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

77645. МЕТЕОРИТНАЯ ОПАСНОСТЬ 1.05 MB
  Задачи работы: на основе дополнительной литературы дать определения понятиям «метеор» и «метеорит»; выяснить, какова причина падений на Землю метеоритов, рассмотреть их различные виды, самые известные случаи падений метеоритов на землю; выяснить...
77646. ОЦЕНКА УБЫТКОВ ПРАВООБЛАДАТЕЛЕЙ ТОВАРНЫХ ЗНАКОВ ОТ КОНТРАФАКЦИИ 194.5 KB
  Современные технологии требуют быстрых и адекватных изменений в законодательстве о защите интеллектуальной собственности разработки эффективных экономико-правовых методик и моделей направленных на улучшение инвестиционного климата в стране и на расследование...
77647. БИОГРАФИЧЕСКИЕ КРИЗИСЫ ЛИЧНОСТИ 182.5 KB
  Задачи исследования: 1 анализ состояния проблемы жизненных кризисов в научной литературе; 2 теоретическая разработка эмпирическая и экспериментальная проверка гипотезы о сущности биографических кризисов; 3 теоретическое и эмпирическое обоснование типов биографического кризиса...
77648. Бразилия в мировой экономике 179.5 KB
  Широкое использование иностранного ссудного капитала в начале 60-х и 80-х годов приводило к кризису валютно-кредитных отношений. Кризис задолженности 80-х годов резко замедлил экономическое развитие страны.
77649. КАРЬЕРА И МОТИВАЦИЯ. УПРАВЛЕНЧЕСКАЯ КАРЬЕРА В РОССИИ 134 KB
  Только в последние несколько лет тема карьеры приобрела широкую популярность в среде российских ученых и практиков, что вызвано реформированием всех основных сфер нашего общества, становлением рыночной экономики, повлекшими за собой изменение отношения ко многим процессам и явлениям...
77650. Інтелігенція України на показових політичних процесах. Справа СВУ 190.2 KB
  Метою мого дослідження є: Визначити заходи радянської влади для впровадження на теренах України русифікаторської політики Визначити перші політичні показові процеси Висвітлити інформацію щодо з’їзду кобзарів та справи СВУ...