1. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem skręcania płaszczyzny polaryzacji, budową i działaniem sacharymetru oraz wyznaczene stężenia cukru w roztworach wodnych.

2. Polaryzacja oznacza proces całkowitego lub częściowego uporządkowania kierunku i płaszczyzny drgań fal poprzecznych, wektorów natężenia pola elektrycznego lub magnetycznego, czy drgań fali świetlnej. W przypadku światła polaryzacja może zajść w wyniku odbicia, podwójnego załamania. Płaszczyzna, w której odbywają się drgania wektora świetlnego fali płasko spolaryzowanej, nazywa się płaszczyzną drgań, natomiast płaszczyzna do niej prostopadła - płaszczyzną polaryzacji.

Polaryzacja światła z wykorzystaniem zjawiska dwójłomności zachodzi w kryształach jednoosiowych, w których padający promień rozczepia się na dwa - całkowicie spolaryzowane. Prędkość promienia zwyczajnego jest stała, bo współczynnik załamania nie zależy od kierunku. Przykładem kryształu jednoosiowego jest nikol /rys.1/.

3. Skręcanie płaszczyzny polaryzacji.

Niektóre substancje - substancje czynne optycznie - mają zdolność skręcania płaszczyzny polaryzacji przechodzącego przez nie światła płasko spolaryzowanego. Zalicza się do nich ciała krystaliczne np. kwarc, siarczek rtęci, czyste ciecze /terpentyna nikotyna/ oraz roztwory /cukru, kwasu winnego/.Kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji ϕ, jest proporcjonalny do drogi przebytej przez to ciało i w przypadku roztworów do ich stężenia. Zależy również od rodzaju ciała.

ϕ = α_o c l , gdzie α_o - właściwa zdolność skręcania - zależy od długości fali światła

Urządzenie do pomiaru kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji nazywa się polarymetr.

Polarymetr do wyznaczania stężenia cukru w roztworze wodnym to sacharymetr.

Sacharymetr składa się polarymetru, analizatora i pojemnika z badanym roztworem.

Polarymetr składa się z dwóch części P1 i P2 , których płaszczyzny polaryzacji tworzą mały kąt około 4.5. Jeśli płaszczyzna polaryzacji P1 jest prostopadła do płaszczyzny polaryzacji analizatora, to w polu widzenia cześć P1 będzie zaciemniona, a P2 rozjaśniona. Aby obie połówki były zaciemnione jednakowo, płaszczyzna polaryzacji analizatora musi być prostopadła do dwusiecznej kąta utworzonego przez płaszczyzny polaryzacji P1 i P2. Aby zbadać kąt skręcania płaszczyzny polar. , odczytujemy wartość kąta dla takiego właśnie ustawienia. Następnie do sacharymetru wstawiamy badany roztwór, który skręca płaszczyznę polaryzacji i odczytujemy wartość kąta. Różnica kątów w tych dwu ustawieniach to szukany kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji.

1. Wyznaczanie kąta ϕ, w przypadku gdy w sacharymetrze znajduje się woda destylowana:

	ϕi	Δϕi
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	271.34 271.12 270.88 270.92 271.20 271.21 271.42 271.28 270.96 271.10	-0.20 0.02 0.26 0.22 -0.06 -0.07 -0.28 -0.14 0.18 0.04
średnie	271.14	σϕi= 0.06
wyniki	ϕ= 271.14 ± 0.06

Przykładowe obliczenia:

ϕ - średnia wartość z N pomiarów

ϕ= = * = 271.14

Δϕ₁= ϕ−ϕ₁= 271.14-271.34= -0.20

σ_ϕi - odchylenie standardowe średniej

σ_ϕi = = = 0.057

2. Wyznaczanie kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji (α−ϕ) dla roztworu 15 % oraz obliczenie stałej (α_ol ) ze wzoru:

α_ol =

	αi	Δαi	α−ϕ	Δ(α−ϕ)	αol	Δ(αol )	ε
1	291.92	- 0.21
2	291.67	0.04
3	291,55	0.16
średnie	291.71	T= 0.08	20.57	0.14	1.37	0.009	6.6 %
wyniki	α= 291.71 ± 0.08		α−ϕ = 20.57 ± 0.14		αol= 1.13 ± 0.009

gdzie T= t_**α*σ_α ; t_n,α=

Przykładowe obliczenia:

α_ol =

d(α−ϕ)= dα−*ϕ

Δ(α−ϕ)= Δα + Δϕ = 0.08+ 0.06 = 0.14

α−ϕ = 20.57 ± 0.14

dα_ol= (1/15) * d(α−ϕ)

Δα_ol= (1/15) * Δ(α−ϕ)

Δα_ol= = 0.009

ε = [(Δα_ol)*100%]/α_ol = 0.066 * 100% = 6.6%

3.Wyznaczanie kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji oraz obliczanie stężenia dla roztworu X.

	βi	Δβi	β−ϕ	Δ(β−ϕ)	Δc	Δcx	ε
1	279.95	-0.03
2	279.85	0.07
3	279.95	-0.03
średnia	279.92	0.004	8.77	0.06	6.34	0.09	1.4%
wyniki	β= 279.92 ± 0.004		(β−α)= 8.77 ± 0.06		cx= 6.34 ± 0.09

Przykładowe obliczenia:

c_x= (β−ϕ)/α_ol =

dc_x =

Δc_x=

Wyznaczanie kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji oraz obliczanie stężenia cukru w roztworze Y.

	γi	Δγi	γ−ϕ	Δ(γ−ϕ)	cy	Δcy	ε
1	272.86	-0.12
2	272.60	0.14
3	272.76	-0.02
średnia	272.74	T= 0.03	1.68	0.08	1.23	0.07	5.59%
wyniki	γ= 272.74 ± 0.03		(γ−ϕ)= 1.68 ± 0.08		cy= 1.23 ± 0.07

Wyznaczanie kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji oraz obliczanie stężenia cukru w roztworze Z.

	ξi	Δξi	ξ−ϕ	Δ(ξ−ϕ)	cz	Δcz	ε
1	297.00	0.04
2	297.14	-0.10
3	296.97	0.07
średnia	297.04	T= 0.01	25.89	0.07	18.89	0.17	0.93%
wyniki	ξ= 279.04 0.01		ξ−ϕ= 25.89 ± 0.07		cz= 18.89 ± 0.17

WNIOSKI:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się ze zjawiskiem skręcania płaszczyzny polaryzacji oraz budową i działaniem sacharymetru. Niedokładność pomiaru kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji, uzależniona jest między innymi, od dokładności ustawienia jednakowego zaciemnienia obu połówek pola widzenia, co z kolei uwarunkowane jest widzeniem przez oko ludzkie. Błąd nieidealnego ustawienia dwóch części polaryzatora, staje się nieuwzględnionym w wyniku, dodatkowym błędem. Błędy złego nastawienia i odczytu można częściowo zniwelować dzięki wykonaniu kilku pomiarów dla tych samych roztworów.

---