WARSZAWA 2003

SGSP

SPRAWOZDANIE Z ĆWIECZENIA 03

„Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą refraktometru Abbego”.

Wykonały :

Izabela Budzisz

Agnieszka Czyżewska

ĆWICZENIE LABORATORYJNE Z FIZYKI
Ćwiczenie nr 2
Temat : O3 - „Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą refraktometru Abbego”.
Izabela Budzisz Agnieszka Czyżewska	DSZ-PK1 PL.2
Data : 16.04.2003	Ocena:

1. Wstęp teoretyczny.

Światłem nazywamy promieniowanie elektromagnetyczne o długościach fal zawartych między 380nm a 760nm.Źródłami takiego promieniowania są atomy i molekuły substancji znajdującej się w stanie wzbudzonym.

Światło posiada dwoistą naturę korpuskularno-falową tzn. ulega zjawiskom charakterystycznym zarówno dla fali jak i cząsteczki. Zazwyczaj przy padaniu światła na granicę dwóch ośrodków przezroczystych, różniących się prędkością rozchodzenia się światła, część energii promienistej przechodzi do drugiego ośrodka w postaci promienia załamanego. Załamanie światła na granicy dwóch ośrodków izotropowych podlega następującym prawom:

1. kąt padania i załamania leżą w jednej płaszczyźnie

2. stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania równa się stosunkowi prędkości v₁ rozchodzenia się światła w ośrodku pierwszym do prędkości v₂ rozchodzenia się światła w ośrodku drugim. Zależność tą wyraża wzór

nazywany prawem Snelliusa

Możemy rozpatrzyć dwa przypadki załamania światła:

1. kiedy promień świetlny przechodzi z ośrodka rzadszego do ośrodka

gęstszego; wówczas kąt padania jest większy od kąta załamania

n₁

n₁<n₂

2. kiedy promień świetlny przechodzi z ośrodka gęstszego do ośrodka rzadszego;

wówczas kąt padania jest mniejszy niż kąt załamania

n₁

n₁<n2

n₂

W przypadku b) po spełnieniu określonych warunków mamy do czynienia ze zjawiskiem całkowitego wewnętrznego odbicia. Pojawia się ono wówczas gdy cały padający promień zostaje odbity od wewnętrznej powierzchni (na przykład od powierzchni wody). Wiemy, że kąt padania będzie mniejszy niż kąt załamania. Jeśli będziemy stopniowo zwiększać kąt padania to miara kąta załamania będzie również wzrastać. Dla pewnej wartości kąta padania β (zwanej kątem granicznym) kąt załamania α wyniesie 90° a dla wartości większych niż β graniczne promień załamany nie pojawi się. Wystąpi natomiast zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia opisane wzorem

Możemy przyjąć, że dla powietrza n₁=1 a sin
=1. Wówczas prawo Snelliusa przyjmuje postać

sinβ=

2. Opis ćwiczenia.
W doświadczeniu należało wyznaczyć współczynniki załamania światła dla czterech cieczy: dwóch rodzajów oleju, denaturatu i wody aby następnie na podstawie pomiarów obliczyć miary kątów granicznych dla każdej z tych cieczy. Pomiarów dokonałyśmy refraktometrem Abbego wykorzystującego zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia. Dla każdej z cieczy wykonałyśmy pięć pomiarów w stałej temperaturze. Cienką warstewkę każdej z substancji za pomocą pipety wprowadzałyśmy pomiędzy dwa pryzmaty (tworzące w refraktometrze tzw. kostkę). Refraktometr został oświetlony białym światłem rozproszonym. Promienie przechodzące przez warstwę cieczy ulegały częściowo całkowitemu odbiciu a częściowo przechodziły przez kostkę niezmienione. W związku z tym w lunetce L₁ można było zaobserwować pole jasne i ciemne oddzielone od siebie rozmytą granicą. Obracając gałką1 redukowałyśmy rozmycie(dyspersję) a następnie, przy pomocy gałki2, ustawiałyśmy wyraźną już linię graniczną na skrzyżowaniu nitek pajęczych. W lunetce L₂ można było odczytać wynik tzn. wartość współczynnika załamania. Wyniki doświadczenia przedstawia tabelka:

Nazwa cieczy	Współczynnik załamania
		1	2	3	4	5	Średnia	Błąd odczytu	Kąt graniczny α= arcsin(1\n)
Olej 1 przekładniowy	1,493	1,493	1,493	1,493	1,493	1,493	0,001	41,98^0
Olej 2 silnikowy	1,560	1,561	1,561	1,561	1,561	1,560	0,001	39,96^0
Denaturat	1,368	1,368	1,368	1,368	1,368	1,368	0,001	47,15^0
Woda	1,337	1,337	1,337	1,337	1,337	1,337	0,001	48,60^0

Nazwa cieczy	Współczynnik załamania
		t1	t1+3^o	t1+6^0	t1+9^0	t1+12^0	t1+15^0	t1+18^0	t1+21^0	t1+24^0	t1+27^0	t1+30^0	Δt =1^0C
Temp ^0C	14	17	20	23	26	29	32	35	38	41	44	Δn = 0,001
n	1,339	1,339	1,338	1,338	1,337	1,337	1,337	1,336	1,336	1,336	1,335

3. Obliczenia

Olej 1:

β_gr=arcsin0,669=41,989° (+/- 0,001)

Olej 2 sinβ=

β_gr=arcsin0,64=57,803 (+/- 0,001)

Denaturat

β_gr=arcsin0,733=65,982 (+/- 0,001)

Woda

β_gr=arcsin0,75=67,516 (+/- 0,001)

4. Rachunek błędów Δn=0,001

5. Wynik

Olej 1: β_gr=arcsin0,669=41,989° (+/- 0,001)

Olej 2 β_gr=arcsin0,64=57,803° (+/- 0,001)

Denaturat β_gr=arcsin0,733=65,982° (+/- 0,001)

Woda β_gr=arcsin0,75=67,516°(+/- 0,001)

6.Wykres n(t)

7. Wnioski

Każda z substancji posiada inny, charakterystyczny dla siebie kąt graniczny, który jest odwrotnie proporcjonalny do współczynnika załamania. To znaczy im kąt graniczny jest większy, tym współczynnik załamania jest mniejszy.

W doświadczeniu możemy zaobserwować dużą dokładność pomiarów. Otrzymane wyniki są bardzo zbliżone do wartości podawanych w tablicach fizycznych i mieszczą się w granicy błędu.

Wraz ze wzrostem temperatury współczynnik załamania dla wody maleje. Jest to jednak spadek minimalny rzędu 0,001.

4

β

α

β

α

---