OPTYKA INSTRUMENTALNA

Podobne dokumenty
POMIARY OPTYCZNE Współczynnik załamania #1. Damian Siedlecki

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA SZKŁA ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU.

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA SZKŁA ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU CZĘŚĆ (A-zestaw 1) Instrukcja wykonawcza

Pomiar dyspersji materiałów za pomocą spektrometru

I PRACOWNIA FIZYCZNA, UMK TORUŃ

Pomiar dyspersji materiałów za pomocą spektrometru

Materiałoznawstwo optyczne SZKŁO. (pomiar własnow. NORMY BRANŻOWE Henc T., Pomiary optyczne, WNT Warszawa, 1964

Ć W I C Z E N I E N R O-1

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA W PRZEZROCZYSTYM MATERIALE METODĄ KĄTA NAJMNIEJSZEGO ODCHYLENIA

ĆWICZENIE 41 POMIARY PRZY UŻYCIU GONIOMETRU KOŁOWEGO. Wprowadzenie teoretyczne

POMIARY OPTYCZNE Współczynnik załamania #2. Damian Siedlecki

POMIARY OPTYCZNE Pomiary kątów (klinów, pryzmatów) Damian Siedlecki

Wykład FIZYKA II. 7. Optyka geometryczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA METODĄ SZPILEK I ZA POMOCĄ MIKROSKOPU

9. Własności ośrodków dyspersyjnych. Pomiar dyspersji materiałów za pomocą spektrometru

Sposób wykonania ćwiczenia. Płytka płasko-równoległa. Rys. 1. Wyznaczanie współczynnika załamania materiału płytki : A,B,C,D punkty wbicia szpilek ; s

Falowa natura światła

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

MGR 10. Ćw. 1. Badanie polaryzacji światła 2. Wyznaczanie długości fal świetlnych 3. Pokaz zmiany długości fali świetlnej przy użyciu lasera.

POMIARY OPTYCZNE Pomiary ogniskowych. Damian Siedlecki

WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI

Badanie przy użyciu stolika optycznego lub ławy optycznej praw odbicia i załamania światła. Wyznaczanie ogniskowej soczewki metodą Bessela.

Egzamin / zaliczenie na ocenę*

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

Prawa optyki geometrycznej

Pomiar współczynnika załamania światła OG 1

OPTYKA W INSTRUMENTACH GEODEZYJNYCH

REFRAKTOMETRIA. 19. Oznaczanie stężenia gliceryny w roztworze wodnym

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Literatura; konsultacje, strona internetowa itp.; warunki zaliczenia REPETYTORIUM z optyki

35 OPTYKA GEOMETRYCZNA. CZĘŚĆ 2

Optyka 2012/13 powtórzenie

Badanie właściwości optycznych roztworów.

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

Podstawy fizyki wykład 8

Plan wynikowy (propozycja)

KARTA PRZEDMIOTU. Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium Liczba godzin zajęć zorganizowanych w Uczelni 45 15

Szkła specjalne Wykład 17 Właściwości optyczne Część 1 Optyczne właściwości liniowe

Skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła w cieczach (PF13)

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 51: Współczynnik załamania światła dla ciał stałych

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 7. Metody pomiarów elementów układów optycznych. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Ćwiczenie Nr 8 Współczynnik załamania refraktometr Abbego

O3. BADANIE WIDM ATOMOWYCH

OPTYKA INSTRUMENTALNA

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Optyka geometryczna MICHAŁ MARZANTOWICZ

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 8. Pomiar ogniskowej układu optycznego. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Zasada Fermata mówi o tym, że promień światła porusza się po drodze najmniejszego czasu.

Wyznaczanie dyspersji optycznej pryzmatu metodą kąta najmniejszego odchylenia.

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

S P E K T R O S K O P S Z K O L N Y P R Y Z M A T Y C ZN Y 1

OPTYKA INSTRUMENTALNA

17. Który z rysunków błędnie przedstawia bieg jednobarwnego promienia światła przez pryzmat? A. rysunek A, B. rysunek B, C. rysunek C, D. rysunek D.

