Łukasz Rafałowski BUDOWNICTWO ROK I GRUPA 4

Ćwiczenie 64

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od stężenia za pomocą refraktometru Abbego.

WPROWADZENIE:

Opisując oddziaływania światła z obiektami makroskopowymi posługujemy się pojęciem promienia świetlnego, który jest bardzo wąską wiązką światła. Promień świetlny w ośrodku jednorodnym i izotropowym rozchodzi się wzdłuż linii prostych. Natomiast zachowanie się promieni świetlnych na granicy dwóch ośrodków opisują prawa odbicia i załamania światła, mówiące, że stosunek sinusa kąta padania α₁ do sinusa kąta załamania α₂ jest wielkością stałą i jest równy współczynnikowi załamania światła ośrodka, do którego promień wchodzi względem ośrodka z którego wychodzi. Współczynnik ten równy jest stosunkowi prędkości w obu tych ośrodkach. Do wyznaczenia względnego współczynnika załamania ośrodka wykorzystuje się zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia światła. Zjawisko to ma miejsce wówczas, gdy promień świetlny biegnie ze środowiska optycznie gęstszego do rzadszego pod kątem większym od tzw. kąta granicznego. Gdy kąt załamania równy jest Π/2 wówczas promień załamany biegnie równolegle do granicy dwóch ośrodków. Przy kątach padania α > α_g promienia załamanego nie obserwuje się w ogóle. Zjawisko to nosi nazwę całkowitego wewnętrznego odbicia. Mierząc graniczny kąt padania w ośrodku optycznie gęstszym możemy za pomocą wzoru:

Wyznaczyć współczynnik załamania n_2,1.

Obliczenia przeprowadzamy wyliczając dla każdego roztworu kąt graniczny, przez postawienie do wzoru

wartość średnią współczynnika załamania światła z trzech pomiarów.

WYKONANIE ĆWICZENIA I OBLICZENIA:

1. Odkręcamy zakrętkę zawierającą pryzmaty pomiarowe P₁ i P₂ refraktometru. Przemywamy powierzchnie pryzmatów wodą destylowaną i suszymy bibułą. Wprowadzamy kilka kropel badanej substancji na matową powierzchnię dolnego pryzmatu. Pryzmaty zamykamy.

2. Włączamy źródło światła i za pomocą lusterka refraktometru kierujemy strumień światła na oba pryzmaty tak, aby mogło ono jednocześnie trafić do znajdującej się nad nimi lunetki obserwacyjnej L.

3. Kręcimy pokrętłem umieszczonym z boku refraktometru, aż ujrzymy linie rozgraniczające pola jasne i ciemne.

4. Kręcąc śrubą kompensatora przy lunetce L, usuwamy zabarwienie linii granicznej.

5. Nastawiamy okular lunetki tak, aby zobaczyć ostry obraz krzyża nitek pajęczych i wyraźną linię rozgraniczającą półkola jasne od ciemnych.

6. Ustawiamy położenie linii granicznej na skrzyżowaniu nici pajęczych.

7. Odczytujemy na skali widocznej w dodatkowej lunetce bezwzględny współczynnik załamania badanej cieczy. Powtarzamy pomiar trzykrotnie i obliczamy wartość średnią współczynnika załamania n.

8. Obliczamy kąt graniczny α_g. Jest to kąt graniczny dla promieni świetlnych przechodzących z cieczy do powietrza.

9. Opisane powyżej czynności pomiarowe wykonujemy kolejno dla wody destylowanej i kilku roztworów gliceryny o znanym stężeniu oraz dla jednego roztworu o nieznanym stężeniu c_x.

10. Znalezione i obliczone wielkości zapisujemy w tabelce.

11. Rysujemy wykres zależności współczynnika załamania od stężenia roztworu - n=f(c).

14. Na podstawie wykresu określamy nieznane stężenie c_x roztworu, którego współczynnik załamania zmierzyliśmy. Wynosi ono około 0,25 g/cm³.

RACHUNEK BŁĘDÓW:

Δn=max|n-n_i| - błąd pomiaru:

-Dla wody destylowanej

Δn=0,0001

-Dla gliceryny o stężeniu 0,05 g/cm³

Δn=0,0001

-Dla gliceryny o stężeniu 0,1 g/cm³

Δn=0,0002

-Dla gliceryny o stężeniu 0,15 g/cm³

Δn=0,0004

-Dla gliceryny o stężeniu 0,2 g/cm³

Δn=0,0001

-Dla gliceryny o stężeniu 0,25 g/cm³

Δn=0,0007

-Dla gliceryny o stężeniu 0,3 g/cm³

Δn=0,0001

-Dla gliceryny o stężeniu x g/cm³

Δn=0,0001.

WNIOSKI:

Ćwiczenie to potwierdziło prawa odbicia i załamania światła. Dzięki nim właśnie mogliśmy dokonywać wszystkich w/w pomiarów. Ponadto do wyznaczenia współczynnika załamania ośrodka wykorzystaliśmy zjawiska rozszczepienia i całkowitego wewnętrznego odbicia światła.

Stwierdziliśmy ponadto, że im wyższe jest stężenie roztworu, tym większy jest współczynnik załamania n.

Dzięki narysowaniu wykresu mogliśmy odczytać prawdopodobne stężenie ostatniego roztworu.

Błędy w odczycie wynikają głównie z niedoskonałości zmysłów obserwatora.

---