I Pracownia fizyczna ćwiczenie nr 5 (optyka) WYZNACZANIE

I Pracownia fizyczna
ć
wiczenie nr 5 (optyka)
WYZNACZANIE STĘŻENIA ROZTWORU ZA POMOCĄ REFRAKTOMETRU
Zagadnienia:
1.
2.
3.
4.
Prawa odbicia i załamania światła.
Budowa i zasada działania refraktometru Abbego.
Metody wyznaczania współczynnika załamania światła (studenta obowią zuje znajomość co najmniej dwóch metod).
Definicje stę ż eń roztworów.
Literatura:
1. H. Szydłowski, Pracownia fizyczna.
2. Podręczniki kursowe.
Wykonanie ć wiczenia:
1. Zapoznać się z instrukcją obsługi refraktometru.
2. Przeprowadzić badania zależ noś ci współczynnika załamania ś wiatła ( n D ), ś redniej

dyspersji ( D = n F − nC ) i współczynnika dyspersji  K =

nD − 1 
 od stęż enia roztworów c.
n F − nC 
Pomiary wykonać dla wody destylowanej i wodnych roztworów NaCl
o stęż eniach 2, 4, 8, 12, 16, 20% i c x . Stęż enie wyraż one w procentach wagowych oblicza
się z zależ noś ci:
C=
ms
⋅ 100 %
ms + mr
m s - masa substancji rozpuszczonej
m r - masa rozpuszczalnika
Aby skrócić czas sporzą dzania roztworów i zmniejszyć zuż ycie NaCl, należ y przygotować
20% roztwór NaCl (20g NaCl + 80g H2O). Następnie podzielić go na 5 równych częś ci
i dodać odpowiednią iloś ć wody (180; 80; 30; 13,3; 5g).
Uwaga: przed rozcieńczeniem wyznaczyć
n D i Z dla roztworu 20%.
Dyspersję ś rednią i współczynnik dyspersji obliczyć na podstawie pomiarów Z, n D oraz
zależ noś ci i tabel podanych w instrukcji fabrycznej refraktometru RL (zwrócić uwagę na
znak +, - zależ ny od wartoś ci Z).
3. Sporzą dzić wykresy: n D = f( c ), D = f( c ) i K = f( c ). Na podstawie danych do wykresu
n D = f( c ) metodą najmniejszych kwadratów (regresji) wyznaczyć współczynnik
kierunkowy prostej i c x . Przeprowadzić dyskusję uzyskanych wyników.
4. Tablica pomiarów.
c%
nD
Z
σ
A
-1-
B
D
K
I Pracownia fizyczna
ć
wiczenie nr 5 (optyka)
Wyznaczanie dyspersji:
Dla wartości "Z" odczytujemy z tablicy nr 2 wartość "δ" z odpowiednim znakiem. Nastę pnie należ y wyznaczyć współczynnik
załamania ND i przyją ć go do obliczeń jako średnią arytmetyczną z co najmniej pię ciu odczytów. Z tablicy nr 3 odczytać
wartości A i B odpowiadają ce wyznaczonemu współczynnikowi ND. Dla ułatwienia interpolacji podano w tablicy kolumny
róż nic. Dyspersję średnią NF – NC obliczamy wstawiają c wartości A, B i δ do wzoru : D = NF – NC = A + Bδ
Współczynnik dyspersji (liczbę Abbego) K obliczać należ y ze wzoru : K =
ND −1
.
D
Przykłady obliczania współczynnika dyspersji K i dyspersji średniej D:
1. Woda przy 20°C
Wyznaczony współczynnik załamania: ND20 = 1,3330
Odczyt na bę bnie kompensatora:
Z = 41,9
41,8
41,9
41,8
42,1
41,90 warto
ść
ś
rednia
B = 0,03220
δ = 0,584
B × δ = - 0,01880
A = 0,02471
A + B × δ = 0,00591 = NF - NC
