzał się do wyregulowania kompensatora i uzyskania ganicy cienia

---