POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT FIZYKI	Sprawozdanie z ćwiczenia nr 82
Konrad Piątkiewicz	TEMAT: Wyznaczanie stężenia roztworu cukru za pomocą sacharymetru.
Wydział: Mechaniczny Rok: 3	DATA: 9.10.1997. OCENA:

Cel ćwiczenia:

- zapoznanie się ze zjawiskiem skręcenia płaszczyzny polaryzacji,

budową i działaniem sacharymetru;

- wyznaczenie stężenia cukru w roztworach.

Część teoretyczna:

Fale świetlne są falami elektromagnetycznymi, w których wektory pola elektrycznego i pola magnetycznego drgają w płaszczyznach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali, czyli są to fale poprzeczne. Z reguły fale świetlne określa się za pomocą wektora elektrycznego (świetlnego).

Światło niespolaryzowane (naturalne) - drgania wektora E zachodzą w dowolnych płaszczyznach i nie ma żadnej korelacji miedzy drganiami zachodzącymi w różnych płaszczyznach.

Światło spolaryzowane - najprostszy typ to polaryzacja liniowa; drgania wektora świetlnego zachodzą w jednej, ściśle określonej płaszczyźnie (p. drgań świetlnych) a płaszczyzna do niej prostopadła to płaszczyzna polaryzacji światła (utworzona przez wektor H).

Istnieje także polaryzacja kołowa i eliptyczna.

W kołowej w zależności od kierunku obrotu wektora E rozróżniamy polaryzacje kołową prawą i lewą.

Drgania liniowe można traktować jako złożenie dwóch drgań kołowych prawo

i lewoskrętnych

Światło spolaryzowane można otrzymać kilkoma sposobami przez :

- odbicie,

- załamania,

- wykorzystanie zjawiska selektywnego pochłaniania,

- wykorzystanie zjawiska dwójłomności

Polaryzacja światła z wykorzystaniem zjawiska dwójłomności zachodzi w kryształach jednoosiowych, np. w szpacie islandzkim, w którym padający promień rozdziela się na dwa promienie całkowicie spolaryzowane. Jeden z tych promieni nazwano promieniem zwyczajnym, a drugi nadzwyczajnym.

W niniejszym ćwiczeniu do polaryzacji światła oraz analizy światła spolaryzowanego używa się nikoli.

Nikol jest to kryształ szpatu islandzkiego, przecięty wzdłuż przekątnej, a następnie sklejony balsamem kanadyjskim, tak że na wyjściu nikola otrzymywane jest światło spolaryzowane. Jeśli skrzyżujemy dwa nikole to wiązka światła ulegnie wygaszeniu. Jeżeli umieści się między nikolami substancję krystaliczną to pole widzenia ulegnie rozjaśnieniu. Ponowne zaciemnienie można uzyskać przez obrót drugiego nikola (analizatora) o pewien kąt.

Są ciała których roztwory (np. roztwór cukru w wodzie) skręcają płaszczyznę polaryzacji. Aktywność optyczna jest tu uwarunkowana asymetrią w budowie cząsteczek.

Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji zależy od :

- rodzaju ciała,

- stężenia (dla roztworów),

- grubości warstwy skręcającej.

Doświadczalnie stwierdzono zależność dla roztworów : kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest wprost proporcjonalny do grubości warstwy roztworu d i do stężenia roztworu c :

;

- gdzie
to właściwa zdolność skręcania.

Do pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji używa się polarymetrów. Polarymetry używane do wyznaczenia stężenia cukru w roztworze nazywamy sacharymetrami.

Światło sodowe zostaje spolaryzowane liniowo przez polaryzator, połowa wiązki przechodzi przez badany roztwór, następnie obie wiązki przechodzą przez analizator.

Polaryzator wykonany jest z polaroidu. Składa się z dwóch części p1 i p2, których kierunki przepuszczania tworzą ze sobą pewien kąt zwany kątem półcienia. Kąt ten nie przekracza zwykle 4. Tak zbudowany polaryzator tworzy z analizatorem przyrząd półcieniowy.

Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji wyznacza się następująco: ustawia się analizator tak aby obie połówki widzenia były jednakowo ciemne. Do sacharymetru wstawia się badaną ciecz

a następnie obraca się analizator o taki kąt aby ponownie uzyskać jednakowe zaciemnienie obu części pola widzenia. Kąt jest kątem skręcenia płaszczyzny polaryzacji.

Zastosowane w ćwiczeniu urządzenie półcieniowe umożliwia wyznaczenie kąta

z dokładnością 0,01.

Część pomiarowa:

1. Wyzerowanie sacharymetru.

W przyrządzie umieszczono próbkę z wodą i odczytano wartość kąta - 87.4. Wartość tą przyjęto jako odnośnik (umowne 0).

2. Zmierzenie kąta polaryzacji nw. substancji.

Wyznaczanie położenia analizatora, przy którym obie połówki pola widzenia są jednakowo ciemne dla 5 próbek.

TABELA POMIARÓW

ROZTWÓR	KĄT []
	0,03
	0,02
WODA	0,00
	0,03
	0,04
	8,12
X	7,95
	8,10
	13,70
Y	13,35
	13,45
	25,25
Z	24,95
	25,34
	18,92
15	19,22
	19,18

Podstawiając do wzoru :
obliczyłem stężenie procentowe cukru

w poszczególnych próbkach. Wartości
oraz d potraktowałem jako jedną zmienną.

Skorzystałem ze znajomości stężenia próbki nr 5 15.

Kolejno podstawiono uzyskane wyniki pomiarów do wzoru
i uzyskano następujące

wartości stężeń:

TABELA WYNIKÓW

ROZTWÓR	STĘŻENIE[]	dR	[]
WODA	0,02	0,001	5,0
X	6,32	0,342	5,4
Y	10,50	0,450	4,3
Z	20,18	0,667	3,3

Obliczanie błędów.

Błąd bezwzględny obliczono z różniczki zupełnej (wartość błędu wyznaczonego kąta przyjęto jako średnie odchylenie od wartości średniej - na podstawie pomiarów położenia zerowego).

,

- gdzie:

Wnioski.

W przeprowadzonym doświadczeniu wykorzystano fakt, że jednakowe zaciemnienie obu połówek pola widzenia uzyskuje się wtedy, gdy płaszczyzna polaryzacji analizatora jest prostopadła do dwusiecznej kąta półcienia.

W ww. doświadczeniu wystąpił błąd odczytu kąta spowodowany subiektywnym stwierdzeniem faktu w którym miejscu nastąpiło równomierne zaciemnienie obu obserwowanych połówek (duży udział ma tutaj 'zmęczenie' i wady wzroku obserwatora).

---