POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA
KATEDRA FIZYKI
Ćw. nr 15
TEMAT : WYZNACZANIE STĘŻENIA CUKRU
ZA POMOCĄ POLARYMETRU.
Rafał Proskura
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
GRUPA V
ROK AKADEMICKI
1996/1997
I
Światło jest poprzeczną falą elektromagnetyczną . Oko ludzkie i wiele urządzeń optycznych reaguje wyłącznie na pole elektryczne tej fali . Tak więc drgania świetlne możemy uważać za drgania elektryczne i opisywać je równaniem falowym drgań elektrycznych . Zazwyczaj światło jest falą bardzo złożoną , ponieważ występują fale o różnych długościach , a drgania zachodzą we wszystkich płaszczyznach przez kierunek rozchodzenia się . Celem uproszczenia sytuacji w wielu doświadczeniach stosuje się światło o jednej tylko długości fali , czyli monochromatyczne . W niektórych doświadczeniach drgania fali świetlnej ograniczamy tylko do jednej płaszczyzny . Mówimy wtedy , że światło jest liniowo spolaryzowane . Płaszczyznę polaryzacji nazywamy płaszczyznę prostopadłą do płaszczyzny , w której zachodzą drgania . Równanie światła monochromatycznego spolaryzowanego liniowo przyjmuje postać :
Ey = Eo cos 2 (-) gdzie -długość fali
Eo -amplituda
t - czas
T - okres
Element , który powoduje wydzielenie jednej płaszczyzny drgań będziemy nazywali polaryzatorem , a płaszczyznę , w której odbywają się drgania płaszczyzną polaryzacji .
Drugi element pozwalający na stwierdzenie , czy wychodzące z polaryzatora są spolaryzowane nazywamy analizatorem .
Znamy dwa rodzaje zjawisk , w których światło ulega polaryzacji liniowej .
1.odbicie od powierzchni dielektryka
załamanie w pewnych substancjach o budowie krystalicznej
Polaryzację w substancji o budowie krystalicznej można zauważyć na przykładzie pryzmatu Nicola przez wykorzystanie zjawiska dichronizmu . Pryzmat Nicola to kryształ kalytu albo szpadu islandzkiego (CaCo3) .
Znacznie prościej uzyskamy ten efekt korzystając z kryształu turmalinu , które wykazują zjawisko dichronizmu . Zjawisko to polega na niejednakowym pochłanianiu promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego przez daną substancje . Obecnie otrzymuje się na drodze syntetycznej substancji organiczne w postaci drobnych kryształów wykorzystujących zjawisko dichronizmu . Kryształki takie umieszcza się w cienkiej warstwie nośnej np. celuloidowej i poddaje odpowiedniemu procesowi technologicznemu . Uzyskuje się w ten sposób warstewki zwane polaroidami lub filtramipolaryzacji . Mogą one mieć nawet bardzo duże powierzchnie co w przypadku Nicola jest niemożliwe .
Istnieje znaczna liczba ciał skręcających płaszczyznę polaryzacji . Ciała takie nazywamy optycznie czynnymi , należą do nich ciała stale , ciecze , a nawet gazy i pewne roztwory .
Przyczyną tego zjawiska jest pewna niesymetria w budowie kryształu lub cząsteczki . do grupy cial optycznie czynnych należy roztwór wodny cukru . Jeżeli znamy kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji to wiedząc iż różne stężenia cukru w wodzie dają różne skręcenia oraz znając te zależności możemy doświadczalnie zbadać stężenie cukru w wodzie .
Dla roztworów jest następujący wzór empirycznyn na wartość skręcania płaszczyzny polaryzacji :
= []c l
gdzie : -oznacza kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji
l -grubość warstwy roztworu
c - stężenie gramach na litr
[] - skręcenie właściwe zależne od substancji skręcającej i od długości użytego światła
Skręcanie właściwe mierzy się takim kątem skręcenia , który odpowiada jednostkowemu stężeniu i warstwie o jednostkowej grubości .
[ ] =
Należy zauważyć , że skręcanie właściwe zależy również od rodzaju rozpuszczalnika przy czym wpływ ten bywa nieraz znaczny .
do pomiarów kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji używa się polarymetrów . Polarymetry do określania stężeń roztworów cukru nazywamy sacharymetrami .
II.
Nr rurki |
kąt skręcania dla wody destylowanej
|
kąt skręcania dla znanych roztworów
|
kąt skręcania dla nieznanych roztworów
|
stężenie nieznanego roztworu |
stężenie znanego roztworu |
właściwa zdolność skręcania |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
|
1 |
2 |
3 |
|
1 |
2 |
3 |
|
cx |
c |
[o] |
I
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|