1). Wstęp teoretyczny.

W ćwiczeniu tym będziemy mieli do czynienia ze zjawiskiem polaryzacji dielektryków. Zanim jednak przejdziemy do tego, musimy wiedzieć co nazywamy dipolem. Dipol elektryczny jest to układ dwóch przeciwny ładunków elektrycznych umieszczonych w pewnej odległości od siebie. Pojęcie dipola stosujemy również do układów złożonych z więcej niż dwóch ładunków, pod warunkiem, że środek ciężkości ładunków obu znaków nie pokrywają się. Takimi złożonymi układami są cząsteczki chemiczne w stanie obojętnym. Dipolem elektrycznym jest również cząsteczka wody (H₂O), której polaryzowalność będziemy badać.

Mówiąc o dipolu, nie możemy o momencie dipolowym, którym jest iloczyn bezwzględnej wartości q naboju jednego z biegunów dipola i odległości l między biegunami.

Aby zaobserwować zjawisko polaryzacji dielektryka należy wprowadzić go w obręb pola elektrycznego. Mogą wówczas zachodzić trzy zjawiska:

1. Polaryzacja skierowana - zachodzi, gdy na dipol działa para sił, która stara się ustawić go, tak by skierował swą oś wzdłuż linii sił, tj. w pozycji charakteryzującej się minimum energii potencjalnej.

2. Polaryzacja jonowa - zachodzi, gdy atomy lub grupy polarne cząsteczki pod wpływem zewnętrznego pola ulegają przesunięciu lub obrotowi.

3. Polaryzacja elektronowa - zachodzi, pod wpływem zewnętrznego elektrycznego następuje przesunięcie powłok elektronowych względem nieruchomych jonów.

Zatem całkowitą polaryzowalnościa substancji jest suma tych trzech polaryzowalności.

Jednakże do wyliczenia polaryzowalności wystarczy nam pomiar współczynnika światła. Gdy już ten współczynnik będziemy mieli to do obliczenia polaryzowalności skorzystamy ze wzoru Lorentza-Lorenza:

n - wspól. Załamania światła

N_A - liczba Avogadra

ρ - gęstość wody

M - masa cząsteczkowa wody

Widzimy zatem, że celem ćwiczenia jest zbadanie zależności współczynnika załamania wody od temperatury, wyznaczenie polaryzowalności elektronowej wody.

Do pomiaru współczynnika załamania światła posłuży nam Reflektometr Abbego. Pomiaru możemy dokonać tylko wtedy, gdy współczynnik załamania wody jest mniejszy niż szkła pryzmatu pomiarowego. Cały układ pomiarowy tego ćwiczenia stanowi Reflektometr Abbego, którego układ termostatujący połączony jest z układem pompującym ultratermostatu. Metalowe oprawki pryzmatu muszą być termostatyzowane gdyż w naszym ćwiczeniu mierzymy zależność współczynnika załamania od temperatury.

2). Wykonane czynności.

1. Na wypolerowaną płaszczyznę pryzmatu pomiarowego wprowadzamy wodę destylowaną.

2. Sprawdzamy temperaturę otoczenia. Kręcąc w lewo pokrętłem termometru kontaktowego ustawiamy go poniżej temp. otoczenia.

3. Następnie włączamy termostat i podgrzewamy temp. w komorze Reflektometru Abbego do 18^o C.

4. Gdy osiągniemy w komorze 18^o C to dokonujemy pomiaru współ. załamania wody. W tym celu skierujemy przyrząd w kierunku światła i nastawimy zwierciadło oświetlające tak, by światło oświetlało pryzmaty od dołu. Następnie za pomocą śruby po lewej strojenie przyrządu zmieniamy pochylenie pryzmatów aż do chwili, gdy w lunecie ukaże się granica pomiędzy jasnym i ciemnym polem. Teraz za pomocą śruby po prawej stronie sprowadzamy tą granicę do pokrycia się ze skrzyżowanie nici pajęczych. Następnie za pomocą lupy umieszczonej nad podziałką dokonujemy odczytu wartości współ. załamania światła z dokładnością do 4 miejsc po przecinku, ostatnie miejsce szacujemy.

5. Krok 3 i 4 powtarzamy zwiększając temp. początkowo do 23 ^o C , 25^o C , 30^o C , 35^o C , 40^o C , 45^o C , 50^o C .

6. Po odczytaniu ostatniej wartości odkręcamy kran z wodą połączony z układem chłodzącym w celu obniżenia temp. w komorze reflektometru.

7. Postępujemy podobnie jak w punkcie 4 i odczytujemy wartości współ. załamania światła dla tych samych temperatur zmniejszając temp. w komorze reflektometru 18^o C.

---