Optyka. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat. Prawa odbicia i załamania. Uniwersytet Rzeszowski, 22 listopada 2017

Analiza widmowa spektralnych lamp gazowych przy użyciu spektrogoniometru.

Szczegółowy rozkład materiału z fizyki dla klasy III gimnazjum zgodny z nową podstawą programową.

Fala elektromagnetyczna o określonej częstotliwości ma inną długość fali w ośrodku niż w próżni. Jako przykłady policzmy:

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 6. Pomiary współczynnika załamania i współczynnika dyspersji

20. Oznaczanie stężenia acetonu w czterochloroetanie

- 1 - OPTYKA - ĆWICZENIA

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

ANALIZA SPEKTRALNA I POMIARY SPEKTROFOTOMETRYCZNE. Instrukcja wykonawcza

LABORATORIUM OPTYKI GEOMETRYCZNEJ

WYZNACZANIE PROMIENIA KRZYWIZNY SOCZEWKI I DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ PIERŚCIENI NEWTONA

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Literatura, konsultacje, warunki zaliczenia REPETYTORIUM z optyki. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

POMIAR APERTURY NUMERYCZNEJ

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Ćwiczenie Nr 6 Skręcenie płaszczyzny polaryzacji

BADANIE I ACHROMATYZACJA PRĄŻKÓW INTERFERENCYJNYCH TWORZONYCH ZA POMOCĄ ZWIERCIADŁA LLOYDA

9. Optyka Interferencja w cienkich warstwach. λ λ

Promienie

ośrodka drugiego względem pierwszego. sinα (1) n 2,1 =

Ć W I C Z E N I E N R O-6

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Prezydenta Stanisława Wojciechowskiego w Kaliszu

Zwierciadło kuliste stanowi część gładkiej, wypolerowanej powierzchni kuli. Wyróżniamy zwierciadła kuliste:

rys. 1. Rozszczepienie światła białego w pryzmacie

+OPTYKA 3.stacjapogody.waw.pl K.M.

4.11 Badanie widm emisyjnych za pomocą spektroskopu pryzmatycznego (O10)

Opis matematyczny odbicia światła od zwierciadła kulistego i przejścia światła przez soczewki.

POMIAR ODLEGŁOŚCI OGNISKOWYCH SOCZEWEK

STOLIK OPTYCZNY 1 V Przyrząd jest przeznaczony do wykonywania ćwiczeń uczniowskich z optyki geometrycznej.

OPTYKA INSTRUMENTALNA

OCENA PRZYDATNOŚCI FARBY PRZEWIDZIANEJ DO POMALOWANIA WNĘTRZA KULI ULBRICHTA

Człowiek najlepsza inwestycja

Wyznaczenie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

Przedmiotowy system oceniania z fizyki dla klasy III gimnazjum

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Zagadnienia: równanie soczewki, ogniskowa soczewki, powiększenie, geometryczna konstrukcja obrazu, działanie prostych przyrządów optycznych.

4.11 Badanie widm emisyjnych za pomocą spektroskopu pryzmatycznego(o10)

Wykład XI. Optyka geometryczna

Transkrypt:

OPTYKA INSTRUMENTALNA Wykład 10: POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA I: współczynnik załamania i dyspersja szkła: definicje, sens fizyczny; spektrometryczne metody pomiaru współczynnika załamania szkieł i cieczy, bazujące na prawie załamania i zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia: metoda Fraunchofera, Rydberga-Martensa, promienia prostopadle wchodzącego/wychodzącego z pryzmatu, Abbego, Kohlrausha, Wollastona; refraktometry: Pulfricha, Abbego, Bodnara; Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Katedra Optyki i Fotoniki Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechnika Wrocławska http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/ Pokój 18/11 bud. A-1

Wprowadzenie W poprzednim odcinku: SZKŁO: - Definicja; - Sposoby wytwarzania; - Parametry w tym OPTYCZNE!

