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Efectos de índice de refracción a diferentes temperaturas y

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sebastian morales

on 12 August 2016

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Efectos de índice de refracción a diferentes temperaturas y líquidos.
Hipótesis
Resumen de R.L.
El índice de refracción n de un medio material es una función de la longitud de onda, (lambdas)𝝺, de la radiación incidente sobre él. Esto quiere decir que los colores que forman la luz blanca viajan en el medio a distinta velocidad en función de su longitud de onda 𝝺 caracteristica. Por ende, el ángulo de refracción, (beta)𝞫, también depende de dicha longitud de onda, (lambdas) 𝝺: este proceso o fenómeno descubierto por Newton(1670-1672) se le da el nombre de dispersión. La expresión
n(lambdas𝝺)=A+B2+C4+...representa la dependencia del índice de refracción n de los vidrios ópticos con la longitud de onda 𝝺 en la zona del espectro visible. Cuando una luz se emite sobre una prisma óptico e incide luz no monocromática, en cada una de las interfases vidrio-aire cada una de las componentes de la luz emitida se refracta con un ángulo distinto, saliendo en abanico.
Resumen de R.L.
Materiales
Una luz lazer
Una mano de lego

Resumen de R.L.
Matodología
Resumen de la propuesta
La refractometría se denomina como el método de medir el índice de refracción de una muestra. El índice de refracción es una propiedad física fundamental de cualquier sustancia. El índice de refracción se mide con un instrumento de laboratorio llamado un refractómetro y nos permiten determinar la concentración de disoluciones acuosas. En este experimento estaremos observando como la temperatura puede afectar el índice de refracción de los líquidos. Las hipótesis establecidas fueron:

Hipótesis Principal
- Se podrá ver una diferencia en la medición de índice de refracción de luz si la temperatura de esa cantidad específica de líquido en el vaso es mayor.

Hipótesis Alterna

-Si la temperatura es menor a una cantidad específica del líquido, se podrá ver una diferencia en la medición de índice de refracción en la luz en el agua.


Para llevar a cabo este experimento tendremos seis muestras, tres vasos con agua a temperatura ambiental y tres vasos de agua a una temperatura más baja. Se usará una luz láser, una mano de lego y un vaso de cristal de forma octagonal y un refractómetro para poder medir el ángulo de refracción. Para la información se usara una tabla estableciendo los ángulos calculados. Luego de adquirir los ángulos de refracción de las muestras y de calcular el porciento de error y se usará una gráfica para poder observar los cambios de ángulos a mediante la temperatura cambia.

- Sebastian Morales
La refractometría se denomina como el método de medir el índice de refracción de una muestra. El índice de refracción es una propiedad física fundamental de cualquier sustancia. El índice de refracción se mide con un instrumento de laboratorio llamado un refractómetro y nos permiten determinar la concentración de disoluciones acuosas. Con el refractómetro también se compara el ángulo de incidencia con el ángulo de refracción de luz a una longitud de onda específica y normalmente se usa el refractómetro de Abbe en los laboratorios. Apesar que los refractómetros son más eficaces para medir líquidos, también se emplean para medir sólidos y gases, como vidrios o gemas.
El refractómetro de Abbe permite obtener una medición del índice de refracción de un líquido. Los refractómetros de Abbe pueden emplear los dos método de refracción, refracción total (cuando un rayo de luz pasa de un medio de índice de refracción mayor a otro de índice de refracción menor) o refracción de ángulo crítico (es el ángulo mínimo de incidencia en el cual se produce la reflexión interna total). Snell (1580-1626) afirma que la multiplicación del índice de refracción por el seno del ángulo de incidencia es constante para cualquier rayo de luz incidiendo sobre la superficie separatriz de dos medios (n1•senθ1= n2•senθ2). Esta fórmula aporta a la refractometría y los refractómetros se utilizan con frecuencia en aplicaciones farmacéuticas para el control de calidad de materia prima intermedia y producto final. Todo esto se hace con el refractómetro abbe inventado por Ernst Abbe (1875).
Como previamente establecimos, la ley de Snell es una de las fórmulas fundamentales de la óptica geométrica. René Descartes (1648) también llegó a formularla, pero se cree la formuló antes de Snell. Pero al igual que ellos no podemos olvidar el trabajo de Alhacén (XIII) el padre de la óptica. Esta ley permite cuantificar la refracción de la luz al pasar de un medio a otro. Relaciona el ángulo de incidencia en la superficie de separación, el ángulo de refracción y los índices de refracción de ambos medios.
Para entender mejor la base de la medición de índice de refracción primero hay que entender la óptica geométrica. Las ecuaciones de Hamilton (William R. Hamilton 1833) de la óptica directamente a partir de la ley de Snell-Descartes(984). En esta ley consideramos dos medios caracterizados por índices de refracción n1 y n2 separados por una superficie S. Los rayos de luz que atraviesan los dos medios se refractan en la superficie variando la dirección de propagación dependiendo del cociente entre los índices n1 y n2. Las leyes y conceptos de Snell-Descartes se comparan con la de óptica geométrica de Hamilton porque la ley de Snell y Descartes se deriva directamente desde la segunda ecuación de Hamilton.


