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

11775. Предмет та задачі дослідження операцій 165 KB
  Предмет та задачі дослідження операцій Предмет та історія виникнення дослідження операцій ДО. Основні поняття ДО та етапи операційного дослідження Пряма та обернена задачі ДО. Детерміновані задачі ДО. Проблема вибору розвязків в умовах невизначеності. ...
11776. Пошук оптимального розв’язку багатокритерійних лінійних задач 153.21 KB
  Звіт до лабораторної роботи №5 на тему: Пошук оптимального розвязку багатокритерійних лінійних задач З курсу: Математичні методи дослідження операцій Мета: Вивчити методологію розвязання багатокритерійних оптимізаційних задач на прикладі задачі розпо...
11777. Аналіз оптимізаційних задач. Аналіз оптимального розв’язку. Параметричний аналіз. Графічне представлення 139.27 KB
  З в і т про виконання лабораторної роботи 3 на тему: Аналіз оптимізаційних задач. Аналіз оптимального розвязку. Параметричний аналіз. Графічне представлення. З курсу: Математичні методи дослідження операцій Мета: Вивчити методи аналізу задач лінійного пр
11778. Основні етапи розв’язання задач на дослідження операцій 77.35 KB
  Звіт до лабораторної роботи №1 з дисципліни Математичні методи дослідження операцій ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1 Тема роботи: Основні етапи розвязання задач на дослідження операцій. Питання: Поняття про задачі дослідження операцій. Поняття моделі класифік...
11779. ТРАНСПОРТНАЯ ЗАДАЧА ЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ (ТЗЛП) 256 KB
  ТЕМА 1 ТРАНСПОРТНАЯ ЗАДАЧА ЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ ТЗЛП 1. Содержательная постановка и формальная модель ТЗЛП. 2. Условие существования решения ТЗЛП. Построение формальной модели ТЗЛП при нарушении усло...
11780. Математичні методи дослідження операцій. Лабораторні роботи 465 KB
  ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ 16 з дисципліни Математичні методи дослідження операцій ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1 ТЕМА: Графічний метод розвязування задач лінійного програмування ЛП. МЕТА: Опанувати графічний метод побудови допустимої області ЗЛП та ліній рівн
11781. Первоначальные сведения и правила работы в операционной системы Windows’2000/2003 59.5 KB
  Лабораторная работа № 1. Тема: Первоначальные сведения и правила работы в операционной системы Windows2000/2003. Цель работы: Освоить основные приемы и методы работы с объектами операционной системы Windows2000/2003 XP. Содержание работы: Освоение основных приемов настройки и ра...
11782. Работа со стандартными программами в операционной системе Windows’2000/2003, XP 55.5 KB
  Лабораторная работа № 2 Тема: Работа со стандартными программами в операционной системе Windows2000/2003 XP. Цель работы: Получить практические навыки работы со стандартными программами Windows2000/2003 XP. Содержание работы: Освоение основных приемов работы со стандартными...
11783. Работа с сервисными программами в операционной системе Windows’2000/2003 1.69 MB
  Лабораторная работа № 3. Тема: Работа с сервисными программами в операционной системе Windows2000/2003. Цель работы: Получить практические навыки работы с дискетами и сервисными программами Windows2000/2003. Содержание работы: Освоение основных приемов ра...