臺灣國際科展

利用雷射光實驗研究液的折射率梯度

科展類別
臺灣國際科展
屆次
2004年
科別
物理科
學校名稱
國立嘉義高級中學
指導老師
李文堂、潘文成
作者
許力權
關鍵字
雷射光,折射率

摘要或動機

溶液和溶劑置於同一容器中,當溶質向上擴散時,會形成濃度梯度及折射率梯度 dn/dy,且dn/dy 對高度y 的關係圖會呈現隨著高度改變的現象。 半徑r 的D形容器,下方置溶液,上方置溶劑,以雷射光照射容器的平面部份時, 雷射光沿著法線出射,受折射率梯度的作用而向下偏Ζ距離,a 為容器至屏的距離, 得到dn/dy=Z/ar 的關係式;改變雷射光的高度y 可得dn/dy 圖。 以硫代硫酸那作實驗,其dn/dy-y 圖為以原始界面為對稱軸,因其擴散係數不隨濃 度改變;甘游水溶液的dn/dy-y 圖呈現不對稱,圖形的極大值往甘油方偏,主要係因 為甘油的擴散係數隨濃度的增大而減少。 我們成功第把不同時間對同一溶液的實驗結果予以模型化,得到的dn/dy-y 曲線隨 時間改變,並發現該曲線所涵蓋的面積為定值。 雷射光經光柵再照射半圓筒,可直接測出各高度的折射率,量出y、 dn/dy、n、及濃度可算出擴散係數。The mixing between a pure liquid and a solutionin a vertical column produced a concentration gradient , which in turn produced the refractive index gradient . As the solute particles diffused upward into the pure liquid , a gradient was generated because of the varying solute concentration . The plot of the refractive index gradient versus vertical position y (dn/dy vs y) is found to vary with time . A D-shape container of radius r is partly filled with a dense solution , and partly filled with solvent which is on the top of the solution. When laser beam pendicularly enters the flat surface of the container, the outgoing beam strikes the container at a normal incidence , and is deflected down a vertical distance Z by the refractive index gradient . We can get dn/dy=Z/ar , where a is the distance between the container and the screen . By changing the vertical position (y)of laser beam , we can get the plot of dn/dy vs y . We have successfully modeled the time dependent experimental gradient curves on the same solution . The area beneath the trace of dn/dy vs y at different time is found to be constant . Additionally, with a grating at the center of the semicircle, we can measure the index of refraction n and get the plot of n vs y. The diffusion coefficient D of the solute can be calculated using the plot of dn/dy,y,and time t.


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