Współczynnik załamania Przypomnienie: DEFINICJA Współczynnik załamania ośrodka opisuje zmianę prędkości fali w ośrodku: c n v c prędkość światła w próżni; v prędkość światła w ośrodku;, - względne przenikalności: elektryczna i magnetyczna ośrodka; 3. PRAWO SNELIUSA [Snella] (załamania) między kątem załamania i kątem padania zachodzi związek: sin 1 sin 2 v v 1 2 n n 2 1 n 21

Dyspersja Przypomnienie: Dyspersja właściwość materiału: zależność prędkości fazowej fal (a więc również współczynnika załamania) od częstotliwości, długości fali albo wektora falowego. Efektem jest dyspersja zjawisko rozszczepienia światła polichromatycznego na monochromatyczne. Ale dyspersja to też liczba parametr, określający liczbowo dyspersję materiału.

Dyspersja Liczbowo dyspersję opisują: - współczynnik dyspersji (dyspersja średnia) n n n F C - liczba Abbego: d n n F d 1 n C - dyspersja częściowa względna: P x, y n n x F n n y C

Linie spektralne

Dyspersja Wykres dyspersji materiałów optycznych

Dyspersja

Dyspersja

Dyspersja

Współczynnik załamania wybranych cieczy Nazwa cieczy Współczynnik zalamania Nazwa cieczy Współczynnik załamania Alkohol metylowy 1.33 Olejek anyżowy 1.56 Woda destylowana 1.333 Monobromobezen 1.561 Alkohol etylowy 1.36 Anilina 1.58 Heksan 1.375 Bromoform 1.588 Alkohol amylowy 1.400 Olejek migdałowy 1.60 Czterochlorek węgla 1.46 Monojodobenzen 1.621 Oliwa z oliwek 1.467 Dwusiarczek węgla 1.63 Ksylol 1.495 a-monochloronaftalen 1.639 Benzol 1.501 a-monobromonaftalen 1.659 Olejek cedrowy 1.516 Jodek rtęciowo potasowy 1.73 Monochlorobenzen 1.527 Jodek metylenu 1.74 Olejek goździkowy 1.544 Nasycony roztów siarki w jodku metylenu Nitrobenzen 1.554 1.778

Po co się mierzy współczynnik załamania? Po co mierzy się charakterystyki spektralne współczynnika załamania (czyli dyspersję)? Coś by wreszcie wypadało zrobić samemu, przygotowując się do kolokwium, a nie tylko kserować (robić zdjęcia!) treści wykładu. ;-)

Pryzmat Przy spektrometrycznych pomiarach współczynnika załamania materiał badany musi mieć kształt pryzmatu o dwuściennym kącie łamiącym γ. PRZYPOMNIENIE: Pryzmat to bryła przezroczysta, której dwie ograniczające płaszczyzny tworzą ze sobą kąt γ, zwany kątem łamiącym pryzmatu. Zastosowania pryzmatów: pomiar współczynnika załamania na goniometrach (spektrometrach); odchylanie biegu wiązki w przyrządach optycznych (jak zwierciadła); rozszczepienie wiązki światła białego na widmo.

Pryzmat Przy symetrycznym biegu promieni przez pryzmat: n sin 2 sin 2 min min to kąt minimalnego odchylenia

Kąt minimalnego odchylenia i 2 2 arcsin n sin( i1 ) sin( ) cos( ) sin( 1) 1 i n 1 =1.52 n 2 =1.53 60 0

Metoda Fraunhofera bazuje właśnie na wzorze: n sin 2 sin 2 min min min A na czym polega ta metoda Co trzeba zmierzyć? Jakich urządzeń użyć? Pomiar można wykonać, gdy: (dlaczego?) 2arcsin 1 n

Metoda Fraunhofera cd. Czynniki praktyczne decydujące o jakości i dokładności pomiaru: - Szerokość szczeliny lunety kolimatora a rodzaj kresek celownika lunety autokolimacyjnej; - Wymagania na równoległość wiązki: ogniskowe lunety i kolimatora min. 500 mm przy średnicy nie mniejszej niż 35 mm, powiększenie nie mniejsze niż 30 x ; - Ściany łamiące pryzmatu powinny być wykonane z dokładnością nie mniejszą niż 0,25 prążka interferencyjnego; - Kontrola temperatury.

