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Cuando un haz de luz que se propaga por un medio ingresa
a otro distinto, una parte del haz se refleja mientras que la
otra sufre una refracción, que consiste en el cambio de
dirección del haz. Para esto se utiliza el llamado índice de
refracción del material, que nos servirá para calcular la
diferencia entre el ángulo de incidencia y el de refracción
del haz (antes y después de ingresar al nuevo material).
Indice de Refracción
FUNDAMENTO
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El efecto de la refracción se puede observar fácilmente
introduciendo una varilla en agua. Se puede ver que
parece quebrarse bajo la superficie.
En realidad lo que sucede es que la luz reflejada por la
varilla (su imagen) cambia de dirección al salir del agua,
debido a la diferencia de índices de refracción entre el
agua y el aire.
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Se utiliza la letra n para representar el índice de refracción
del material alimenticio, y se calcula por la siguiente
fórmula:
n : índice de refracción del medio alimenticio
co : velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s)
v : velocidad de la luz en el medio alimenticio
Velocidad de la luz en el vacío(co)n =-------------------------------------------
Velocidad de la luz en el medio(v)
Dado que 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>124/04/2016 LUIS ARTICA MALLQUI 2013 6
Índice de refracción
i
r
Aire
Medio del índice n
n =Sen iSen r
Sen i
n = ---------------
Sen r
1°
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Ley de SNELL
n1 Sen r =n 2 Sen i
i
r
Medio 1
Medio 2
2°
n1 Sen i------ = ---------------
n2 Sen r
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RefracciónFenómeno luminoso
Haz de luz
PRISMA
Colores
Línea D 589 nm 24/04/2016 LUIS ARTICA MALLQUI 2013 9
La medición de n se realiza con la línea espectral de la luz amarilla
del sodio(línea D, 589 nm) y a T= 20, 25 ó 40 ºC y se denota:
nDT
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REFRACCIÓN :
Cambio de
dirección que
experimenta la
radiación
electromagnética
al pasar de un
medio a otro de
diferente densidad.
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FENÓMENOS DE LA RADIACIÓN
Radiación de Luz
Absorción
Refracción
Transmisión
Reflexión
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Velocidad de la Luz La luz se propaga a una
velocidad tan grande quese pensó se propagabainstantáneamente.
La Velocidad de la luz es lamayor que se conoce.
Su valor en el vacío es2,997925x108 m/s,prácticamente:
3x108 m/s ó3x1010cm/s
Con esta velocidad un rayode luz luminoso puederecorre el ecuador terrestre
8 veces en 1 segundo.
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Velocidad de la Luz
Su máximo valorcorresponde al vacío,y en cualquier otromedio su velocidad vaa ser menor.
La velocidad de laradiación disminuyedebido a la interacciónde las moléculas,iones o átomos con laradiaciónelectromagnética.
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Índice de RefracciónPor lo que se dice que
la radiación actúa con
la materia y por ello el
índice de refracción de
un medio es una
medida que determina
la reducción de la
velocidad de la luz al
propagarse en éste
cuando se compara con
la velocidad de la luz en
el vacío.
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INDICE DE REFRACCIÒN
Dicho cambio de velocidad se manifiesta en una
variación en la dirección de propagación.24/04/2016 LUIS ARTICA MALLQUI 2013 21
Ley de Snell
Sen θ1 = cte. , n = sen θ1
Sen θ2 sen θ2
Esta cte. es característica de ambos medios y por lo tanto para cada par de sustancias tiene un valor
diferente.
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Índice de Refracción
n =
c0 ------
v
n : índice de refracción del medio en cuestión co : velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s) v : velocidad de la luz en el medio en cuestión
Cada medio, cada material posee un índice de refracción característico (n) que mide la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en la sustancia.
Se calcula mediante la siguiente fórmula:
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Indice de Refracciòn
LEY DE SNELL:
n1 senθ1 = n2 senθ2
donde n1 y n2 son los índices de refracción de cada medio, θ1 y θ2 son los ángulos incidente y refractado respectivamente.
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Índice de Refracción
SUSTANCIAS ISOTRÓPICAS.
Aquellas que tienen
un solo índice de
refracción
SUSTANCIAS ANISOTROPICAS
Aquellas que tienen
más de un índice de
refracción.
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Índice de Refracción Relativo
La razón entre la velocidad de propagación en el medio 1 y en el
medio 2
n1 senθ1 = n2 senθ2
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Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vacío, el índice de refracción tendrá un valor siempre mayor que 1 .
En el vacío: n=1 , en otro medio: n>1
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REFRACCIÒN ESPECÌFICA
Es una medida del medio electrónico de una sustancia analizada.
n depende de la densidad y puede ser afectado
por la disposición de los electrones en el medio que atraviesa la radiación.
r = n2 - 1 . 1
n2 +2 *La refracción específica es muy útil como medio para
la identificación de una sustancia y como un criterio de su pureza.
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REFRACCCIÒN MOLAR
Esta es valiosa en estudios estructurales y paraproporcionarnos conocimientos sobre la naturalezade los enlaces químicos y puede calcularse de 2formas:
a) Matemáticamente:
R = r . PM (mL/mol)
b) Sumatoria de las Refracciones atómicas
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Variables que afectan las mediciones de n:
Temperatura
Presión
Longitud de onda (l)
Concentración ( si se
trata de una mezcla)
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CORRECCIÒN DEL n EXPERIMENTAL:
n real = n obs + Tº x FC
n real = n obs +(Tº exp–Tºteòrica)x(4x10-4)
n20
D
A 20 ºC y a λ = 589 nm
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INSTRUMENTOS QUE MIDEN EL INDICE DE REFRACCIÓN.
