 |
Теоретичні відомості
|
|
|
|
Лабораторна робота № 15
ВИМІРЮВАННЯ КУТА ОБЕРТАННЯ ПЛОЩИНИ ПОЛЯРИЗАЦІЇ
ТА ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ РОЗЧИНІВ
Мета роботи: Вивчення явища обертання площини поляризації
Прилади і матеріали: Поляриметр коловий СМ-3 з освітлювачем на 220 В, колби з розчином сахарози різної концентрації,
кювети для розчину.
Література: 1. Ландсберг Г.С. Оптика. – М., 1976. – § 101, 106, 108, 112;
§ 163, 165, 168.
2. Практикум по общей физике (Под ред. В.Ф.Ноздрева) – М., 1971. – Работа 9 – стр.282-288.
Теоретичні відомості
Одним із важливих у теоретичному і практичному відношеннях явищ молекулярної оптики, зокрема взаємодії поляризованого світла з речовиною, є явище обертання площини поляризації. Воно полягає у тому, що при проходженні монохроматичного поляризованого світла через деякі речовини обертається площина його поляризації. Це явище було виявлено для значної кількості речовин у різних агрегатних станах. Такі речовини названо природними оптично активними речовинами. До них належать кварц, розчин цукру, скипидар, камфора та ряд розчинів складних органічних сполук. Лінійно поляризоване світло при вході в оптично активну речовину внаслідок взаємодії з молекулами поділяється на дві частини. Промені однієї частини поляризовані по колу за годинниковою стрілкою, другої – проти годинникової стрілки. При виході з речовини світло знов стає лінійно поляризованим. Але при проходженні через речовину промені з коловою поляризацією мають різні швидкості, а отже, і різні фази коливань. При їх складанні на виході з речовини результуючий лінійно поляризований промінь матиме площину поляризації, повернену на деякий кут порівняно з падаючим променем. Значення кута обертання площини поляризації при проходженні через таку речовину залежить від різниці швидкостей поширення поляризованих по колу променів, товщини шару середовища та, незначною мірою, від температури.
|
|
|
Експериментально встановлено, що кут повороту площини поляризованого променя змінюється прямо пропорціонально концентрації цукру (сахарози) в розчині, шляху в розчині тобто:
(1)
де 
– кут обертання площини поляризації;
– концентрація цукру (сахарози) в розчині;
– довжина шляху променя в розчині (довжина трубки);
– коефіцієнт пропорційності.
Коефіцієнт називається питомим обертанням і за числовою величиною дорівнює кутові обертання при концентрації, рівній одиниці (1 г/см3) і довжині шляху, рівній одиниці (1 дм).
Справді, коли =1 г/см3 і =1 дм, то 
.
Встановлено також, що кут обертання площини поляризації залежить від спектрального складу світла. Для червоного світла кут обертання має найменше значення, а для фіолетового найбільше. Через те коефіцієнт питоме обертання при тій самій концентрації цукру (сахарози) має різне значення залежно від довжини світлової хвилі. Практично найчастіше користуються жовтим світлом – полум’ям натрієвого паяльника, або відповідним світлофільтром: тоді для натрієвого світла дорівнюватиме 66,5, тобто жовте (натрієве) світло, проходячи 1 дм розчину, що має 1 г цукру (сахарози) на 1 см3 розчину, повертає площину поляризації світлових коливань на 66,5°.
На практиці, звичайно, концентрацію цукру (сахарози) визначають в процентах або грамах на 100 см3 розчину, тоді очевидно, коефіцієнт матиме значення в 100 разів менше, тобто 
= 0,665. Для білого світла беруть у середньому 
= 0,71.
З формули (1) знаходимо концентрацію цукру (сахарози):
.
Опис приладу
Поляриметр коловий СМ-3 призначений для вимірювання кута обертання площини поляризації оптично активними прозорими однорідними розчинами і рідинами.
|
|
|
 |
Рис. 1. Оптична схема приладу:
1 – лампа ДНаС 18-04.2; 2 – світлофільтр; 3 – конденсор; 4 – поляризатор; 5 – хроматична фазова пластинка; 6 – захисне скло; 7 – трубка для розчину; 8 – аналізатор; 9 – об’єктив; 10 – окуляр; 11 – дві лупи.
Натрієву лампу включають тумблером. При вимірюванні кюветну частину приладу закривають кришкою, відліки проводять по лімбу (на якому нанесена 360-ти градусна шкала з ціною поділки 0,5), використовуючи ноніуси, які мають по 25 поділок. Величина відліку по ноніусу 0,02°.
На скляній трубці для розчинів є випукла частина, необхідна для збирання повітряних бульбашок. На трубці нанесена її фактична довжина між торцями.
|
|
|
