16322

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ И НЕИЗВЕСТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА ПРИ ПОМОЩИ ПОЛЯРИМЕТРА СМ – 3

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ И НЕИЗВЕСТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА ПРИ ПОМОЩИ ПОЛЯРИМЕТРА СМ 3 Описание лабораторной установки Поляриметр круговой СМ3 используемый в данной работе применяется для измерения угла вращения пл

Русский

2013-06-20

164 KB

33 чел.

Лабораторная работа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ И НЕИЗВЕСТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА ПРИ ПОМОЩИ ПОЛЯРИМЕТРА СМ – 3

Описание лабораторной установки

Поляриметр круговой СМ-3, используемый в данной работе, применяется для измерения угла вращения плоскости поляризации оптически активными прозрачными однородными растворами и жидкостями. На рис.2.13. показан общий вид и устройство поляриметра СМ-3.

Головка поляризатора с анализатором  1  является измерительной частью поляриметра и состоит из поляризационного устройства, анализатора и наблюдательной трубки, закрепленных на концах корпуса кюветного отделения  2 .

На лицевой стороне измерительной головки прибора имеется окуляр  7 с двумя лупами, через которые снимаются отсчеты со шкалы лимба и отсчетного устройства. Вращением втулки  8  устанавливают резкое изображение линии раздела поля зрения.

Лимб закреплен на цилиндрическом зубчатом колесе. На лимбе нанесена 360-градусная шкала с ценой деления 0,5о . Вращение лимба осуществляется ручкой  6 . На корпусе  5  закреплены нониусы отсчетных устройств, расположенные диаметрально. Каждый нониус имеет 25 делений. Величина отсчета по нониусу 0,02о.

В кюветное отделение вставляется трубка, на которую нанесена ее фактическая длина между торцами. На стеклянной трубке имеется выпуклость, необходимая для сбора пузырьков воздуха.

Осветительный узел  3  состоит из натриевой лампы в патроне, стеклянного светофильтра, матового стекла и диафрагмы. На тыльной стороне, в нижней части осветительного узла находится тумблер включения.

На рис.2.14. показана оптическая схема прибора СМ-3. Свет от лампы  1 (натриевая лампа ДНаС 18-04.2) проходит через светофильтр  2 , конденсор  3 , поляризатор  4 , хроматическую фазовую пластинку  5 , защитное стекло  6 , трубку  7  с двумя покровными стеклами  8 ,  анализатор  9 , объектив  10 , окуляр  11  и две лупы  12 .

Методика измерения угла поворота плоскости поляризации

В поляриметре применен принцип уравнивания яркостей поля зрения, разделенного на две части. Разделение поля зрения на части осуществляется введением в оптическую систему поляриметра хроматической фазовой пластинки.

Фазовые пластинки изготавливают из искусственного кристаллического кварца с определенным направлением оптической оси. Свет от лампы, пройдя через конденсор и поляризатор, одной частью пучка проходит через хроматическую фазовую пластинку, защитное стекло, кювету и анализатор. Другая половина пучка не проходит через фазовую пластинку. Являясь оптически активным веществом, кварц будет поворачивать плоскость поляризации падающего на него света на довольно значительный угол. При этом, как известно, угол поворота пропорционален толщине пластинки. Изготовив пластинку определенной толщины, можно подобрать необходимый угол поворота.

Пусть направление падающего света, прошедшего через поляризатор,                                                                                                                                                                                                                                                                              перпендикулярно плоскости чертежа (рис.2.15, а), а плоскость поляризации  РР' составляет 86,5о с плоскостью поляризации  АА'  анализатора. Тогда половина светового пучка, прошедшего только поляризатор, окажется линейно поляризованной вдоль направления  РР', а плоскость поляризации другой половины светового пучка, прошедшей через фазовую пластинку, повернется и окажется направленной вдоль  ВВ'. При этом амплитуда падающего на анализатор света  будет одинакова в обеих половинках пучка света: вектор   на рис.2.15, а. Свет, прошедший анализатор, также будет иметь одинаковые амплитуды в обеих частях светового пучка:  , а половинки поля зрения  1  и  2  будут освещены одинаково:

,

где   - интенсивность падающего света.

Если между поляризатором и анализатором ввести кювету с оптически активным правовращающим раствором, то плоскость поляризации  РР' падающего света повернется на малый угол  φ по часовой стрелке (рис.2.15, б). Очевидно, что  и равномерность освещения половинок  1  и  2  поля зрения нарушится:

На рис.2.15, в в качестве примера показано, как будет меняться освещенность поля зрения анализатора в случае левовращающей оптически активной среды.

