Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА




Цель работы: познакомиться с явлением вращения плоскости поляризации, определить концентрацию раствора сахара.

Оборудование: поляриметр, набор трубок с раствором сахара.

 

Теоретическое введение

 

Поляризованный свет – это свет, в сечении пучка которого направление колебаний световых векторов цугов электромагнитных волн (фотонов), излученных разными атомами вещества, происходит в параллельных плоскостях (рис. 1). В естественном свете направления колебаний световых векторов цугов волн расположены хаотично.

Существует несколько способов получения плоскополяризованного света. Плоскополяризованный свет излучают лазеры. Поляризованный свет получают при отражении естественного света от диэлектриков (закон Брюстера), а также при прохождении света через анизотропные кристаллы.

При прохождении естественного света через анизотропные кристаллы образуется два луча света, поляризованных взаимно перпендикулярно. Их называют обыкновенный и необыкновенный лучи. Из таких кристаллов изготавливают призмы для получения поляризованного света.

В некоторых кристаллах один из лучей гасится на пути в доли миллиметра (явление дихроизма). Кристаллы осаждают на пленку и помещают между защитными стеклами. Такой поляризатор называется поляроидом. Плоскость, параллельная световым векторам прошедшего света, является плоскостью пропускания.

Рассмотрим прохождение света через два поляризатора. Пусть пучок естественного света падает на первый поляризатор (рис. 2). Если в пучке естественного света световые векторы волн разложить на два направления, то естественный свет можно представить в виде двух поляризованных взаимно перпендикулярно пучков света одинаковой интенсивности. Через поляризатор пройдет только та составляющая, в которой плоскость колебаний параллельна плоскости пропускания. В результате интенсивность вышедшего поляризованного света, в идеальном случае, будет равна половине интенсивности падающего естественного света: Jпол = 0,5 Jест.

 
 

Пусть далее поляризованный пучок света проходит через второй поляризатор, который называют анализатором, плоскость пропускания которого расположена под некоторым углом α к плоскости колебаний светового вектора. Вновь разложим световые векторы на два направления: параллельно и перпендикулярно плоскости пропускания. Пройдет только составляющая, в которой световые векторы параллельны плоскости пропускания (рис. 2). Его амплитуда равна . Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды светового вектора, значит

 

. (1)

 

Это уравнение закона Малюса: интенсивность плоскополяризованного света, прошедшего анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла между плоскостью колебаний в падающем пучке и плоскостью пропускания анализатора.

Существуют вещества, называемые оптически активными, при прохождении которых плоскость колебаний светового вектора в пучке плоскополяризованного света поворачивается вокруг оси пучка. Это явление называется вращением плоскости поляризации. Угол поворота пропорционален пути света : . Коэффициент α называется постоянной вращения. В растворах угол поворота зависит еще от концентрации растворенного вещества С:

. (2)

 

Замечено, что одно и то же вещество может вращать плоскость поляризации по часовой стрелке (правовращающие) и против часовой стрелки (левовращающие). Оказывается, что у них существует зеркальная симметрия в строении кристаллов либо в строении молекул.


Явление вращения плоскости поляризации объяснил Френель, представив плоскополяризованный свет в виде двух компонент, поляризованных по кругу в противоположных направлениях. Свет, у которого световые векторы всех цугов волн в пучке синхронно поворачиваются вокруг оси пучка, оставаясь одинаковыми, называется поляризованным по кругу. Пусть, например, в правовращающих веществах быстрее распространяется волна с вращением по часовой стрелке, и на выходе у нее световой вектор повернется на больший угол, чем у волны с левым вращением (рис. 3). При сложении компонентов получается плоскополяризованный свет с поворотом плоскости колебаний на угол φ. Поворот плоскости колебаний чувствителен к изменению структуры молекул, к примеси в веществе.

Приборы для измерения угла поворота плоскости колебаний поляризованного света называются поляриметрами. В простейшем случае это поляризатор и анализатор. Если плоскости пропускания взаимно перпендикулярны, то свет не проходит через них. Помещая между ними оптически активное вещество, наблюдают просветление. Повернув на угол поворота плоскости колебаний φ анализатор, опять добиваются полного затемнения.

Более точны так называемые полутеневые поляриметры. В них анализатор состоит из двух половин, плоскости пропускания которых расположены под небольшим углом, около 5о друг к другу (рис. 4). Если плоскость колебаний в пучке света перпендикулярна линии раздела, то в поле зрения обе половины имеют минимум освещенности, но одинаковую яркость. При помещении оптически активного вещества между поляризатором и анализатором плоскость колебаний в пучке света поворачивается. В правом анализаторе угол между плоскостью колебаний и плоскостью пропускания приближается к 90о и правое поле становится темнее, согласно закону Малюса. А левое поле становится светлее. Поворачивая анализатор на угол поворота плоскости колебаний, вновь добиваются одинаковой яркости.

Следует заметить, что если плоскость колебаний в пучке света будет параллельна линии раздела, то оба поля зрения будут иметь одинаковую, но максимальную яркость. Поворот плоскости колебаний изменит яркость незначительно, и чувствительность будет мала.

В лабораторной работе определяется концентрация раствора сахара. Сначала по растворам с известной концентрацией строится градуировочный график поляриметра φ (С). Затем, определив угол вращения для неизвестного раствора с помощью поляриметра, по графику определяют концентрацию неизвестного раствора сахара.

 

Выполнение работы

 

1. Включить трансформатор лампы подсветки в сеть 220 В. Убрать трубки с растворами из поляриметра. Убедиться, что свет от лампочки попадает в окно анализатора. Наблюдать в окуляр два поля зрения. Вращая ручку поворота анализатора, добиться темного поля зрения обеих половин одинаковой яркости с резкой сменой яркости при незначительном повороте ручки. В отсчетном устройстве должен быть против нуля нониуса (сверху) нуль шкалы отсчета.

2. Поместить в поляриметр трубку с известной концентрацией. Яркости половин поля зрения изменятся. Вращая ручку поворота анализаторов, снова добиться темного поля одинаковой яркости. Определить по отсчетному устройству угол поворота анализаторов. Он равен значению деления нижней шкалы под нулем нониуса.

Повторить измерение со всеми трубками с известной концентрацией раствора. Результаты записать в таблицу.

Номер трубки N Неизвестный раствор
Концентрация С, %
Угол поворота φ, дел.          

3. Поместить в поляриметр длинную трубку с раствором неизвестной концентрации. Определить угол вращения, поделить пополам. Записать результат. Выключить установку.

4. Построить градуировочный график φ (С). Размер графика не менее полстраницы. На осях координат нанести равномерный масштаб. Около точек провести прямую линию (рис. 5).

Определить по графику концентрацию неизвестного раствора < Сх >.

5. Оценить погрешность измерений как систематическую погрешность отсчетного устройства, приняв θφ равной цене деления шкалы:

. (4)

6. Записать результат Сх = <Сх> ± θ Сх. Сделать выводы.

 

Контрольные вопросы

 

1. Объясните различие между поляризованным и естественным светом.

2. Объясните, как изменяется интенсивность естественного света при прохождении через поляризатор и затем через анализатор?

3. Сформулируйте закон Малюса.

4. Объясните, в чем заключается явление вращения плоскости поляризации, как Френель объяснил это явление?

5. Объясните принцип действия простейшего и полутеневого анализаторов.

6. Объясните назначение трубок с известными и неизвестными концентрациями растворов.


Работа 37




Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2019 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных