Amina Bassil 04.03.2005

WTŻ

Rok 1 wieczorowe gr. 2

Piątek, 16.00.

Sprawozdanie z ćwiczenia:

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od stężenia roztworu za pomocą refraktometru Abbego (ćw. 64)

Wstęp teoretyczny:

Prawo odbicia i załamania światła:

Prawo opisujące zjawisko załamania światła: n = sinα / sinβ = v/u,

Gdzie: n - współczynnik względny załamania, α - kąt padania fali (kąt zawarty pomiędzy normalną do powierzchni rozdziału ośrodków a kierunkiem rozchodzenia się fali padającej), β - kąt załamania fali (kąt zawarty pomiędzy normalną do powierzchni rozdziału ośrodków a kierunkiem rozchodzenia się fali załamanej), v i u - prędkości fazowe fali odpowiednio w 1 i 2 ośrodku.

Kąt odbicia fali (kąt zawarty pomiędzy kierunkiem rozprzestrzeniania się odbitej fali a normalną do odbijającej powierzchni) równy jest kątowi jej padania (zawartego pomiędzy kierunkiem padania a normalną do powierzchni), oba kąty leżą w jednej płaszczyźnie prostopadłej do odbijającej powierzchni.

Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia światła:

Zachodzi, gdy promień świetlny biegnie z ośrodka, w którym prędkość światła jest mniejsza do ośrodka, w którym prędkość ta jest większa, a kąt padania (kąt zawarty pomiędzy normalną do powierzchni a kierunkiem promienia światła) jest większy od kąta granicznego całkowitego odbicia wewnętrznego. Wartość tego kąta wyraża się wzorem: α_g=arcsin(n₂/n₁)

Bezwzględny i względny współczynnik załamania:

Wielkość charakteryzująca zjawisko załamania fali. Wyróżnia się współczynnik załamania bezwzględny, równy stosunkowi prędkości światła w próżni do prędkości fazowej fali w danym ośrodku (n=c/v), oraz względny - pewnego ośrodka 2 względem ośrodka 1 (n_2,1=v₁/v₂)- równy ilorazowi współczynników załamania bezwzględnych ośrodków 2 i 1. Współczynnik załamania zależy od długości fali.

Pryzmat: Jest to bryła z materiału przezroczystego, o co najmniej dwóch ścianach płaskich nachylonych do siebie pod pewnym kątem. Podstawowy typ pryzmatu to szklana bryła o prostokątnej podstawie i trójkątnym przekroju (pryzmat trójgraniasty). Promień światła wnikając do pryzmatu ulega załamaniu na obu skośnych powierzchniach pryzmatu.

Refraktometr Abbego:

Przyrząd do badania współczynników załamania światła różnych ośrodków, a jego działanie oparte jest na wykorzystaniu zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia.

Dyspersja: zjawisko rozszczepienia światła białego.

Cel ćwiczenia:

Zbadanie zależności współczynnika załamania światła od stężenia roztworu, przy użyciu refraktometru Abbego i wykorzystaniu wodnych roztworów gliceryny.

Wykonanie doświadczenia:

Pierwszą czynnością było odpowiednie ustawienie refraktometru. Następujące po sobie kroki były wykonywane kolejno dla wody destylowanej oraz roztworów gliceryny o stężeniach: 0,05; 0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,3; a także dla roztworu o nieznanym stężeniu c_x.

• Przemycie i osuszenie pryzmatów wodą destylowaną, wprowadzenie między nie roztworu, odpowiednie ustawienie refraktometru.

• Odczytanie wyniku w drugiej lunetce i zanotowanie go - pomiar powtarzany trzykrotnie.

• Obliczenie średniej wartości współczynnika załamania światła.

• Obliczenie kąta granicznego α_g [º] dla promieni świetlnych przechodzących z cieczy do powietrza. α_g - ze wzoru sinα_g=1/n skąd α_g=arcsin(1/n)

Został sporządzony wykres zależności n=n(c).

Kolejną czynnością było obliczenie współczynników a i b funkcji regresji liniowej najlepiej odpowiadającej danym doświadczalnym, a także policzenie błędów tych współczynników. Wykonano to przy użyciu funkcji reglinp z Excel'a.

Na podstawie danych otrzymanych z funkcji, obliczona została wartość stężenia c_x, które wyniosło 0,1646 +/- 0,0029, z wykresu zaś można odczytać wartość stężenia c_x = 0,1645 +/-0,003.

Wnioski:

Przeprowadzone pomiary wykazały, że współczynnik załamania światła (n) zależy od stężenia roztworu (c), a jego wartość wzrasta, wraz z gęstością badanego roztworu.

Zarówno wynik teoretyczny, jak i odczytany z wykresu, dla roztworu x pokrywają się.

---