refraccion

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

LABORATORIO DE OPRACIONES UNITARIAS II

NDICE DE REFRACCIN

OBJETIVOS:

Construccin de la grfica de ndice de refraccin vs composicin del alcohol

etlico

Construccin de la grfica de numero de refraccin vs porcentaje peso del

alcohol etlico

FUNDAMENTO TEORICO:

Ley de Snell de la refraccin

Consideremos un frente de ondas que se acerca a la superficie de separacin de dos medios de distintas propiedades. Si en el primer medio la velocidad de propagacin de las ondas es v1 y en el segundo medio es v2 vamos a determinar, aplicando el principio de Huygens, la forma del frente de onda un tiempo posterior t.

A la izquierda, se ha dibujado el frente de ondas que se refracta en la superficie de separacin de dos medio, cuando el frente de ondas incidente entra en contacto con el segundo medio. Las fuentes de ondas secundarias situadas en el frente de ondas incidente, producen ondas que se propagan en todas las direcciones con velocidad v1 en el primer medio y con velocidad v2 en el segundo medio. La envolvente de las circunferencias trazadas nos da la forma del frente de ondas despus de tiempo t, una lnea quebrada formada por la parte del frente de ondas que se propaga en el primer medio y el frente de ondas refractado que se propaga en el segundo.

El frente de ondas incidente forma un ngulo 1 con la superficie de separacin, y frente de ondas refractado forma un ngulo 2 con dicha superficie.

En la parte central de la figura, establecemos la relacin entre estos dos ngulos.

En el tringulo rectngulo OPP tenemos que

v1t=|OP|sen1



En el tringulo rectngulo OOP tenemos que

v2t=|OP|sen2

La relacin entre los ngulos 1 y 2 es

Reflexin total

Si v1>v2 el ngulo 1 > 2 el rayo refractado se acerca a la normal Si v1



ndice de refraccin

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 refraccin, que consiste en el cambio de direccin del haz. Para esto se utiliza el llamado ndice de refraccin del material, que nos servir para calcular la diferencia entre el ngulo de incidencia y el de refraccin del haz (antes y despus de ingresar al nuevo material).

El efecto de la refraccin se puede observar fcilmente 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 direccin al salir del agua, debido a la diferencia de ndices de refraccin entre el agua y el aire.

Se utiliza la letra n para representar el ndice de refraccin del material, y se calcula por la siguiente frmula:

n : ndice de refraccin del medio en cuestin

co : velocidad de la luz en el vaco (3x108 m/s)

v : velocidad de la luz en el medio en cuestin

Es decir que es la relacin entre la velocidad de la luz en el vaco y en el medio.

Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vaco, el ndice de refraccin ser un nmero siempre mayor que 1.

En el vaco: n=1 En otro medio: n>1

Reflexin total interna

Para que todos los haces de luz se mantengan dentro del ncleo debe darse la reflexin total interna, y esta depende de los ndices de refraccin y del ngulo de incidencia:

Entonces, para que todo el caudal de luz se propague dentro de la fibra, en el ejemplo el ngulo de incidencia debe ser mayor o igual a 60o



EQUIPOS Y MATERIALES

Refractmetro Etanol (alcohol etlico) Agua Pipeta de 20 ml Tubos de ensayo

Tubos de ensayo refractmetro

Alcohol etlico

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Estandarizar el refractmetro utilizando como liquido base, agua pura (n0=

1.3330) para calibrar

Preparar mezclas de etanol-agua % en volumen en diferentes proporciones

para su posterior anlisis.

Verificar que los prismas estn limpias tras calibrar el refractmetro.

Colocar una gota de mezcla lquida en el prisma de tal manera que quede

homogneo.

En el refractmetro observar que la lnea horizontal quede en el centro de las

dos diagonales que forman una X y luego ir calibrando para cada solucin a

analizar

Repetir los pasos anteriores para cada una de las muestras establecidas



CLCULOS Y RESULTADOS

Volumen de las mezclas de etanol-agua que se van a trabajar

EXPERIMENTO VETANOL V AGUA 1 0 100

2 10 90

3 20 80

4 30 70

5 40 60

6 50 50

7 60 40

8 70 30

9 80 20

10 90 10

11 100 0

DATOS EXPERIMENTALES DE INDICE DE REFRACCION OBTENIDOS PARA CADA MUESTRA

EXPERIMENTO n0 1 1.3329

2 1.3361

3 1.3405

4 1.3518

5 1.3562

6 1.3586

7 1.3590

8 1.3592

9 1.3618

10 1.3638

11 1.3639



Hallando la composicin de alcohol etlico en cada una de las muestras

Calculando el % volumen

% = /( + )

Donde:

