Uniwersytet Medyczny w Łodzi
Wydział fizjoterapii
Laboratorium z Biofizyki
Wyznaczanie współczynnika załamania światła w cieczy przy pomocy refraktometru Abbego
Magdalena Tobiasz
Grupa 6Zespół 2
24 IV 2006
· Podstawowe zjawiska falowe
Dyfrakcja to zmiany kierunku rozchodzenia się na krawędziach przeszkód. Jeżeli wiązka fal przechodzi przez wąską szczelinę lub omija bardzo cienki obiekt, to zachodzi ugięcia. Zgodnie z każdy punkt w pobliżu krawędzi przeszkody staje się nowym źródłem fali. Jeżeli uwzględnimy zjawisko , to można zauważyć, że za przeszkodą pojawią się obszary wzmocnienia i osłabienia rozchodzących się fal.
Zjawisko dyfrakcji występuje dla wszystkich rodzajów fal, np. , oraz .
Interferencja to nakładania się . Interferencja jest przypadkiem ogólniejszego zjawiska będącej przykładem superpozycji rozwiązań równań różniczkowych.
W wyróżnia się dwa rodzaje interferencji. najczęściej rozpatruje przypadek interferencji fal o zbliżonej i fali. i częściej zajmują się nakładaniem się fal o złożonych kształtach.
· Współczynnik załamania światła
Zgodnie ze schematem P pochodzący z Ośrodka 1 w S załamuje się na granicy ośrodków i podąża jako promień Z w Ośrodku 2. Jeżeli narysujemy prostopadłą do granicy ośrodków w punkcie S, można będzie oznaczyć padania θP oraz kąt załamania θZ. tych kątów wiąże następująca zależność:
gdzie:
n1- współczynnik załamania światła ośrodka 1
n2- współczynnik załamania światła ośrodka 2
· Prędkość światła w różnych ośrodkach
Prędkość światła w próżni wynosi C = 2,99792458 x 108.
W ośrodkach materialnych prędkość światła jest mniejsza od prędkości w próżni. Prędkość fal elektromagnetycznych w próżni , a tym samym prędkość fal świetlnych nie zależy od długości fali
Próżnia 299 792 km/s
Diamęt 125 000 km/s
Szkło flint 186 000 km/s
Szkło crown 200 000 km/s
Woda 225 000 km/s
· Refraktometr Abbego
Refraktometr Abbego w najprostszym wykonaniu składa się z dwóch prostokątnych, pryzmatów ze szkła o dużym współczynniku załamania. Między te pryzmaty wprowadzamy kilka kropel badanej cieczy, której współczynnik załamania powinien być mniejszy niż współczynnik załamania szkła. Ciecz tworzy między przeciwprostokątnymi powierzchniami obu pryzmatów cienką, płasko-równoległą warstewkę, na którą padają pod różnymi kątami promienie wychodzące z pryzmatu P1. Część tych promieni ulega całkowitemu odbiciu na powierzchni cieczy, część zaś przechodzi dalej, przenika pryzmat P2 i opuszcza go nie zmieniając pierwotnego kierunku. Wszystkie promienie padające pod kątem, większym od granicznego ulegają całkowitemu odbiciu. Dzięki takiemu biegowi promieni pole widzenia lunetki podzielone jest na dwie części -- jasną i ciemną, oddzielone od siebie ostrą linią graniczną (oczywiście pod warunkiem użycia światła monochromatycznego). Przez ustawienie lunetki tak, aby umieszczony w płaszczyźnie ogniskowej obiektywu krzyż znalazł się na linii granicznej, odczytać możemy wartość kąta granicznego a następnie obliczyć współczynnik załamania światła badanej cieczy. Posługiwanie się zwykłym refraktometrem Abbego wymaga stosowania światła monochromatycznego (zwykle żółtego światła sodu), gdyż przy stosowaniu światła białego występuje zjawisko rozszczepienia światła, czyli dyspersji. Kąt graniczny jest dla każdej długości fali inny; dlatego to przy użyciu światła niejednorodnego mielibyśmy nie ostrą linię graniczną, lecz rozmytą smugę o barwach tęczy.
Uniwersalny refraktometr Abbego, pozwala na użycie światła białego -- dzięki dodatkowym kompensującym dyspersję urządzeniom. Za jego pomocą mierzy się współczynniki załamania substancji. Przykładowy schemat refraktometru Abbego przedstawia poniższy rysunek:
· Soczewki
Soczewka jest to ciało przezroczyste ograniczone dwiema powierzchniami kulistymi. Wyróżniamy soczewki:Rodzaj soczewki
Rycina
Promienie krzywizny
Dwuwypukła
R1>0, R2>0
Płasko-wypukła
1/R1=0, R2>0
Dwuwklęsła
R1<0, R2<0
Płasko-wklęsła
1/R1=0, R2<0
Wklęsło-wypukła
R1<0, R2>0
Wypukło-wklęsła
R1>0, R2<0
Równanie soczewkowe
gdzie:
f – długość ogniskowej (odległość ogniska do środka soczewki)
x - odległość przedmiotu od środka soczewki
y – odległość obrazu od środka soczewki
· Układ optyczny oka
Układ optyczny oka składa się z rogówki i soczewki ocznej, przy czym ośrodki optyczne (powietrze, ciecz wodnista i ciało szkliste) graniczące z tymi elementami są różne. Stąd ogniskowa obrazowa i przedmiotowa są różne. Przesłoną oka jest tęczówka. Współczynnik załamania soczewki jest różny w poszczególnych jej warstwach, w jądrze wynosi 1,4 a w warstwach zewnętrznych 1.33. Zdolność skupiająca oka jest zmienna poprzez zmianę wypukłości soczewki za pomocą mięśni (akomodacja)
· Podstawowe wady wzroku i ich korekcja
Starczowzroczność – polega na zesztywnieniu soczewki ocznej w wyniku wieku co za tym idzie zmniejszenie zakresu akomodacji. I tak dla dziecka położenie punktu bliskiego to kilka cm od oka, a dla pięćdziesięciolatka ok. 0,5 m
Krótkowzroczność- Krótkowzroczność, czyli miopia, występuje wówczas, gdy promienie świetlne skupiają się przed siatkówką, zamiast na niej. Układ optyczny oka jest za silny. Korekcja laserowa osłabi go poprzez spłaszczenie rogówki.
Dalekowzroczność- Nadwzroczność, potocznie dalekowzroczność, czyli hypermetropia, występuje wówczas, gdy promienie świetlne skupiają się za siatkówką. Układ optyczny oka jest za słaby. Korekcja laserowa wzmocni go poprzez uwypuklenie rogówki.
Astygmatyzm - niezborność powstaje w oku z nieregularną krzywizną rogówki lub soczewki (kształtem przypominają one wycinek piłki do rugby). Promienie świetlne skupiają się w różnych punktach, co powoduje powstanie nieostrego obrazu. Korekcja laserowa wyrówna krzywiznę rogówki i doprowadzi do skupiania się promieni świetlnych w jednym punkcie, na siatkówce.
Część praktyczna
Roztwór
20%
18%
16%
14%
12%
10%
8%
6%
...