Politechnika Śląska

Wydział AEiI

Kierunek AiR

Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki:

Badanie zależności kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji od stężenia roztworu.

Grupa I, sekcja 2

Michał Krzakiewicz

Adam Doligalski

Bartosz Wietrzyk

Gliwice 6.04.19941.Opis teoretyczny.

Istota fali elektromagnetycznej polega na rozchodzeniu się drgań wektora natężenia pola elektrycznego i sprzężonego z nim wektora indukcji pola magnetycznego, prostopadłych względem siebie i względem kierunku rozchodzenia się fali, czyli jest to fala poprzeczna. Dla fal elektromagnetycznych można więc wprowadzić pojęcie polaryzacji fali. Określa ją kierunek wektora natężenia pola elektrycznego fali. Jeżeli w ustalonym punkcie przestrzeni kierunek wektora natężenia pola elektrycznego nie zależy od czasu, to falę elektromagnetyczną nazywamy spolaryzowaną liniowo. Dla fali płaskiej oznacza to, że kierunki wektorów E są w całej przestrzeni jednakowe. Światło wysyłane przez większość źródeł, zarówno œwiat³o bia³e jak i œwiat³o monochromatyczne, stanowi superpozycjê fal wysy³anych przez ka¿dy punkt ¿ród³a. Te fale ró¿ni¹ siê miêdzy sob¹ polaryzacj¹. Mo¿na wiêc przyj¹æ, ¿e ka¿da z tych fal jest spolaryzowana liniowo ale kierunki polaryzacji s¹ zupe³nie przypadkowe. Do tworzenia wi¹zek œwiat³a spolaryzowanych liniowo s³u¿¹ polaryzatory. Istota ich dzia³ania polega na tym, ¿e polaryzator wydziela z dowolnie spolaryzowanej fali elektromagnetycznej falê sk³adow¹, spolaryzowan¹ liniowo wzd³u¿ wyró¿nionego kierunku polaryzatora. Oko ludzkie odró¿nia jedynie barwê oraz natê¿enie œwiat³a. Kierunek wektora pola elektrycznego nie jest rejestrowany przez oko, czyli wra¿enia wzrokowe dla œwiat³a spolaryzowanego i niespolaryzowanego s¹ takie same. W pewnych przypadkach p³aszczyzna oscylacji wektora E liniowo spolaryzowanego œwiat³a obraca siê w miarê propagacji fali i obrót ten jest funkcj¹ drogi przebywanej przez œwiat³o w danym oœrodku. Mówimy wówczas o zjawisku rotacji optycznej. Oœrodki, w których zjawisko rotacji optycznej zachodzi w normalnych warunkach nazywamy oœrodkami optycznie aktywnymi. Wyjaœnienie teoretyczne zjawiska rotacji optycznej opiera siê na fakcie, ¿e na³o¿enie dwóch drgañ spolaryzowanych ko³owo o przeciwnych zwrotach prowadzi do drgañ spolaryzowanych liniowo. Korzystaj¹c z tego faktu przyjmuje siê, ¿e œwiat³o spolaryzowane liniowo w oœrodku aktywnym optycznie ulega rozk³adowi na dwie fale spolaryzowane ko³owo: prawo i lewoskrêtnie oraz, ¿e fale te propaguj¹ w danym oœrodku z ró¿nymi prêdkoœciami.

Zosta³ okreœlony empiryczny wzór okreœlaj¹cy k¹t skrêcenia polaryzacji:

gdzie:

K - w³aœciwa zdolnoœæ skrêcania

s - stê¿enie danej substancji aktywnej optycznie

w - d³ugoœæ drogi optycznej

2.Tabela pomiarowa.

Dok³adnoœæ pomiaru k¹ta  = 0.05

Badana ciecz	K¹t 
stê¿enie [%]	1	2	3
2	176.45	176.35	176.20
4	177.90	177.55	177.85
6	178.10	178.15	178.30
8	179.85	179.55	179.40
10	180.70	180.75	180.65
X	177.90	178.50	178.65

3.Opracowanie wyników pomiarów.

W æwiczeniu zosta³y wykonane trzy pomiary k¹ta skrêcenia dla ka¿dego roztworu. Nastêpnie zosta³y obliczone wartoœci œrednie zmierzonych wartoœci wed³ug wzoru:

oraz b³¹d pomiarów metod¹ rozstêpu z próby, liczone dla ka¿dego roztworu:

oraz k¹ty skrêcenia wzglêdem wody wg. wzoru:

Tabela wyników

Stê¿enie roztworu [%]	K¹t œredni [	K¹t wzglêdny [	 
2	176.33	0.38	0.22
4	177.77	1.82	0.22
6	178.18	2.23	0.12
8	179.60	3.65	0.25
10	180.70	4.75	0.05
X	178.35	2.4	0.45

Wykres zale¿noœci k¹ta skrêcenia p³aszczyzny polaryzacji od stê¿enia roztworu.

Stê¿enie roztworu X = 5.7 ± 0.8 %

5.Podsumowanie.

Wiêksze b³êdy ni¿ wyliczone mog¹ wynikaæ z niezgodnoœci podanych wartoœci stê¿eñ badanych roztworów z ich rzeczywistymi wartoœciami.

---