Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Sådan måles sukkerindholdet med en laserpeger

Når lysstråler passerer fra luft til vand, bøjer de sig, fordi brydningsindekset af luft er forskelligt fra brydningsindekset for vand. Med andre ord rejser lysstråler med en anden hastighed i luften, end de gør i vand. Snell's lov beskriver dette fænomen, hvilket giver et matematisk forhold mellem lysstråleens indfaldsvinkel i forhold til en vinkelret linje, der løber gennem vandet, brydningsindekserne for begge materialer, gennem hvilke lyset bevæger sig, og den brydningsvinkel, hvor lyset bevæger sig gennem vand .

Jo større brydningsindeks, jo mere lyset bøjer. Sukkervand er tættere end almindeligt vand, så sukkervand har et højere brydningsindeks end almindeligt vand. Her vil vi bruge refraktionsfysikken til at måle sukkerindholdet i vand.

Lav et hulprism fra mikroskopdyser

Brug epoxy til at klæbe sammen kanterne af fire mikroskopglas for at lave en rektangulært prisme.

Placer prismaet oven på et femte rektangulært mikroskopglas, og lim prismet til diaset med epoxy.

Lad epoxyet indstilles natten over.

Mål brydningsindekset for sukkervand

Konfigurer til forsøg. Dæk en væg med papir for at gøre markeringer på. Indstil laserpegeren, så dens stråle er vinkelret på væggen. Fastgør laserpegeren på plads og kontroller den med jævne mellemrum for at sikre, at dens stråle konsekvent rammer det samme sted, når det passerer gennem luft.

Mål laserstrålen vinkelret gennem prismaet, når det er tomt. Når prismet er tomt, bør strålen ikke omdirigeres. Markér stedet hvor laserstrålen rammer væggen. Placer et stykke papir under laseren og marker det punkt, hvor strålen trådte ind i prismaet (de to pletter sammen skulle danne en ret linje).

Fyld prisme med væske. Mål laserstrålen gennem det væskefyldte prisme. Strålen vil ramme væggen en smule fra det oprindelige mærke. Mark strålen. Mål afstanden mellem disse to punkter, afstand A. Mål afstanden fra prismen til væggen, afstand B.

Med de to afstande, du har målt i trin 3, kan du beregne den vinkel, hvor bjælken ramt væggen - med andre ord dens brydningsvinkel efter at have passeret prismet. Beregn denne vinkel ved at finde den inverse tangent (afstand A divideret med afstand B).

Brug Snells lov sammen med den vinkel, du har beregnet i trin 4, til at bestemme brydningsindekset for din væske. Ifølge Snell's lov er det relative brydningsindeks for to materialer eller n2 /n1 (n2 = brydningsindeks for det andet materiale n1 = brydningsindeks for det første materiale) lig med indfaldsvinklenes sinus, divideret med sinus af brydningsvinklen. Du satser på din laserpeger vinkelret på prismen, så din indfaldsvinkel er 90. Du har beregnet din refraktionsvinkel i trin 4. Og endelig er brydningsindekset (n1) på 1.0003.

Opret 1 procent, 5 procent, 10 procent og 50 procent sukkeropløsninger. Gentag trin 3 til 5 for at bestemme deres brydningsindeks. Tegn sukkerkoncentrationen i forhold til brydningsvinklen. Sammenlign dine brydningsindekser for kendte koncentrationer til brydningsindekset, som du har beregnet i trin 5. Estimér sukkerkoncentrationen for din ukendte løsning.

Advarsel

Selv mindstekraftlasere kan forårsage øje skade. Bekendtgør dig med sikker laserbrug, før du forsøger dette eksperiment.