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ANÁLISIS DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN EN INTERFASES DE LÍQUIDOS MISCIBLES Víctor Vidaurre Giner Fernando Hueso González 3º de Física – UVEG.

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1 ANÁLISIS DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN EN INTERFASES DE LÍQUIDOS MISCIBLES Víctor Vidaurre Giner Fernando Hueso González 3º de Física – UVEG

2 2 ÍNDICE Fundamentos teóricos -Índice de refracción -Interfases entre líquidos Procedimiento experimental -Montaje del sistema haz láser – lente cilíndrica – cubeta – pantalla -Toma de medidas Tratamiento de datos -Análisis de las curvas de desviación del haz láser -Diferencia de índices de refracción entre líquidos Conclusiones Bibliografía

3 3 INDICE DE REFRACIÓN FUNDAMENTOS TEÓRICOS

4 4 INTERFASES ENTRE LÍQUIDOS FUNDAMENTOS TEÓRICOS Región plana de contacto entre líquidos miscibles -Más denso por debajo del menos denso, diferentes n -Concentración relativa varía gradualmente con la altura grad(n) -Interfase Medio heterogéneo estratificado -Rayo se curva hacia regiones con mayor índice (gradual, lineal) -Aproximación paraxial, incidencia normal, espesor pequeño -Aproximación dn/ds = 0 -dn/dy = n / ρ -Desviación nula si dn/dy = 0 (ρ = ) homogéneo -Desviación máxima si dn/dy en la interfase máximo Cubeta (e) y pantalla de observación (a) -Desviación z en función de altura y en el medio estratificado n(y) – n(0) = 1/ae ·A(y) n 2 – n 1 = 1/ae ·A t Constancia del área con el tiempo, z max menor, mayor anchura (más mezcla)

5 MONTAJE PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 5 a = 109,5 ± 0,5 cm b = 131,5 ± 0,5 cm e = 2,5 ± 0,1 cm

6 TOMA DE DATOS PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 6

7 TOMA DE DATOS ( Análisis de datos) Introducimos el nombre del fichero donde tenemos los datos de Z(x) y el fichero donde guardará la áreas parciales A(x) en el programa Índice. El área total A t nos la da Índice Representamos con el Kyplot A(x) Borramos todos los datos con el programa Borrar datos Con esta fórmula obtenemos la diferencia de índices de refracción A partir del índice de refracción podemos calcular la concentración relativa de dos líquidos: PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 7

8 ANÁLISIS Cálculo del área bajo la curva (Áreas parciales) Análisis de la variación de la curva con el tiempo: I,II,III = 0,15,30 min Comprobación de constancia del área Estudio de la forma de la curva en función de los líquidos problema Diferencia de índices de refracción entre ambos pares de líquidos Análisis de errores Se espera una región donde los líquidos se mezclen, y haya un índice de refracción medio según la concentración de cada líquido + grad (n) Al haber una variación gradual de la concentración en la interfase, habrá también una variación de índice desviaciones bruscas del haz láser A medida que pase el tiempo más mezcla, gradiente menor < z TRATAMIENTO DE DATOS 8

