WICZENIE NR 77
WYZNACZANIE KTA SKRCANIA PASZCZYZNY POLARYZACJI
WSTP TEORETYCZNY
POLARYZACJA WIATA
Substancje krystaliczne, dziki prawidowemu, przestrzennemu rozmieszczeniu atomów przejawiaj cise waciwoci optyczne. Na ogó wektor wietlny E promienia wiata nie ma cakowitej swobody wykonywania drga wewntrz krysztau, lecz s mu narzucone tylko dwa prostopade do siebie kierunki drga. Istnieje jednak we wntrzu krysztau jeden kierunek, który temu warunkowi nie podlega i promie biegncy wzdu tego kierunku ma cakowit swobod wykonywania drga; jest to kierunek tak zwanej osi optycznej (nie jest to jedna prosta, lecz kierunek, a wic wiele prostych równolegych). Krysztay takie nazywamy jednoosiowymi. Dla cisoci naley doda, e istniej równie krysztay, w których mamy dwa takie wyrónione kierunki. S to krysztay dwuosiowe.
Dziki tej waciwoci krysztaów promie wiata naturalnego (niespolaryzowanego) padajc na kryszta w kierunku niezgodnym z osi optyczn ulega podwójnemu zaamaniu, to znaczy rozkada si na dwa promienie spolaryzowane liniowo, drgajce w paszczyznach nawzajem prostopadych, a mianowicie na tzw. promie zwyczajny i promie nadzwyczajny. Oba te promienie rozchodz si w krysztale z rónymi prdkociami: maj wic róne wspóczynniki zaamania nzw i nnz. Uzyskanie wiata spolaryzowanego liniowo sprowadza si do wyeliminowania jednego z tych promieni. Osign to mona w dwojaki sposób:
1. przez zastosowanie pryzmatu Nicola
2. przez wykorzystanie zjawiska dichroizmu.
Pryzmat Nicola jest to kryszta kalcytu, czyli szpaltu islandzkiego wystpujcego w naturze w postaci supków równolegociennych, który po odpowiednim oszlifowaniu jego podstaw i przeciciu wzdu paszczyzny przektnej zostaje sklejony za pomoc balsamu kanadyjskiego. Promie wiata naturalnego wchodzc do pryzmatu ulega rozoeniu na dwa promienie: zwyczajny i nadzwyczajny, spolaryzowane liniowo, które padaj na warstw balsamu kanadyjskiego pod rónymi ktami. Dziki odpowiednio dobranym przez szlifowanie ktom pryzmatu promie nadzwyczajny pada pod ktem mniejszym od kta granicznego i wobec tego biegnie dalej bez zmiany kierunku, doznajc jedynie nieznacznego przesunicia równolegego. Promie zwyczajny pada pod ktem wikszym od kta granicznego ulega zatem cakowitemu odbiciu wewntrznemu, a nastpnie zostaje pochonity przez zaczernion oprawk nikola.
Znacznie prociej eliminuj jeden z promieni niektóre krysztay (np. turnalin), które wykazuj zjawisko dichroizmu. Zjawisko to polega na niejednakowym pochanianiu promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego przez dan substancj.
Mona tak dobra gruboc warstwy krystalicznej, e po jej przejciu jeden z promieni ulega cakowitemu wygaszeniu. Na drug stron warstwy przejdzie wówczas jedynie promie pozostay o mniejszym nateniu, ale spolaryzowany liniowo. Zjawisko to znajduje zastosowanie przy wytwarzaniu cienkich warstewek polryzujcych wiato liniowo, zwanych polaroidami albo filtrami polaryzujcymi.
SKRCENIE PASZCZYZNY POLARYZACJI
Jeli pomidzy dwa skrzyowane nikole lub polaroidy wstawi pytk kwarcu wycit prostopadle do osi optycznej, to w wietle jednorodnym, np. w wietle promienia sodowego, zauwaymy rozjanienie pola widzenia. Rozjanienie to mona usun, tzn. otrzyma znowu ciemne pole widzenia obracajc analizator o pewien kt w lewo lub w prawo. Jest oczywiste, e potrzeba skrcenia analizatora wynika na skutek dziaania pytki kwarcowej, która spowodowaa skrcenie paszczyzny drga lub paszczyzny polaryzacji przechodzcego przez ni wiata spolaryzowanego przez polaroid. Istnieje znaczna liczba cia skrcajcych paszczyzn polaryzacji; nazywamy je ciaami optycznie czynnymi. nalea do nich niektóre ciaa stae, ciecze, gazy oraz roztwory niektórych substancji, midzy innymi roztwory cukru.
Ciao optycznie czynne dzieli padajc wizk spolaryzowan liniowo na skadow spolaryzowan koowo prawoskrtnie i koowo spolaryzowan lewoskrtnie. Zjawisko to nosi nazw drójomnoci koowej. Polaryzacja koowa oznacza takie uporzdkowanie drga, przy którym wektor wietlny E obraca si naokoo priomienia wiata i jego koniec zakrela lini rubow. Obie skadowe rozchodz si i wypadkowa, chocia nadal spolaryzowana liniowo, ma ju inny azymut polaryzacji. jeli znane s oba wspóczynniki zaamania i dugo przebytej przez wiato w danym orodku drogi l, rónic faz mona obliczy na podstawie wzoru:
gdzie n - rónica wspóczynnika zaamania, - dugo fali wietlnej.
