1. CEL WICZENIA
Celem wiczenia jest poznanie metod wyznaczania wspczynnika zaamania za pomoc: mikroskopu oraz refraktometru Abbego.
2. WSTP TEORETYCZNY
Wspczynnik zaamania OSAD Equation jest jedn z podstawowych wielkoSci fizycznych sucych opisywaniu oddziaywania promieniowania elektromagnetycznego z materi. Jest on zwizany z przenikalnoSci elektryczn e i magnetyczn m nastpujc zalenoSci:
(*)
OSAD Equation.2 \s \* mergeformat
gdzie
c - prdkoS fal elektromagnetycznych w prni,
v - prdkoS fazowa tych fal w danym oSrodku.
Tak okreSlone n nazywa si bezwzgldnym wspczynnikiem zaamania oSrodka. WielkoSci n, e, m s zalene od dugoSci fali l promieniowania elektromagnetycznego.
Ze wzoru (*) wynika, e:
OSAD Equation ,
gdzie l i lo - odpowiednio dugoSci fal w prni i w oSrodku o bezwzgldnym wspczynniku zaamania n.
W czasie t zatem fala biegnca w prni przebywa drog OSAD Equation , a w oSrodku o wspczynniku zaamania n -OSAD Equation OSAD Equation . Z porwnania tych dwch drg otrzymujemy:
OSAD Equation , std OSAD Equation .
Ten iloczyn nazywamy drog optyczn.
WartoSOSAD Equation OSAD Equation okreSla dugoS odcinka, na ktrym mona odmierzy tyle samo fal o dugoSci lo, co na odcinku s. Jeeli jednej z dwu fal o jednakowych dugoSciach l ustawimy pyt szklana o gruboSci d i wspczynniku zaamania n, to rnica faz obu fal po przejSciu przez pytk wyniesie: OSAD Equation
std pomiar rnicy faz OSAD Equation lub rnicy drg optycznych OSAD Equation umoliwia wyznaczenie wspczynnika zaamania. Fala elektromagnetyczna, przechodzc przez granic dwch oSrodkw ulega podziaowi na czeS odbit i zaaman (patrz rysunek).
OSAD CDraw4 \s \* mergeformat
Prawa Snelliusa opisuj kierunki rozchodzenia si fali odbitej i zaamanej. Zaamanie si fali przechodzcej opisuje zalenoS:
gdzie n - wzgldny wspczynnik zaamania oSrodka II
Jeeli Swiato przechodzi przez granic oSrodkw I i II, gdzie n1>n2, to dla pewnego kta padania agr kt zaamania b=90 i Swiato nie przechodzi do oSrodka II, czyli:
OSAD Equation .
Wzr ten wyraajcy zwizek midzy ktem granicznym agr i wzgldnym wspczynnikiem zaamania n, stanowi zasad pomiaru wspczynnikw zaamania za pomoc refraktometru Abbego.
Energetyczny podzia fali elektromagnetycznej na czS odbit i zaaman opisuj wzory Fresnela. Jeeli fala o nateniu Io pada prostopadle na granic oSrodkw I, II to wspczynnik odbicia R od tej paszczyzny wynosi:
Pomiar natenia fali odbitej Ir stwarza moliwoS wyznaczenia wspczynnika zaamania oSrodka, od ktrego nastpuje odbicie si fali.
Rwiato biae, przechodzc przez paszczyzn rozgraniczajc dwa oSrodki o rnych wspczynnikach zaamania, ulega rozszczepieniu na poszczeglne barwy (dugoSci fal). Zjawisko rozszczepienia nazywamy dyspersj. Przez dyspersje D materiau rozumiemy wielkoS:
W obszarze dyspersji normalnej wspczynnik zaamania maleje ze wzrostem dugoSci fali.
Niekiedy materia okreSla si wspczynnikiem dyspersji Sredniej:
OSAD Equation , gdzie
OSAD Equation - liczba Abbego,
OSAD Equation - wspczynnik zaamania dla linii widmowej helu l=589 nm,
OSAD Equation - wspczynnik zaamania dla linii widmowej wodoru l=486 nm,
OSAD Equation - wspczynnik zaamania dla linii widmowej wodoru l=656 nm.
3. Przebieg pomiarw
a) pomiar refraktometrem Abby 'ego
CzS wiczenia zwizana z pomiarem refraktometrem Abby'ego polegaa na wyznaczeniu wspczynnika zaamania wody destylowanej, alkoholu benzylowego, olejku cedrowego i oleju parafinowego.W wyniku pomiaru otrzymano nastpujce wyniki:
1)Woda destylowana: 1,3365SYMBOL 177 \f "Symbol"0,0005
2)Alkohol benzylowy: 1,5850SYMBOL 177 \f "Symbol"0,0005
3)Olejek cedrowy: 1,5720SYMBOL 177 \f "Symbol"0,0005
4)Olej parafinowy: 1,5720SYMBOL 177 \f "Symbol"0,0005
Wszystkie pomiary wykonano w Swietle biaym, przy uyciu kompensatora.
