307

• Elektr.

• trzeci

• I 3

Temat: Badanie skrêcenia p³aszczyzny polaryzacji przez roztwory za pomoc¹ polarymetru.

Teoria:

Polaryzacja - Œwiat³o pochodz¹ce od naturalnych Ÿróde³ œwiat³a jest niespolaryzowana - drgania wektora œwietlnego odbywaj¹ siê prostopadle do kierunku rozchodzenia siê promieniami, we wszystkich mo¿liwych p³aszczyznach. Polaryzator przepuœci tylko te promienie, w których drgania odbywaj¹ siê w jednej p³aszczyŸnie - œwiat³o takie nazywamy œwiat³em spolaryzowanym liniowo.

Metody uzyskania œwiat³a spolaryzowanego to:

a) Przy odbiciu od granicy dwóch oœrodków. (Rys 1. Skrypt) Stopieñ polaryzacji zale¿y od k¹ta padania - je¿eli dobierzemy go tak, aby k¹t miêdzy promieniem odbitym i za³amanym by³ prosty, to promieñ odbity jest ca³kowicie spolaryzowany. K¹t padania nazywamy k¹tem ca³kowitej polaryzacji lub k¹tem Brewstera.

b) W zjawisku podwójnego za³amania przez kryszta³y anizotropowe padaj¹ca wi¹zka ulega rozdwojeniu na dwie - zwyczajn¹ i nadzwyczajn¹. Kierunek w krysztale anizotropowym dla którego promieñ zwyczajny i nadzwyczajny s¹ sobie równe nazywamy osi¹ optyczn¹ kryszta³u. Je¿eli usuniemy jedn¹ z wi¹zek to otrzymamy œwiat³o spolaryzowane liniowo. (patrz pryzmat Nikola)

c) Dichroizmem - nazywamy w³asnoœæ, wystêpuj¹ca w niektórych podwójnie za³amuj¹cych kryszta³ach, polegaj¹ce na tym, ¿e jedna ze sk³adowych polaryzacji jest poch³aniana w krysztale silniej ni¿ druga. Wykorzystywane jest to w polaroidach.

Gdy na osi biegn¹cej wi¹zki œwiat³a ustawimy dwie p³ytki polaryzuj¹ce, jedna z nich bêdzie pe³niæ rolê polaryzatorem, a druga analizatora. Obracaj¹c analizatorem stwierdzamy, ¿e w pewnych po³o¿eniach uk³ad nie przepuszcza prawie œwiat³a, a w po³o¿eniach ró¿ni¹cych siê od tamtych o 90 stopni natê¿enie œwiat³a jest maksymalne.

Prawo Malusa mówi ¿e:

V-k¹t jaki tworz¹ miêdzy sob¹ kierunki polaryzacji w obu polaroidach

Polaryzacja ko³owa- powstaje, gdy na³o¿¹ siê dwie fale spolaryzowane liniowo w kierunkach wzajemnie prostopad³ych.

Skrêcenie p³aszczyzny polaryzacji - zjawisko , któremu podlega œwiat³o przechodz¹c przez substancje optycznie czynne.

Rozró¿niamy substancje optyczne lewo- i prawo- skrêtne. Je¿eli drobiny s¹ lustrzanymi odbiciami nazywamy je - odmianami enancjomorficzne (np. wêgiel asymetryczny)

Zasady pomiaru:

Wzór Biota:

[a]-zdolnoœæ skrêcaj¹ca, l-d³ugoœæ drogi œwiat³a w roztworze.

Umieszczamy czysty rozpuszczalnik na drodze œwiat³a odczytujemy k¹t a1 zastêpujemy rozpuszczalnik badanym roztworem i znów mierzymy k¹t a2. Szukany k¹t to ró¿nica a2-a1.

Polarymetry s¹ to urz¹dzenia, które s³u¿¹ do badania skrêcania p³aszczyzny polaryzacji. G³ówne elementy to polaryzator, analizator i rurka zawieraj¹ca roztwór substancji optycznie czynnej.

Istota pomiaru to jak najdok³adniejsze okreœlenie po³o¿enie analizatora, przy którym oœwietlenie pola widzenia jest sta³e.

Przebieg æwiczenia:

1 Zmierzyæ d³ugoœæ rurki.

2.W³¹czyæ oœwietlenie polarymetru.

3.Nastawiæ lunetê na ostroœæ widzenia lini rozgraniczaj¹cej czêœci pola oraz lupê odczytow¹ na ostroœæ widzenia skali.

4.Wstawiæ rurkê z czyst¹ wod¹ do polarymetru. Uprzednio sprawdziæ, czy wewn¹trz nie ma pêcherzyków powietrza.

5.Obracaj¹c analizatorem doprowadziæ do równego (ciemnego) pola widzenia.

6.Odczytaæ 10-krotnie wskazanie k¹tomierza ka¿dorazowa obracaj¹c analizator o przypadkowy k¹t i na nowo ustalaj¹c w³aœciwe po³o¿enie.

7.Umieszczaæ w polaryzometrze kolejno rurki z ró¿nymi roztworami i odczytywaæ k¹ty podobnie jak w punktach 5 i 6.

8.Na papierze milimetrowym wykreœliæ zale¿noœæ a=f©.

9.Obliczyæ w³aœciw¹ zdolnoœæ skrêcaj¹c¹ dla ka¿dego pomiaru i wartoœæ œredni¹.

Spis przyrz¹dów

polarymetr, lampa, rurki z wod¹ i roztworami.

Tablica z wynikami:

1. Wyniki pomiarów k¹tów p³aszczyzny skrêcania :

Liczby 2,4,6,8,10 oznaczaj¹ stopieñ stê¿enia cukru w roztworze.

Wzór koñcowy:

Wzór na b³¹d :

Przyk³adowe obliczenia:

Wnioski:

• Wartoœæ koñcowa w³¹œciwej zdolnoœci skrêcaj¹cej jest poprawna i mieœci siê w granicy b³êdu.

• Jedyny wynik odbiegaj¹cy od pozosta³ych dla roztworu 2 mo¿na wyt³umaczyæ, tym i¿ na rurce nie by³o dok³adnie opisane stê¿enie roztworu, bardziej prawdopodobne by³oby potraktowanie tego roztworu jako 1.

• Czwarty pomiar dla wody wyraŸnie odbiega od pozosta³ych , spowodowane jest to tym, ¿e pomiar zosta³ wykonany prawym okiem, a nie lewym jak pozosta³e. Oko nie by³o przyzwyczajone i st¹d ró¿nica w pomiarze.

• B³¹d dla pomiaru 10 jest du¿y, jednak wzglêdnie patrz¹c na wynik mo¿na go przyj¹æ.

---