Kt skrcenia stanowi poow rónicy faz:
W przypadku roztworów okazuje si, i kt skrcenia jest proporcjonalny do dugoci l roztworu oraz do jego stenia c. T zalenoc wyraa wzór:
gdzie K - wspóczynnnik proporcjonalnoci zaleny od:
- rodzaju rozpuszczonej substancji
- rodzaju rozpuszczalnika
- od dugoci fali wietlnej
Nazywany on jest skrceniem waciwym. Jak wynika ze wzoru:
skrcenie waciwe jest równe liczbowo ktowi skrcenia przypadajcemu na jednostk stenia 
i na jednostk dugoc warstwy roztworu (dm)
Przyrzdy suce do pomiaru kta skrcenia paszczyzny polaryzacji nazywane s polarymetrami. Te z nich, które stosuje si do roztworów cukru nosz nazw sacharymetrów.
Wyznaczanie skrcenia waciwego roztworu.
, gdzie K - skrcenie waciwe, - kt skrcenia paszczyzny polaryzacji, c - stenie roztworu, l - dugo rurki
1. Dugo rurki pomiarowej - 
2. Stenie roztworu
L.P. |
ms |
mr |
c |
|
[g] |
[g] |
[%] |
1 |
0.5 |
50.5 |
0.99 |
2 |
2.5 |
52.5 |
4.76 |
3 |
5 |
55 |
9.09 |
ms - masa substancji (cukru), mr - masa roztworu
, gdzie
- gsto wody, V = 50[dm3] - objto wody
3. Kt skrcenia paszczyzny polaryzacji
pooenie zerowe a analizatora (rurka polarymetru wypeniona wod destylowan)
L.P. |
a[°] |
i |
i2 |
1 |
175.9 |
-0.155 |
0.0240 |
2 |
175.95 |
-0.205 |
0.0420 |
3 |
175.4 |
0.345 |
0.1190 |
4 |
175.45 |
0.295 |
0.0870 |
5 |
175.7 |
0.045 |
0.0020 |
6 |
175.75 |
-0.005 |
0.0000 |
7 |
175.8 |
-0.055 |
0.0030 |
8 |
175.8 |
-0.055 |
0.0030 |
9 |
175.8 |
-0.055 |
0.0030 |
10 |
175.9 |
-0.155 |
0.0240 |
|
175.745 |
|
0.1848 |
[°]
[°]
pooenie b analizatora (rurka polarymetru wypeniona roztworem o steniu c1=0.99%)
L.P. |
b[°] |
i |
i2 |
1 |
177 |
0.115 |
0.0132 |
2 |
177 |
0.115 |
0.0132 |
3 |
177.2 |
-0.085 |
0.0072 |
4 |
177.25 |
-0.135 |
0.0182 |
5 |
177.15 |
-0.035 |
0.0012 |
6 |
177.15 |
-0.035 |
0.0012 |
7 |
177.15 |
-0.035 |
0.0012 |
8 |
177.2 |
-0.085 |
0.0072 |
9 |
177 |
0.115 |
0.0132 |
10 |
177.05 |
0.065 |
0.0042 |
|
177.115 |
|
0.0944 |
[°]
[°]
pooenie c analizatora (rurka polarymetru wypeniona roztworem o steniu c2=4.76%)
L.P. |
c[°] |
i |
i2 |
1 |
1.8 |
-0.5 |
0.2500 |
2 |
1.9 |
-0.6 |
0.3600 |
3 |
1.05 |
0.25 |
0.0625 |
4 |
1.1 |
0.2 |
0.0400 |
5 |
1.2 |
0.1 |
0.0100 |
6 |
1.25 |
0.05 |
0.0025 |
7 |
1.15 |
0.15 |
0.0225 |
8 |
1.1 |
0.2 |
0.0400 |
9 |
1.2 |
0.1 |
0.0100 |
10 |
1.25 |
0.05 |
0.0025 |
|
1.3 |
|
0.2981 |
[°]
[°]
pooenie d analizatora (rurka polarymetru wypeniona roztworem o steniu c3=9.09%)
L.P. |
d[°] |
i |
i2 |
1 |
7.55 |
-0.195 |
0.0380 |
2 |
7.5 |
-0.145 |
0.0210 |
3 |
7.5 |
-0.145 |
0.0210 |
4 |
7.55 |
-0.195 |
0.0380 |
5 |
7 |
0.355 |
0.1260 |
6 |
7 |
0.355 |
0.1260 |
7 |
7.15 |
0.205 |
0.0420 |
8 |
7.15 |
0.205 |
0.0420 |
9 |
7.55 |
-0.195 |
0.0380 |
10 |
7.6 |
-0.245 |
0.0600 |
|
7.355 |
|
0.2477 |
[°]
[°]
Kt skrcenia paszczyzny wynosi:
dla roztworu 0.99% - 1=b-a=1.37
dla roztworu 4.76% - 2=c-a=-174.445
dla roztworu 9.09% - 3=d-a=-168.39
Po odwróceniu o 180° sytuacja nie powinna si zmieni, tak wic dla lepszego zobrazowania do wartoci ujemnych dodam 180
dla roztworu 4.76% - 2=c-a=-174.445+180=5.555
dla roztworu 9.09% - 3=d-a=-168.39+180=11.61
