Здавалка
Главная | Обратная связь

ТЕОРИЯ И УСТРОЙСТВО САХАРИМЕТРА

Лабораторная работа № 6

 

 

ИЗУЧЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ

РАСТВОРА САХАРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО

КОНЦЕНТРАЦИИ В РАСТВОРЕ

ПРИ ПОМОЩИ САХАРИМЕТРА

 

 

ИЗУЧЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ РАСТВОРА САХАРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО КОНЦЕНТРАЦИИ В РАСТВОРЕ ПРИ ПОМОЩИ САХАРИМЕТРА.

Приборы и принадлежности: 1. Сахариметр с осветителем.

2. Трубки по 10 см. — 3 шт.

3. Трубки по 20 см.—2 шт.

4. Концентрация раствора №4 — 10%.

5. Концентрации растворов № 1,2,3 не известны.

ТЕОРИЯ И УСТРОЙСТВО САХАРИМЕТРА

Так как световые волны есть волны поперечные , то при определенных условиях свет может быть поляризован. Линейно поляризованным называется свет с определенной ориентацией светового вектора, в противоположность естественному свету, где эта ориентация меняется со временем в данной точке также, как и вдоль луча в данный момент. Явление поляризации наблюдается, в частности, при пропускании света через кристаллы исландского шпата, турмалина и др. Такие тела называются поляризаторами. Они как бы производят отсортирование световых волн с определенной ориентацией светового вектора. Но эти же тела могут служить и как анализаторы, т.е. для обнаружения того, как ориентирован световой вектор поляризованного луча. Обычно в поляризованных приборах поляризаторами и анализаторами являются так называемые призмы НИКОЛЯ (или просто "николи"), т.е. призмы, вырезанные определенным образом из кристалла исландского шпата. Когда поляризатор и анализатор "скрещены", то они не пропускают свет, если же они установлены "параллельно", то интенсивность проходящего через них света получается максимальной.

В 1811 году было открыто явление "вращения плоскости поляризации", состоящее в том, что при прохождении линейно поляризованного света через слои некоторых веществ, (к числу которых относятся раствор сахара, кварц и т.д.) плоскость поляризации поворачивается на некоторый угол. Такие вещества называются ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ. Причем, некоторые вещества вращают плоскость поляризации по часовой стрелке (если смотреть навстречу лучу), другие против; первые называются правовращающими, а вторые -левовращающими. Как показали исследования, угол поворота j плоскости поляризации "оптически активными веществами" пропорционален толщине слоя l и зависит от длины волны (приблизительно – ) и от природы вещества. Угол поворота плоскости поляризации при последовательном прохождении луча через ряд оптически активных сред равен алгебраической сумме углов поворота каждой из этих сред, то есть

j=j1+j2+j3+…

Для раствора сахара угол j, кроме того, пропорционален концентрации Z. Следовательно, все эти зависимости для сахарного раствора можно выразить формулой:

j=a×l×Z (1)

 

где a- постоянный множитель зависящий от выбора единицы для 1 и Z и длины волны, а также температуры. Измерив l и j и зная a можно определить Z, т.е.

концентрацию растворенного активного вещества.

Приборы, предназначенные для таких измерений называются сахариметрами. Схема простейшего сахариметра (поляризатор) имеет следующий вид

 
 

Рис. 1

Где N1(n) и N2(A) - "николи² а Т - трубка с раствором. Угол поворота j определяется в результате двух установок анализатора "на темноту" в отсутствии и присутствии раствора. В более совершенных современных, так называемых полутеневых сахариметрах, установка производится не "на темноту", а на равную яркость двух половин поля, что достигается особым устройством анализатора, разделенного на две половины, причем, каждая из частей способна пропускать луч, поляризованный в плоскостях, отличающихся на некоторый угол (от 1° до 5°). Поэтому, когда на анализатор будет падать луч, поляризованный в плоскости, делящий угол между плоскостями обоих половин анализатора пополам, то обе половины поля будут одной яркости ("полутень"), в противном случае одна будет темная, а другая светлая (рис. 2 в, г, д). Для определения угла поворота j вместо вращения анализатора употребляют так называемый компенсатор (например компенсатор Солейля), который состоит из пластинки Д "правого" кварца и двух скользящих друг около друга клиньев С1 и С2 "левого" кварца, образующих пластинку переменной толщины (рис. З).

 


Рис. З

Смещение клиньев может быть точно отсчитано по шкале микрометрического устройства. Регулируя положение клиньев (толщину переменной пластинки) можно компенсировать поворот плоскости поляризации, вызванной раствором сахара. При отсутствии раствора, когда произведена установка на "полутень" отсчет по шкале равен 0. Пусть отсчет по шкале, когда на пути луча помещен раствор, будет равен пZ тогда можно написать:

n ~ Z или n=b × l × Z (2)

где b - постоянный коэффициент отличный от a

(3)

В данной работе нужно проверить справедливость формулы (3), а, следовательно, из равенства (1), а также с помощью формулы (3) определить неизвестную концентрацию.

