SETLA BARTOSZ	Ćwiczenie nr O8 Pomiar skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła w roztworze cukru przy pomocy polarymetru.
FIZYKA II ROK	Ocena z kolokwium:	Ocena ze sprawozdania:	Ocena końcowa:
dr A. Domagała

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Niektóre substancje posiadają zdolność skręcania płaszczyzny polaryzacji drgań światła spolaryzowanego liniowo. Zdolność ta charakteryzuje się tzw. skręcalnością właściwa [α]^T, która jest funkcją długości fali światła przechodzącego przez substancję,a w przypadku roztworu także od rodzaju rozpuszczalnika. Skręcalność właściwa jest słabo zależna od temperatury. Dla roztworów optycznie czynnych skręcalność właściwą definiuje się w sposób następujący:

[α]^T = α / (d·c)

Gdzie α oznacza obserwowany kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji ,d - grubość warstwy roztworu, przez który przechodzi światło spolaryzowane ,c - stężenie. Indeksy λ , T oznaczają wybraną do pomiaru długość fali świetlnej i temperaturę pomiaru.

Metody polaryzowania światła

• przez podwójne załamanie

Na skutek tego zjawiska światło ulega rozproszeniu na dwie wiązki, zwyczajną i nadzwyczajną. Chcąc uzyskać światło spolaryzowane, jedną z tych wiązek musimy wyeliminować. Stosujemy w tym celu pryzmat Nicola usuwający jedną z wiązek. Kąty w pryzmacie są tak dobrane, że promień zwyczajny pada pod kątem większym od granicznego, wobec tego ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu i wychodzi poza boczne ścianki. Promień nadzwyczajny przechodzi doznając tylko niewielkiego przesunięcia równoległego.

• przez odbicie lub wielokrotne załamanie

Jeśli kąt padania dobrany jest tak, by kąt pomiędzy promieniem odbitym i załamanym wynosił 90 ^o , wtedy promień odbity jest całkowicie liniowo spolaryzowany w płaszczyźnie padania, a promień załamany spolaryzowany jest częściowo w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny padania.

• przez dichroizm

Ta metoda jest obecnie najczęściej wykorzystywana do uzyskania światła spolaryzowanego. Kryształy dichroiczne wykazują różnicę współczynników pochłaniania promieni zwyczajnego i nadzwyczajnego. Najbardziej znane kryształy: turmalin, aparit.

POLARYMETR

Składa się ze zwierciadła kierującego światła do przyrządu, filtru który przepuszcza tylko światło żółte, polaryzatora, przyrządu półcieniowego, rurki zawierającą badaną ciecz, analizatora połączonego z kątomierzem oraz lunetki.

W urządzeniu tym wykorzystywane jest prawo Malusa.

PRAWO MALUSA

Natężenie I_e światła spolaryzowanego przechodzącego przez analizator zależy od kąta α, jaki płaszczyzna polaryzacji analizatora tworzy z płaszczyzną polaryzacji polarymetru.

I_e = I_o· cos²α

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

lp.	stężenie roztworu c[%]	położenie analizatora			średnia wartość a	kąt skręcenia α = a - a­­o	długość rurki d [m]
				a1					a2	a3
1.	10	16,1	10,1	15,5	13,9	13,67	0,18	75,944
2.	15	33,3	29,2	31,4	31,9	31,67	0,18	175,944
3.	20	57,2	60,3	59,0	58,5	58,27	0,18	323,722
4.	40	71,8	75,2	77,3	74,2	73,97	0,08	912,5
5.	x	12,4	12,9	12,8	12,7	12,47	0,08	155,875

Położenie zerowe analizatora a_o = 0,23

Korzystając z metody regresji liniowej sporządzam wykres α /d = [α] c

x = c

y = α /d

lp.	x	y	x^2	y^2	xy
1.	10	75,944	100	5760,81	759,44
2.	15	175,944	255	30625	2639,16
3.	20	323,722	400	104326	3518,88
4.	40	912,5	1600	83174	36500
Σ	85	1565,875	2355	24025	42128

Σ(x)² = 7225

Korzystam ze wzorów

a = (yixi - nxiyi)/((xi)² - nxi²) a = 4,265895

b = (yi - axi)/n b = - 5,15616

Sa = n[yi² - axiyi- byi]/(n-2)[nxi² - (xi)²˛] S_a = 0,65325

Sb = (1/n)*Sa²*xi^-2 Sb = 0,987452

Obliczam wartość [α] skręcalności właściwej cukru korzystając ze wzoru

[α]^T = α / (d·c)

• α = 13,61 d = 0,18 m c = 10%

[α]^T = 3,158

• α = 31,67 d = 0,18 dm c = 15%

[α]^T = 3,549

• α = 58,27 d = 0,18 dm c = 20%

[α]^T = 2,562

• α = 73,97 d = 0,08 dm c = 40%

[α]^T = 2,753

Korzystając z metody różniczki zupełnej obliczam Δ[α]^T

Δ[α] = │ ∂[α] /∂α ∙ ∆α│+│∂[α] /∂d ∙ ∆d│+│∂[α] /∂c ∙ ∆c│

∂[α] /∂α = │-1/dc│

∂[α] /∂d = │-α/cd²│

∂[α] /∂α = │-α/c²d│

1. Δ[α] = 0,569

Δ[α] = (3,158 ± 0,569)

2. Δ[α] = 0,264

Δ[α] = (3,158 ± 0264)

3. Δ[α] = 0,192

Δ[α] = ( 3,549± 0,192)

4. Δ[α] = 0,156

Δ[α] = (2,562 ± 0,156)

Wartość Cx odczytana z wykresu wynosi Cx = 12%

• α = 155,875 d = 0,8 dm c = 12%

[α]^T = 2,568

• Δ[α] = 0,663

Δ[α] = (2,568 ± 0,663)

WNIOSKI

Założony cel został osiągnięty. Na niedokładność wyniku mogło wpłynąć wiele czynników tj.

• niedokładność moich zmysłów podczas odczytu wartości

• wada urządzenia ,którym wykonywałam doświadczenie

---