La refracción es causada por la distorsión de algunos objetos. La velocidad de la luz generalmente es menor dentro de una sustancia que al aire libre. Cuando vemos una refracción seguimos dos leyes básicas que existen desde la antiguedad establecidas por W. Snel (1621) y dicen asi:

1. El rayo incidente, el rayo retractado y la normal a la superficie se encuentran en el mismo plano.

2. La trayectoria de un rayo retractado en la entrecara entre dos medios es exactamente reversible.

Estas dos leyes se demuestran por experimentos. Sin embargo, desde el punto de vista práctico, es más importante poder predecir y entender el grado de flexión que ocurre.

Una manera de determinar el índice de refracción de un modo sencillo es mediante el estudio de la reflexión total, estudiando el efecto Pffund(láser) en láminas de caras planas y paralelas. La reflexión total se puede especificar mediante un rayo cuando la luz o una onda viaja por un medio homogéneo. Cuando una onda de luz viaja por un medio 1 a una velocidad “v1” se define el índice de refracción n1 como el cociente c/v1, donde c es la velocidad de la luz en el vacío o en el aire donde aproximadamente es igual. Si la onda de luz hacia un segundo medio transparente, de índice de refracción n2, esa onda de luz va a sufrir un cambio de dirección, debido a que en ese medio la luz viaja con una velocidad diferente “v2”. Este cambio en dirección de un medio a otro se le reconoce como refracción. El efecto de Pffund se produce cuando se tiene una lámina cuya superficie inferior se difusora de luz. Si se consiguen que en esa superficie inferior existe un punto de difusor de luz, la luz se reflejará de forma difusa desde la superficie inferior de todas direcciones.
En un experimento el objetivo fue determinar el índice de refracción del agua, a temperatura ambiente y mediante el empleo de un haz de luz láser. El montaje del experimento fue basado a la aplicación de la ley de Snell (1580-1626). Se usó un recipiente conteniendo un líquido, y un rayo emitido en el aire, así como de una estructura que permite medir los ángulos. El recipiente era de forma octagonal y el punto láser que se usó emitía 670nm. Se construyó un brazo de LEGO (Ole Kirk Christiansen) que tenía el propósito de sujetar el puntero que apuntaba a un ángulo constante al agua. Como líquido se usó agua y se le añadió unas gotas de leche (unos 6ml por litro de agua) para que se pueda observar el láser a su través. Por último se usó un transportador de ángulos, de precisión 0.5 para medir los ángulos y a fin de acabo obtuvieron un resultado de 1.320.09 co error relativo 7%.

El índice de refracción es usado para muchas cosas, una de ellas es el método para el análisis de composición de mezclas líquidas ternarias homogéneas basado en la determinación del índice de refracción. El índice de refracción como método analítico aparece reportado desde hace tiempo para el análisis de composición en el control de calidad de bebidas alcohólicas y también se le encuentra la aplicación para la determinación de composición de mezclas binarias en el estudio de equilibrios líquido - vapor y en proceso de separación por destilación. Un reciente uso de la índice de refracción y la densidad se ha propuesto para el análisis de composición, en mezclas de un soluto sólido, disuelto en solventes mixtos, y para mezclas ternarias homogéneas de componente líquidos de comportamiento lejano a la idealidad. Una posible aproximación numérica al análisis de composición en mezclas de tres componentes se podría proponer si el comportamiento de las mezclas fuera ideal. Las propiedades físicas consideradas en el sistema ternario serían de carácter aditivo.
Cuando los rayos de luz están siendo emitidas hacia un cuerpo de agua, por dentro se ve que cambian de dirección. El índice de refracción es esa medida que nos deja saber a cuantos grados ese rayo de luz cambio de dirección. Un instrumento que nos facilita ese proceso de medir es el refractómetro. La medición del índice de refracción es una propiedad física y puede ser afectada por la temperatura, presión o por la misma longitud de onda. La temperatura en este caso nos puede alterar la precisión de las mediciones. Por ende la temperatura se debe mantener estable para medir con precisión. El índice de refracción además de usarse para medir los ángulos de la refracción de la luz también se usa para muchas cosas importante en diferentes industrias que ayuda en la salud de las personas.
Justificación
Esto aporta a las ciencias porque nos ayuda entender porqué ocurre el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro.
La medición de índice de refracción en líquidos puede ser afectada por la temperatura.
En este experimento se establecerá la diferencia en la medición de índice de refracción a diferentes medidas de temperatura y diferentes cantidades de agua.
Se hará este experimento con la luz dirigida hacia el agua.
Se podrá ver una diferencia en la medición de índice de refracción de luz si la temperatura de esa cantidad específica de líquido en el vaso es mayor.