Los que miden el ángulo Crítico:
Refractómetro de Abbe.
Refractómetro de Inmersión.
Refractómetro de Pulfrich.
Los que miden la interferencia de la luz:
Interferómetro
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FUENTES DE RADIACIÒN
Son fuentes de luz blanca:
Línea D : que es una lámpara de vapor de Sodio (λD= 589 nm) *
Línea C y F: de una fuente de Hidrógeno ( λC = 656 nm) y( λF = 486 nm)
Línea G :de una fuente de Mercurio ( λ = 435 nm)
* La mas utilizada
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PRISMAS
Prisma Primario y Prisma Secundario.
Estos pueden ser de sílica o resina.
Sobre el primero se coloca la Muestra.
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PRISMA DE AMICI
Son prismascompensadores de laradiación .
Compensan las diferenciasque hay en el grado derefracción de los rayos dediferentes λ quecomponen la luz blanca.
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Algunos laboratorios almacenan el
refractómetro con un pedazo de
tejido fino en el montaje del prisma
para mantener el prisma de cristal
sin rasguños.
Abra el montaje del prisma y quite
el tejido fino.Compruebe que el
prisma este limpio.
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Utilice un gotero para aplicar su
muestra líquida al prisma.
Tenga cuidado de no tocar el
prisma con el extremo del gotero ,
esto puede rasguñar el cristal
suave del prisma.
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Cierre el montaje del
prisma.
Encienda la lámpara usando el
interruptor en el lado izquierdo.
(en algunos modelos el
interruptor puede estar en el
cable)
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Mire a través del ocular.
Si usted está cerca índice de
refracción de su muestra usted
debe ver que la visión en el
ocular demuestra una región
oscura en la región inferior y más
clara en la tapa.
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Si usted no ve una región clara
y oscura, dé vuelta al tornillo del
lado derecho del instrumento
hasta que ocurra.
Una vez que usted tenga una
demarcación entre las regiones
claras y oscuras, dé vuelta al
tornillo para colocar la frontera
exactamente en el centro de los
retículos según lo demostrado.
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Para leer índice de refracción,
vea usted la escala a través del
ocular. La escala superior indica
índice de refracción.
Cuidadosamente interpolando
usted puede leer el valor a la
exactitud del lugar decimal 4. El
ejemplo demostrado aquí tiene
un índice de refracción de
1,4606. Luego tome nota de la
Temperatura.
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MÉTODOS DEL ÁNGULO CRITICO
El método del ángulo crítico es el que
se usa comúnmente y por ello se
discute en primer lugar. Se describirán
tres instrumentos típicos: los
refractómetros de Pulfrich, de Abbe y
de inmersión.
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REFRACTOMETRO DE ABBE
Este refractómetro, basado también en el principio del
ángulo límite, está ideado para realizar la operación
con comodidad y rapidez. Requiere sólo cantidades
muy pequeñas de la muestra y da una precisión del
orden de ±2 x l0-4. La escala está graduada
directamente en índices de refracción para las líneas
D a 20° C. En su forma usual se puede usar con luz
de sodio . Los modelos de alta precisión se limitan en
general al uso de luz de sodio, aunque los fabricantes
suministran tablas de corrección para las líneas C y F.
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REFRACTÒMETRO DE INMERSIÒN
Es el más simple de todos. Requiere sólo 10-15 ml de muestra. El prisma simple va montado en un telescopio que contiene el compensador y el ocular. La escala se sitúa debajo del ocular dentro del tubo. La superficie inferior del prisma se sumerge en un pequeño vaso que contiene a la muestra, con un espejo debajo para reflejar la luz hacia arriba a través del líquido.
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REFRACTOMETRO DE INMERSIÒN
El principio del refractómetro de inmersión es el mismo que el
de los aparatos de Pulfrich y Abbe. Su nombre proviene de
que el prisma de refracción está sujeto rígidamente al
objetivo del anteojo y se sumerge en el líquido cuyo índice de
refracción se mide. Se hace la lectura de la posición de la
línea divisoria entre las porciones oscura y brillante del
campo sobre una escala en el plano focal del anteojo
mientras el prisma está sumergido en el líquido. Las lecturas
de la escala se transforman en los índices de refracción
correspondientes mediante las tablas suministradas con el
instrumento.
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REFRACTOMETRO DE PULFRICH
El refractómetro de Pulfrich es útil para la
medición del índice de refracción de muestras
sólidas o líquidas. Con gran cuidado en el uso
del instrumento y con los ajustes mejores
posibles, se alcanza una precisión del orden de
1 x 10-4 en el índice de refracción. La diferencia
del índice entre dos muestras cuyos índices
difieren muy poco, se puede determinar con un
error de ± 2x 10-5.
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La Refractometría tiene variadas aplicaciones
en el aspecto cualitativo y cuantitativo, en el
análisis de los alimentos.
Esta técnica es usada con fines de identificación
y caracterización de aceites y grasas, en el
control de la pureza de los alimentos, en la
medición de jugos azucarados, determinación
aproximada del contenido de alcohol en licores,
concentraciones de azúcar ,entre otros.
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Es por todas estas razones, además de
otras como la facilidad de uso del
refractómetro, el uso de poca muestra, la
obtención de resultados al momento, etc.
que el conocimiento de la refractometría es
de suma importancia al momento de
analizar alimentos y fármacos como
jarabes.
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