1. WSPÓŁCZNNIK ZAŁAMANIA ŚWIATŁA ORAZ WSPÓŁCZYNNIK DYSPERSJI SZKŁA. a) Bezwzględny współczynnik załamania światła

Transkrypt

1 . WSPÓŁCZNNIK ZAŁAMANIA ŚWIATŁA ORAZ WSPÓŁCZYNNIK DYSPERSJI SZKŁA a) Bezwzględy współczyik załamaia światła Bezwzględy współczyik załamaia światła b dla daego ośrodka to stosuek prędkości rozchodzeia się światła w próżi do prędkości rozchodzeia się światła w daym ośrodku: b = V pr / V ośr, (V pr = km/s, b powietrza =,0003) Bezwzględy współczyik załamaia światła dla wszystkich ośrodków materialych jest większy od jedości ze względu a to, że prędkośd światła jest ajwiększa w próżi. Zależy od: a) długości fali (im długośd jest miejsza tym bezwzględy współczyik załamaia jest większy) b) temperatury ośrodka ( dla diametu a przykład bezwzględy współczyik załamaia światła rośie wraz z temperaturą) c) ciśieia Światło - promieiowaie elektromagetycze (fale elektromagetycze) o długości fali zawartej w przedziale m (tzw. światło widziale). Miaem świetlych określa się rówież promieiowaie podczerwoe i promieiowaie ultrafioletowe. Światło widziale wywołuje wrażeia barwe (barwa), a światło białe jest mieszaią świateł o różej długości fal. Światło w próżi rozchodzi się z jedakową prędkością

2 c= 3 x 0 8 m/s gdzie: c- prędkośd światła w próżi μ 0 - przeikalośd magetycza w próżi ε 0 przeikalośd elektrycza w próżi, Zakres optyczy promieiowaia elektromagetyczego określay jest od 80 do 5000 m. Dzieli się a trzy części: ultrafioletową ( m) widzialą ( m) podczerwoą ( m) Przykład rozchodzącej się fali elektromagetyczej przedstawioo a rysuku. Rys. Propagacja fali elektromagetyczej

3 Powyżej przedstawioo jede z rodzajów propagacji fali elektromagetyczej b)względy współczyik załamaia światła Względy współczyik załamaia światła dla daych dwóch ośrodków wyrazid moża stosukiem ich współczyików bezwzględych. Jest to iaczej mówiąc, bezwzględy współczyik załamaia światła ośrodka, do, którego promieo wchodzi, względem ośrodka, z którego wychodzi: C V C V V V gdzie: - bezwzględy współczyik załamaia światła ośrodka ; - bezwzględy współczyik załamaia światła ośrodka ; V - prędkośd rozchodzeia się światła w ośrodku ; V - prędkośd rozchodzeia się światła w ośrodku ; C - prędkośd rozchodzeia się światła w próżi. W praktyce współczyik załamaia ozacza współczyik załamaia względy, a więc względem powietrza mierzoy.

4 c) Ośrodek dyspersyjy i iedyspersyjy Ośrodek ie jest dyspersyjy, jeżeli prędkośd światła w daym ośrodku ie zależy od długości fali (tz. jest taka sama dla światła o różych długościach fali, v( )=cost. i ( )=cost.), p. próżia, powietrze. W przypadku ośrodków dyspersyjych prędkośd światła zależy od długości fali światła (v=v( ), =( )). Róża prędkośd światła, w różych ośrodkach, jest kosekwecją zaego prawa załamaia światła Sella a graicy dwóch ośrodków: ośś. od. si si Gdzie: - współczyik załamaia ośrodka drugiego względem pierwszego,, są katami padaia i załamaia a graicy ośrodków. Prawo Sella jest podstawą wszystkich pomiarów refraktometryczych, które są pomiarami względymi, określają jede współczyik załamaia względem iego współczyika odiesieia. W pomiarach refraktometryczych współczyikiem odiesieia jest współczyik załamaia pryzmatu refraktometru.

5 d) Dyspersja ośrodka Mierząc współczyiki załamaia dla różych długości fal, moża zmierzyd dyspersję ośrodka, tz. =( ) Szybkości zmia wraz ze zmiaą mogą byd opisywae w róży sposób. Dyspersja materiału : / Dyspersja cząstkowa jest określaa dla pewego przedziału widma Dyspersja średia FC = F - C lub F C = F - C gdzie wskaźiki literowe ozaczają odpowiedie symbole liii widmowych. Współczyiki dyspersji (liczby Abbego) opisae są jako: V d F d C lub V e F ' e C ' gdzie: e, F', C', d, F, c - współczyiki załamaia światła dla określoych długości fal (tabela l).

