EWELINA WAJS

GR.7 ZIP

ĆWICZENIE 73.

WYZNACZANIE STĘŻENIA ROZTWORU CUKRU ZA POMOCĄ POLARYMETRU.

Celem naszego ćwiczenia jest wyznaczenie stężenia roztworu cukru za pomocą polarymetru.

Światło rozchodzące się od słońca lub jakiegokolwiek innego źródła światła , np. od ciała rozżarzonego , jest niespolaryzowane ( drgania wektora świetlnego odbywają się prostopadle do kierunku rozchodzenia się promieni , we wszystkich możliwych płaszczyznach , w których ten kierunek leży.(Rys.1)

Naturalne ( niespolaryzowane ) światło składa się z wielu grup fal elektromagnetycznych o długości od 10^-9 m. do 10^-3 m. ,przy czym oko ludzkie reaguje na fale w przedziale od 3,8
^-7 m. do 7,7
^-7m. Światło jest więc falą elektromagnetyczną. Falę elektromagnetyczną można opisać za pomocą wektora natężenia pola elektrycznego E i magnetycznego B. Wektory te są do siebie prostopadłe i jednocześnie prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fal , czyli do promienia fali (mamy do czynienia z falą poprzeczną).

Zmianę w czasie wartości natężenia pola elektrycznego elektrycznego wzdłuż kierunku x rozchodzenia się fali o dł.
wyraża równanie:

E=E₀ sin [2

+
]

przedstawione są graficznie na rys. 2.

Rys.2.

Światło jest liniowo spolaryzowane gdy wektor elektryczny drga tylko w jednej płaszczyźnie (płaszczyźnie drgań) a wektor B drga wówczas wówczas w płaszczyźnie prostopadłej do wektora drgań zwanej płaszczyzną polaryzacji.(Rys.3a).

Światło częściowo spolaryzowane jest to światło liniowo spolaryzowane posiadające pewna składową niespolaryzowaną.

Rys. 3.DRGANIA WEKTORA ELEKTRYCZNEGO OBSERWOWANE W PŁASZCZYŹNIE (z , y)

a) b) c)

światło spolaryzowane światło częściowo światło

liniowo spolaryzowane niespolaryzowane

Oprócz drgań których obrazem są odcinki spolaryzowane liniowo są drgania spolaryzowane kołowo związane z drganiami końca wektora elektrycznego (wektor nie zmieniając wartości zakreśla okrąg wokół rozchodzenia się fali).

Polaryzacją pośrednią jest polaryzacja eliptyczna.

Światło może ulec polaryzacji w wyniku oddziaływania z materią. Gdy wiązka światła naturalnego , niespolaryzowanego pada na powierzchnię płytki szklanej.(Rys.4.)

Rys.4.

Wiązka światła odbitego i załamanego tworzy kąt prosty (zgodnie z prawem Brewstera aby otrzymać maximum polaryzacji) zachodzi wówczas że :

tg
=

_{-kąt Brewstera}

_{-współczynnik załamania ośrodka 2 względem 1}

_{Dla kąta Brewstera światło odbite jest całkowicie spolaryzowane
(płaszczyzna drgań jest prostopadła do płaszczyzny padania , którą wyznaczają promień padający i odbity) natomiast światło załamania jest częściowo spolaryzowane (płaszczyzna drgań jest równoległa do płaszczyzny padania).}

_{polaryzacje światła można otrzymać również dzięki zjawisku podwójnego załamania (dwójłomności) zachodzącemu w kryształach anizotropowych (np. turmalin, kwarc, mika, cukier, lód). W krysztale dwójłomnym światło ma różne prędkości zależne od tego, jak zorientowana jest płaszczyzna jego drgań.}

_{Gdy światło niespolaryzowane przechodzi przez kryształ , to rozdziela się na dwie części-promień zwyczajny (2) i promień nadzwyczajny. Promień zwyczajny spełnia prawo załamania światła , a promień nadzwyczajny tego prawa nie spełnia. Ponieważ oba promienie wychodzące z kryształu kalcytu są liniowo spolaryzowane i do tego prostopadłe do siebie, kryształ taki mógłby być dobrym polaryzatorem jeżeli można by było wyeliminować jedną z wiązek światła .Zrealizowano to w pryzmacie Nicola. Polaryzacja światła przez selektywną absorbcję można zaobserwować w niektórych kryształach wykazujących dichroizm , czyli zależność współczynnika pochłaniania od kierunku polaryzacji fali .}

