1.Wstęp teoretyczny.
Światłem potocznie nazywamy widzialną część promieniowania elektromagnetycznego, tzn. promieniowanie odbierane (widzialne) przez siatkówkę oka. W doświadczeniu wykorzystuje falową naturę światła, tzn. światło jest poprzeczną falą elektromagnetyczną, w której wektory pola elektrycznego i pola magnetycznego drgają w płaszczyznach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali. Z tego faktu wynika, że można otrzymać światło spolaryzowane, ponieważ polaryzacja jest zjawiskiem charakterystycznym dla fal poprzecznych. Polaryzacja polega na uporządkowaniu kierunków drgań. Fala spolaryzowana oscyluje tylko w pewnym wybranym kierunku. Fala nie spolaryzowana natomiast oscyluje we wszystkich kierunkach jednakowo.
Płaszczyzną polaryzacji nazywamy płaszczyznę prostopadłą do płaszczyzny w której zachodzą drgania.
Światło spolaryzowane liniowo przechodzące przez niektóre kryształy i roztwory zwane optycznie czynnymi doznaje skręcenia płaszczyzny polaryzacji. Dla substancji tych wprowadza się tzw. właściwą zdolność skręcającą Kα zdefiniowaną wzorem Biota:
α = Kα * c * L, gdzie
c- stężenie roztworu,
L- dł drogi promienia w roztworze.
Skręcenie płaszczyzny polaryzacji jest równocześnie miarą stężenia roztworu.
Istnieje kilka metod polaryzowania światła: przez podwójne załamanie, przez odbicie lub wielokrotne załamanie, przez dichroizm.
Moje doświadczenie polega na tym, że jeżeli między dwoma skrzyżowanymi polaryzatorami (światło jest całkowicie zaciemnione) umieścimy substancję optycznie czynną (w naszym przypadku roztwór cukru), to, na skutek skręcenia płaszczyzny polaryzacji, pole widzenia rozjaśni się . Aby je ponownie zaciemnić, należy obrócić jeden z polaryzatorów o kąt α , określony powyższym wzorem. Będzie to właśnie kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła.
W przeprowadzanym doświadczeniu mamy możliwość mierzenia kąta α w zależności od masy cukru m rozpuszczonej w wodzie, mamy również dane wymiary rury. Na podstawie tych danych i korzystając z powyższego wzoru wyznaczymy współczynnik skręcalności optycznej roztworu cukru Kα. Przekształcając powyższy wzór otrzymujemy:
α =aSLm/Vobj
gdzie: Kα =a*S
S - powierzchnia przekroju rury,
m- masa cukru,
V0bj. - objętość rury,
Po skróceniu objętości rury Vobj. z iloczynem S * l dostajemy:
α = a*m
Gdyby teraz wykreślić zależność mierzonego kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji α od masy cukru m rozpuszczonej w wodzie, to a będzie współczynnikiem kierunkowym prostej regresji dopasowanej do punktów pomiarowych. Jeżeli teraz otrzymany współczynnik a pomnożymy przez pole przekroju poprzecznego rury S, to otrzymamy interesujący nas współczynnik skręcalności optycznej Kα:
Kα=a*S