6 Tabela. Ozaczeie liii Długość falii [m] Źródło rodzaj lampy Barwa liii C H Czerwoa C Cd Czerwoa D He Żółta E 546. Hg Zieloa F 486. H Niebieska F Cd Niebieska Dyspersję szkieł optyczych opisuje się zwykle jako: =A 0 +A + A - + A A A 5 Gdzie: współczyiki A podawae są w katalogach szkieł.

7 e) Zasada pomiaru Zasada pomiaru współczyika załamaia światła bazuje a pojęciu kąta graiczego i zjawisku całkowitego wewętrzego odbicia. Gdy założymy, że współczyik załamaia ośrodka A jest miejszy od współczyika załamaia ośrodka B (rys. a) to schemat przedstawia się astępująco:,,,, 3,, A B ,, 3 A B 5 4 Rys. Załamaie światła a graicy dwóch ośrodków ( B>A ) a) Kąt graiczy kąt graiczy gr., b) zjawisko całkowitego wewętrzego odbicia

8 Gdy zwiększymy kąt a, wówczas kąt także rośie, lecz woliej iż a. Przy kącie a=90 (si =l), kiedy promieo wchodzący a graicę dwóch ośrodków ślizga się po graicy ośrodków, wyjściowy kąt gr. osiąga graiczą wartośd. Światło ie przechodzi (ciemy obszar) do ośrodka B z kątem większym od graiczego. Gdyby powstała teraz sytuacja, że światło przechodziłoby od ośrodka B do A (rys.b), to promieie wchodzące z kątem miejszym od graiczego gr. będą wychodziły w ośrodku A z kątem a. Dla gr., kąt wyjściowy a=90 i promieo wychodzący ślizga się po graicy ośrodków, wtedy =l/si gr.. Jeżeli atomiast promieie padają a graicę ośrodków pod kątem większym od graiczego to astępuje całkowite wewętrze odbicie, i odbijają się od graicy ośrodków (rys.3 b). Pomiary refraktometrycze wykorzystują pomiar kąta, który może byd związay z kątem graiczym rys.3 a (graica jasego-ciemego pola). lub z kątem załamaia światła przez V- pryzmat refraktometryczy i baday ośrodek (wąskiej wiązki światła) rys.3b a) b) Rys.3. Zasady pomiaru: a - kąta graiczego b - kąta odchyleia

9 e) Pomiar kata za pomocą kąta graiczego Pryzmat refraktometru o dużym współczyiku załamaia N (rys. a) ma dwie płaskie wypolerowae powierzchie prostopadłe do siebie. Jest to powierzchia góra, a którą kładzie się badaą próbkę i powierzchia pryzmatu, z której wychodzą załamae promieie. Badaa próbka powia mied także dwie płaskie, prostopadłe wypolerowae powierzchie. Jest to powierzchia, przez którą wchodzą do próbki promieie i druga powierzchia pozostająca w kotakcie z powierzchią pryzmatu refraktometru. Kotakt między powierzchiami odbywa się zwykle przez ciecz immersyją o współczyiku załamaia pośredim między współczyikiem mierzoym, a współczyikiem pryzmatu refraktometru N. Zawsze musi byd <N. Dla kąta graiczego, kiedy w luetce refraktometru obserwuje się graicę pola jasego i ciemego, wtedy mamy: cos N Jeżeli dla każdej mierzoej długości fali światła, zamy współczyik załamaia pryzmatu refraktometru, to mierząc kąt, możemy wyzaczyd współczyik załamaia badaej próbki N cos Refraktometr Pulfricha PR firmy Carl Zeiss Jea Refraktometr Pulfricha PR firmy firmy Carl Zeiss Jea, przedstawioy a rys. opisay poiżej i stosoway w dwiczeiu pozwala a pomiar kąta z dokładością większą iż 5, co daje wartośd współczyika załamaia z błędem względym miejszym od Umożliwia pomiar współczyika załamaia dla ciał stałych i cieczy przez pomiar kąta graiczego γ lub odchyleia ε. Na rysuku wprowadzoo astępujące ozaczeia: - obudowa lamp spektralych - podstawka z pryzmatem pomiarowym

