Determinarea indicelui de refractie al lichidelor

Determinarea indicelui de refractie al lichidelor

A.Consideratii teoretice

La incidenta pe suprafata de separatie a doua medii transparente, o parte din raza de lumina se reflecta, iar cealalta se transmite cu schimbarea de directiei si vitezei, in mediul al doilea (prin refractie).

Legile fenomenului de refractie sunt:

a.raza refractanta se gaseste in pl;anul de incidenta, determinat de raza incidenta si de normala la suprafata de separatie in punctul de incidenta;

b.raportul sinusurilor unghiurilor de incidenta si refractie are o valoare constanta pentru doua medii date

In cazul cand raza de lumina trece dintr-un mediu optic mai dens in unul mai putin dens (din punct de vedere optic), un unghi de incidenta, numit unghi limita, mai mic de 90⁰ ii corespunde un unghi de refractie i₁=90⁰.

Unghiul limita se determina din relatia:

sau sin

Cand unghiul de incidenta este mai mare decat unghiul limita j, raza incidenta se reflecta in intregime in mediul sau, fenomenul purtand denumirea de reflexie totala.

Din relatiile de mai sus se vede ca unghiul limita depinde numai de n₁ si n₂. Rezulta deci ca, daca se cunoaste unghiul de reflexie n₂ al unuia din cele doua medii si se masoara unghiul limita j, pe baza relatiei sau sin se poate determina indicele de refractie n₁ al celuilalt mediu: n₁ = n₂ . sinj

B.Metodica experimentala

Dispozitivul experimental

Pentru masurarea indicelui de refractie se folosesc aparate numite refractometre (fig.11).

Fig.11.Refractometrul Abbe

In lucrare se va folosi un refractometru tip Abbé, care permite masurarea indicelui de refractie cuprins intre valorile 1,3 si 1,7 pentru substante lichide.

Partea principala a acestui refractometru este ansamblu a doua prisme P₁ si P₂ din sticla de flint cu indicele de refractie de 1,7.

Picatura de lichid, al carei indice de refractie il masuram, se aseaza intre aceste prisme. Deoarece suprafata diagonala a prismei P₁ este mata, in punctul A de pe suprafata diagonala transparenta a prismei P₂ vin raze din diferite directii. Lichidul dintre prisme fiind mai putin dens decat prisma P₂, rezulta ca unghiul de refractie pentru razele care trec prin prisma P₂ este egal sau mai mic decat unghiul limita. Acelasi lucru se poate spune si de spre razele care trec prin P₂ prin punctele B, C, D. Razele paralele de diferite    directii sunt concentrate de obiectivul lunetei L in planul sau focal. Luneta L se poate roti in jurul unei axe orizontale perpendiculara pe planul desenului.

Aparatul este astfel construit, incat daca axa optica a lunetei este adusa in pozitia paralela cu razele care au unghiul limita, atunci o jumatate din campul vizual este luminat, iar cealalta jumatate este intunecata, linia de separare a celor doua jumatati trecand prin punctul de intersectie al firelor reticulare. (fig.12)

Fig 12. Campul vizual al celor doua lunete ale refractometrului Abbe

Unghiul de rotire al lunetei este proportional cu indicele de refractie al lichidului de studiat; astfel ca un tambur, cu axa comuna cu axa sistemului de prisme, se poate citi direct indicele de refractie absolut al lichidului. Deoarece se lucreaza cu lumina alba, linia de separare a celor doua campuri vizuale, datorita dispersiei prin prismele P₁ si P₂, este colorata. Pentru a compensa dispersia, in fat[a obiectivului lunetei sunt asezate doua sisteme de prisme A₁ si A₂. Unul dintre aceste sisteme se poate roti in jurul axei optice a lunetei pana cand linia de separare devine clara.

b.Modul de lucru

Se aseaza refractometru pentru a avea conditii optime de lumina.

Cu ajutorul unei pipete se pune o picatura de apa intre prismele P₁ si P₂.

Se compenseaza dispersia.

Linia de separare se aduce la intersectia firelor reticulare.

Se citeste indicele de refractie pe tamburul gradat.

Dupa citire se deschide blocul de prisme si fetele prismelor se sterg cu o carpa moale si curata.

Se repeta operatiile pentru solutiile de alcool in apa, de diferite concentratii.

Prelucrarea rezultatelor experimentale; se trec datele intr-un tabel de date.

Se reprezinta grafic indicele de refractie in functie de concentratie, n=f(c%).

Cunoscand indicele de refractie pentru solutii de aceeasi natura, dar de concentratii diferite, din graficul trasat se determina concentratiile necunoscute.