O fundamento da refratometria

OLÁ

• INTRODUÇÃO TEÓRICA

O fundamento da refratometria é bem simples. Quando uma luz penetra num liquido ela muda de direção; isto é chamado de refração. O ângulo de refração, medido em graus, indica à mudança de direção do feixe de luz. Um refratômetro obtém e transforma os ângulos de refração em valores de índices de refração (nD).

O refratômetro é um instrumento simples que pode ser usado para medir concentrações de soluções aquosas, consumindo apenas umas poucas gotas da solução. Sua aplicação estendesse pelas áreas de alimentos, agricultura, química e em indústrias de manufaturados.

O índice de refração é uma importante propriedade ótica dos materiais, e praticamente a única estudada nos cursos introdutórios de física. Há muitas maneiras de se medir o índice de refração de sólidos, quase todas baseadas no uso de prismas do material de interesse, em conjunto com algum equipamento especial – lâmpadas e espectrômetros, por exemplo [Edminston 1986]. No caso do índice de refração de líquidos é possível adaptar esses procedimentos utilizando recipientes em forma de prisma [Chandra 1983], mas existem métodos de medida menos trabalhosos e mais fáceis de implementar fora de um laboratório [Edge 1979, Gluck 2011, Gluck 2012]. Neste trabalho nós descrevemos uma forma particularmente simples de medir o índice de refração de líquidos. O experimento pode ser realizado em salas de aula comuns, com material facilmente encontrado em residências ou escolas.

O método é baseado na observação, bastante corriqueira, de que objetos imersos na água parecem maiores. A figura 1 mostra um exemplo disso: a parte submersa da garrafa aparenta ser mais larga que a parte fora d’água. A causa da ampliação pode ser entendida com auxílio da figura 2. Nela, a garrafa é representada pelo círculo central e o recipiente contendo a água pelo círculo mais externo. Os raios luminosos que saem da garrafa e chegam a um dado ponto (o “observador”) também são mostrados na figura 2. Ao passar da água para o ar (desprezamos o efeito da parede do recipiente) a refração faz com que os raios mudem de direção, de modo que para o observador eles subentendem um ângulo XX Simpósio Nacional de Ensino de Física – SNEF 2013 – São Paulo, SP 2 20 a 25 de janeiro de 2013 maior que o determinado pelo tamanho real da garrafa. Assim, uma garrafa de raio r parece ter um raio aparente rap maior que r.

A escala Brix é calibrada pelo número de gramas de açúcar contidos em 100 g de solução. Quando se mede o índice de refração de uma solução de açúcar, a leitura em percentagem de Brix deve combinar com a concentração real de açúcar na solução. As escalas em percentagem de Brix apresentam as concentrações percentuais dos sólidos solúveis contidos em uma amostra (solução com água). Os sólidos solúveis contidos é o total de todos os sólidos dissolvidos na água, começando com açúcar, sais, proteínas, ácidos, etc. A leitura do valor medido é a soma total desses.