I WST
P TEORETYCZNY
Światło jest falą elektromagnetyczną poprzeczną. Wektor pola elektrycznego i
magnetycznego takiej fali drga w poprzek kierunku jej rozchodzenia. Światło
rozchodzi się w kierunku jednej osi np. z, to wektor pola elektrycznego leży w
płaszczyz
nie xy, a wektor pola magnetycznego jest do niego prostopadły.
Zazwyczaj światło pochodzące od naturalnych z
ródeł (słońca) lub np. żarówek
zawiera fale drgające we wszystkich kierunkach, które jednak można wyrazić za
pomocą sumy wektorów równoległych do wyróżnionych kierunków w przestrzeni x i
y (rozłożyć na sumy wersorów). Po odbiciu od powierzchni np. wody, następuje
podział wiązki na przechodzącą i odbitą oraz zostaje zachwiana proporcja między
falami drgającymi prostopadle (wzdłuż kierunku np. osi x) do powierzchni padania, a
falami drgającymi równolegle do powierzchni padania (wzdłuż kierunku osi y). Jeżeli
wiązka odbita z załamaną tworzy kąt prosty jedna z wiązek nie zawiera w ogóle fal
drgających w kierunku x, a druga w kierunku y - światło takie nazywamy światłem
spolaryzowanym.
Można także spolaryzować światło przez użycie specjalnych anizotropowych
substancji krystalicznych, które pochłaniają fale drgające w jednym kierunku. Z
takich substancji zrobione są filtry stosowane w fotografii do likwidacji refleksów od
szyb lub okulary wędkarzy, którzy chcą widzieć co się dzieje pod wodą.
W ćwiczeniu zastosowano właśnie dwa filtry polaryzacyjne. Górny filtr jest ruchomy
aby można znalez
ć wzajemne położenie filtrów takie aby światło przez nie nie
przechodziło. Filtry są wtedy ustawione prostopadle, gdy jeden pochłania wszystkie
fale drgajÄ…ce w kierunku x, a drugi w kierunku y.
Gdy umieścimy pomiędzy skrzyżowanymi polaryzatorami przez
roczystÄ… substancjÄ™
organiczną, to wtedy można zaobserwować ciekawe efekty spowodowane
skręceniem płaszczyzny polaryzacji. Światło spolaryzowane w pierwszym
polaryzatorze w kierunku y zostaje skręcone i pojawia się wtedy pewna składowa x,
która zostaje przepuszczona przez drugi polaryzator. Efekt skręcenia płaszczyzny
polaryzacji zachodzi w różnym stopniu dla światła o różnych długościach fali, stąd
efekty barwne. Przyczyną skręcenia są skomplikowane cząsteczki organiczne, które
nie mają symetrii zwierciadlanej. Charakterystyczną cechą świata żywego jest brak
symetrii między ilością odpowiednich cząsteczek prawo- i lewoskrętnych (nie ma
takiego braku symetrii w świecie atomowym, w chemii nieorganicznej). W ćwiczeniu
do skręcenia płaszczyzny polaryzacji użyto wodnego roztworu cukru.
Powyższy fragment jest zaczerpnięty, ze z
ródła internetowego.
II PRZEBIEG DOÅšWIADCZENIA
Kuwetę wypełnioną kolejnymi roztworami cukru w wodzie (w pierwszym pomiarze
użyto wody bez cukru) wstawiano do polarymetru i trzykrotnie mierzono kąt
skręcenia polaryzatora. Kontrolowano, w miarę możliwości, aby szkiełka wlotowe
były czyste (po każdym pomiarze przemywano je wodą destylowaną), jak i starano
się uniknąć powstawania pęcherzyków powietrza wewnątrz rurki.
III TABELA POMIARÓW
IV OPRACOWANIE WYNIKÓW
1. Wartości średnie pomiarów kątów skręcenia płaszczyzny polaryzacji
zostaly obliczone ze sredniej arytmetycznej dla trzech pomiarów
wodnego roztworu cukru o danym stężeniu: ą = ( ą + ą + ą )/3
śr 1 2 3
2. Niepewność całkowita pomiarów kątów dla każdego roztworu
zostalo obliczona ze wzoru:
,gdzie
u (ą)  niepewność całkowita (szukana wartość),
c
u (ą)  niepewność przyrządów (działka noniusza równa 0,05 ),
p
u (ą)  niepewność odczytania wyników, obliczana ze wzoru:
q
gdzie n  ilość pomiarów(n = 3), ą  i-ty pomiar,
i
ą  średnia trzech pomiarów, t  współczynnik studenta fischera
śr n
Przyjmujemy poziom ufnosci a = 0,6826 oraz liczbe prób n = 3,
otrzymujemy: t = 1,321, tak więc:
n
Wyniki niepewności całkowitej dla każdego z roztworów zostały
zaprezentowane w TABLICY POMIARÓW.
3. Wykres zależności kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji od
stężenia wodnego roztworu cukru.
4. Wyznaczanie wspołczynników prostej regresji liniowej.
Współczynniki a, b linii trendu wynoszą:
a = 0,7118, u(a) = 0,0195
b = -3,6329, u(b) = 0,314
V NIEZNANY ROZTWÓR
Po przeprowadzeniu trzech pomiarów, okazało się, że nieznany
roztwór skrÄ™ca pÅ‚aszczyzne polaryzacji Å›wiatÅ‚a o Å›rednio Ä… = 6,57°
x
stopnia, u(Ä… ) = 0,067°.
x
Podstawiając do wzoru ą = 0,7116*C  3,6329 otrzymujemy stężnie
cukru w tym roztworze równe 14,53%, u(C) = 0,3335%.
VI WNIOSKI
Wodny roztwór cukru jest substancją aktywną optycznie, gdyż skręca
płaszczyznę polaryzacji światła. Skręcenie to jest wprost
proporcjonalne do stężenie cukru w roztworze. Woda destylowana
nie jest substancją aktywną optycznie, więc nie powinna ona
oddziaływać na polaryzację światła (skręcenie równe 0). Wynika z
tego, że na wyniki pomiarów wpływał błąd, spowodowany
niedoskonałością sprzętu labolatoryjnego.