_{Niektóre związki mają zdolność skręcania płaszczyzny polaryzacji światła liniowo spolaryzowanego. Są to substancje optycznie czynne (roztwory cukrów , aminokwasy , białka , kwasy nukleinowe).}

_{Zjawisko skręcania płaszczyzny polaryzacji światła przez substancje optycznie czynne można wyjaśnić tym , że każde liniowo spolaryzowane światło można przedstawić za pomocą dwóch składowych spolaryzowanych kołowo :składowej p i składowej l . W roztworach substancji optycznie czynnych prędkość obu składowych jest różna (w ośrodkach izotropowych prędkość jest taka sama) .}

_{Po przejściu przez roztwór jedno drganie kołowe jest opóżnione względem drugiego . W wyniku ich złożenia otrzymuje się drugie drganie liniowo spolaryzowane E , skierowane pod kątem
do kierunku drgań liniowo spolaryzowanego światła padającego . Płaszczyzna polaryzacji światła wychodząc z roztworu substancji optycznie aktywnej została więc obrócona względem płaszczyzny polaryzacji światła padającego o kąt
, zwany kątem skręcenia płaszczyzny polaryzacji.}

_{Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła jest proporcjonalny do długości drogi przebytej przez światło w substancji. W przypadku roztworu kąt skręcenia
dla danej barwy światła i długości drogi l jest proporcjonalny do stężenia d (substancji aktywnej w roztworze):}

WYKONANIE ĆWICZENIA.

1. Zapalamy lampę z żółtym filtrem ( λ = 589,3 nm) i ustawiamy lunetkę na ostrość.

2. Rurę R wypełniamy wodą destylowaną i ponownie regulujemy ostrość widzenia.

3. Obracamy analizator A do położenia, w którym środkowy pas i pozostała część pola widzenia są jednakowo ciemne. Odczytujemy wskazania α_0i na podziałkach obu noniuszy. Pomiar powtarzamy trzykrotnie i wyznaczamy wartość średnią.

4. Rurę R przepłukujemy, napełniamy roztworem 1 o znanym stężeniu i przeprowadzamy pomiar wartości jak w punkcie 3. Wyznaczamy wartość średnią.

5. Różnica odczytów dla roztworu 1 i dla wody destylowanej daje kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji: α₁ = α`₁ - α₀. Znając długość rurki l i stężenie d₁ roztworu 1, znajdujemy zdolność skręcającą.

6. Rurę R wypełniamy roztworem 2 o nieznanym stężeniu d₂. Znajdujemy kąt skręcenia α₂ płaszczyzny polaryzacji dla roztworu 2: α₂ = α`₂ - α₀.

7. Obliczamy nieznane stężenie d₂ roztworu 2.

_OBLICZENIA

1. _{Dla wody destylowanej.}

_{Położenie analizatora (w stopniach)}

_{noniusz A=0,2 lub 0,3 lub 0,4}

_{noniusz B=0,2 lub 0,5 lub 0,4}

_{wartość średnia}

_{2.Dla roztworu 1.(d
=50 g/dm.
)}

_{noniusz A=6,3 lub 6,2 lub 6,1}

_{noniusz B=6,2 lub 6,3 lub 6,2}

_{wartość średnia}

_{-kąt skręcenia (powstały w wyniku różnicy między odczytami dla roztworu 1 i wody destylowanej}

_{Dla roztworu 2.}

_{noniusz A=11,7 lub 11,2 lub 11,4}

_{noniusz B=11,7 lub 11,2 lub 11,3}

_{wartość średnia}

_{Obliczanie stężenia
dla roztworu 2.}

_{l-długość rurki (2dm) a-zdolność skręcająca}

_{RACHUNEK BŁĘDU}

_{-błąd względny stężenia roztworu 2.}

_{Obliczanie błędu bezwzględnego stężenia roztworu 2.}

_WNIOSKI

_{Wynik naszego doświadczenia jest zgodny z prawami fizyki ( im większy kąt skręcenia tym większe stężenie roztworu , bo
) oraz mimo dość wysokiego błędu bezwzględnego (prawie 8%) mieści się w granicach tabeli stężeń roztworów.}

Dzięki powyższemu ćwiczeniu mogłam w sposób doświadczalny zbadać stężenie cukru w dwóch roztworach. Ćwiczenie to może być wykorzystywane na szeroką skalę dzięki swej prostocie. Wyniki otrzymane w trakcie ćwiczenia obarczone były błędami. Ścisły rachunek błędów pozwolił jednak w wystarczającym stopniu je wyeliminować.

---