Nr ćwiczenia 307	Data 16.04.2012	Imię i Nazwisko Paweł Parecki	Wydział BMiZ	Semestr II	Grupa M4 Nr lab.
Prowadzący: Mgr R. Kaczmarek			Przygotowanie	Wykonanie	Ocena

Badanie skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez roztwory za pomocą polarymetru.

1. Wprowadzenie

Światło pochodzące od naturalnych źródeł jest niespolaryzowane, tzn. drgania wektora świetlnego odbywają się prostopadle do kierunku rozchodzenia się promieni, lecz we wszystkich możliwych płaszczyznach, na których ten promień leży. Gdy na drodze wiązki niespolaryzowanego światła ustawimy polaryzator, przepuści on tylko te promienie, w których drgania odbywają się tylko w jednej płaszczyźnie. Światło po przejściu przez polaryzator jest spolaryzowane liniowo - końce wektorów świetlnych leżą w linii prostej.

Istnieje kilka metod uzyskiwania światła spolaryzowanego liniowo:

a) Przy odbiciu Swiatła od granicy dwóch ośrodków zarówno promień odbity, jak i załamany zostają częściowo spolaryzowane. Stopień polaryzacji zależy od kąta padania - jeżeli dobierzemy go tak, by kąt między promieniami odbitym i załamanym był prosty, wówczas promień odbity jest całkowicie spolaryzowany w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny padania, zaś promień załamany spolaryzowany jest częściowo, z przewagą drgań w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny padania. Kąt padania, przy którym zachodzi to zjawisko nazywany jest kątem Brewstera lub kątem całkowitej polaryzacji.

b) Przy przechodzeniu przez kryształy anizotropowe wiązka światła podlega rozszczepieniu na dwie - zwyczajną i nadzwyczajną, posiadające wzajemnie prostopadłe płaszczyzny drgań. Przyczyną tego zjawiska jest różna prędkość rozchodzenia się promieni w krysztale. Kierunek w krysztale anizotropowym, dla którego prędkości promieni są równe nazywa się osią optyczną. Opisane zjawisko jest wykorzystane w pryzmacie Nicola

c) Niektóre podwójnie załamujące kryształy mają własność nazywaną dichroizmem, polegającą na tym, że jedna ze składowych polaryzacji jest pochłaniana w krysztale znacznie silniej niż druga, która przechodzi z niewielkim tylko osłabieniem.

Gdy na osi biegnącej wiązki światła ustawimy dwie płytki polaryzujące, wówczas jedna z nich pełnić będzie rolę polaryzatora, druga zaś - analizatora. Obracając analizatorem stwierdzamy, że w pewnych położeniach układ nie przepuszcza prawie wcale światła, zaś w położeniach różniących się od tamtych o 90 natężenie światła jest maksymalne. Wiąże się to z kątem, jaki tworzą między sobą kierunki polaryzacji w obu polaroidach. Natężenie światła wychodzącego z analizatora w funkcji w funkcji tego kąta opisane jest prawem Malusa.

2. Zasada pomiaru

Kąt skręcenia płaszcyzny polaryzacji przez roztwór o stężeniu c określa wzór Biota

=[]cl

gdzie []-właściwa zdolność skupiająca, l-długość drogi światła w roztworze.

W celu pomiaru kąta skręcenia najpierw na drodze promienia świetlnego umieszczamy czysty rozpuszczalnik i odzytujemy położenie analizatora 0, a następnie zastępujemy rozpuszcalnik badanym roztworem i znowu odczytujemy położenie analizatora - c. Szukany kąt skręcenia wynosi c-0.

Urządzeniami, które służą do badania skręcenia płaszczyzny polaryzacji są polarymetry. Głównymi elementami polarymetru są polaryzator i analizator (pryzmaty Nicola) oraz znajdująca się między nimi rurka zawierająca roztwór substancji optycznie czynnej.

Istota pomiaru sprowadza się do jak najdokładniejszego określenia położenia analizatora, przy którym oświetlenie pola widzenia jest stałe. Gdy obserwację przeprowadzamy gołym okiem, ustawiamy każdorazowo analizator na maksymalne wygaszenie światła.

Przyrząd półcieniowy jest to płytka skręcająca nieco płaszczyznę polaryzacji, ale tylko dla połowy wiązki. Dlatego pole widzenia lunetki podzielone jest na dwie części, na ogół różnie oświetlone. Przez obrót analizatora możemy doprowadzić do położenia, w którym oświetlenie całego pola jest równe. Metoda ta umożliwia ustalenie kąta polaryzacji z dokładnością 0,1o.

3. Wyniki pomiarów i obliczenia.

Numer próbki	αsr [rad]	Długość [mm]
C0=0 H2O	1,574	169
C1=5,00g/100ml	1,423	168
C2=10,00g/100ml	1,300	170
C3=15,00g/100ml	1,201	172
C4=20,00g/100ml	1,068	171
C5=Xg/100ml	1,361	170

∆α=(±0,05º)

∆l=0,1cm

Kąt skręcenia wynosi (α_c-α₀):

Numer próbki	α [rad]
C1=5,00g/100ml	0,153
C2=10,00g/100ml	0,276
C3=15,00g/100ml	0,421
C4=20,00g/100ml	0,502
C5=Xg/100ml	0,213

Obliczanie nieznanego stężenia na podstawie danych:

X=(5*12,20)/8,75=6,97[g]

Współczynnik nachylenia oraz jego błąd metodą regresji liniowej.

Korzystając z programu `Stats' wygenerowaliśmy współczynnik nachylenia (a) oraz jego błąd:

a=0,02384

∆a=0,00180089

Obliczenie właściwej zdolności skręcającej dla badanej cieczy oraz jej błędu metodą różniczki:

[α]

[α]=0,02384/0,17=0,140235 [rad]

∆[α]=0,0105934 [rad]

Ostatecznie wynik można przedstawić następująco:

[α]=0,1402 ± 0,0106 [rad]

4. Wnioski:

Na wyniki pomiarów mogło mieć wpływ oświetlenie sąsiednich stanowisk w laboratorium oraz ostrość wzroku ćwiczącego.

---