11281

Определение концентрации раствора сахара при помощи сахариметра

Лабораторная работа

Физика

Определение концентрации раствора сахара при помощи сахариметра. Методические указания содержат краткое описание процесса распространения линейно поляризованного света в оптически активных веществах. Методические указания предназначены для студентов инжене...

Русский

2013-04-05

340 KB

176 чел.

Определение концентрации раствора сахара при помощи сахариметра.

Методические указания содержат краткое описание процесса распространения линейно поляризованного света в оптически активных веществах.

Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения, в программу учебного курса которых входит выполнение лабораторных работ по физике (раздел <<Оптика>>).

Печатается по решению методической комиссии факультета

<<Нанотехнологии и композиционные материалы>>

Рецензент доцент каф. физики, к.ф.-м.н. ЛЕМЕШКО Г.Ф.

©Издательский центр ДГТУ, 2011

Лабораторная работа № 9

Определение концентрации раствора сахара при помощи поляриметра

Цель работы: 1) рассмотреть процесс распространения линейно        поляризованного света в оптически активных веществах;

2) определить концентрацию растворов сахара.

Оборудование:  сахариметр, набор трубок с растворами сахара разной концентрации.

Теоретическая часть

Свет – это электромагнитные волны определенного диапазона длин волн. Электромагнитные волны поперечны: векторы напряженностей электрического  и магнитного  полей волны взаимно перпендикулярны и колеблются синфазно перпендикулярно вектору скорости  распространения волны (перпендикулярно лучу). Эмпирически установлено, что физиологическое, фотоэлектрическое и другие действия света вызываются колебаниями вектора напряженности электрического поля , который называется в оптике световым вектором.

Свет, который можно представить как совокупность световых векторов , равновероятно ориентированных по всем направлениям, называется естественным.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким- либо образом упорядочены, называется поляризованным.

Свет, в котором вектор  колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, называется линейно поляризованным.

Плоскость, в которой колеблется световой вектор , называется плоскостью колебаний или плоскостью поляризации (рис. 1).

Различают свет поляризованный в плоскости, по кругу, по эллипсу или частично поляризованный.

Линейно поляризованный свет можно получить из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами.

Устройство, позволяющее анализировать свет, вышедший из поляризатора, называется анализатором. Поляризатор и анализатор взаимозаменяемы. В качестве поляризатора и анализатора могут быть использованы поляроидные пленки, призмы Николя (николи) или другие устройства.

Плоскость, проходящая через поляризатор (анализатор) и в которой колеблется световой вектор , называется плоскостью поляризатора или главным сечением поляризатора (анализатора).

Если на скрещенные поляризатор и анализатор направить естественный свет, то из анализатора выходит доля света, согласно закону Малюса, пропорциональная квадрату косинуса угла между главными сечениями поляризатора и анализатора (см. рис. 1):

,   (1)

где– интенсивность естественного света; – интенсивность поляризованного света (, в силу двойного лучепреломления или явления дихроизма),  – интенсивность света, прошедшего анализатор (рис. 1).  Из закона Малюса следует, что если , то , т. е. поляризатор и анализатор скрещены или «поставлены на темноту», а если , то  -  поляризатор и анализатор параллельны или «поставлены на свет», таким образом:

, а .

Оптически активными называются вещества, способные поворачивать плоскость поляризации света при прохождении его через такие вещества, как камфора, никотин, сахар, кварц и другие,

Рис. 1

имеющие асимметричное строение молекул.

Вращение плоскости поляризации было объяснено Френелем. Он предложил вектор линейно поляризованного света рассматривать как совокупность двух векторов  и  с левым и правым вращением. В обычных средах угловая скорость вращения векторов   и   одинакова, так что суммарный вектор  в любой момент времени лежит в одной и той же плоскости (рис. 2).

Рис. 2

В оптически активных веществах, благодаря особенности их структуры, угловые скорости вращения векторов  и  становятся разными, и по мере прохождения луча в оптически активной среде, вектор  будет отклоняться от начального положения  на угол

,    (2)

где - удельное вращение раствора, зависящее от природы оптически активного вещества и растворителя, длины волны света и температуры;  - длина хода луча в веществе; - концентрация раствора оптически активного вещества.

Закономерность (2) используется в двух случаях.

  1.  По известным ,  и  определяют удельное вращение раствора

      (3)

  1.  По известным , ,  определяют концентрацию

     раствора оптически активного вещества

  (4)

Между скрещенными поляризатором и анализатором (николями) помещают трубку с раствором оптически активного вещества (сахара). Поле зрения между николями, «поставленными

г

Рис. 3

г

Рис. 4

на темноту», просветляется. Чтобы добиться полного гашения света, нужно анализатор повернуть вокруг луча на угол , равный углу вращения плоскости поляризации. Когда поле зрения окуляра равномерно затемнено рис. 3в (или рис. 4в), измеряем угол по шкале 3г (или рис. 4г).