b) pomiar za pomoc mikroskopu
W drugiej czSci wiczenia naleao dokona pomiaru wspczynnika zaamania wody destylowanej i szka za pomoc mikroskopu. W tym celu skorzystaem z wyskalowanej do potrzeb wiczenia Sruby mikrometrycznej mikroskopu. Wyznaczenia n szka dokonuje si na gruncie prawa Snelliusa:
Iloraz sinusw rwny wspczynnikowi n mona z dobrym przyblieniem zastpi ilorazem tangensw tych ktw (tzn. kta odbicia, czyli padania i zaamania):
Korzystajc z oznacze zamieszczonych na rysunku, zapisuj, co nastpuje:
OSAD Equation
Za pomoc mikroskopu zmierzy moemy pozorn i rzeczywist gruboS pytki szklanej i na tej podstawie obliczy n. Otrzymaem nastpujce wyniki dla pytki szklanej:
pooenie I 0
pooenie II 65
pooenie III 105
a dla wody destylowanej:
pooenie II 70
pooenie III 108
4. OBLICZENIA
Poniewa wspczynnik n jest liczb niemianowan nie musz przelicza dziaek Sruby mikrometrycznej mikroskopu na jednostki ukadu SI.
d=III-I h=III-II
Oto obliczone wspczynniki badanych materiaw:
dla szka: OSAD Equation
dla wody: OSAD Equation
Bd wyznaczania n dla pytki szklanej i wody destylowanej wyznacz ze wzoru:
Po podstawieniu odpowiednich wartoSci otrzymujemy:
4. DYSKUSJA WYNIKW
Otrzymane za pomoc refraktometru Abby'ego wartoSci wspczynnikw zaamania okazay si bardzo dokadne, co obrazuje bardzo mae odchylenie od linii trendu na zaczonym wykresie. Pozwoliy nawet wyznaczy nieznane stenia trzech roztworw gliceryny. Natomiast wspczynniki zamania szka wyznaczone za pomoc mikroskopu pozostawiaj wiele do yczenia, s zanione. Moe to by moim zdaniem spowodowane zbyt gbokimi rysami na pytkach szklanych.
5. WNIOSKI
Wyniki pomiarw refraktometrem Abby'ego s bardzo dokadne. Jedyne problemy, jakie mog si pojawi podczas pomiarw spowodowane s zbyt ma iloSci cieczy naniesion na pryzmat ppomiarowy urzdzenia. Wan rzecz jest przemywanie kadorazowo pryzmatu (chyba, e mierzymy roztwory tej samej substancji, ale o rnym steniu)
9.RA`}`::=e6" Z&MrEdMicrosoft DrawZ&MrEdxArial`)_
&MrEd PP
‑
‑&MrEd0`--X(-&MrEd%0&MrEd%p`p&MrEd%0``&MrEd% ` &MrEd%`&MrEd% ` ."Arial CE-2
POLITECHNIKA WROCAWSKA"Arial#-2
PInstytut Fizyki"Arial CE-2
wiczenie nr 752
P*Temat: Wyznaczanie wspczynnika zaamania2
`Wydzia:"ArialC- 2
PRok:
2
Data:
Ocena:"Arial CE-2
‑ cieczy i cia staych"ArialC-2
Pawe Licznar 2
PBLiW2
P22
P
1994-10-28"System---''0Vv
vaF.S9Fu'~9F
uY:3)‑ * .1&&MathType@Times New Romanf- 2
@n 2
@TnSymbol- 2
@(=Times New Romanf- 2
@( 2
@)Symbol- 2
@lTimes New Romanf- 2
@ `
&
"System-acing2Apply fonts and styles or change stylepe:9"(X 6 .1&&MathType-`<M1
-9
T-\‑Times New Roman
[- 2
n 2
jzc 2
tvSymbol- 2
(= 2
S=Symbol-
em
"System-Ne:M" 6$X 6 .1&R&MathType-xT}Times New Roman+- 2
jc 2
RvSymbol- 2
4= 2
=Symbol- 2
`$l 2
^l Times New Roman+- 2
0p
"System-28pe:=5 .1 `&,@L&MathTypeTimes New Roman)- 2
s 2
Hc 2
tiSymbol- 2
= 2
,`
"System-߰ !m:f5, P .1&&MathType@
_}_`4*z_::54, .1 &&MathType@Times New Roman- 2
` s 2
`v 2
`~ti Times New Roman- 2
npSymbol- 2
`= 2
``
"System-V`,>w>>-_0Ra:MR5$ ‑ .1 &&MathType- }>Times New Roman- 2
j"s 2
@s 2
jXc 2
Rv 2
n Times New Roman+- 2
=
"System-::&6H, .1@& &MathType@Times New Roman- 2
`Ts 2
`fn Times New Roman- 2
"System-V`~+>w>V,_0R:~4, P .1&&MathType@
:q4, .1 &&MathType@Times New Roman- 2
`2n Times New Roman- 2
"System-:"N+
X .1&&MathType-Z
SymbolE-...
farfalla88