9 ACIDO ACÉTICO – AGUA (I.1) TRATAMIENTO DE DATOS 9

10 ACIDO ACÉTICO – AGUA (I.1) TRATAMIENTO DE DATOS 10

11 ACIDO ACÉTICO – AGUA (I.1) TRATAMIENTO DE DATOS A t =498mm 2 11

12 ACIDO ACÉTICO – AGUA (I.2) TRATAMIENTO DE DATOS A t =460mm 2 12

13 ACIDO ACÉTICO – AGUA (I.3) TRATAMIENTO DE DATOS 13

14 ACIDO ACÉTICO – AGUA (I.3) TRATAMIENTO DE DATOS A t =429mm 2 14

15 ACIDO ACÉTICO – AGUA (I.3) TRATAMIENTO DE DATOS 15

16 AGUA – ETANOL (II.1) TRATAMIENTO DE DATOS 16

17 AGUA - ETANOL (II.1) TRATAMIENTO DE DATOS A t =-590mm 2 17

18 AGUA - ETANOL (II.2) TRATAMIENTO DE DATOS A t =-502mm 2 18

19 AGUA - ETANOL (II.3) TRATAMIENTO DE DATOS A t =-496mm 2 19

20 ÁCIDO ACÉTICO - AGUA – ETANOL (III.1) TRATAMIENTO DE DATOS 20

21 ÁCIDO ACÉTICO - AGUA – ETANOL (III.1) TRATAMIENTO DE DATOS A t =-70 mm 2 A t3 =-553mm 2 A t1 = 483mm 2 21

22 ÁCIDO ACÉTICO - AGUA – ETANOL (III.2) TRATAMIENTO DE DATOS A t =-6 mm 2 A t3 =-444mm 2 A t1 = 438mm 2 22

23 ÁCIDO ACÉTICO - AGUA – ETANOL (III.3) TRATAMIENTO DE DATOS 23

24 ÁCIDO ACÉTICO - AGUA – ETANOL (III.3) TRATAMIENTO DE DATOS A t =-16 mm 2 A t3 =-409mm 2 A t1 = 393 mm 2 24

25 DIFERENCIA DE ÍNDICES DE REFRACCIÓN TRATAMIENTO DE DATOS L í quidos (1 – 2)A t (x) (mm 2 ) n 1 -n 2 A m (mm 2 ) n 1 -n 2 Δn teo ACÉTICO - AGUA 4980,0099±0, ± 17 0,0092 ± 0, , ,0091±0, ,0085±0,0004 AGUA - ETANOL ,0117±-0, ± 24 -0,0105 ± 0,0006 0, ,0100±-0, ,0098±-0,0004 n teo (agua) = 1,333 n teo (ac é tico 13%) = 1,3423 n teo (etanol 20%) = 1, Datos tabulados extraídos del Handbook of Chemistry and Physics (90th Edition)

26 DIFERENCIA DE ÍNDICES DE REFRACCIÓN TRATAMIENTO DE DATOS L í quidos (1 – 2) A m (mm 2 ) n 1 -n 2 n teo ACÉTICO - AGUA462 ± 170,0092 ± 0,00050,0093 AGUA - ETANOL-529 ± 24-0,0105 ± 0,0006-0,0139 n teo (agua) = 1,333 n teo (ac é tico 13%) = 1,3423 n teo (etanol 20%) = 1,3469 L í quidos (1 – 2 – 3) Δn A t (x) (mm 2 ) Δn A m (mm 2 ) ΔnΔn teo (n 0 = n agua ) ACÉTICO - AGUA - ETANOL A t 1 n 1 – n ,0096±0, ± 23 0,0087 ± 0,0006 0, ,0087±0, ,0078±0,0003 A t 3 n0 –n3n0 –n ,0110±-0, ± 36 -0,0093 ± 0, , ,0088±-0, ,0081±-0,0003 A t n 1 - n ,00139±-0, ± 16 -0,0006 ± 0, , ,000119±-0, ,000318±-0,

27 CONCLUSIÓN Consistencia entre distintas medidas Inconstancia del área cabe dentro de error de la medida Desviación Δn respecto a esperado teóricamente Errores sistemáticos Procedimiento -Alineación vertical incorrecta del láser -Ángulo de 45º -Vertido líquido -Tiempo de medida -Error en z para pendientes grandes, trazo línea recta -Papel milimetrado de mala calidad -Grosor del haz doble error por dibujar y medir Tratamiento -Media de las tres áreas (error de dispersión) -Cálculo del área no tiene en cuenta error de cada medida -Acumulación del error debido al elevado nº de medidas (no da más precisión), error acumulado coincide con desviaciones del área 27 CONCLUSIONES

28 CONCLUSIÓN 28 CONCLUSIONES Premisas -Concentración de la mezcla (+ efecto de las burbujas de aire) -Grosor de la cubeta (refracción en ambas caras) Error predominante Grosor de la línea -Depende de dónde dibujes puntos -Si utilizas el área exterior se obtienen valores más compatibles en algunos casos (aprox.) -Valores tabulados con error considerable, dada la imprecisión en el porcentaje de las mezclas... -Faltaría explicar la incompatibilidad en la triple interfase ¿Error en las concentraciones marcadas? Formas de mejorar

29 MEJORAS 29 CONCLUSIONES

30 ANÁLISIS DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN EN INTERFASES DE LÍQUIDOS MISCIBLES Víctor Vidaurre Giner vicvigi/o\alumni.uv.es Fernando Hueso González ferhue/o\alumni.uv.es 3º de Física – UVEG Bibliografía Guión de Técnicas Experimentales de Óptica (2009, Fac. Física Valencia) F.A. Jenkins y H.E. White, Fundamentos de Óptica (Aguilar, 1964) Wikipedia


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