Этот метод позволяет с достаточно большой точностью определять концентрации растворов оптически активных веществ, хорошо растворимых в воде, и широко используется в пищевой промышленности,  медицине, криминалистике.

Устройство сахариметра и методика измерений.

В данной работе используется сахариметр, позволяющий с высокой точностью определять концентрацию сахара, растворенного в воде.

Оптическая схема сахариметра  показана на рис. 5.

Рис. 5

В нее входят: 1 – осветительная лампа; 2 – светофильтр; 3 – объектив; 4 – окуляр; 5 – поляризатор; 6 – кварцевая пластина; 7 – кювета с раствором; 8 – анализатор.

Осветительная лампа 1 установлена в главный фокус объектива 3, после которого получают плоскопараллельный пучок света. Светофильтр 2 пропускает свет определенной длины волны. После поляризатора 5 линейно поляризованный свет проходит через кювету с раствором 7, анализатор 8 и окуляр 4. Благодаря кварцевой пластине 6 поле зрения окуляра разделено на три или две части (рис. 3, 4) в зависимости от конструктивных особенностей сахариметра. Четкое изображение поля зрения достигается перемещением окуляра вдоль оптической оси. Поле зрения между поляризатором и анализатором,  изначально поставленных на «темноту» (рис. 3в или 4в),  просветляется (рис. 3а, б или 4а, б). Для получения начального изображения поля зрения (рис. 3в или 4в) необходимо анализатор повернуть вокруг луча на угол , равный углу вращения плоскости поляризации. Численное значение угла  измеряют по отсчетной шкале (рис. 3г или 4г), механически связанной с анализатором. Так, например,  по шкале рис. 3г показаниям соответствует значение угла   3, 60, а по шкале 4г – 11,750.  Приборная погрешность шкалы 3г  , а шкалы 4г - .           

Порядок выполнения работы.

Задание 1. Определение удельного вращения раствора сахара.

  1.  Пустую камеру сахариметра закрыть шторкой и включить осветительную лампу.
  2.  Наблюдая в окуляр, перемещением его вдоль оптической оси и вращением анализатора вокруг оптической оси, добиться четкого, равномерного затемнения полей (рис 4в или 5в).
  3.  Произвести отсчет угла  по нониусу (см. рис 4г или 5г).
  4.  Трижды повторив пункты 2 и 3, определить среднее значение , которое принимается за начало отсчета.
  5.  Поместить в камеру сахариметра трубку с раствором сахара известной концентрации  и повторить пункты  2 и 3. Определить угол вращения плоскости поляризации: .
  6.  Повторить пункт 5 для 3 – 5 трубок одинаковой длины с известной концентрацией.
  7.  Построить график зависимости для растворов с известной концентрацией.
  8.  По  тангенсу угла наклона интерполирующей прямой определить среднее значение удельного вращения

.

  1.  Вычислить относительную погрешность и доверительный интервал по формулам:

  1.  Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.

Таблица 1

N п/п

1

2

3

Средн

Примечание:  Вместо пунктов 7 и 8 допускаются вычисления по формуле (3) построчно с последующим определением среднего арифметического значения .

Задание 2. Определение концентрации раствора сахара.

  1.  Поместить в камеру сахариметра трубку с раствором сахара неизвестной концентрации  и повторить пункты 2, 3 задания 1 не менее трех раз.
  2.  Определить угол вращения плоскости поляризации: . По формуле (4) Вычислить .
  3.  Повторить пункт 2 для остальных измерений и найти среднее значение .
  4.  Вычислить относительную погрешность и доверительный интервал по формулам:

  1.  Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.
  2.  По проделанной работе сделать вывод.

Таблица 2

N п/п

1

2

3

средн

Контрольные вопросы

  1.  В чем состоит отличие естественного от поляризованного света?
  2.  Что называется световым вектором? плоскостью колебаний? плоскостью поляризации?
  3.  Что называют поляризатором? анализатором?
  4.  Как объясняется вращение плоскости поляризации оптически активными веществами?
  5.  Сформулируйте закон Малюса.
  6.  От каких факторов зависит удельное вращение?
  7.  В чем заключается методика измерений?

Рекомендуемая литература

  1.  Трофимова Т. И. Курс физики.- М.: Высш. шк., 2004
  2.  Федосеев В. Б. Физика,- Ростов н/Д: Феникс, 2009
  3.  Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике.-М.:Наука, 2006

Техника безопасности

  1.  К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с ее устройством и принципом действия.
  2.  Для предотвращения опрокидывания установки необходимо располагать ее только на горизонтальной поверхности.

