Главная | Обратная связь

Лабораторная работа №6

Изучение вращения плоскости поляризации и определение концентрации сахарных растворов при помощи сахариметра.

Принадлежности: сахариметр СМ, сахариметр универсальный СУ-1, набор поляриметрических трубок, растворы сахара с известными концентрациями, раствор сахара с неизвестной концентрацией.

В основе устройства полутеневых поляриметров лежит явление вращения плоскости колебаний поляризованного света. Вещества, обладающие свойством вращать плоскость поляризации света, называются оптически активными. К их числу принадлежат ряд жидких и твердых органических веществ, а также некоторые минералы – кварц, киноварь и др. Различают «правое» и «левое» вращения. Если поворот плоскости колебаний вектора Е для наблюдения, смотрящего на встречу лучу, совершается по часовой стрелке – правовращающим, если против часовой стрелки - левовращающим. В случае твердого вещества угол вращения пропорционален толщине проходимого светом слоя, а в случае раствора угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине слоя и концентрации раствора : , где -удельное вращение вещества.

Величина зависит от состава растворенного вещества, от выбора растворителя и от длины волны света.

Следует заметить, что определение угла с помощью простейшей установки из поляризатора и анализатора на темноту довольно неточно. Поэтому применяются полутеневые поляриметры, устанавливаемые на равное освещение двух половин поля зрения в монохроматическом свете. Оптическая схема сахариметра приводится на рис.1, где - источник света, Ф – желто-зеленый светофильтр, Об – объектив, после которого параллельный пучок лучей проходит через трубку Т с раствором, ПП и ПА – поляризатор и анализатор, представляющие собой поляроиды, Об и Ок – объектив и окуляр зрительной трубы, К – кварцевая пластинка, вырезанная из кварца параллельно его оптической оси.

 

 

 

Рис.1

С введением кварцевой пластинки поле зрения поляриметра оказывается разделенным на три части: две крайние части, освещаемые поляризованным светом, прошедшим через ПП, и средняя часть поля зрения, освещаемая светом, прошедшим через ПП и кварцевую пластинку.

На рис.2 сплошными стрелками показаны направления амплитуд световых колебаний в указанных выше частях поля зрения. С помощью анализатора ПА можно добиваться одинакового затемнения всех частей поля зрения.

 

 

Рис.2.

 

Это будет, если плоскость световых колебаний, пропускаемых анализатором ПА, будет перпендикулярна биссектрисе угла между направлениями колебаний в средней и крайней частях поля зрения. При этом амплитуды колебаний света будут для всех частей поля зрения одинаковыми. Таким образом, в этом сахариметре роль установки на темноту играет установка всех частей поля зрения на одинаковую яркость. Поляриметры такого типа называются полутеневыми поляриметрами. Если после установки анализатора на одинаковую яркость всех полей зрения плоскости поляризации будут повернуты на один и тот же угол . В результате этого яркости средней и крайних частей поля зрения перестанут быть одинаковыми. Для восстановления равенства яркостей частей поля зрения, достаточно повернуть анализатор ПА на угол, равный . Это делается вращением головки фрикционного колесика Н, поворачивающего ПА (рис.3). Затем делаются отсчеты по лимбу, разделенному на градусы, с помощью верньера (кругового нониуса) М. Верньер дает возможность отсчитывать углы поворота ПА с точностью до 0,5˚. Если при установке угла поворота ПА окажется, что, например, 17-ое деление верньера совпадает с одним из делений лимба, то это значит, что к отсчету целых градусов по лимбу нужно добавить .

 

Рис.3.

 

Выполнение работы

 

Работа с сахариметрами СМ и СУ-1 состоит из следующих частей:

- градуирование прибора по эталонным растворам сахара с известной концентрацией, построение на миллиметровой бумаге градуировочной кривой и определение концентрации раствора сахара;

- определение удельной постоянной вращения сахарозы.

 

Порядок выполнения

 

1. Осветить (без трубки с раствором) поле зрения и добиться отчетливой видимости путем перемещения окуляра вдоль его оси.

2. Сделать (без трубки с раствором) три отсчета установки анализатора на равенство яркости всех частей поля зрения. Записать в таблицу.

3. Повторить пп. 1-2, подставляя в прибор трубку поочередно с различными эталонными растворами сахара.

4. Построить по данным измерений градуировочный график .

5. Измерить угол поворота плоскости поляризации раствором неизвестной концентрации, определить по графику концентрацию раствора в %, затем вычислить значение удельной постоянной вращения сахарозы по формуле , где l – длина использованной трубки в дм.

 

 

Таблица1.

 

Сахари-метр	Концентрация раствора в %, С	Начальная установка	Установка при введении трубки с раствором	Угол поворота плоскости поляризации
СМ

 

Контрольные вопросы:

1.Объясните принцип действия поляриметра.

2.Каково устройство прибора? Показать оптическую схему сахариметра.

3.Почему при работе с сахариметром необходимо применять светофильтры?

4.Можно ли будет пользоваться сахариметром, если бикварцевую пластину поместить правее трубки с сахарным раствором?

5.От чего зависит удельное вращение оптически активного вещества?

 

Литература

1.Ландсберг Г.С. Оптика, М., Гостехиздат, 1957.

2.Путилов К.А., Фабрикант В.А. Курс физики. М., Физматгиз, 1963.

3.Иверонова В.И. Физический практикум. М., Наука, 1963.