Física - Optica

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Laboratorio de óptica y electromagnetismo.

REFRACTOMETRO

El refractómetro es un aparato que nos permite medir de un modo sencillo y directo, sin necesidad de ningún tipo de cálculo,el índice de refracción de un fluido. El que nosotros usaremos en la práctica es el llamado refractómetro de ángulo límite.

El campo del ocular del refractómetro de ángulo límite, está dividido en dos partes, siendo una de ellas iluminada y la otra sin iluminación. La separación que hay entre dichas partes corresponde al rayo límite.

Como puede verse en el dibujo, la luz pasa a través de una capa delgada de la muestra de la que queremos hallar el índice de refracción, y entra en el prisma de refracción P₂. El prisma P₁ sirve para que pase la mayor cantidad de luz posible por la muestra). La radiación que únicamente roza la superficie del prisma P₂ difícilmente penetra en el prisma, y cuando entra, forma un ángulo Φ _c con la línea perpendicular a su superficie. Dicho ángulo Φ _c se denomina ángulo límite para ese rayo límite, y su valor depende de la longitud de onda utilizada y de los índices de refracción de la muestra "n", y del prisma de refracción n_p.

Ningún rayo puede formar un ángulo superior al ángulo límite Φ _c,ya que la fuente de tales rayos sería incapaz de penetrar en el prisma (el rayo límite es el más tangencial que entra en el prisma). Por este motivo, todos los rayos de luz que penetran en el prisma P₂, forman un ángulo mayor con la superficie que el rayo límite, y por lo tanto iluminarán la zona de la derecha en el ocular. La zona de la izquierda permanece oscura debido a que no existen rayos que se refracten con un ángulo superior al del rayo límite.

El refractómetro que usamos está compuesto por un filtro interferencial que sólo deja pasar la luz para la cual la longitud de onda es la correspondiente al amarillo del sodio (zona intermedia del espectro visible).

Este refractómetro nos permite medir índices de refracción en un intervalo de 1,3 a 1,8, que es el intervalo en el cual se encuentra el índice de muchas sustancias.

En la figura se ve la disposición del prisma, y del campo de imagen en un refractómetro de este tipo. El grosor de la muestra no es tan grande, en realidad suele ser de 0,1mm aproximadamente.

REALIZACION DE LA PRACTICA:

Calculamos los índices de refracción de cinco disoluciones mediante el refractómetro y obtuvimos los siguientes resultados:

CH₃CH₂OCH₂CH₃ P_m = 74,12 g/mol δ = 0,71 g/mol

Cl₃CH P_m = 119,38 g/mol δ = 1,47 g/mol

A continuación, realizamos el cálculo de la fracción molar de cada uno de los compuestos para representar el índice de refracción obtenido en función de la misma.

Cogemos para los cálculos el éter.

Fracción molar es el cociente entre el número de moles de un compuesto en una disolución entre el número de moles totales de disolución.

x_i = n_i/n_r

donde n_T es el número total de moles del compuesto.

El número de moles lo obtenemos del siguiente modo:

n_i = número de gramos del componente i/peso molecular del componente i

Haciendo el correspondiente ajuste de regresión por mínimos cuadrados obtenemos lo siguiente:

n = A + Bx

n = 1.441 - 0.088 x

A = 1,441 ± 0,003

B = -0,088 ± 0,006

Por lo que la ecuación queda,

con un coeficiente de correlación lineal que es,

R = -0,99407

y cuya representación gráfica está en la página siguiente.