Описание установки.

Общий вид установки ЛКО-5 показан на рис. (8.2) Излучатель 1- полупроводниковый лазер ( λ=650мкм; Р=10мВт), установленный в держателе на оптической скамье. Лазер подсоединен к источнику питания, смонтированному под оптической скамьей.

1 2 3 4 6 5

Рис. 8.2

Корпус лазера размещен на двух стойках и двумя парами винтов может перемещаться и фиксироваться, обеспечивая нужное направление пучка излучения. Поляризация излучения линейна: плоскость колебаний вектора параллельна оси рукоятки держателя, с помощью которой лазер поворачивается вокруг оптической оси.

Два поляризатора 2 и 4 в поворотных держателях (модули 10 и 12) также установлены на оптической скамье на рейтерах, позволяющих перемещать их по скамье. Плоскость колебаний вектора излучения, прошедшего через поляризатор, параллельна направлению рукоятки барабанов поворотных держателей. Отсчет угловых координат производится по нанесенной на барабане основной шкале (цена деления 2°) и нониусу, рычаг которого (после фиксации рукоятки) поворачивают до совпадения его горизонтальной риски с одним из делений основной шкалы и этот отсчет по нониусу (цена деления 0,5°) прибавляют к отсчету по основной шкале.

Регистрация интенсивности, прошедшего через систему светового пучка, осуществляется фотодатчиком 5 (объект 38 - фотодиод). Датчик установлен на экране, вставляемом в кронштейн поворотного стола. Датчик подключен непосредственно к микроамперметру 6 (мультиметр М-830В), закрепленному на задней стенке установки, и измеряет ток «короткого замыкания» (при пределах измерений 200мкА и 2000мкА; при этом режиме обеспечивается хорошая линейность измерений и отсутствие темновых токов). Значения интенсивности светового пучка оцениваются в относительных единицах.

Для исследования естественного вращения плоскости поляризации при прохождении света через жидкость установка оснащена кюветой 3 (объект 44) с длиной столба жидкости 120 мм.

Изучение магнитного вращения плоскости поляризации (эффект Фарадея) проводится с помощью дополняющего комплекс ЛКО-5 модуля расширения «МРО-5» (см. рис. 8.3).

1 2 3 4 6 5 7

Рис. 8.3

В его состав входят соленоид 3 и блок питания 7. Блок питания содержит трансформатор с переключаемыми обмотками, выпрямитель и амперметр

Соленоид обеспечивает создание магнитного поля с напряженностью до А/м в канале соленоида. Он имеет многослойную обмотку с длиной намотки 320 мм и числом витков 4500. Штекеры шнура питания соленоида вставляют в гнезда «+»/«-» блока питания при отключенном питании (положение «О» переключателя). На обмотке соленоида нанесена стрелка, показывающая направление тока, когда к крайнему штекеру шнура подключен положительный полюс источника питания. Канал соленоида представляет собой кювету с двумя стеклянными окнами, закрепленными крышками с резьбой. Кювету заполняем исследуемой жидкостью.

Порядок выполнения работы.

Задание 1. Определение концентрации раствор сахара.

1. Установите слева на оптической скамье комплекса ЛКО-5 (см. рис.8.2) лазер (1) и с помощью адаптера подключите его к сети. Поворачивая ручку на блоке питания, убедитесь (по интенсивности лазерного пучка) в возможности регулировки выходной мощности.

2. Установите справа на оптической скамье фотодатчик (5) в поворотном столе перпендикулярно оптической оси. Фотодатчик подсоедините к мультиметру (6) в режиме измерения постоянного тока. При этом голубой провод фотодатчика должен быть подключен к клемме «», а другой - к клемме «+».

3. Придвиньте фотодатчик (5) вплотную к лазеру (1) и двумя правыми винтами регулировки положения лазера добейтесь попадания лазерного луча в окно фотодатчика (). Затем, отодвинув фотодатчик в крайнее правое положение с помощью двух левых винтов регулировки положения лазера, добейтесь попадания лазерного излучения в окно датчика. Действия данного пункта повторять до тех пор, пока юстировка при передвижениях будет сохраняться.

4. Ближе к лазеру (1) установите поляризатор (2). Проверьте попадание лазерного пучка в окно фотодатчика (5).

5. Поворотом держателя добейтесь максимальной эффективности лазерного пучка на фотодатчике (5) по показаниям микроамперметра (6).

6. Ближе к фотодатчику (5) установите поляризатор (4). Проверьте попадание лазерного пучка в окно фотодатчика. Поворотом поляризатора (4) добейтесь минимума интенсивности лазерного излучения на фотодатчике (5) при максимальной чувствительности микроамперметра (свет не должен проходить через второй поляризатор, так как поляризаторы скрещены).

7. По основной шкале и нониусу поляризатора (4) снимите отчет угла в градусах. Измерения повторите 5 раз, записывая результаты в таблицу, составленную по форме 8.1.

8. Вычислите среднее значение угла отсчета поляризатора

(8.8)

Форма 8.1.

№
1
2
3
4
5

9. Заполните в форме 8.1. столбец отклонения от среднего и столбец квадратов этих значений и вычислите абсолютную ошибку определения угла согласно рекомендациям [2] по формуле:

, (8.9)

где - коэффициент Стьюдента для n измерений и надежности α .

10. Установите поворотный стол с закрепленной на нем кюветой (3) с известной концентрацией сахара на оптической скамье между скрещенными поляризаторами и наблюдайте при этом увеличение интенсивности света, прошедшего через систему. При установке кюветы проверить попадание лазерного пучка в окно фотодатчика. Поворачивая поляризатор (4) добейтесь минимальной интенсивности прошедшего излучения и снимите показания в градусах по его основной шкале и нониусу. Измерения повторить 5 раз и результаты занесите в форму 8.1. Найдите среднее значение . Заполните в форме 8.1. столбцы отклонения от среднего и . Найдите абсолютную ошибку определения угла по формуле (8.9).

11. Найдите угол поворота плоскости поляризации

(8.10)

и абсолютную ошибку его определения

(8.11)

12. Определите удельную постоянную вращения плоскости поляризации раствора сахара

(8.12)

13. Рассчитайте относительную погрешность по формуле

(8.13)

14. Полученный результат запишите в виде доверительного интервала

(8.14)

15. В поворотном столе замените эталонную кювету (4) на исследуемую, концентрацию сахара в которой нужно определить. Поворачивая поляризатор (4) добейтесь минимальной интенсивности прошедшего излучения и снимите показания в градусах по его шкале. Измерения повторите 5 раз и занесите в соответствующий столбец формы 8.1. Найдите среднее значение . Заполните столбцы отклонения от среднего и . Оцените абсолютную ошибку аналогично вычислениям по формуле (8.9).

16. Найдите угол поворота плоскости поляризации исследуемой кюветой

(8.15)

и абсолютную ошибку его определения

(8.16)

17. Определите концентрацию сахара

(8.17)

и относительную ошибку ее определения

(8.18)

18. Полученный результат запишите в виде доверительного интервала

. (8.19)