Cw88fiz.doc

CEL ĆWICZENIA:

Zapoznanie się ze zjawiskiem skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła w cieczach i kryształach optycznie czynnych oraz wyznaczenie stężeń roztworu cukru na podstawie pomiaru jego zdolności skręcającej właściwej.

WSTĘP:

              Fale świetlne są falami elektromagnetycznymi, w których wektory pola elektrycznego E i pola magnetycznego H drgają w płaszczyznach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali, czyli są falami poprzecznymi. Przyjęto określać fale świetlne za pomocą wektora E, gdyż to on wywołuje wrażenia świetlne (nazywa się go też wektorem świetlnym). W najczęściej spotykanych przypadkach kierunek drgań tych wektorów jest dowolny. Niekiedy jednak możemy otrzymać światło spolaryzowane tzn. o uporządkowanym kierunku drgań. Najczęściej mamy do czynienia z polaryzacją liniową - kierunek płaszczyzny drgań jest stały, ściśle określony. Płaszczyzna, w której drga wektor E nazywamy płaszczyzną drgań świetlnych, natomiast płaszczyznę do niej prostopadłą (tą, w której drga wektor H) nazywamy płaszczyzną polaryzacji światła

Światło spolaryzowane możemy uzyskać kilkoma sposobami: przez odbicie, załamania, wykorzystanie zjawiska selektywnego pochłaniania i dwójłomności. Polaryzacja światła z wykorzystaniem dwójłomności zachodzi w kryształach jednoosiowych np. w szpacie islandzkim, w którym padający promień rozdziela się na dwa promienie całkowicie spolaryzowane. Jeden z tych promieni nazwano promieniem zwyczajnym, drugi nadzwyczajnym.

W krysztale jednoosiowym można wyróżnić kierunek, wzdłuż którego biegnące światło nie ulega rozszczepieniu na promień zwyczajny i nadzwyczajny. Kierunek ten nazywamy osią optyczną kryształu. Wektor świetlny promienia zwyczajnego wykonuje drgania w kierunku prostopadłym do przekroju głównego kryształu. Z tego względu, dla dowolnego kierunku biegu promienia zwyczajnego, wektor E tworzy z osią optyczną kryształu kąt prosty, a jego prędkość jest stała. Drgania promienia nadzwyczajnego odbywają się w płaszczyźnie przekroju głównego. Z tego względu kierunki drgań wektora E różnych promieni (padających od różnymi kątami) tworzą z osią optyczną różne kąty, czego efektem są różne prędkości rozchodzenia się fal świetlnych promieni nadzwyczajnych. Największa różnica jest wówczas, gdy promienie padają prostopadle do osi optycznej kryształu.

Kryształy jednoosiowe charakteryzują się współczynnikiem załamania promienia zwyczajnego no=c/vo i współczynnikiem załamania promienia nadzwyczajnego ne=ve. W zależności od tego, która z prędkości jest większa - vo, czy ve - rozróżnia się jednoosiowe kryształy dodatnie i ujemne. W kryształach dodatnich ne>no (ve<vo), w ujemnych ne<no (ve>vo).

W nikolu (schemat pomiarowy) promień zwyczajny ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu, natomiast promień nadzwyczajny przechodzi przez nikol nie zmieniając kierunku - na wyjściu nikola otrzymujemy wiązkę światła całkowicie spolaryzowanego liniowo.

Jeżeli wiązkę światła przepuścimy przez dwa skrzyżowane nikole, to ulegnie ona całkowitemu wygaszeniu. Jeżeli między nikole włożymy kryształ, wiązka ulegnie rozjaśnieniu, zaciemnić ją można obracając jednym z nikoli o pewien kąt. Podobnie działają roztwory niektórych substancji. Zjawisko to można wyjaśnić tym, że zarówno kryształy, jak i niektóre roztwory skręcają płaszczyznę polaryzacji. Jedną z substancji, których roztwory skręcają płaszczyznę polaryzacji, jest sacharoza. Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest proporcjonalny do stężenia procentowego roztworu c oraz grubości warstwy roztworu d.

G = Gc×c×d

Współczynnik Gc nazywamy zdolnością skręcającą właściwą. Znając kąt skręcenia Gz dla roztworu o znanym stężeniu cz, możemy obliczyć stężenie roztworu z proporcji

Gz/cz = G/c

WYKAZ PRZYRZĄDÓW :

·         sacharymetr

·         lampa sodowa

·         badane roztwory

PRZEBIEG ĆWICZENIA :

1. Pomiar stężenia roztworu cukru.

Z – światło sodowe

P - polaryzator

N – nikol

R – rurka z roztworem

A – analizator

K – kątomierz z soczewkami powiększającymi

L – luneta obserwacyjna

Do sacharymetru wstawiamy rurkę z wodą destylowaną i odnotowujemy azymut analizatora a0, przy którym obie części pola widzenia mają jednakową jasność. Następnie do sacharymetru wstawiamy rurkę z roztworem o znanym stężeniu cz i odnotowujemy azymut analizatora az. Wyznaczamy Gz=az-a0. Do sacharymetru wstawiamy rurkę z roztworem o nieznanym stężeniu c i odnotowujemy azymut analizatora a. Wyliczamy G=a-a0. Stężenie c roztworu wyliczamy z proporcji podanej we wstępie.

Tabela 1. Wyniki pomiarów azymutów i ich błędy wyznaczania dla różnych stężeń cukru.