Politechnika Wrocławska	Jakub Kliszcz	20.11.2010
Laboratorium Podstaw Fizyki
Wydział Elektryczny	Pomiar naturalnej aktywności optycznej

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie ze zjawiskiem skręcania płaszczyzny polaryzacji światła w cieczach optycznie czynnych oraz wyznaczenie stężenia roztworu cukru na podstawie jego zdolności skręcającej właściwej.

2. Wstęp teoretyczny.

Do badania naturalnej aktywności optycznej używa się sacharymetru. Sacharymetr jest rodzajem polaryskopu, a więc przyrządu złożonego z polaryzatora, analizatora oraz umieszczonego między nimi badanego ciała. Nazwa bierze się stąd, że sacharymetr jest polaryzatorem zaopatrzonym w dodatkowe urządzenia, ułatwiające pomiar cukru. Do pomiarów użyto monochromatycznej wiązki światła
o długości fali λ. Światło to zostaje spolaryzowane przez półcieniowy polaryzator, przechodzi przez badany roztwór albo badaną płytkę kwarcową, potem przez analizator, a następnie wpada do oka obserwatora. Półcieniowy polaryzator jest wykonany z dwóch polaryzatorów P₁ i P₂, których płaszczyzny polaryzacji tworzą ze sobą kąt wynoszący około 3˚. Gdyby płaszczyzna analizatora była prostopadła do płaszczyzny polaryzacji części P₁ polaryzatora, wtedy była by wygaszona lewa część pola widzenia. Analogicznie można prawą część pola widzenia. Jeżeli jednak płaszczyzna analizatora jest prostopadła do dwusiecznej kąta między kierunkami przepuszczania obu części P₁ i P₂, to całe pole jest, co prawda przyciemnione, ale jednakowo jasne.

Kąt Γ skręcania płaszczyzny polaryzacji wyznacza się następująco:

Γ= Γ_c∙c∙d

gdzie: c - stężenie roztworu

Γ_c - zdolność skręcająca właściwa

d - droga promienia w ośrodku aktywnym.

Kąt Γ skręcania płaszczyzny polaryzacji można wyznaczyć również z różnicy azymutów. W pustym sacharymetrze ustawiamy analizator na równą jasność obu części pola widzenia i otrzymujemy wówczas azymut α₀, następnie wstawiamy badane ciało i ponownie ustawiamy, następnie wstawiamy badane ciało i ponownie ustawiamy analizator na równą jasność w ten sposób otrzymujemy azymut α_Z. Gdy mamy oba te azymuty szukany kąt skręcania Γ płaszczyzny polaryzacji wyliczamy
ze wzoru:

Γ= α_Z- α₀.

3. Tabela pomiarowa

Roztwór	H2O	20%	X	Y	Z
α [ ̊ ]	4,15	359,80	177,10	350,14	158,15
		3,29	358,05	175,21	348,51	159,72
		5,20	359,93	176,06	351,02	158,02
Średnia	4,21	359,26	176,13	349,89	158,63
Stężenie cukru odczytane z wykresu [%]	0%	20%	9,8	19,7	7,5
Kąt skręcania			171,92̊	345,68̊	154,42̊
Odchylenie średniej	0,55	0,60	0,55	0,74	0,55
Błąd względny	13,06%	0,16%	0,31%	0,21%	0,35%

4. Wzory i obliczenia:

4.1. Wartość średnia:

4.2. odchylenie standardowe średniej

4.3. kąt skręcania

*- dla wody destylowanej

5. Wnioski:

W przeprowadzonym doświadczeniu wykorzystano fakt o jednakowym zaciemnieniu obu połówek pola widzenia, gdy płaszczyzna polaryzacji analizatora jest prostopadła do dwusiecznej kąta półcienia. Po wyznaczeniu kątów skręcania skręceń płaszczyzn dla kolejno badanych próbek i wyznaczeniu stężenia roztworu,

W ćwiczeniu istniała konieczność wyznaczenia odchyleń standardowych średniej arytmetycznej (niepewności pomiaru), ponieważ wykonywana była seria pomiarów i uśredniłem wynik. Dodatkowym błędem występującym w ćwiczeniu był niewątpliwie błąd wynikający z niewłaściwego odczytania podziałki sacharymetru, która umożliwiała wyznaczenie kąta z dokładnością 0,01˚. Ponieważ niektóre pomiary nie były wykonywane z dużą dokładnością, więc błąd odczytu wychodził dość duży.

---