K=
ND −1
0,3330
=
= 56,3
N F − N C 0 ,00591
2. Dwusiarczek wę gla przy 20°C
Wyznaczony współczynnik załamania: ND20 = 1,6278
Odczyt na bę bnie kompensatora:
Z = 20,4
20,6
20,5
20,3
20,5
20,46 warto
ść
ś
rednia
B = 0,01922
δ = 0,479
B × δ = 0,00921
A = 0,02430
A + B × δ = 0,03351 = NF - NC
K=
ND −1
0,6278
=
= 18,7 .
N F − N C 0 ,03351
-2-
1,000
0,999
0,995
0,988
0,978
0,966
0,951
0,934
0,914
0,891
0,866
0,839
0,809
0,777
0,743
0,707
0,669
0,629
0,588
0,545
0,500
0,454
0,407
0,358
0,309
0,259
0,208
0,156
0,104
0,052
0,000
δ
0,1
0,4
0,7
1,0
1,2
1,5
1,7
2,0
2,3
2,5
2,7
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
4,1
4,3
4,5
4,6
4,7
4,9
4,9
5,0
5,1
5,2
5,2
5,2
5,2
∆δ w jedn. 10
dla ∆Z = 0,1
-1
60
59
58
57
56
55
54
53
52
51
50
49
48
47
46
45
44
43
42
41
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
Z
tablica 2
-3-
Dla wartości „Z” mniejszych od 30, odczyt wartości ”δ” należ y zaopatrzyć
znakiem dodatnim, dla wartości „Z” wię kszych od 30, znakiem ujemnym.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Z
I Pracownia fizyczna
1,300
1,310
1,320
1,330
1,340
1,350
1,360
1,370
1,380
1,390
1,400
1,410
1,420
1,430
1,440
1,450
1,460
1,470
1,480
1,490
1,500
1,510
1,520
1,530
1,540
1,550
1,560
1,570
1,580
1,590
1,600
1,610
1,620
1,630
1,640
1,650
1,660
1,670
1,680
1,690
1,700
ND
ć
0,02487
0,02482
0,02477
0,02473
0,02468
0,02463
0,02459
0,02455
0,02451
0,02447
0,02443
0,02440
0,02437
0,02434
0,02431
0,02428
0,02425
0,02423
0,02421
0,02419
0,02418
0,02417
0,02416
0,02415
0,02415
0,02415
0,02415
0,02416
0,02417
0,02419
0,02421
0,02424
0,02427
0,02431
0,02435
0,02441
0,02448
0,02455
0,02464
0,02475
0,02488
A
-5
–0,5
–0,5
–0,4
–0,5
–0,5
–0,4
–0,4
–0,4
–0,4
–0,4
–0,3
–0,3
–0,3
–0,3
–0,3
–0,3
–0,2
–0,2
–0,2
–0,1
–0,1
–0,1
–0,1
–0,0
–0,0
–0,0
–0,1
–0,1
+0,2
–0,2
–0,3
–0,3
+0,4
–0,4
–0,6
–0,7
–0,7
+0,9
–1,1
+1,3
A w jedn. 10
dla N = 0,001
wiczenie nr 5 (optyka)
0,03271
0,03257
0,03242
0,03225
0,03207
0,03187
0,03165
0,03142
0,03118
0,03092
0,03064
0,03035
0,03004
0,02972
0,02938
0,02902
0,02865
0,02826
0,02765
0,02743
0,02698
0,02652
0,02603
0,02552
0,02499
0,02444
0,02387
0,02327
0,02264
0,02199
0,02130
0,02059
0,01984
0,01905
0,01822
0,01735
0,01645
0,01545
0,01441
0,01329
0,01208
B
–1,4
–1,5
–1,7
–1,8
–2,0
–2,2
–2,3
–2,4
–2,6
–2,8
–2,9
–3,1
–3,2
–3,4
–3,6
–3,7
–3,9
–4,1
–4,2
–4,5
–4,6
–4,9
–5,1
–5,3
–5,5
–5,7
–6,0
–6,3
–6,5
–6,9
–7,1
–7,5
–7,9
–8,3
–8,7
–9,2
–9,8
–10,4
–11,2
–12,1
ND
1,300
1,310
1,320
1,330
1,340
1,350
1,360
1,370
1,380
1,390
1,400
1,410
1,420
1,430
1,440
1,450
1,460
1,470
1,480
1,490
1,500
1,510
1,520
1,530
1,540
1,550
1,560
1,570
1,580
1,590
1,600
1,610
1,620
1,630
1,640
1,650
1,660
1,670
1,680
1,690
1,700
tablica 3
B w jedn. 10-5
dla N = 0,001