Gr. I

10-11-2010

1. Temat:

Zjawisko polaryzacji światła - wyznaczanie stężenia roztworów substancji optycznie czynnych za pomocą polarymetru

2. Wprowadzenie teoretyczne:

Światło jest falą elektromagnetyczną o określonej długości. Ruch fal elektromagnetycznych polega na rozchodzeniu się w przestrzeni okresowo zmiennych pól: elektrycznego i magnetycznego. Wektor rozchodzenia się pola elektrycznego jest zawsze prostopadły do rozchodzenia się pola magnetycznego, oba te wektory są prostopadłe do wektora prędkości światła. Wektor natężenia pola elektrycznego, którego drgania wywołują wrażenia świetlne, nazwano wektorem świetlnym. Płaszczyznę wyznaczaną przez kierunek rozchodzenia się fali i kierunek drgań wektora świetlnego nazywa się płaszczyzną drgań wektora świetlnego.

Światło pochodzące od Słońca lub innego źródła światła, np. rozżarzonego ciała, jest niespolaryzowane. Oznacza to, że drgania wektora świetlnego odbywają się prostopadle do kierunku rozchodzenia się światła ale we wszystkich możliwych płaszczyznach, w których ten kierunek leży. W świetle niespolaryzowanym wektor świetlny ma wiele płaszczyzn drgań.

Światło, w którym wektor świetlny ma jedną płaszczyznę drgań jest światłem spolaryzowanym liniowo

Jeżeli koniec wektora świetlnego obraca się wokół kierunku promienia nie zmieniając swojej długości, światło takie jest spolaryzowane kołowo. Gdy zaś koniec wektora świetlnego opisuje elipsę - światło jest spolaryzowane eliptycznie. W przypadku kiedy drgania wektora świetlnego odbywają się w wielu płaszczyznach, tak jak w świetle niespolaryzowanym, ale amplituda drgań jest różna, mówimy o świetle częściowo spolaryzowanym

Sposoby polaryzacji światła:

1. Podwójne załamanie,

2. odbicie od dielektryka,

3. wielokrotne załamanie w dielektryku,

4. dichroizm.

Kąt Brewstera - kąt padania światła na powierzchnię dielektryka, przy którym promień odbity jest całkowicie spolaryzowany liniowo.

Gdy na granicę ośrodków przezroczystych pada światło niespolaryzowane pod takim kątem, że promień odbity i załamany tworzą kąt prosty, to światło odbite jest całkowicie spolaryzowane. Kierunek pola elektrycznego światła odbitego jest prostopadły do płaszczyzny padania (płaszczyzny rysunku). Promień załamany jest spolaryzowany częściowo.

Zjawisko to wykorzystuje się do polaryzacji światła przez odbicie oraz do bezodbiciowego przechodzenia światła spolaryzowanego w elementach optycznych zwanych okienkami Brewstera, stosowanych często w laserach.

Warunek Brewstera można zapisać α + β = 90°.

Z prawa Snelliusa

oraz warunku równości kątów α_B = α (kąt padania równy jest kątowi odbicia) po przekształceniu:

z powyższego wynika wzór na tangens kąta Brewstera, będący ilościowym zapisem prawa Brewstera :

Kierunki drgań pola elektrycznego

- prostopadłe,
- równoległe

3. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest bezpośrednie wyznaczenie stężenia roztworów substancji optycznie czynnych za pomocą polarymetru.

4. Tabela z wynikami

Nazwa roztworu	c0 [%]	0 [stop.]	ci [%]	od,i [stop.]	i [stop.]	[ i] [stop.]	[ śr] [stop.]	[Δ śr] [stop.]
Sacharoza	0	0,5	-----	-----	-----	-----	6,3624
		-----	-----	5	6	5,5			5,5
		-----	-----	10	8,7	8,2			4,1
		-----	-----	15	21	20,5			6,83
		-----	-----	20	24	23,5			5,875
		----- ----- -----	----- ----- -----	25	42	41,5			8,3
						30			46	45,5	7,58
						cx	od,x	x	-----	-----	-----

Obliczenia:

Wyznaczenie wartości
_i,
_i =
_od,i -
₀

od,i [stop.]	0 [stop.]	i [stop.]
6	0,5	5,5
8,7	0,5	8,2
21	0,5	20,5
24	0,5	23,5
42	0,5	41,5
46	0,5	45,5

Wyznaczenie skręcalności właściwej dla każdego stężenia c_i.

, gdzie l jest długością rurki polarymetru wyrażoną w [m].

i [stop.]	l [m]	ci [%]	[ i] [stop.]
5,5	0,2	5	5,5
8,2	0,2	10	4,1
20,5	0,2	15	6,83
23,5	0,2	20	5,875
41,5	0,2	25	8,3
45,5	0,2	30	7,58

Wyznaczenie średniej skręcalności właściwej [
_śr] roztworu na podstawie wyrażenia:

, gdzie n oznacza liczbę pomiarów.

Obliczenie błędu [Δ
_śr] pomiaru wielkości [
_śr].

5. Wnioski:

-Została wyznaczona skręcalność właściwa dla każdego roztworu, wartość ta się zmienia wraz ze zmianą stężenia roztworu, oznacza to że badana substancja jest substancją optycznie czynną.

-Sporządzony wykres przedstawia zależność kąta skręcenia od stężenia roztworu

-Dzięki ćwiczeniom zapoznałem się z zasadą działania polarymetru i właściwościami substancji optycznie czynnych.

---