Принцип действия поляриметра

В круговом поляриметре (модель СМ) применен принцип уравнивания яркостей, разделенного на две части, поля зрения. Разделение поля зрения на две части осуществляется введением в оптическую систему прибора кварцевой пластинки, которая занимает только половину поля зрения. Уравнение полей зрения происходит вблизи полного затемнения поля, что соответствует почти полному скрещиванию поляризатора и анализатора. Угол между направлениями плоскости поляризации поляризатора и осью кварцевой пластинки составляет несколько градусов (5⁰ –7⁰).

Свет от лампы, пройдя через конденсор и поляризатор, частью пучка проходит через кварцевую пластинку, оранжевое стекло и анализатор. Вид поля смотри на рисунке 3.

Уравнение двойного поля зрения производится путем вращения анализатора вокруг горизонтальной оси. Если между анализатором и поляризатором ввести трубку с оптически - активным раствором (вращающим плоскость поляризации), то равенство яркостей обеих частей поля зрения или, другими словами, фотометрическое равенство нарушается. Оно может быть восстановлено поворотом анализатора на угол, равный углу поворота плоскости поляризации раствором.

Следовательно, разностью двух отсчетов, соответствующих фотометрическому равновесию поля с оптически – активным раствором и без него, определяется угол вращения плоскости данным раствором.

Обращение с прибором

Поляриметр круговой является точным измерительным прибором. Поэтому обращаться с ним нужно ОСТОРОЖНО И БЕРЕЖНО. Когда с прибором не работают, его нужно хранить в укладочном ящике с закрытой крышкой. Категорически запрещается разбирать прибор и любой из его узлов. Нельзя прилагать больших усилий при перемещении движущихся частей прибора. При перемещении прибора по столу или переноске нельзя браться за горизонтальную трубу и за осветитель. Следует браться только за стойку и за основание. Прибор следует оберегать от попадания на него исследуемых жидкостей. Особо следует оберегать от повреждений лимб и нониус, т.к. от них в первую очередь зависит точность получаемых отсчетов.

ПРИ ОЗНАКОМЛЕНИИ С ПОЛЯРИМЕТРОМ И РАБОТЕ С НИМ СТРОГО СОБЛЮДАТЬ ПЕРЕЧИСЛЕННЫЕ ПРАВИЛА ОБРАЩЕНИЯ С ПРИБОРОМ!

УСТРОЙСТВО ПРИБОРА.

Поляриметр круговой (рис. 4) состоит из следующих основных узлов: головки анализатора, поляризационного устройства 3, осветителя 7, штатива 4, Трубки для раствора 5.

ГОЛОВКА АНАЛИЗАТОРА: Головка анализатора является основной рабочей частью прибора и состоит из неподвижного лимба 1, вращающихся одновременно фрикциона 10 и двух нониусов 2, анализатора и зрительной трубы 11. Головка анализатора соединяется с поляризационным устройством при помощи трубы 13, в которую вкладывают при измерении трубку 5. Во избежание проникновения постороннего света, вырез в трубке 13 закрывается вращающейся шторкой 8.

ЛИМБ И НОНИУС: На лимб 1 по часовой стрелке нанесена градусная шкала от 0⁰ до 360⁰. Внутри лимба на подвижной втулке, связанной с анализатором нанесены два нониуса, расположенные диаметрально. Цена деления нониуса составляет 0,02⁰. Для учета эксцентриситета круга при больших углах вращения необходимо пользоваться двумя нониусами и результатом измерения считать среднее значение из полученных отсчетов по первому и второму нониусам. Цена деления лимба 0,5⁰. При нулевом показании «0» нониуса совпадает с «0» лимба при измерении угла.

α= n·a+m·b

где α – измеренный угол; n – число полных делений лимба; a – цена деления лимба; m – номер деления нониуса, совпадающего с делением лимба; b – цена деления нониуса;

ЗРИТЕЛЬНАЯ ТРУБА: Зрительная труба служит для наблюдения двойного поля зрения и состоит из объектива и окуляра. Перемещением муфты 9 производится установка на резкость двойного поля зрения. В раковине окуляра находятся две лупы, которые позволяют, не меняя положение головы, отсчитывать угол вращения нониуса относительно градусной шкалы лимба.