W przypadku odejmowania bdy skadników si sumuj, tak wic:
L.P. |
[°] |
1 |
1.37±0.279 |
2 |
5.555±0.483 |
3 |
11.61±0.433 |
4. Skrcenie waciwe
L.P. |
|
c |
l |
|
[°] |
[%] |
[mm] |
1 |
1.37 |
0.99 |
200 |
2 |
5.555 |
4.76 |
200 |
3 |
11.61 |
9.09 |
200 |
|
6.178 |
4.95 |
200 |
Bd K obliczymy przy pomocy pochodnej logarytmicznej
Wynik:
K = 6.2410-3 ± 0.410-3 [/mm%]
WYZNACZANIE STENIA ROZTWORU CUKRU
1. Pooenie e analizatora:
L.P. |
e[°] |
i |
i2 |
1 |
2.3 |
-0.05 |
0.0025 |
2 |
2.3 |
-0.05 |
0.0025 |
3 |
2.1 |
0.15 |
0.0225 |
4 |
2.1 |
0.15 |
0.0225 |
5 |
2.4 |
-0.15 |
0.0225 |
6 |
2.4 |
-0.15 |
0.0225 |
7 |
2 |
0.25 |
0.0625 |
8 |
2 |
0.25 |
0.0625 |
9 |
2.45 |
-0.2 |
0.0400 |
10 |
2.45 |
-0.2 |
0.0400 |
|
2.25 |
|
0.1826 |
[°]
[°]
Kt skrcenia paszczyzny polaryzacji
[°]
3. Stenie roztworu:
[%]
WNIOSKI
W przypadku roztworu kt skrcenia paszczyzny polaryzacji jest proporcjonalny do dugoci l warstwy roztoworu oraz do jego stenia c
Wspóczynnik proporcjonalnoci K zwany skrceniem waciwym zaleny jest od:
- rodzaju rozpuszczonej substancji (cukier)
- rodzaju rozpuszczalnika (woda destylowana)
- dugoci fali wietlnej
Roztwór cukru jest czynny optycznie prawoskrtnie co przejawia si koniecznoci obrotu analizatora wanie w prawo.
Stenie cukru zostao podane jako wielko nie obarczon bdem.. W rzeczywistoci ba istniej, lecz wpywa on jedynie na zwikszenie bdu skrcenia waciwego K a nie na sam wielko K.
Jeeli uznamy kt skrcenia za y, a stenie c za x, to moemy narysowa wykres zalenoci y(x), sprawdzajc przy tym, czy rzeczywicie jest to zaleno linowa. Stosujc metod regresji liniowej, otrzymujemy wspóczynnik kierunkowy a, wyraz wolny oraz wartoci bdów standardowych dla tych wspóczynników.
gdzie:
W naszym przypadku mamy cztery punkty wg których moemy obliczy regresj.
Po podstawieniu i obliczeniu otrzymujemy nastpujce wartoci:
Jeli teraz do wzoru:
gdzie a - wspóczynnik
kierunkowy
to otrzymamy:
[°/mm%]
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Wyznaczanie kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji, Wyznaczanie kąta skręcania płaszczyzny polaryzac
Wyznaczanie kąta skręcania płaszczyznay polaryzacji, FIZYK77C 2, ?WICZENIE NR 4
Wyznaczanie zależności przewodnictwa od temperatury, AGA, Nr ćw.
Wyznaczanie modułu Younga metodą ugięcia, 108@, nr ćw
wyznaczanie modulu sztywnosci, Sprawozdanie z ?wiczenia nr 3.
Wyznaczanie zależności przewodnictwa od temperatury, F LAB201, Nr ćw.
Wyznaczanie modułu Younga metodą ugięcia, 108z, Nr ćwicz
Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą spektrometru (, ?WICZENIE NR 4
Wyznaczanie zależności przewodnictwa od temperatury, 201paf, Nr ćwiczenia
Wyznaczanie krzywej cyklicznej odksztalcenia, SPRAWOZDANIE Z ?WICZENIA
Wyznaczanie przerwy energetycznej E g w półprzewodnikach metodą transmisji, Nr ćw
Wyznaczanie kąta skręcania płaszczyznay polaryzacji, FIZ77P, ˙WICZENIE NR 4
Lab 8 - Polarymetr, 74, Nr ćwiczenia
Lab 8 - Polarymetr, 74, Nr ćwiczenia
Wyznaczanie kąta skręcania płaszczyznay polaryzacji, FIZ77O, ˙WICZENIE NR 4
Wyznaczanie kąta skręcania płaszczyznay polaryzacji, FIZYK77, ˙WICZENIE NR 4
więcej podobnych podstron