Metoda Fraunhofera cd. min min Niepewność określenia współczynnika załamania: Błąd średni kwadratowy: Można pokazać, że do pomiaru współczynnika załamania szkła z dokładnością 10-3 należy użyć goniometru jednosekundowego.

Metoda Rydberga-Martensa. (Pomiar kąta padania promieni na pryzmat.) 1) Celujemy lunetą na szczelinę kolimatora, odczytujemy jej położenie; 2) Obracamy lunetę o kąt i unieruchamiamy ją w tym położeniu; 3) Stawiamy pryzmat na stolik i obracamy go tak, aby obraz szczeliny kolimatora (po odbiciu od ściany pryzmatu!) pokrył się z krzyżem lunety; 4) Mierzymy kąt odchylenia promieni przechodzących przez pryzmat (JAK?).

Metoda promienia prostopadle wychodzącego z pryzmatu. Jeśli promień wychodzi z pryzmatu prostopadle do ściany wyjściowej, to muszą być zachowane następujące warunki: a ponieważ: więc: 1) Lunetą goniometru celujemy na szczelinę nieruchomego kolimatora; 2) Kładziemy pryzmat na stolik i ustawiamy go tak, aby jego ściana wyjściowa była prostopadła do osi lunety (autokolimacyjnej); 3) Stolik i lunetę blokujemy tak, aby obracały się razem; obracając ten moduł, szukamy obrazu szczeliny po przejściu przez pryzmat; 4) Z różnicy odczytów otrzymujemy wartość kąta odchylenia i obliczamy n. Kąt łamiący pryzmatów w tej i następnej metodzie musi być dwa razy mniejszy, niż w metodzie Fraunhofera (CZEMU?).

Metoda promienia prostopadle wchodzącego do pryzmatu. Jeśli promień wchodzi do pryzmatu prostopadle do ściany wejściowej, to muszą być zachowane następujące warunki: a ponieważ: więc: 1) Kolimator i lunetę ustawiamy pod niewielkim kątem względem siebie; 2) Obracamy pryzmat na stoliku tak, aby luneta celowała w obraz szczeliny kolimatora utworzony przez promienie odbite od wejściowej ściany pryzmatu; 3) Obracamy lunetę tak, aby celowała w kolimator (szczelina widziana przez pryzmat); 4) Różnica obu położeń wyznacza podwojony kąt, o który obracamy stolik z pryzmatem; 5) Blokujemy stolik; mierzymy kąt odchylenia pryzmatu celując na obraz szczeliny kolimatora po przejściu przez pryzmat; 6) Różnica odczytów przy celowaniu lunetą bezpośrednio i przez pryzmat daje szukaną wartość kąta odchylenia.

Metoda Abbego Pęk promieni osiowych wychodzących z lunety autokolimacyjnej po wejściu do pryzmatu i odbiciu od jego tylnej ściany wychodzi z pryzmatu pod tym samym kątem, pod jakim wszedł. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy promienie te padają prostopadle na tylną ścianę pryzmatu.

Metoda Abbego cd. Z prawa załamania: więc: n sin i 1 sin n sin sin i i 1 ' 1 ale: ' i 1 Podobieństwo metod Fraunhofera i Abbego: arcsin 1 n

Metoda Kohlrauscha Pomiar opiera się na zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia. n 1 sin i ' 1max

Metoda Kohlrauscha cd.

Metoda Kohlrauscha cd. Modyfikacja metody promienie odbijają się od górnej powierzchni tu lepiej widać zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia.

Metoda Kohlrauscha cd. Dwa przypadki wyjścia promienia z pryzmatu:

Metoda Wollastona Pomiar polega również na pomiarze kąta granicznego całkowitego wewnętrznego odbicia, ale badane ciało pozostaje w kontakcie nie z powietrzem, ale z innym pryzmatem o znanym współczynniku załamania (większym od badanego!), najczęściej o kącie łamiącym 90.