Составители: В.С. Ковалева, А. П. Кудря,  Н. Н. Фролова

Определение концентрации раствора сахара при помощи сахариметра

Методические указания к лабораторной работе №9 по физике

(Раздел <<Оптика>>)

Редактор А. А. Литвинова

     В печать

      Объем   Офсет. Формат

      Бумага тип №   Заказ №        Тираж     Цена

_______________________________________________________________

     Издательский центр ДГТУ

     Адрес университета и полиграфического предприятия:

     344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41004. Культурологія як наукова дисципліна: об’єкт і предмет 50.5 KB
  Сутність культури визначається у трьох основних її сферах: предмети матеріальної і духовної діяльності людини; субєкти творці і носії культури; національний характер народу менталітет мораль. Творчість від Бога і людини. Захід протиставляє Людину і Природу людина панує над природою може змінити її у відносності до своїх уявлень про досконалість і потреб єдність людини з природою можлива через підлаштування пристосування до людини. Східна культура орієнтується на нерозривність людини і природи на їх єдність на основі...
41005. СУТЬ, РОЛЬ І МЕТОДОЛОГІЧНІ ОСНОВИ МЕНЕДЖМЕНТУ 455 KB
  Суть зміст менеджменту та управління Менеджмент як система наукових знань та як мистецтво управління Рівні управління. Методи досліджень Менеджмент як специфічна сфера людської діяльності Будьяке управління це не тільки управління своїм часом а й управління процесами часу.
41006. М’язова система людини та її вікові особливості 145.5 KB
  Основні поняття теми: мязи посмугований скелетний мяз будова мяза фасція мязові волокна міофібрили актин міозин групи мязів синергісти антагоністи згиначі розгиначі скорочення мязів тонус мязів сила мязів втома мязів рухова активність гіподинамія травматичні пошкодження опорнорухового апарату фізична культура динамічна робота статична робота фізична втома постава фізіологічна постава патологічна постава сколіоз кіфоз лордоз плоскостопість. Посмуговані скелетні мязи це активна частина...
41007. СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ ОХОРОНОЮ ПРАЦІ В ОРГАНІЗАЦІЇ 162 KB
  Історія виникнення і розвитку системи управління охороною праці в організації СУОП. Політика в галузі охорони праці. Функціональні обовязки з охорони праці керівників посадових осіб і фахівців підприємства галузі.
41008. Організація навчально-виховного процесу в педагогічних закладах 96 KB
  Ознайомити студентів з специфікою організації навчальновиховного процесу в педагогічних закладах; системою контролю та оцінювання умінь та навичок студентів особливостями організації та проведення педагогічної практики. Система контролю та оцінювання знань умінь і навичок студентів. Педагогічна практика студентів. Методичні рекомендації з питань організації та проведення педагогічної практики студентів перед випуском і випускних курсів педагогічних інститутів.
41009. Поняття про педагогічні конфлікти: специфіка, функції 154.5 KB
  Природа педагогічного конфлікту має суттєві відмінності порівняно з іншими видами конфліктів зумовлені тим що в конфліктну взаємодію включені дитина і дорослий а не просто дві рівноцінні дорослі людини що мають певний досвід розум волю саморегуляцію і інші якості набуті в ході життя В. Тому велика кількість літератури з питань конфліктів не завжди сприяє педагогічному успіху у вирішенні проблеми педагогічного конфлікту. Більше того необхідність вивчення педагогічних конфліктів диктується гостротою соціальнопсихологічних ситуацій в...
41010. ЕТЮД НА ПОДІЮ, ЯКУ ВИРАЖЕНО «ЛАНЦЮГОМ ПСИХОФІЗИЧНИХ ДІЙ» НА ОСНОВІ ЛІТЕРАТУРНОГО ТВОРУ 235.5 KB
  Якщо у вправі студенти освоюють той або інший навик узятий ізольовано як такий то етюд це завжди якась історія відрізок життя в основі якого лежить подія. В таких етюдах особливо важливим є момент сприйняття факту: детальна розшифровка миті життя що передбачає рух думки внутрішній монолог внутрішню боротьбу мотивів розробку психофізичної реакції на подію темпоритму існування. В кінці життя Костянтин Сергійович Станіславський стверджував що надзадача і наскрізна дія головне в мистецтві. Необхідно виробити в собі звичку постійно...
41011. Походження і головні етапи розвитку культури 37 KB
  Виникнення мистецтва.Основні види мистецтва.Походження мистецтва.Види і функції мистецтва.Виготовлення знарядь праці передбачає ускладнення центральної нервової системи, передовсім головного мозку,здатність до точніших рухів,але не розвиток м’язів
41012. Медичні та соціальні проблеми вживання психоактивних речовин 74.5 KB
  Крім цього у хворих які зловживають психоактивніми речовинами набагато частіше розвиваються ураження шлунковокишкового тракту панкреатити гастрити пептичні виразки шлунка й ін. Одним з визначальних завдань наркології є лікування хворих на алкоголізм наркоманію та токсикоманію. Оскільки зловживання алкоголем у хворих на алкоголізм є безпосереднім проявом патологічного потягу до алкоголю його клінічні форми теж належать до істотних характеристик захворювання. Висока смертність хворих на наркоманії токсикоманію обумовлена...