Экспериментальные данные к проверке закона Малюса

Угол	Измерения от 00 до 1800		Измерение от 1800 до 00		Среднее I
	№ п\п	Ток 1 (~ интен-ти)	№ п\п	Ток 2 (~ интен-ти)
00	1		38
100	2		…
…	…		21
1800	19		20

Обработка результатов наблюдений

По данным табл. 66а.1 необходимо построить графики:

а) зависимости интенсивности света, выходящего из анализатора I, от угла α;

б) зависимости интенсивности света, выходящего из анализатора I, от cos²α.

По оси ординат следует откладывать среднее значение I. Эта величина измеряется в единицах показаний цифрового измерителя интенсивности лазерного излучения.

Теоретическую зависимость I от α и I от cos²α следует провести сплошной линией, а данные из табл. 66а.1 нанести точками.

Сделайте вывод о том, подтверждают или нет экспериментально полученные данные закон Малюса.

Контрольные вопросы

1. Выведите закон Малюса.

2. Какой вид имеет зависимость I от cos α? Что дают результаты наших исследований?

3. От чего зависит интенсивность света (и пропорциональный ей ток датчика) в экспериментальной установке?

4. Нарисуйте график зависимости I₂ от cos²α в соответствии с законом Малюса. Что определяет наклон этого графика?

5. В чем отличие естественного света от поляризованного?

Лабораторная работа № 67

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

ПРИ ПОМОЩИ САХАРИМЕТРА

Определение концентрации растворов — одна из важнейших задач в химии, биологии, медицине и фармации. Умение определять концентрации и понимание физических законов, на которых основано действие соответствующих приборов — необходимо как провизору, так и биотехнологу.

При выполнении данной работы закладываются основы умений и навыков, необходимых для определения концентрации растворов сахаров.

Используя те же физические законы, можно определять концентрацию растворов и многих других классов органических веществ (например, белков).

При подготовке к лабораторной работе ознакомьтесь с изложением вопроса о сахарометрии в конспектах лекций. Следует также проработать тему «Применение поляризованного света для определения концентрации веществ. Закон Био» по пособию: Волновая оптика: Методические указания по курсу «Физика и биофизика». С. 36-38.

Необходимо знать материал по следующим темам:

а) оптически активные вещества;

б) применение явления поляризации.

Рис. 67.1. Поворот плоскости поляризации оптически активным веществом: Е₀ — амплитуда напряженности в электромагнитной волне; d— толщина слоя оптически активного вещества, проходимая светом (электромагнитной волной); φ — угол поворота плоскости поляризации

Цель работы

Определить концентрацию раствора сахара, применяя прибор сахариметр.

Оборудование

1. Сахариметр (см. рис. 67.2).

3. Кюветы с раствором сахара.

Рис. 67.2. Сахариметр: 1 — кнопка включения; 2 — желоб, куда вкладываются трубки с раствором; 3 — цилиндрическая часть прибора, на которой находятся: 4 - лупа, 5 — винт, с помощью которого уравнивается освещенность в трубке: 6 — трубка; 7 — лампа осветителя;

8 — анализатор; 9 — поляризатор; 10 — глаз наблюдателя

Краткие теоретические сведения

Некоторые вещества обладают способностью поворачивать плоскость поляризации света, т.е. плоскость, в которой совершает колебания напряженность Е в электромагнитной волне. Эти вещества называются оптически активными, к ним принадлежат: растворы сахаров в воде, аминокислоты, многие витамины и лекарства. Пройдя слой оптически активного вещества, плоскость поляризации света поворачивается на некоторый угол. Угол поворота φ зависит от природы оптически активного вещества, его концентрации С и толщины слоя d, проходимого светом (см. рис. 67.1) по закону Био:

φ = [α]cd,

где [α] — удельное вращение, зависящее от природы вещества.

Используя закон Био, определяют концентрацию раствора оптически активного вещества.

Описание установки (рис. 67.2 и 67.3)

Измерение вращения плоскости поляризации света производится поляриметром. Сахариметр — это один из видов поляриметра, но проградуированный в особых единицах — «сахарных углах».

Рис. 67.3. Принципиальная схема сахариметра:

7 — лампа осветителя, 8 — анализатор, 9 — поляризатор,

10 — трубка с раствором

Главными элементами прибора (см. рис, 67.3) являются поляризатор и анализатор. Поляризатор — это устройство, после прохождения которого свет (световая волна) становится поляризованным, т.е. световая волна становится такой, что вектор напряженности электрического поля в ней совершает колебания в одной плоскости. Анализатор — это устройство, обнаруживающее поляризацию светового луча (волны).

Свет, идущий от осветителя (электрической лампочки) попадает на поляризатор и выходит из него поляризованным. Затем, пройдя трубку с раствором, свет падает на анализатор.

Наблюдатель смотрит в трубку (6) (рис. 67.2), где видит поле зрения, разделенное надвое. Настроив одинаковую освещенность обеих половин поля зрения, необходимо снять отсчет. Для снятия отсчета наблюдатель смотрит в лупу (4).

Если плоскость поляризации падающего света совпадает с плоскостью, в которой пропускает свет анализатор, то поле зрения в трубке (6) освещено одинаково. При всех остальных положениях плоскости поляризации половинки поля зрения будут освещены по-разному.

Пусть в приборе нет активного вещества, тогда поле зрения в трубке (6) будет состоять из двух одинаково освещенных половинок. Если на пути света поставить активное вещество, то освещенность будет различной. Чтобы восстановить одинаковую освещенность, надо повернуть анализатор. Это достигается вращением винта (5). Угол поворота плоскости поляризации активным веществом измеряется при помощи шкалы, расположенной в широкой цилиндрической части (3) прибора. Деления шкалы рассматриваются через лупу (4).

Важно заметить, что в сахариметрах используется, так называемая, международная сахарная шкала: 100 делений этой шкалы равны 34,62 круговых градуса.

Отсчет показаний на поляриметре производится следующим образом: сначала смотрят, между какими делениями шкалы находится «0» нониуса (рис, 67.4), видимый через лупу (4). В данном случае между 5 и 6 целыми делениями. Затем замечаем, какое деление нониуса совпадает с любым делением шкалы. В нашем случае риска делений нониуса с цифрой 4 совпадает с риской шкалы 9. Тогда производят отсчет десятых долей по нониусу. На рис. 67.4. отсчет 5,4 деления. Точность отсчета в данном приборе — 0,1.

Рис. 67.4. Отсчет по нониусу (показан отсчет 5,4 деления)

Порядок выполнения работы

1. Включите прибор в сеть. Проверьте, одинаково ли освещены половинки поля зрения, если нет, то необходимо добиться их одинаковой освещенности (смотреть в трубку (6)) (рис. 67.2). При этом «0» нониуса должен совпадать с «0» шкалы. Установите «0», вращая винт (5) и глядя в лупу (4).

2. В желоб поместите трубку с раствором и вращением (5) добейтесь одинаковой освещенности поля зрения. Снимите отсчет показаний по прибору, глядя в лупу (4).

3. Повторите измерения для всех пяти трубок, в которых находятся растворы разной концентрации.

4. Угол поворота φ (в делениях шкалы) выразите в градусной мере сахарной шкалы. Напоминаем, что 100 делений шкалы соответствуют 34,62 градуса. Так получают величину угла φ (табл. 67.1).

5. Используя справочную таблицу концентраций, приложенную к работе, заполните графу «Концентрация» в табл. 67.1. Там же указан номер трубки с раствором неизвестной концентрации.

Таблица 67.1