Sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia nr 412.
TEMAT : Wyznaczanie stężenia roztworu cukru za pomocą polarymetru półcieniowego.
Imię i nazwisko : Maciej Knap
Wydział Elektryczny		Semestr trzeci		Rok akademicki 1998 / 99
ZESPÓŁ : 3	Data wyk. ćw. 16.XI.98 r.		OCENA :		PODPIS :

1. Wstęp teoretyczny.

Światło spolaryzowane i niespolaryzowane.

Za wektor świetlny należy uważać wektor natężenia pola elektrycznego. Płaszczyzna drgań wektora świetlnego - płaszczyzna wyznaczona przez kierunek rozchodzenia się fali i kierunek drgań wektora świetlnego. Światło spolaryzowane cechuje uporządkowane drganie wektora świetlnego.

Wyróżniamy następujące rodzaje polaryzacji ( ze względu na to jakie krzywe zakreśla koniec wektora świetlnego w czasie ) :

• polaryzacja liniowa (pionowa i pozioma) - gdy drgania wektora świetlnego odbywają się w jednej płaszczyźnie - koniec wektora świetlnego zakreśla prostą,

• polaryzacja kołowa - gdy koniec wektora świetlnego obserwowany w kierunku rozchodzenia się fali zakreśla okręgi ,

• polaryzacja kołowa - jak wyżej, tylko z elipsą.

Niektóre ciała stałe i ciecze zwane optycznie czynnymi wykazują właściwości skręcania płaszczyzny polaryzacji. Należy do nich szereg kryształów o symetrii regularnej, heksagonalnej lub tetragonalnej, jak również wodne roztwory niektórych związków chemicznych. Jeżeli skręcenie płaszczyzny polaryzacji zachodzi w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, to ciało jest prawoskrętne, jeżeli w przeciwnym-ciało nazywa się lewoskrętnym.

Jeżeli między dwa skrzyżowane nikole wstawimy np. roztwór wodny cukru, to światło przejdzie częściowo przez analizator, gdyż skręcona przez roztwór płaszczyzna drgań wektora świetlnego nie jest już prostopadła do płaszczyzny przecięcia głównego analizatora.. Po obrocie nikola o kąt równy kątowi skręcenia płaszczyzny polaryzacji, światło zostaje wygaszone, gdyż płaszczyzna drgań wektora świetlnego jest znowu prostopadła do płaszczyzny przecięcia głównego analizatora. Mierząc kąt obrotu analizatora aż do wygaszenia, mierzymy jednocześnie kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji. Celowe jest przy tym używanie światła monochromatycznego , gdyż zdolność skręcająca ciała optycznie czynnego zależy od długości fali światła.

Zdolność skręcania właściwą ciała optycznie czynnego można zdefiniować:

gdzie
-kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji,
- gęstość ciała, d-grubość warstwy.

Dla roztworów optycznie czynnych zdolność skręcającą właściwą definiuje się podobnie:

gdzie n- stężenie roztworu( mierzone w gramach na 100 ml roztworu ).

A zatem współczynnik k zależy od rodzaju roztworu i liczbowo wyraża kąt skręcenia polaryzacji przez jednoprocentowy roztwór o grubości warstwy 1dcm.

Zdolność skręcania właściwa zależy od długości fali

gdzie
-długość fali, A i B-stałe charakterystyczne dla danego ośrodka.

Na podstawie wzoru (2) możemy wyznaczyć stężenie roztworu optycznie czynnego mierząc kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji i grubość warstwy roztworu. Przyrządy służące do tego celu nazywamy polarymetrami.

2. Kolejność czynności .

1. Przygotować roztwór cukru o stężeniu z przedziału (0,05 - 0,025)g/cm³

2. Włączyć oświetlenie polarymetru i przy pomocy pokrętła okularu wyregulować ostrość obserwowanego obrazu.

3. Włożyć czystą, pustą rurkę polarymetryczną do przyrządu i nastawić polaryzator na półcień, odczytać ze skali kątowej z noniuszem wartość kąta α₁ odpowiadającą temu ustawieniu. Pomiar powtórzyć pięciokrotnie i obliczyć wartość średnią.

4. Napełnić dokładnie rurkę roztworem.

5. Umieścić rurkę w polarymetrze i ponownie ustawić analizator na półcień ,odczytać wartość kąta α₂ . Pomiar powtórzyć pięciokrotnie i obliczyć wartość średnią.

6. Obliczyć wartość kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji
   

7. Wykonać pomiary dla roztworu o nieznanym .

8. 
   Obliczyć stężenie wg wzoru

9. Ocenić dokładność określenia c_x.

10. 
    Obliczyć zdolność skręcającą właściwą dla wodnego roztworu cukru, oszacować błąd tej wartości.

POMIARY DLA ROZTWORU O ZNANYM STĘŻENIU

L.p	α1 [1^o]	α1 sr [1^o]	Δα1 sr [1^o]	α2 [1^o]	α2 sr [1^o]	Δα 2 sr [1^o]	α [1^o]	Δα [1^o]	d [dm]	[α0]	Δ[α0]
1	0,5	0,48	0,029	9	9,17	0,069	8,69	0,075	2,184	26,526	0,271
2	0,45												9,25
3	0,4												9,35
4	0,55												9,1
5	0,5												9,15

Odchylenie standardowe średniej arytmetycznej.

Oszacowanie błędu pomiaru α i α_0.

POMIARY DLA ROZTWORU O NIEZNANYM STĘŻENIU

L.p	α1 [1^o]	α1 sr [1^o]	Δα1 sr [1^o]	α2 [1^o]	α2 sr [1^o]	Δα 2 sr [1^o]	α [1^o]	Δα [1^o]	c [g/cm^3]	cx [g/cm^3]	Δcx [g/cm^3]
1	0,5	0,48	0,029	13,13	13,166	0,057	12,686	0,07	2,184	0,072	0,00284
2	0,45												13,2
3	0,5												13
4	0,4												13,2
5	0,55												13,3

Szukane stężenie c_x .

Odchylenie standardowe średniej arytmetycznej.

Błąd pomiaru α i α₀.

Obliczenie błędu całkowitego c_x

Szukane stężenie roztworu : c_x=0,072±0,002836 [g/cm³].

---