Sprawozdanie z biofizyki

	Wyznaczenie kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji światła dla cieczy optycznie czynnych.	Zalicznie:

1. Wstęp teoretyczny!

Światło jako fala elektromagnetyczna- światło jest falą elektromagnetyczna, która składa się ze sprzeżonych ze sobą drgań pól elektrycznego i magnetycznego(odbywających się w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych i prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali).

Polaryzacja liniowa światła- występuje wtedy gdy wektor świetlny i kierunek promienia, wyznaczają płaszczyznę drgań, zwaną płaszczyzną polaryzacji. Drgania te odbywają się w płaszczyznach wzajemnie równoległych, podczas gdy w świetle niespolaryzowanym drgania są nieuporządkowane.

Polaryzacja kołowa światła- polega na tym, że wektor świetlny obraca się wokół promienia , jako osi obrotu. Jego koniec opisuje wtedy płaszczyznę środkową, a rzut końca wektora świetlnego na płaszczyznę zakreśla okresy. Gdy obrót jest niezgodny z ruchem wskazówek zegara, mówimy że światło jest spolaryzowane kołowo w lewo, a gdy zgodnie z ruchem wskazówek zegara- światło jest spolaryzowane kołowo w prawo.

Polaryzacja eliptyczna światła- zachodzi, kiedy koniec wektora świetlnego zakreśla elipsę, która może być w różnym stopniu spłaszczona, a jej osie mogą być bardzo różnie zorientowane w płaszczyźnie prostopadłej do promienia.

Polaryzacja liniowa Polaryzacja kołowa Polaryzacja eliptyczna

METODY POLARYZACJI ŚWIATŁA

Zjawisko dwójłomności (podwójnego załamania)- polega na rozdzieleniu padającej na kryształ wiązki światła niespolaryzowanego, na dwie wiązki zwyczajne i nadzwyczajne- spolaryzowane w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych, gdy na równoległościenną płytkę rzucimy prostopadle promie światła niespolaryzowanego, wtedy podzieli się ona na dwa promienie, ulegnie podwójnemu załamaniu. Jeden z promieni zachowuje się zgodnie z prawami załamania- promień zwyczajny, a drugi z nich nie podlega tym prawom- promień nadzwyczajny. Oba te promienie są całkowicie liniowe, spolaryzowane i ich drganie rozchodzą się w dwóch prostopadłych do siebie płaszczyznach. Płaszczyzna drgań jest uzależniona od orientacji kształtu względnego kierunku promienia. Fizyczną przyczyną podwójnego załamania jest anizotropia prędkości światła w krysztale środowiska , jakim jest kryształ dwójłomny. W zależności od tego, które z pól ma większą prędkość wyróżniamy kryształy dodatnie (kwarc,lód) i ujemne (beryl). Mirą dwójłomności kryształu jest różnica współczynników załamania dla obu promieni biegnących prostopadle do osi optycznej, to znaczy w kierunku, gdzie różnica ich prędkości jest największa. Gdy uczynimy dwójłomnym środowisko izotropowe w sposób sztuczny, mamy do czynienia ze zjawiskiem dwójłomności wymuszonej( można to osiągnąć przez umieszczenie substancji w silnym polu elektrycznym, obserwujemy to także w materiałach, które uległy odkształceniom mechanicznym.

Polaryzacja światła przez odbicie- w warunkach normalnych zjawisko polaryzacji światła zachodzi najczęściej podczas odbicia od przeźroczystych dielektryków(tj.woda,szkło). Wiązka światła niespolaryzowanego polaryzuje się częściowo przy odbiciu lub załamaniu w ośrodku izotropowym.

Zasada działania polarymetru kołowego firmy Zeiss- polarymetr kołowy firmy Zeiss to nowoczesna forma polarymetru, czyli przyrząd w którym pryzmaty zostały zastąpione filtrami polaryzacyjnymi. Promienie świetlne wychodzą ze źródła światła po przejściu przez soczewkę, przenikającą jako wiązka równoległa przez filtr barwny, najczęściej żółty(monochromat) i przez filtr polaryzacyjny(polaroid). Na drodze spolaryzowanej wiązki stoi płytka, która zasłaniając środek pola widzenia , dzieli je na trzy części o nieco nachylonych kierunkach drgań wektora elektrycznego. Badana substancja optycznie czynna, umieszczona w rurce skręca płaszczyznę polaryzacji światła przechodzącego. Poprzez drugi filtr polaryzacyjny, który działa jak analizator, światło dostaje się do lunetki obserwacyjnej. Odczytanie kąta skręcania analizatora umożliwia połączone z nim koło podziałowe.

Ciecze optycznie czynne- substancją optycznie czynną nazywamy substancję, w której zachodzi skręcanie płaszczyzny polaryzacji światła spolaryzowanego liniowo. Polarymetria zajmuje się pomiarem kąta skręcani płaszczyzny światła spolaryzowanego, właściwość tą posiadają ciała optycznie czynne(np.cukry, białak, biopolimery), cecha ta wiąże się z obecnością w tych związkach węgla optycznie czynnego. Pomiary kąta skręcalności umożliwiają określenie rodzaju skręcalności, które dzielą ciała na prawo- i lewoskrętne.

Skręcalność właściwa- wartość charakteryzująca substancję aktywną optycznie, poprzez wartość kąta skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego przez roztwór tej substancji.

Otrzymuje się na podstawie wzoru:

gdzie:

• α - wartość skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego

• c - stężenie roztworu (wyrażone w %) lub gęstość roztworu (mierzona w g/(cm³)

• l - długość drogi pokonanej przez światło w roztworze (wyrażona w dm)

Skręcalność właściwa zależy istotnie od użytego rozpuszczalnika, temperatury i długości fali, w pewnym stopniu także od stężenia. Dla niektórych substancji rozpuszczalnik może wpływać nie tylko na wielkość, ale i na znak skręcalności.

2. Przyrządy i odczynniki:

-polarymetr kołowy firmy Zeiss

-wodne roztwory sacharozy: 5%, 10%, 15%, 20%, 25%

%	g/dm^3	Kg/m^3
5	50,8920	5089,20
10	103,8130	10381,30
15	158,8740	15887,40
20	216,1880	21618,80
25	275,8850	27588,50

- kuweta do polarymetru

3. Przebieg ćwiczenia:

1. Wykonujemy pierwszy pomiar dla wody destylowanej

2. Odczyt kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji α powtarzamy trzykrotnie dla każdego roztworu.

3. Wykonujemy wykres zależności kąta α ( średnia arytmetyczna) od stężenia roztworu.

4. Po zakończeniu pomiaru wypłukujemy kuwetę w wodzie destylowanej i osuszamy.

4.Pomiary i obliczenia!

%	I pomiar	II pomiar	III pomiar	Średnia arytmetyczna
Woda destylowana	40	41	39	40
5	42	49	51	47,3
10	56	55	67	59,3
15	69	85	90	81,3
20	100	111	116	109
25	130	132	139	133,6

5.Wykres!

6.Wnioski!

Wraz ze wzrostem stężenia cieczy optycznie czynnych, wzrasta ich kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji światła.