Łazowska Paulina 28.02.2001r. Inżynieria Środowiska, środa, g.12

Ćwiczenie 64

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

1. Celem doświadczenia jest pomiar zależności współczynnika załamania światła od stężenia roztworów, następnie opierając się na tych zależnościach, wyznaczyć stężenie roztworu znając jego współczynnik załamania światła.
   Współczynnik załamania 7roztworów o danym stężeniu oraz roztworu X wyznaczamy za pomocą refraktometru Abbego.

2. Główną częścią refraktometru są 2 prostokątne pryzmaty - oświetlający P1 i pomiarowy P2, wykonane ze szkła o dużym współczynniku załamania. Między pryzmaty wprowadzamy kilka kropel badanej cieczy, której współczynnik załamania jest mniejszy niż współczynnik załamania szkła pryzmatów. Ciecz tworzy między pryzmatami cienką warstewkę, pryzmat P1 jest oświetlany białym światłem rozproszonym, które pada pod różnymi kątami na powierzchnię graniczną między cieczą i szkłem. Do cieczy przechodzą tylko promienie, których kąt padania jest większy od kąta granicznego, promienie idące dalej doznają w warstwie cieczy przesunięcia i biegną przez pryzmat P2. Następny pryzmat P3 zmienia kierunek promieni i docierają one przez układ pryzmatów P4 iP5 do lunetki. W wyniku zjawiska wewnętrznego odbicia na przeciwprostokątnej powierzchni pryzmatu P1, część pola widzenia w lunetce jest oświetlona, a część ciemna. Obracając pryzmat P3 zmieniamy położenie lini rozgraniczającej pola ciemne i pole oświetlone (do pomiaru ustawiamy tę linię na przecięciu nici pajęczych widocznych w okularze lunety) Z pryzmatem P3 połączona jest podziałka, na której odczytujemy wartość współczynnika załamania cieczy.

3. Mierzymy współczynnik załamania cieczy dla wody destylowanej, a następnie dla roztworów NaCl o innych stężeniach oraz dla roztworu o nieznanym stężeniu - X. Na podstawie wykonanych pomiarów dla roztworów o znanych stężeniach określamy zależności współczynnika załamania światła od stężenia cieczy, a następnie znając te zależności określamy stężenie roztworu X znając jego współczynnik.
   Czynności pomiarowe:

1. Odkręcam zakrętkę refraktometru, przemywam powierzchnie pryzmatów P1 i P2 wodą destylowaną i suszę bibułą. Wprowadzam kilka kropel cieczy na powierzchnię dolnego pryzmatu, następnie pryzmaty zamykam.

2. Włączam źródło światła, i za pomocą lusterka kieruję źródło światła na oba pryzmaty, tak aby trafiało do lunetki obserwacyjnej.

3. Kręcę pokrętłem refraktometru, aż do ujrzenia linii rozgraniczającej pola jasne i ciemne.

4. Kręcąc śrubą kompensatora przy lunetce usuwam zabarwienie linii granicznej(aby zwiększyć ostrość).

5. Nastawiam okular lunetki, tak, by zobaczyć krzyż z nici pajęczych i ustawiam położenie linii granicznej na przecięciu tych nici.

6. Na skali, widocznej w dodatkowej lunetce odczytuję bezwzględny współczynnik załamania cieczy. Pomiar powtarzam trzykrotnie, za każdym razem naprowadzając linię graniczną na skrzyżowanie nici pajęczych, i obliczam średnią wartość tego współczynnika załamania.

7. Obliczam kąt graniczny: sinα=1/n.
   Jest to kąt graniczny dla promieni świetlnych przechodzących z cieczy do powietrza.

8. Czynności te powtarzam dla wszystkich roztworów NaCl i dla roztworu X, po każdym pomiarze czyszcząc powierzchnie pryzmatów.

4. Wyniki:

Roztwór	Stężenie g/cm	Współczynnik załamania n	Średni współczynnik załamania, błąd		Kąt graniczny
Woda destylowana	0	1,334	1,3335	0,0005	48°36′
							1,333
							1.3335
		1				5	1,339	1,3385	0,0005	48°18′
							1,338
							1,3385
		2				10	1,347	1,346	0,001	48°
							1,347
							1,346
		3				15	1,350	1,351	0,001	47°42′
							1,352
							1,352
		4				20	1,359	1,359	0,001	47°24′
							1,358
							1,359
		5				25	1,364	1,364	0,001	47°12′
							1,364
							1,365
		6				30	1,370	1,369	0,002	46°51′
							1,367
							1,369
		7				X	1,3525	1,352	0,001	47°42′
							1,352
							1,351

Wykres zależności współczynnika załamania światła od stężenia roztworu

Na podstawie przeprowadzonego doświadczenia, czyli po wyznaczeniu współczynnika załamania światła roztworów NaCl o danych stężeniach, narysowałam wykres zależności między tymi dwoma wartościami - współczynnikiem załamania i stężeniem roztworu. Biorąc pod uwagę wartości błędów pomiarowych, które wynikają z niedokładnego wykonania, a także z niedokładności przyrządu, można założyć że prosta łącząca wartości współczynnika załamania wyznaczone dla kolejnych roztworów o podanych stężeniach jest linią prostą. Odszukując na osi wartość współczynnika, którą wyznaczyłam dla roztworu o nieznanym stężeniu, i rzutując ją na prostą łączącą wcześniejsze wyniki, a następnie przyporządkowując punktowi z prostej wartość z osi x, która w naszym przypadku zawiera stężenia roztworów, poznajemy stężenie roztworu, którego szukaliśmy. W moim przypadku średni współczynnik załamania światła dla roztworu 7(X) wynosił 1,352 i był bardzo zbliżony do średniego współczynnika wyznaczonego dla roztworu o stężeniu 15 g/cm, więc pamiętając o błędzie pomiaru, który dla obu pomiarów wynosił tyle samo - 0,001, już wtedy można było przypuszczać, że stężenie roztworu 7 będzie wynosiło 15 g/cm. Po obliczeniu kąta granicznego dla promieni przechodzących przez ciecz uzyskałam takie same wyniki - 47°42′. Narysowanie wykresu upewniło mnie w podejrzeniach, punkt na osi x odpowiadający współczynnikowi załamania o wartości 1,352 leży w otoczeniu punktu odpowiadającemu wartości stężenia 15 g/cm, a promień tego otoczenia jest wartością błędu.

Wynikiem przeprowadzonego przeze mnie ćwiczenia jest wyznaczenie stężenia roztworu dla cieczy o danm współczynniku załamania światła, dla roztworu, którego współczynnik wynosi 1.352 stężenie jest równe 15g/cm. Podstawą do wyznaczenia tego stężenia było określenie zależności między współczynnikiem załamania światła przechodzącego przez roztwór do stężenia tego roztworu, które przedstawiłam na załączonym wykresie. Pokazuje nam on, że proporcjonalnie do wzrostu stężenia, rośnie współczynnik załamania - wykresem tej zależności jest linia prosta.

---