Innehåll
När ljusstrålar passerar från luft till vatten böjs de, eftersom refraktionsindex för luft skiljer sig från brytningsindex för vatten. Med andra ord, ljusstrålar rör sig med en annan hastighet i luften än de gör i vatten. Snells lag beskriver detta fenomen och tillhandahåller ett matematiskt förhållande mellan ljusstrålarnas infallsvinkel i förhållande till en vinkelrät linje som rinner genom vattnet, brytningsindex för båda material genom vilka ljuset rör sig, och den brytningsvinkel vid vilken ljuset rör sig genom vatten .
Ju större brytningsindex, desto mer böjs ljuset. Sockervatten är tätare än vanligt vatten, så sockervatten har ett högre brytningsindex än vanligt vatten. Här kommer vi att använda fysik av brytning för att mäta sockerhalten i vatten.
Gör ett ihåligt prisma från mikroskopglas
Använd epoxi för att limma ihop kanterna på fyra mikroskopglas för att skapa ett rektangulärt prisma.
Placera prismat ovanpå en femte rektangulär mikroskopglas och limma prismen på objektglaset med epoxi.
Låt epoxin ställa in över natten.
Mät indexet för brytning av sockervattnet
Ställ in för experiment. Täck en vägg med papper för att göra markeringar på. Ställ in laserpekaren så att strålen är vinkelrätt mot väggen. Fixa laserpekaren på plats och kontrollera den med jämna mellanrum för att se till att strålen konsekvent träffar samma plats när den passerar genom luften.
Rikta laserstrålen vinkelrätt genom prismat när den är tom. När prismat är tomt bör strålen inte avledas. Markera platsen där laserstrålen träffar på väggen. Placera ett papper under lasern och markera den punkt där strålen gick in i prismat (de två fläckarna tillsammans ska bilda en rak linje).
Fyll prismat med vätska. Rikta laserstrålen genom det vätskefyllda prismat. Strålen kommer att träffa väggen lite avstånd från det ursprungliga märket. Markera strålen. Mät avståndet mellan dessa två fläckar, avstånd A. Mät avståndet från prismat till väggen, avstånd B.
Med de två avstånd som du mätte i steg 3 kan du beräkna vinkeln vid vilken strålen träffade väggen - med andra ord dess brytningsvinkel efter att ha passerat genom prismat. Beräkna denna vinkel genom att hitta den omvända tangenten till (avstånd A dividerat med avstånd B).
Använd Snells-lagen, tillsammans med den vinkel som du beräknade i steg 4, för att bestämma brytningsindex för din vätska. Enligt Snells lag är det relativa brytningsindexet för två material, eller n2 / n1 (n2 = brytningsindex för det andra materialet, n1 = brytningsindex för det första materialet) lika med sinus för infallsvinkeln, dividerat med sinus för brytningsvinkeln. Du riktar din laserpekare vinkelrätt mot prismat, så att din infallsvinkel är 90. Du beräknade din brytningsvinkel i steg 4. Och slutligen är refraktionsindex för luft (n1) 1.0003.
Skapa 1 procent, 5 procent, 10 procent och 50 procent lösningar av socker. Upprepa steg 3 till 5 för att bestämma deras brytningsindex. Diagram sockerkoncentrationen kontra brytningsvinkeln. Jämför dina brytningsindex för kända koncentrationer med brytningsindexet som du beräknade i steg 5. Beräkna sockerkoncentrationen för din okända lösning.