Metoda Wollastona-Kohlrauscha Badane ciało musi mieć wypolerowaną powierzchnię; konieczna jest ciecz immersyjna. Dla φ=90 :

Metoda Wollastona-Kohlrauscha Rola immersji między pryzmatami

Refraktometr Pulfricha Specjalnego kształtu goniometr, który służy do szybkiego pomiaru współczynnika załamania szkła metodą Wollastona-Kohlrauscha. Pryzmat wzorcowy wykonany jest z bezsmużystego szkła o kącie łamiącym 90.

Refraktometr Pulfricha

cieczy

Refraktometr Abbego Służy do szybkiego pomiaru współczynnika załamania cieczy i ciał stałych. Bazuje na metodzie Wollastona-Kohlrauscha. Zasadniczą część przyrządu stanowi układ dwóch jednakowych pryzmatów.

Refraktometr Abbego cd. Wypolerowana ściana B C dolnego pryzmatu przepuszcza pęk różnokierunkowych promieni, które padają na zmatowioną powierzchnię A C. Między pryzmatami znajduje się cienka (0,1 mm) warstwa mierzonej cieczy. Górny pryzmat posiada współczynnik załamania większy, niż badana ciecz dzięki temu możliwe jest zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia W przypadku cieczy silnie pochłaniających światło, pomiary przeprowadza się w świetle odbitym górny pryzmat oświetlony jest przez zmatowioną powierzchnię CB.

Refraktometr Abbego cd.

Refraktometr Abbego cd. Pomiary na refraktometrze Abbego można prowadzić również używając jako źródła światła zwykłej lampy lub światła słonecznego. Umożliwia to specjalny układ kompensujący, zbudowany z dwóch pryzmatów Amici a vision directe, obracających się w przeciwne strony. Potrójne pryzmaty Amici obliczone są w ten sposób, że nie zmieniają kierunku promieni żółtej linii D sodu. Bez kompensatora linia rozdziału byłaby zabarwiona.

Refraktometr Abbego cd. Na refraktometrze Abbego możemy dokonywać także pomiaru współczynnika załamania ciał stałych w świetle odbitym. Ciało badane musi mieć wypolerowaną powierzchnię, stykającą się z pryzmatem pomiarowym.

Refraktometr Abbego cd. Jeśli ciało badane ma dwie prostopadłe do siebie powierzchnie wypolerowane, to pomiar współczynnika załamania można prowadzić również w promieniach załamanych. W tym przypadku promienie oświetlające padają na drugą wypolerowaną ścianę ciała mierzonego (jak w refraktometrze Pulfricha). Między powierzchnie ciała mierzonego i pomiarowego wprowadza się ciecz immersyjną o współczynniku załamania pośrednim.

Refraktometr Abbego cd. Refraktometr PZO dokładności 0,0004 dla n=1,3-1,42 i 0,0002 dla n=1,42-1,7 oraz pomiar stężenia cukru z dokładnością 0,1 do 0,2%.

Refraktometr Bodnara Skonstruowany do pomiarów porównawczych współczynnika załamania. Pozwala na pomiar współczynnika załamania bloków szklanych, posiadających wypolerowaną jedną z powierzchni.

Refraktometr Bodnara Zbudowany z oświetlacza O, lunety L i kostki wykonanej z ciężkiego flintu. Zmiana granicy światłocienia stanowi podstawę do określenia odchyłki współczynnika załamania bloku mierzonego od wzorcowego. Dokładności uzyskiwane sięgają 5 10-5 a dodatkową zaletą jest ograniczenie konieczności polerowania do jednej tylko powierzchni ciała badanego.

Pomiary współczynnika załamania kryształów Refraktometr Abbego ze specjalną półkulą i płasko-wklęsłą soczewką, które tworzą pryzmat o zmiennym kącie łamiącym.

Proste (i tanie) refraktometry do pomiaru stężenia cukru (soli) w cieczach.