Determinación del índice de refracción

determinación de índices de refracción

Introducción
El principal objetivo de esta práctica es calcular la medida del índice de refracción de un sólido transparente semicircular así como su ángulo límite. También se llevará a cabo una observación de la dispersión cromática junto con la determinación del ángulo de desviación mínima para un prisma óptico.
Fundamento
- Propagación y velocidadde la luz

El valor de la velocidad de la luz es distinto para cada medio, aunque constante en cada uno de ellos. Su valor máximo lo alcanza en el vacío. A cada medio de propagación le corresponde un índice de refracción, n, que viene dada por la expresión: n = Co /v donde,

n   : índice de refracción del medio en cuestión
 co  : velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s)
 v   : velocidadde la luz en el medio en cuestión

La velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vacío, el índice de refracción será un número siempre mayor que 1.
En el vacío: n=1
En otro medio: n>1

-Reflexión y refracción de la luz

Cuando un haz de luz incide sobre una superficie límite de separación entre dos medios, parte del haz incidente serefleja y, si el segundo medio es transparente se refracta.

Ley de Snell

La práctica propuesta se centra en el rayo refractado que penetra en el medio. En 1621, Snell dedujo la siguiente ecuación:

n1.sin =n2.sin 

Siendo n1 y n2, respectivamente, los índices de refracción del primer y segundo medio, y α y β los ángulos de incidencia y de refracción respecto a la normal de lasuperficie que separa un medio de otro.



Ángulo límite

Cuando la luz pasa de un medio a otro de menor índice de refracción, el rayo refractado se aleja de la normal. Además, al ir aumentando el ángulo de incidencia, también lo va haciendo el de refracción. Por tanto existirá un valor crítico del ángulo de incidencia. Este ángulo crítico se denomina ángulo límite.El valor del ángulo límite entre ambos medios, siendo n > n:
; donde n1 es el primer medio y n2 el segundo.
Caso particular de refracción vidrio → aire: sinαlim = 1 / nvidrio

Dispersión en prismas

Al hacer atravesar un haz de luz no monocromática por un prisma óptico, los diferentes colores componentes de la misma se ven desviados por distintos ángulos de desviación (δ) respecto alde incidencia (i), debido a que cada uno de ellos posee una frecuencia ondular diferente. Esto hace que el índice de refracción del prisma óptico no sea el mismo para todos ellos, ya que es inversamente proporcional a la frecuencia ondular.

δ = i + e – A

Para cada prisma óptico, existe un ángulo de incidencia para el cual la desviación total es mínima. Tal situación se da cuando se cumple lacondición i = e. En esta situación:

= sin [(δmin + A/2)] / (sin (A/2) donde δmin equivale al ángulo desviación mínima.

Desarrollo experimental

La práctica ha consistido en dos pasos:
a. Determinación del índice de refracción del cuerpo semicircular.
* (a) Refracción aire → vidrio
* (b) Refracción vidrio → aire
b. Ángulo de desviación mínima e índice derefracción del prisma.

Los aparatos utilizados durante el ensayo han sido:
* Banco óptico (metálico) con regla graduada.
* Fuente de alimentación.
* Lámpara de experimentación con pie magnético.
* Lente convergente con pie magnético (f = 0.1m).
* Porta-diafragmas.
* Diafragmas de rendija.
* Disco óptico graduado con pie magnético.
* Cuerpo semicircular de índice derefracción desconocido.
* Prisma óptico de índice de refracción desconocido

En primer lugar, debemos colocar con precisión el material con el que realizaremos la práctica, colocando la lente a 10 cm de la fuente de luz. Después, ajustamos la rendija de la lente para que el haz de luz sea lo más preciso posible. A continuación, cogemos el disco óptico y lo colocamos al ras del haz haciendo que...