К поляриметру приложены трубки с растворами сахара двух длин l и l/2. Требуется определить отсчет по шкале не только отдельных трубок, но и помещая сразу две и более, проверить соотношение:

j=j1+j2+j3+…

поэтому п =n1+n2+n3+..., очевидно, что если в сахариметр помещено несколько трубок с растворами, то:

j=j1+j2+j3+… а, следовательно, и п =n1+n2+n3+...

 
 

Прибор состоит из следующих основных частей (рис. 4):

1. Узла измерительной головки (1,6).

2. Осветительного узла (2,3).

Узел измерительной головки и осветительный узел соединяются траверсой (4), на которой укреплена камера для поляриметрических трубок. Измерительная головка (10) прибора снабжена окуляром (10) шкалы и зрительной трубой (9) поля зрения. Зрительная труба поля зрения имеет гильзу, снимаемую при установке поля зрения на одноцветность.

 

 

С противоположной стороны измерительной головки находится узел нониуса. В нижней части измерительной головки имеется головка кремальерной передачи (8) для передвижения подвижного кварцевого клина и связанной с ним шкалы. Осветительный узел имеет:

1. Передвигающуюся рамку (4), в которой находятся стеклянный светофильтр и матовое стекло.

2. Патрон с лампочкой, установка которого происходит при помощи трех винтов. Электролампочка подключается через понижающий трансформатор в сеть переменного тока 220 В.

 

Прибор установлен на колонке, укрепленной с помощью гайки в чугунном основании.

УСТАНОВКА ПРИБОРА

 

Прибор должен быть установлен на столе или в поляриметрической будке в положении удобном для работы. Для удобства работы наблюдатель должен сидеть спиной к окну. Это уменьшает утомляемость глаза при наблюдении, так как исключает проникновение дневного света в глаза наблюдателя.

 

УСТАНОВКА ОКУЛЯРОВ

Окуляр зрительной трубы поля зрения (9) и окуляр шкалы (10) устанавливаются по глазу наблюдателя вращением, передвигая их вдоль оси с таким расчетом, чтобы в поле зрения была вертикальная линия, разделяющая поле зрения на две половинки, была четко видна.

Должны также четко и ясно видны штрихи и цифры шкалы и нониуса в окуляре шкалы.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Устанавливают сахариметр с помощью головки кремальерной передачи (8) на полутень, т.е. так, чтобы нуль нониуса совпадал с нулем шкалы. Затем помещают трубку с раствором известной концентрации (трубка № 4) и опять устанавливают сахариметр на полутень. После этого отсчитывают число делений с точностью до десятых долей. Тоже самое проделывают с раствором неизвестной концентрации. Тогда, если для раствора известной концентрации n1=b × l1 × Z1 (а), то для раствора неизвестной концентрации nX=b × lX × ZX (б)

Решив совместно равенства (а и б) получим :

По раствору известной концентрации (трубка №4) находим a по формуле

Концентрацию определить для растворов 1, 2, 3 по формуле .

 

Опыт повторить 2 - 3 раза и взять среднее значение.

 

Вопросы и задания для подготовки к лабораторной работе № 6.

 

Изучение вращения плоскости поляризации раствора сахара и определение его концентрации в растворе при помощи сахариметра. Изучение законов поляризации света*

Тема ²Поляризация света²

1. Какой взгляд на природу света подтверждает явление поляризации света?

2. Какое свойство электромагнитной волны отражается в понятии "поляризованный свет"?

3. Свет поляризованный, виды поляризованного света. Свет естественный. Уметь изобразить тот и другой с помощью диаграмм.

4. Какие источники света дают поляризованный, а какие естественный свет(лампы накаливания, люминесцентные лампы, неоновые лампы, газоразрядные трубки рекламы, свеча, солнце, звезды, светящиеся рыбы, гнилушки, желтые фары автомобиля и др.).

5. Знать кратко принцип действия, устройство квантового генератора света -Лазера. Какими свойствами обладает излучение лазера?

6. Как получается поляризованный свет (явление двойного лучепреломления, отражения и преломления света)?

7. Знать основные типы поляризованных приборов: дихроичные пластинки, призмы Николя, стопа Столетова.

8. Четко знать, формулировать и применять основные законы: закон Малюса, закон Брюстера. Хорошо усвоить основные понятия: брюстеровский угол, плоскость поляризации, плоскость колебаний, анализатор.

9. Уметь рисовать схему сахариметра, объяснить его действие. Что такое явление вращения плоскости поляризации? От чего для жидких и твердых тел зависит угол поворота плоскости?

10. Дополнительные устройства сахариметра: полутеневой анализатор, компенсатор Солейля.

11. Четко знать содержание упражнений работы.

12. Иметь представление о других применениях этого явления (поляризованные

светофильтры, метод фотоупругости).


 

 





©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.