10 3- okular 4- obudowa urządzeia pomiarowego 5- pokrętło autokolimatora 6- pokrętło dokładej skali 7- przełączik dwu dźwigiowy ; lueta - kąt graiczy, 8- Gałka apędowa luety pomiarowej, 9- kolimator, 0- śruba regulacyja pryzmatu, - śruba regulacyja kolimatora - dodatkowe źródło światła, lampa sodowa, 3- włączik lampy rtęciowej, 4- główy włączik zasilaia układu, 5- przełączik lamp spektralych, 6- przełączik filtrów, 7- -zasilacz lamp spektralych, 8- lueta, 9- termometr. Rys.4 Refraktometr PR firmy Carl Ziess Jea Źródło: S. Kuźmiski, J.Dziedzic, J.Pietruszewski, Dwiczeia laboratoryje z fizyki teoria i praktyka, PWSZ, Jeleia Góra 007

11 Rys.5 Przystawka pryzmatycza, pryzmat i lueta pomiarowa Źródło: S. Kuźmiski, J.Dziedzic, J.Pietruszewski, Dwiczeia laboratoryje z fizyki teoria i praktyka, PWSZ, Jeleia Góra 007 Refraktometr PR przedstawioy a rys.4 składa się z trzech główych części:. Umieszczoych w obudowie wewętrzych źródeł światła. Cokołu z pryzmatem i przystawką oświetleiową lub kolimatorem 3. Urządzeia pomiarowego ) źródła światła Refraktometr zaopatrzoy jest w trzy zajdujące się wewątrz obudowy róże źródła światła, którymi są: lampa wodorowa, helowa i rtęciowa. Poadto w zakresie widzialym mamy do dyspozycji filtry optycze ozaczoe literami C, d, e, F, g i h, które umożliwiają wybór astępujących długości fal:. Filtr C czerwoa liia wodoru - λ = 656,3 m. Filtr d żółta liia helu - λ = 587,6 m, 3. Filtr e - zieloa liia rtęci - λ = 546, m, 4. Filtr F - iebieska liia wodoru - λ = 486, m, 5.Filtr g - fioletowa liia rtęci - λ = 435,9 m,

12 6. Filtr h - ciemo fioletowa liia rtęci - λ = 404,7 m ) Pryzmaty Refraktometr zaopatrzoy jest w trzy róże wymiee pryzmaty i asadki pryzmatycze. Pryzmaty umieszcza się w prowadicach usytuowaych a cokole pryzmatyczym i dociska śrubą. Posiadają oe róże kształty i przezaczoe są do pomiarów kąta graiczego różych ciał. W zależości od rodzaju badaego materiału wyróżia się astępujące ozaczeia pryzmatów: G dla szkieł i iych ciał stałych, Z - dla cieczy ( awet dwóch cieczy metodą porówawczą ), A - dla cieczy korodujących. Pryzmat V jest pryzmatem uiwersalym i służy do pomiaru kąta odchyleia dla szkieł i iych ciał stałych, a także cieczy. Rys.6 Pryzmaty stosowae w refraktometrze PR-. Źródło: S. Kuźmiski, J.Dziedzic, J.Pietruszewski, Dwiczeia laboratoryje z fizyki teoria i praktyka, PWSZ, Jeleia Góra 007

13 3) Urządzeie pomiarowe Prawa stroa urządzeia pomiarowego zawiera cztery pokrętła ozaczoe cyframi 5,6,7 i 8. f) Pomiar kąta za pomocą odchyleia promieia przez V-pryzmat Pryzmat V refraktometru (rys. b) wykoay jest tak, że jego pioowe ściay tworzą płytkę płasko rówoległą, a w górej jego części wewętrze ściaki V tworzą kąt prosty. W te kąt prosty moża wstawiad badae próbki prostokąte, które są w kotakcie z powierzchiami pryzmatu przez ciecz immersyją. lub wypełid V-pryzmat badaą cieczą. Rówoległa wiązka promiei odchyla swój bieg i występuje wtedy astępująca zależośd cos,5 N 0,5 N Zając współczyiki załamaia pryzmatu V i mierząc kąt współczyik załamaia próbki, moża wyzaczyd N cos N cos