ФРИКЦИОН: Фрикцион 10 (рис.4) служит для плавного вращения анализатора и состоит из маховичка, на цилиндр которого напресована резина.

При вращении за накатку маховичка одновременно вращается анализатор, нониус и зрительная труба.

ПОРЯДОК РАБОТЫ.

1. Включить прибор. Через окуляр прибора наблюдают фотометрическое поле.

2. Определить угол отсчета прибора. Для этого перемещением муфты зрительной трубы установить окуляр по глазу на резкое изображение разделяющих линий двойного поля зрения. После этого вращением фрикциона поворачивают анализатор и добиваются двойного поля зрения, устанавливая его на равномерное затемнение. Определить угол по нониусу.

3. Измерения повторить пять раз. Среднее значение принять за нулевой отсчет (или поправкой на нуль), если нулевой штрих нониуса при установке на равенство освещенности поля оказался относительно нулевого штриха лимба смещенным по часовой стрелке, поправке на нуль приписывается знак (+), если против, то (–).

4. Определить угол поворота плоскости поляризации. Для этого трубку с исследуемым раствором поместить в соединительную трубку прибора и закрыть шторкой. Затем установить муфтой окуляр зрительной трубы на резкое изображение разделяющей линии поля зрения. Поворотом анализатора установить двойное поле зрения на равномерную затемненность и берут отсчет следующим образом: определить, на сколько полных градусов повернут нуль нониуса по отношению к лимбу. Затем по штриху нониуса, совпадающему с градусным штрихом лимба, отсчитывают доли градуса.

5. Таких измерений сделать пять раз. Из полученного среднего значения угла поворота анализатора вычитают поправку на нуль, обязательно учитывая знак поправки.

6. Определение угла вращения плоскости поляризации провести для растворов различных концентраций. Результаты измерений занести в таблицу 1 и по полученным результатам построить график зависимости угла вращения плоскости поляризации от концентрации.

Концентрация
α1
...
α5
αсред

7. Пользуясь графиком, определить процентное содержание сахара в неизвестных растворах, для чего предварительно измерить углы вращения плоскости поляризации этих растворов.

8. Пользуясь графиком, определить удельную постоянную вращения плоскости поляризации сахара.

Метод определения станет ясен из следующего:

α₁=L l C₁ α₂-α₁= L l (C₂- C₁)

α₂=L l C₂

где L – постоянная вращения, l – длина трубки с раствором

Этот коэффициент k и нужно определить из графика. Определив k найти L.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Какие вещества называются оптически активными?

2. От чего зависит угол поворота плоскости поляризации растворами и кристаллами?

3. Каков физический смысл постоянной вращения и удельной постоянной вращения?

4. Объясните вращение плоскости поляризации по Френелю.

5. От чего зависит k и L?

6. Объясните смысл эффекта Фарадея.

7. Устройство и принцип работы поляриметра СМ.

8. Объяснить методику измерения угла поворота плоскости поляризации с помощью поляриметра.

9. Чем полутеневой метод определения угла поворота плоскости поляризации отличается от метода скрещенных поляризатора и анализатора?

10. Почему в данном методе используется установка на одинаковую освещенность поля зрения?

11. Как в работе определяется удельная постоянная вращения раствора сахара?

12. От каких причин зависит точность определения?

ЛИТЕРАТУРА.

1. Ландсберг Г. С. Оптика. М. Наука. 1976.

2. Королев В. А. Курс физики. Оптика и ядерная физика. М. Просвещщение,1974. с. 265.

3. Кортнев А.В. Рублев О. В., Куценко А. Н. Практикум по физике. М. Высшая школа..1965 с 265.

4. Практикум пот общей физике. Под ред. Ноздрева В.Ф. с.282-288.

5. Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 3. М., Наука 1973.

6. Яворский В. М., Детлаф А, А, Курс физики Т. 3, стр.168-171.