Nr ćwiczenia: 307	Data: 06.01.2009	Imię i nazwisko: Mateusz Kaczmarek	Wydział: BiIŚ	Semestr: I	Grupa 4 Nr lab. 6
Prowadzący: Dr inż. Adrian Walaszyk	Przygotowanie:	Wykonanie:	Ocena:

Badanie skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez roztwory za pomocą polarymetru.

Wstęp teoretyczny:

Światło pochodzące od naturalnych źródeł jest niespolaryzowane, tzn. drgania wektora świetlnego odbywają się prostopadle do kierunku rozchodzenia się promieni, lecz we wszystkich możliwych płaszczyznach, na których ten promień leży. Gdy na drodze wiązki niespolaryzowanego światła ustawimy polaryzator, przepuści on tylko te promienie, w których drgania odbywają się tylko w jednej płaszczyźnie. Światło po przejściu przez polaryzator jest spolaryzowane liniowo - końce wektorów świetlnych leżą w linii prostej.

Polaryzacja przez odbicie

Przy odbiciu Światła od granicy dwóch ośrodków zarówno promień odbity, jak i załamany zostają częściowo spolaryzowane. Stopień polaryzacji zależy od kąta padania - jeżeli dobierzemy go tak, by kąt między promieniami odbitym i załamanym był prosty, wówczas promień odbity jest całkowicie spolaryzowany w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny padania, zaś promień załamany spolaryzowany jest częściowo, z przewagą drgań w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny padania. Kąt padania, przy którym zachodzi to zjawisko nazywany jest kątem Brewstera lub kątem całkowitej polaryzacji.

Polaryzacja w kryształach anizotropowych

Przy przechodzeniu przez kryształy anizotropowe wiązka światła podlega rozszczepieniu na dwie - zwyczajną i nadzwyczajną, posiadające wzajemnie prostopadłe płaszczyzny drgań. Przyczyną tego zjawiska jest różna prędkość rozchodzenia się promieni w krysztale. Kierunek w krysztale anizotropowym, dla którego prędkości promieni są równe nazywa się osią optyczną. Opisane zjawisko jest wykorzystane w pryzmacie Nicola.

Polaryzacja i dichroizm

Niektóre podwójnie załamujące kryształy mają własność nazywaną dichroizmem, polegającą na tym, że jedna ze składowych polaryzacji jest pochłaniana w krysztale znacznie silniej niż druga, która przechodzi z niewielkim tylko osłabieniem.

Gdy na osi biegnącej wiązki światła ustawimy dwie płytki polaryzujące, wówczas jedna z nich pełnić będzie rolę polaryzatora, druga zaś - analizatora. Obracając analizatorem stwierdzamy, że w pewnych położeniach układ nie przepuszcza prawie wcale światła, zaś w położeniach różniących się od tamtych o 90° natężenie światła jest maksymalne. Wiąże się to z kątem, jaki tworzą między sobą kierunki polaryzacji w obu polaroidach. Natężenie światła wychodzącego z analizatora w funkcji w funkcji tego kąta opisane jest prawem Malusa.

,

gdzie I_m odpowiada kÄ…towi Ï‘ = 0.

Polaryzacja liniowa nie jest jedynym sposobem uporządkowania drgań świetlnych. Może istnieć światło, w którym koniec wektora świetlnego zakreśla linię śrubową wokół kierunku rozchodzenia się. Mówimy wtedy o polaryzacji kołowej lub eliptycznej.

Światło spolaryzowane kołowo powstaje w wyniku nałożenia się dwóch fal spójnych spolaryzowanych liniowo w kierunkach wzajemnie prostopadłych, mających różnicę faz 90° i równe amplitudy. Wypadkowe drganie będzie kołowe. Gdy amplitudy są różne, polaryzacja będzie eliptyczna.

Światło spolaryzowane liniowo przy przechodzeniu przez niektóre substancje, tzw. optycznie czynne, doznaje skręcenia płaszczyzny polaryzacji.

Substancje optycznie czynne występują w dwóch postaciach, wykazujących taką samą zdolność skręcającą, lecz skręcających w przeciwnych kierunkach. Dlatego substancje optycznie czynne dzielimy na lewo- i prawoskrętne.

Przebieg ćwiczenia

1. Mierzymy długość rurki.

2. Włączamy oświetlenie polarymetru.

3. Nastawiamy lunetkę na ostrość widzenia linii rozgraniczającej pola oraz lupę odczytową na ostrość widzenia skali.

4. Wstawiamy rurkÄ™ z czystÄ… wodÄ… do polarymetru.

5. Obracając analizator, doprowadzamy do równego (ciemnego) pola widzenia i odczytujemy wskazanie kątomierza. W razie potrzeby powtarzamy pomiar, każdorazowo obracając analizator o przypadkowy kąt i na nowo ustalając właściwe położenie.

6. Umieszczamy w polarymetrze kolejno rurki z roztworami o różnych stężeniach i odczytujemy kąty podobnie jak w punkcie 5.

Wyniki pomiarów:

Pomiar Roztwór	1.	2.	3.	Średnia (P1+P2+P3)/3
H­2O	90,20^O	168,60^O	168,10^O	142,30^O
c = 3,20 g/ 100 ml	173,70^O	0,50^O	168,0^O	114,10^O
c = 8,50 g/ 100 ml	179,30^O	180,0^O	176,40^O	178,60^O
c = 13,65 g/ 100 ml	4,80^O	175,90^O	3,60^O	61,40^O
c = 19,80 g/ 100 ml	7,70^O	15,0^O	13,30^O	12,0^O
c = x	157,30^O	178,90^O	172,90^O	169,70^O

1. Wykreślamy zależność α = f(c) (wykres w załączniku).

2. Obliczamy współczynnik nachylenia oraz jego błąd metodą regresji liniowej.

Korzystamy z programu Szuby. Za argumenty x przyjmujemy wartość średnią kąta skręcenia płaszczyzny danego roztworu, a za wartości y przyjmujemy analogicznie do x stężenie procentowe roztworów. Otrzymaliśmy następujący wynik:

Współczynnik nachylenia i jego błąd:

a = –8,67523

∆a = 3,75271

1. Obliczamy właściwą zdolność skręcającą płaszczyzny polaryzacji, wykorzystując poniższy wzór.

, gdzie

l = 0,185 m i ∆l = 0,05 m

1. Obliczamy błąd [α] metodą różniczki zupełnej:

Ostateczny wynik:

[α] = (46,893 ± 32,959)

1. Obliczamy nieznane stężenie roztworu x korzystając z następującego wzoru:

α = 169,70^O [α] = 46,893 l = 0,185 m

Wnioski:

Ćwiczenie zostało przeprowadzone niedokładnie, prawdopodobnie przez przekręcenie analizatora, a co za tym idzie otrzymano nieodpowiednie i bardzo różniące się kąty dla tych samych roztworów. Wyniki pomiarów powinny stwierdzać, iż wraz ze wzrostem stężenia cukru zwiększa się linowo kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji. Wykres tego nie stwierdza.