Symbol i temat ćwiczenia: O7- Skręcanie płaszczyzny światła spolaryzowanego w cieczach

1) Wstęp:

W wykonywanym doświadczeniu korzystamy z właściwości jakiej podlega światło podczas przechodzenia przez polarymetr Laurenta oraz właściwości ciał optycznie czynnych. Podczas przechodzenia światła monochromatycznego przez polarymetr dochodzi do jego polaryzacji: czyli z niespolaryzowanej fali oscylującej we wszystkich kierunkach staje się falą spolaryzowaną oscylującą tylko w jednym wybranym kierunku. Do pomiaru skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego służy polarymetr Laurenta. Powstające światło monochromatyczne przechodzi przez pryzmat Nicola, polaryzator, który powoduje polaryzacje światła poprzez zjawisko podwójnego załamania; pryzmat zbudowany jest z kryształu dwójłomnego, który powoduje rozszczepienie wiązki światła na dwie: zwyczajną i nadzwyczajną. Obecność balsamu kanadyjskiego powoduje eliminację jednej z wiązek poprzez całkowite wewnętrzne odbicie .Po wyeliminowaniu jednej wiązki, druga po przejściu przez pryzmat jest spolaryzowana liniowo . Ważną rolę odgrywa płytka półcieniowa, która skręca płaszczyznę polaryzacji światła. Następnie światło spolaryzowane przechodzi przez rurkę z roztworem sacharozy. Ciało optycznie czynne, którym w naszym wypadku jest sacharoza powoduje skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła ponieważ zawiera asymetryczny atom węgla w cząsteczce. Wiązka światła spolaryzowanego liniowo pada na roztwór sacharozy po czym rozszczepia się na dwie wiązki spolaryzowane kołowo prawo- i lewoskrętnie. Po wyjściu z kryształu wiązki dodają się dając światło spolaryzowane liniowo, a powstała wiązka ma inny kierunek polaryzacji niż pierwotnie. Do wyznaczenia kąta α skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła korzystamy z prawa Biota:

α= α₀cl

gdzie:α₀-współczynnik skręcenia właściwego płaszczyzny polaryzacji światła, c-stężenie roztworu, l-długość drogi przebytej przez światło w cieczy

2) Plan pracy:

1. Zapoznajemy się z zasadą odczytywania położenia kątowego analizatora.

2. Notujemy dokładność odczytu położenia kontowego analizatota.

3. Wyznaczamy położenie kątowe analizatora przy rurce nie zawierającej cieczy w ciemnym polu

4. Przy rurce napełnionej wodą destylowaną mierzymy dziesięciokrotnie położenie kątowe w ciemnym polu

5. Sporządzamy pięć roztworów sacharozy o kolejnych stężeniach: 2,2% 5% 7% 10% 11%

6. Dla sporządzonych roztworów sacharozy wykonujemy pomiary położenia kątowego analizatora przy ciemnym polu. Dla każdego stężenia wykonujemy dziesięć pomiarów.

7. Wykonujemy dziesięciokrotne pomiary położenia kątowego analizatora dla roztworu o nieznanym stężeniu.

3) Opracowanie wyników:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie α₀ dla wodnego roztworu cukru oraz wyznaczenie stężenia dla nieznanego roztworu.

Aby wykonać roztwory o określonych stężeniach skorzystaliśmy z proporcji. Przykładowo dla stężenia 5g zastosowaliśmy następującą proporcje:

5g sacharozy ---------- 95g H₂O

Xg sacharozy ---------- 85g H₂O

X = 4,47g sacharozy

Dla poszczególnych roztworów masa wody wynosiła zawsze 21,8 g natomiast masa sacharozy wynosiła:

- dla roztworu 2,2% - 1,91g sacharozy

- dla roztworu 7% - 6,39g sacharozy

- dla roztworu 10% - 9,44g sacharozy

• dla roztworu 11% - 10,5g sacharozy

Tabela 1. Przedstawia wyniki kolejnych pomiarów położenia kątowego analizatora dla poszczególnych stężeń

Nr. Pomiaru	Woda destyl		2,2%		5%		7%		10%		11%		Niezn stęż
	α	ε	α	ε	α	ε	α	ε	α	ε	α	ε	α	ε
1	0,2	0,14	2,25	0,02	5,0	0,00	7,2	0,23	10,0	0,08	11,3	0,06	12,9	0,16
2	0,4	0,06	2,4	0,13	5,0	0,00	6,8	0,17	9,9	0,02	11,5	0,14	12,7	0,04
3	0,35	0,01	2,2	0,07	5,0	0,00	7,0	0,03	9,95	0,03	11,4	0,04	12,8	0,06
4	0,35	0,01	2,4	0,13	5,2	0,2	7,0	0,03	9,8	0,12	11,3	0,06	12,7	0,04
5	0,3	0,04	2,2	0,07	5,2	0,2	7,05	0,08	10,0	0,08	11,3	0,06	12,8	0,06
6	0,35	0,01	2,35	0,08	5,1	0,1	7,0	0,03	10,0	0,08	11,35	0,01	12,8	0,06
7	0,35	0,01	2,2	0,07	5,1	0,1	6,9	0,07	10,0	0,08	11,3	0,06	12,7	0,04
8	0,4	0,06	2,3	0,03	4,7	0,3	7,0	0,03	9,8	0,12	11,5	0,14	12,8	0,06
9	0,3	0,04	2,2	0,07	4,8	0,2	6,8	0,17	9,8	0,12	11,3	0,06	12,5	0,24
10	0,4	0,06	2,2	0,07	4,9	0,1	6,95	0,02	9,9	0,02	11,4	0,04	12,7	0,04
αśr	0,34	-	2,27	-	5,0	-	6,97	-	9,92	-	11,36	-	12,74	-
σ	0,02		0,03		0,05		0,04		0,03		0,03		0,03

ε=|α_śr - α_i| - odchylenie od wartości średniej

- odchylenie standardowe

Wyznaczono niepewność pomiarową dla średniej wartości kąta zerowego dla wody destylowanej:

α₀=0,34 ± 0,04

Dla poszczególnych stężeń wyznaczono różnicę z kątem zerowym (α_śr - α₀)

Wyliczono niepewność całkowitą ze wzoru:

2,2% α=(1,93±0,04) [deg]

5% α=(4,66±0,06) [deg]

7% α=(6,63±0,05) [deg]

10% α=(9,58±0,04) [deg]

11% α=(11,02±0,04) [deg]

4) Wykonanie wykresu zależności α_{i (średnie)}(c_i)

Milena Michalak

Kierunek: Biologia

Ćwiczenie: O₇

Data ćw: 18.03.2008