V1= Volumen de etanol en la mezcla V2= Volumen de agua en la mezcla

CALCULOS

EX 1: %V1 = 0 / (0 + 10) = 0

EX 2: %V1 = 10 / (10 + 90) = 0.1

EX 3: %V1 = 20 / (20 + 80) = 0.2

EX 4: %V1 = 30 / ( 30 + 70) = 0.3

EX 5: %V1 = 40 / ( 40 + 60) = 0.4

EX 6: %V1 = 50 / ( 50 + 50) = 0.5

EX 7: %V1 = 60 / ( 60 + 40) = 0.6

EX 8: %V1 = 70 / ( 70 + 30) = 0.7

EX 9: %V1 = 80 / (80 + 20) = 0.8

EX 10: %V1 = 90 / (90 + 10) = 0.9

EX 11: %V1 = 100 / (100 + 0) = 1

PORCENTAJE DE ETANOL EN CADA UNA DE LAS MUESTRAS

EXPERIMENTO %VETANOL 1 0

2 0.1

3 0.2

4 0.3

5 0.4

6 0.5

7 0.6

8 0.7

9 0.8

10 0.9

11 1-0



Hallando el porcentaje en peso de Alcohol etlico

Calculando el % Peso : %1 =1 1

(11)+(22)

Donde:

V1= Volumen de etanol en la mezcla V2= Volumen de agua en la mezcla D1 =Densidad de etanol 0.789 D2 =Densidad de agua 0.999

CALCULOS :

EX 1: %P1 = (0.789*0)/((0.789*0) +(0.999*100)) = 0

EX 2: %P1 = (0.789*10)/((0.789*10) +(0.999*90)) = 0.0813

EX 3: %P1 = (0.789*20)/((0.789*20) +(0.999*80)) = 0.1661

EX 4: %P1 = (0.789*30)/((0.789*30) +(0.999*70)) = 0.2546

EX 5: %P1 = (0.789*40)/((0.789*40) +(0.999*60)) = 0.3470

EX 6: %P1 = (0.789*50)/((0.789*50) +(0.999*50)) = 0.4435

EX 7: %P1 = (0.789*60)/((0.789*60) +(0.999*40)) = 0.5445

EX 8: %P1 = (0.789*70)/((0.789*70) +(0.999*30)) = 0.6503

EX 9: %P1 = (0.789*80)/((0.789*80) +(0.999*20)) = 0.7612

EX 10: %P1 = (0.789*90)/((0.789*90) +(0.999*10)) = 0.8776

EX 11: %P1 = (0.789*100)/((0.789*100) +(0.999*0)) = 1

PORCENTAJE EN PESO DE ETANOL EN CADA UNA DE LAS MUESTRAS

EXPERIMENTO %PETANOL 1 0

2 0.0813

3 0.1661

4 0.2546

5 0.3470

6 0.4435

7 0.5445

8 0.6503

9 0.7612

10 0.8776

11 1



GRAFICA INDICE DE REFRACCION VS COMPOSICION DE ALCOHOL ETILICO

EXPERIMENTO %VETANOL n0 1 0 1.3329

2 0.1 1.3361

3 0.2 1.3405

4 0.3 1.3518

5 0.4 1.3562

6 0.5 1.3586

7 0.6 1.3590

8 0.7 1.3592

9 0.8 1.3618

10 0.9 1.3638

11 1-0 1.3639

1.33

1.335

1.34

1.345

1.35

1.355

1.36

1.365

1.37

0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2



GRAFICA DE INDICE DE REFRACCION VS PORCENTAJE EN PESO DE ALCOHOL ETILICO

EXPERIMENTO %PETANOL n0 1 0 1.3329

2 0.0813 1.3361

3 0.1661 1.3405

4 0.2546 1.3518

5 0.3470 1.3562

6 0.4435 1.3586

7 0.5445 1.3590

8 0.6503 1.3592

9 0.7612 1.3618

10 0.8776 1.3638

11 1 1.3639

1.33

1.335

1.34

1.345

1.35

1.355

1.36

1.365

1.37

0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2



CONCLUSIONES

Con esta prctica se aprendi a manejar correctamente el refractmetro, ya que

este es de gran utilidad en la qumica, porque permite con mayor precisin

encontrar resultados ptimos a la hora de realizar un proceso qumico como la

destilacin, etc

Se mir el cambio que hay en el ndice de refraccin, si se altera la composicin

de una mezcla binaria, en este caso alcohol etlico y agua destilada

Se analizaron los factores que pueden alterar el ndice de refraccin como la

temperatura y con esta la densidad y la longitud de onda de la luz y la velocidad

misma de esta

BIBLIOGRAFIA

Fenmenos de Transporte, Bird, Lightfoot, Stewart. Operaciones de Transferencia de Masa 2da Edicion

Robert E. Treybal. Operaciones unitarias en ingeniera qumica .McCabe,W.L.-Harriott.P.-

Smith,J.C.-Editorial :McGraw Hill Alan S. Foust y Otros, Principios de Operaciones Unitarias, Editorial

Continental, S. A. Mxico 1974. (Pagina: 388-405)

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