Равенство освещенностей полей сравнения можно восстановить, поворачивая анализатор на угол, равный углу поворота плоскости поляризатора раствором. Следовательно, угол вращения плоскости поляризации будет определяться по разности отсчетов, соответствующих равенству освещенности полей зрения: с оптически активным веществом и без него.

По углу вращения плоскости поляризации возможно определение концентрации оптически активных веществ. Для большинства таких веществ угол поворота определяется формулой (1.8). Тогда неизвестная концентрация  ,  где  φ – угол поворота в градусах; α – удельное вращение оптически активного вещества для излучения  λ = 589 нм  при температуре  20о С;  l – длина кюветы.

При измерении на поляриметре угла вращения плоскости поляризации правовращающими оптически активными растворами отсчеты по шкале первого отсчетного устройства и лимбу будут от  0  до  35о.

Практическая часть

Упражнение №1. Определение удельного вращения плоскости поляризации света в растворе сахара

  1.  Включить прибор в сеть.
  2.  В кюветное отделение поляриметра вставить трубку с дистиллированной водой и закрыть крышкой. Вращением втулки  8  (рис.2.13) установить окуляр на резкое изображение линии раздела полей сравнения.
  3.  Вращая ручку  6 (рис.2.13), повернуть анализатор так, чтобы половинки поля зрения были одинаково освещены (минимально освещены). При этом в поле зрения не должно наблюдаться окрашивания частей поля зрения и не должно быть заметно резкого выделения стороны хроматической фазовой пластинки. Резкое выделение стороны фазовой пластинки может происходить от неправильной установки лампы.
  4.  По лимбу и нониусу отметить нулевое положение  φ0  с точностью отсчета (по нониусу) до 0,02о .   На шкале нониуса цифра «10» соответствует отсчету 0,10о  ; «20» соответствует 0,20о  и т. д. Нулевой отсчет определить не менее трех раз, каждый раз сбивая его поворотом лимба вправо или влево. Найти среднее значение   . Полученные данные занести в табл.2.5.
  5.  Кювету с исследуемым раствором поместить в кюветное отделение поляриметра и закрыть крышкой. Затем установить втулкой окуляр на резкое изображение линии раздела полей сравнения.
  6.  Плавным и медленным поворотом анализатора добиться одинаковой освещенности (минимальной) обеих половинок поля зрения (линия раздела при этом исчезнет). Сделать отсчет    по лимбу и нониусу. Отсчет произвести не менее трех раз, сбивая положение лимба вправо и влево. Найти среднее значение   . Полученные данные занести в табл.2.5. Вычислить угол поворота плоскости поляризации  . Результат вычисления занести в табл.2.6.
  7.  Вынуть трубку с раствором; заменить ее другой; опыт повторить для всех известных концентраций сахарного раствора. Результаты измерений и вычислений занести в таблицы  2.5  и  2.6.
  8.  Вычислить удельное вращение плоскости поляризации сахара по известным концентрациям и соответствующим углам поворота плоскости поляризации. Согласно формуле (1.8), удельное вращение

,

где  φi – угол поворота плоскости поляризации в градусах,  l - толщина слоя оптически активного раствора в  см , с – концентрация раствора в  г·см-3 . Полученные результаты занести в табл.2.6.

9.  Найти среднее значение     и сравнить результат эксперимента с табличным значением: для сахарного раствора (при   λ  = 0,589 мкм)   = 4,80 град. г-1 см3 см-1.

                Определение угла поворота плоскости поляризации

и удельного вращения сахарного раствора           Таблица  2.5

опыта

φ0 ,

град

,

град

Концентрация раствора  с  (г·см -3 )

с1 =

с2 =

с3 =

с4 =

, град

, град

, град

, град

1

2

3

=

=

=

=


Таблица 2.6

Концентрация

раствора  с , (г·см -3 )

Угол поворота плоскости

поляризации  φ (град)

Удельное вращение

α (град. г-1 см3 см-1)

Упражнение №2. Определение неизвестной концентрации

сахарного раствора

  1.  По данным табл.2.6. построить градуировочную кривую зависимости угла поворота плоскости поляризации от концентрации сахара в  растворе.
  2.  Кювету с раствором сахара неизвестной концентрации  сx  поместить в кюветное отделение и произвести измерение угла поворота   плоскости поляризации (Упражнение №1, пп. 4, 5, 6). Найти  среднее значение   .
  3.  По градуировочной кривой определить неизвестную концентрацию сахарного раствора по соответствующему углу   .

Контрольные вопросы

  1.  Как проявляется оптическая активность вещества?
  2.  Что такое удельное вращение?
  3.  Как объясняется явление вращения плоскости поляризации света в феноменологической теории?
  4.  Объяснить принцип уравнивания освещенностей полей зрения в поляриметре.
  5.  Как в данной работе измеряется угол поворота плоскости поляризации света сахарным раствором?
  6.  Как определить концентрацию сахара в растворе?
  7.  Где используется оптическая активность веществ?