Hipótesis de Trabajo
Si la temperatura es menor a una cantidad específica del líquido, se podrá ver una diferencia en la medición de índice de refracción en la luz en el agua.
Hipótesis Alterna


El experimento se estará realizando en mi hogar. Mi hogar tiene paredes y tiene un comedor y una sala. Estaremos realizando el experimento dentro de la casa en la cocina. Se colocarán tres muestras en un lugar no muy caluroso y tres en la nevera para poder medir los índices de refracción de las seis muestras.

Se estará usando una tabla estableciendo los ángulos calculados. Luego de adquirir los ángulos de refracción de las muestras y de calcular el porciento de error, se van a comparar entre ellas mismas para observar el efecto que tiene la temperatura sobre el índice de refracción de la muestra que estaba en una temperatura baja. Se usará una gráfica para poder observar los cambios de ángulos a mediante la temperatura cambia. El rango de valores de los cambios de medidas de ángulos de refracción se medirán desde una temperatura baja subiendo a una ambiental en una cantidad de tiempo.

Datos y Análisis estadísticos
Referencias:
Artedinamico (no date) REFRACTOMETRA. Available at: http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=3344 (Accessed: 21 March 2016).

Basilia, P. por C. (2008) Reportes de Química. Available at: http://reportesparaestudiantesdequimica.blogspot.com/2008/10/reporte-n-4-ndice-de-refraccin-de-la.html (Accessed: 21 March 2016).

Refractometria (no date) Available at: http://www.cuadernodelaboratorio.es/refractometria.html (Accessed: 21 March 2016).
2.1 Índice de refracción (no date) Available at: http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/3000/3236/html/21_ndice_de_refraccin.html (Accessed: 21 March 2016).

22. DETERMINACIÓN DE ÍNDICES DE REFRACCIÓN (no date) Available at: http://pendientedemigracion.ucm.es/info/Geofis/practicas/prac22.pdf (Accessed: 21 March 2016).

Enseñanza, S. (2010) ‘ DETERMINACIÓN DEL ÍNIDICE DE REFRACCIÓN MEDIANTE REFRACTOMETRÍA ’ AUTORÍA MARÍA FRANCISCA OJEDA EGEA TEMÁTICA REFRACTOMETRÍA, DETEMINACIÓN ÍNDICE DE REFRACCIÓN. Available at: http://www.csi-csif.es/andalucia/modules/mod_ense/revista/pdf/Numero_31/M_FRANCISCA_OJEDA_2.pdf (Accessed: 21 March 2016).

Fenc3b3menos ondulatorios refraccic3b3n (no date) Available at: https://ediersu012.files.wordpress.com/2013/06/fenc3b3menos-ondulatorios-refraccic3b3n.pdf (Accessed: 21 March 2016).

MEDIDA DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN DE UN LÍQUIDO (no date) Available at: http://pendientedemigracion.ucm.es/info/giboucm/Download/INDREF.pdf (Accessed: 21 March 2016).

Moreno, E.L. and Wolf, K.B. (2008) De la ley de Snell-Descartes a las ecuaciones de Hamilton en el espacio fase de la óptica geométrica. Available at: http://rmf.fciencias.unam.mx/pdf/rmf/35/2/35_2_291.pdf (Accessed: 21 March 2016).

V28P45 51 (no date) Available at: http://www.ciencias.unal.edu.co/unciencias/data-file/farmacia/revista/V28P45-51.pdf (Accessed: 21 March 2016).


Tendremos seis muestras, tres vasos con agua a temperatura ambiental y tres vasos de agua a una temperatura más baja. Al tener seis diferentes muestras se va a poder ver una diferencia entre ellas y se podrá calcular un porcentaje de error y un porciento de probabilidad. La temperatura se medirá en grados celsius, la cantidad de líquido en mili-litros, volumen del recipiente en m3 y el ángulo de incidencia en ( ) . En el experimento se usará una luz láser, una mano de lego y un vaso de cristal de forma octagonal y un refractómetro para poder medir el ángulo de refracción. El experimento tomará aproximadamente una hora.

Muestreo y periodo de estudio
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