310 / 310

Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения

(ПГУПС-ЛИИЖТ)

Кафедра физики.

Лаборатория оптики.

Отчет по лабораторной работе № 310.

«Определение концентрации сахара с помощью сахариметра».

Выполнил:	Проверил:
студент группы ИС-310
Бобков С. А.

Санкт-Петербург

2004

Цель работы – определение концентрации раствора сахара в воде, установление зависимости угла вращения плоскости поляризации от толщины слоя, установление зависимости угла вращения от длины волны проходящего света.

Теоретическое обоснование работы.

Видимый свет представляет собой короткие электромагнитные волны. Электромагнитная волна является поперечной. Фазы колебаний электрического и магнитного полей совпадают; следовательно, векторы и одновременно достигают максимума и минимума. В световых волнах, испускаемых большинством источников, колебания и происходят во всевозможных плоскостях. Такой свет называется естественным.

Существуют процессы, называемые поляризацией света, которые позволяют выделить определенную плоскость колебаний вектора напряженности электрического поля . Плоскость колебаний вектора называется плоскостью колебаний, а плоскость колебаний вектора плоскостью поляризации.

Явление поляризации наблюдается при отражении и преломлении света, при прохождении света через анизотропные вещества. Существует целый ряд веществ способных поворачивать плоскость поляризации вокруг луча. Молекулы таких веществ всегда ассиметричны. Вещества, способные вращать плоскость поляризации, называются оптически активными. Естественная оптическая активность обладает резко выраженной дисперсией, т.е. угол поворота плоскости поляризации зависит от длины волны проходящего через вещество света.

Угол поворота плоскости поляризации прямо пропорционален толщине слоя вещества и не зависит от его агрегатного состояния.

Вращение плоскости поляризации возникает вследствие действия электромагнитного поля света на молекулы среды, поэтому угол поворота зависит от взаимного расположения векторов и электромагнитной волны, т.е. от направления распространения света.

Для растворов угол поворота пропорционален концентрации раствора:

где - длина вращающего слоя;

- концентрация в растворе;

- удельное вращение плоскости поляризации

Угол поворота плоскости определяют с помощью сахариметра. Простейший сахариметр состоит из двух призм Николя – анализатора и поляризатора. Призма Николя изготовлена из кристалла исландского шпата (рис.1). По линии призма разрезается и склеивается канадским бальзамом. Естественный луч света, падая на грань , расщепляется на два плоскополяризованных луча – обыкновенный и необыкновенный. При некотором угле падения на грань призмы обыкновенный луч претерпевает полное внутренне отражение на прослойке канадского бальзама и поглощается зачерненной нижней гранью призмы .

( рис. 1)

Призма Николя в сечении имеет вид ромба. В луче, проходящем через призму, электрический вектор колеблется в направлении короткой диагонали ромба (рис.2). Таким образом, проходя призму Николя, свет поляризуется.

(рис. 2)

Простейший сахариметр состоит из двух призм Николя (рис.3), где - поляризатор, - кювета с исследуемым веществом, - анализатор.

(рис. 3)

Если между николями поместить оптически активное вещество, например раствор сахара в воде, то оно повернет плоскость поляризации света, прошедшего через поляризатор и поэтому некоторая часть света сможет пройти через сахариметр.

Для точных работ используют полутеневые сахариметры. В этих сахариметрах после поляризатора помещают бикварцевую пластинку, состоящую из двух кварцевых пластинок, вырезанных перпендикулярно оси кварца. Одна пластинка изготовлена из правовращающего кварца, другая из левовращающего (рис. 4): Ф - фильтр, Р – поляризатор, П – бикварцевая пластинка, К – кювета с веществом, А – анализатор, О- окуляр.

(рис. 4)

С помощью окуляра добиваются четкой видимости границы раздела бикварцевой пластинки П. Кварц, закрывающий первую половину поля зрения, поворачивает плоскость колебаний вокруг луча в одну сторону, а закрывающий левую половину поля зрения – в другую. Таким образом получают две плоскости колебаний вектора .

Порядок выполнения работы.

1. Замерить углы поворота плоскости поляризации у двух одинаковых по длине кювет. В одной кювете находится раствор сахара с неизвестной концентрацией, в другой с известной. Найти соответствующие углы поворота плоскостей поляризации:

2. Измерить угол поворота плоскости поляризации длинной кюветы с известной концентрацией и сравнить его с углом :

3. Для определения зависимости угла поворота от длины волны проходящего света необходимо произвести измерения угла поворота короткой кюветы с известной концентрацией. Перед измерением этого угла заменяют светофильтр сахариметра.

Таблица измерительных приборов.

№ п/п	Наименование прибора	Система прибора	Диапазон измерения	Цена деления	Класс точности	Погрешность
1
2

Таблица результатов измерений.

№
1	46,1	1,5	2,25	66,1	0,3	0,09	82,0	0,3	0,09	86,5	0,4	0,16
2	44,1	0,5	0,25	67,	0,6	0,36	81,1	0,6	0,36	86,7	0,2	0,04
3	44,5	0,1	0,01	66,0	0,4	0,16	82,3	0,6	0,36	87,5	0,6	0,36
4	44,5	0,1	0,01	66,5	0,1	0,01	82,0	0,3	0,09	87,5	0,6	0,36
5	44,6	0,0	0,00	66,5	0,1	0,01	81,6	0,1	0,01	86,7	0,2	0,04
6	44,4	0,2	0,04	66,4	0,0	0,00	81,4	0,2	0,04	87,1	0,2	0,04
7	44,0	0,6	0,36	66,7	0,3	0,09	81,6	0,1	0,01	87,3	0,4	0,04
8	44,3	0,3	0,09	66,2	0,2	0,04	81,7	0,0	0,00	87,0	0,1	0,01
9	44,9	0,3	0,09	66,2	0,2	0,04	82,0	0,3	0,09	86,9	0,0	0,00
10	44,5	0,1	0,01	66,5	0,1	0,01	81,6	0,1	0,01	86,5	0,4	0,04
ср.	44,6		0,31	66,4		0,08	81,7			86,9

Расчетные формулы и формулы для расчета погрешностей.

Вычисления.

Вывод.

В результате проведенных измерений и вычислений, я определил, что концентрация сахара в кювете . Угол поворота плоскости поляризации прямо пропорционален длине вращающего слоя.