Библиографический список

Основная литература

  1.  Матвеев А.Н. Оптика. - М.: Высшая школа, 1985. §44, с.281-284.
  2.  Ландсберг Г.С. Оптика. - М.: Наука, 1976. Гл.X X, c.607-620.

Дополнительная литература

  1.  Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Наука, 1973.
  2.  Калитеевский Н.И.  Волновая оптика. - М.: Наука, 1971.


Рис.
2.13. Основные элементы конструкции поляриметра: 1 – головка анализатора с поляризатором; 2 – кюветное отделение; 3 –осветительный узел; 4 - основание; 5 –корпус; 6 – ручка вращения лимба; 7 – окуляр; 8 – втулка для наведения на резкость

8

5

6

3

2

1

7

Рис.2.14. Оптическая принципиальная схема поляриметра СМ-3

5

3

12

11

10

9

8

7

6

4

1

2

Рис.2.15. К определению угла поворота

плоскости поляризации

а)

1

2

б)

в)

2

1

1

2

В'

Р'

Р

А'

А

Р

В

2β

В'

А

А'

φ

Р'

В

Р

В'

А

А'

φ

Р'

В


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83117. Як тварини готуються до зими? Комахи восени 141.5 KB
  Мета: встановлювати причинно-наслідкові звязки між змінами в неживій природі в житті рослин та тварин восени; формувати уявлення про комах про їхню поведінку восени; співставляти відповідність між зображенням комахи і способом в який вона готується до зими; збагачувати словник дітей новими словами...
83118. ПКРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ. ПРИРОДОВЕДЕНИЕ 1.01 MB
  Цели урока: Формировать представление о процессах испарения конденсации замерзания и таяния воды о связи с сезонными изменениями в природе. Базовые понятия на уроке: вещество газообразное состояние твёрдое состояние круговорот воды конденсация испарение гипотеза.
83119. Человек. Виды деятельности. Одежда 111 KB
  Задачи урока: образовательная: научить использовать активную лексику урока в речи актуализировать знания по теме Одежда цвета профессии; Развивающая: развивать память внимание воображение учащихся; Практическая: практика речи письма визуального восприятия материала;...
83120. Имя прилагательное как часть речи в русском и английском языках. Изменение имён прилагательных по родам и числам. Сравнение категории числа имени прилагательного в русском и английском языках 58.5 KB
  Цель: обобщить и систематизировать знания учащихся об имени прилагательном развивать умения распознавать имена прилагательные в русском и английском языках определять род и число прилагательного в русском языке и невозможность определения категории числа в английском.
83121. Путешествие с Планетой. Мой дом – моя Родина 549.5 KB
  Основные понятия и термины урока: Планета Земля вселенная планеты солнечной системы Родина страна столица мой город компас горизонт карта план местности экология экологические проблемы. Кто пришел к нам в гости Правильно к нам в гости пришла Планета Земля. Планета Земля подготовила для вас вопросы и задания.
83122. Різноманітність рослин у природі. В.О.Сухомлинський «Верба над ставком» 110 KB
  Формувати уявлення про різноманітність рослинного світу про водорості мохи хвощі папороті хвойні рослини квіткові рослини уміння розрізняти окремі рослини цих груп розуміти цінність їх у природі; виробляти уміння узагальнювати робити висновки оцінювати результати діяльності...
83123. Внеклассное чтение о дружбе, товариществе «Умею ли я дружить?» 72 KB
  Цели урока: развивать навыки чтения, связную речь, мышление, память, внимание и умение работать в быстром темпе, умение работать самостоятельно и формировать навыки контроля и самоконтроля; способствовать развитию у учащихся чувства гуманности, сопереживания, сплочению классного...
83124. Письмове віднімання чисел без переходу через десяток. Прості задачі на віднімання 224.5 KB
  Мета. Ознайомити учнів із прийомами письмового віднімання трицифрових чисел без переходу через розряд; удосконалювати вміння учнів розв’язувати прості задачі на дію віднімання та задачі, що включають суми двох і трьох доданків; розвивати логічне мислення, математичне мовлення...
83125. Число і цифра 8. Написання цифри 8. Порівняння чисел в межах 8 87 KB
  Мета. Ознайомити учнів із числом 8, пояснити утворення числа 8 додаванням одиниці до попереднього числа; закріпити знання взаємозв’язку між частиною і цілим; вчити користуватися у мовленні числівниками; розвивати логічні мислення учнів, пам’ять, уважність, спостережливість...