307
Elektr.
trzeci
I 3
Temat: Badanie skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez roztwory za pomocą polarymetru.
Teoria:
Polaryzacja - Œwiatło pochodzące od naturalnych Ÿródeł œwiatła jest niespolaryzowana - drgania wektora œwietlnego odbywają się prostopadle do kierunku rozchodzenia się promieniami, we wszystkich możliwych płaszczyznach. Polaryzator przepuœci tylko te promienie, w których drgania odbywają się w jednej płaszczyŸnie - œwiatło takie nazywamy œwiatłem spolaryzowanym liniowo.
Metody uzyskania œwiatła spolaryzowanego to:
a) Przy odbiciu od granicy dwóch oœrodków. (Rys 1. Skrypt) Stopień polaryzacji zależy od kąta padania - jeżeli dobierzemy go tak, aby kąt między promieniem odbitym i załamanym był prosty, to promień odbity jest całkowicie spolaryzowany. Kąt padania nazywamy kątem całkowitej polaryzacji lub kątem Brewstera.
b) W zjawisku podwójnego załamania przez kryształy anizotropowe padająca wiązka ulega rozdwojeniu na dwie - zwyczajną i nadzwyczajną. Kierunek w krysztale anizotropowym dla którego promień zwyczajny i nadzwyczajny są sobie równe nazywamy osią optyczną kryształu. Jeżeli usuniemy jedną z wiązek to otrzymamy œwiatło spolaryzowane liniowo. (patrz pryzmat Nikola)
c) Dichroizmem - nazywamy własnoœć, występująca w niektórych podwójnie załamujących kryształach, polegające na tym, że jedna ze składowych polaryzacji jest pochłaniana w krysztale silniej niż druga. Wykorzystywane jest to w polaroidach.
Gdy na osi biegnącej wiązki œwiatła ustawimy dwie płytki polaryzujące, jedna z nich będzie pełnić rolę polaryzatorem, a druga analizatora. Obracając analizatorem stwierdzamy, że w pewnych położeniach układ nie przepuszcza prawie œwiatła, a w położeniach różniących się od tamtych o 90 stopni natężenie œwiatła jest maksymalne.
Prawo Malusa mówi że:
V-kąt jaki tworzą między sobą kierunki polaryzacji w obu polaroidach
Polaryzacja kołowa- powstaje, gdy nałożą się dwie fale spolaryzowane liniowo w kierunkach wzajemnie prostopadłych.
Skręcenie płaszczyzny polaryzacji - zjawisko , któremu podlega œwiatło przechodząc przez substancje optycznie czynne.
Rozróżniamy substancje optyczne lewo- i prawo- skrętne. Jeżeli drobiny są lustrzanymi odbiciami nazywamy je - odmianami enancjomorficzne (np. węgiel asymetryczny)
Zasady pomiaru:
Wzór Biota:
[a]-zdolnoœć skręcająca, l-długoœć drogi œwiatła w roztworze.
Umieszczamy czysty rozpuszczalnik na drodze œwiatła odczytujemy kąt a1 zastępujemy rozpuszczalnik badanym roztworem i znów mierzymy kąt a2. Szukany kąt to różnica a2-a1.
Polarymetry są to urządzenia, które służą do badania skręcania płaszczyzny polaryzacji. Główne elementy to polaryzator, analizator i rurka zawierająca roztwór substancji optycznie czynnej.
Istota pomiaru to jak najdokładniejsze okreœlenie położenie analizatora, przy którym oœwietlenie pola widzenia jest stałe.
Przebieg ćwiczenia:
1 Zmierzyć długoœć rurki.
2.Włączyć oœwietlenie polarymetru.
3.Nastawić lunetę na ostroœć widzenia lini rozgraniczającej częœci pola oraz lupę odczytową na ostroœć widzenia skali.
4.Wstawić rurkę z czystą wodą do polarymetru. Uprzednio sprawdzić, czy wewnątrz nie ma pęcherzyków powietrza.
5.Obracając analizatorem doprowadzić do równego (ciemnego) pola widzenia.
6.Odczytać 10-krotnie wskazanie kątomierza każdorazowa obracając analizator o przypadkowy kąt i na nowo ustalając właœciwe położenie.
7.Umieszczać w polaryzometrze kolejno rurki z różnymi roztworami i odczytywać kąty podobnie jak w punktach 5 i 6.
8.Na papierze milimetrowym wykreœlić zależnoœć a=f©.
9.Obliczyć właœciwą zdolnoœć skręcającą dla każdego pomiaru i wartoœć œrednią.
Spis przyrządów
polarymetr, lampa, rurki z wodą i roztworami.
Tablica z wynikami:
1. Wyniki pomiarów kątów płaszczyzny skręcania :
Liczby 2,4,6,8,10 oznaczają stopień stężenia cukru w roztworze.
Wzór końcowy:
Wzór na błąd :
Przykładowe obliczenia:
Wnioski:
Wartoœć końcowa włąœciwej zdolnoœci skręcającej jest poprawna i mieœci się w granicy błędu.
Jedyny wynik odbiegający od pozostałych dla roztworu 2 można wytłumaczyć, tym iż na rurce nie było dokładnie opisane stężenie roztworu, bardziej prawdopodobne byłoby potraktowanie tego roztworu jako 1.
Czwarty pomiar dla wody wyraŸnie odbiega od pozostałych , spowodowane jest to tym, że pomiar został wykonany prawym okiem, a nie lewym jak pozostałe. Oko nie było przyzwyczajone i stąd różnica w pomiarze.
Błąd dla pomiaru 10 jest duży, jednak względnie patrząc na wynik można go przyjąć.