лр 10. Отчет по лабораторной работе 10 по дисциплине Физика
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра физики ОТЧЕТ по лабораторной работе №10 по дисциплине «Физика» Т ЕМА : ИЗУЧЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА В РАСТВОРАХ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ. Студент гр. 9203 Макаренко А.В. Преподаватель Миронова Д.В. Санкт-Петербург 2020 Цель работы: изучение вращения плоскости поляризации света при прохождении через раствор оптически активного вещества; определение удельного вращения сахара; определение процентного содержания сахара в растворе. Теоритическая часть При прохождении плоскополяризованного света через некоторые вещества, называемые оптически активными, наблюдается вращение плоскости колебаний вектора напряженности электрического поля E. Это явление получило название вращения плоскости поляризации. Наблюдения оптической активности в кварце показали, что существует две модификации кварца: правовращающий, или положительный, дающий поворот электрического вектора по часовой стрелке, и левовращающий, или отрицательный. При этом величина вращения в обоих случаях при прочих равных условиях одинакова. По-видимому, и другие оптически активные кристаллы существуют в двух модификациях, хотя не во всех случаях их удалось обнаружить. Вращение плоскости поляризации наблюдается также и в некристаллических телах. К ним принадлежат, например, скипидары, метиловые эфиры жирных кислот, растворы сахара, камфары и т. д. Это означает, что данное явление не связано с анизотропией в противоположность двойному лучепреломлению. В настоящее время известны тысячи активных веществ, обладающих весьма различной вращающей способностью. Если оптически активное вещество представляет собой раствор, то угол поворота φ пропорционален толщине слоя активного вещества l и его концентрации С Рис 1 – Прохождение плоско поляризованного света через оптически активное вещество 𝝋 = [𝜶]𝑪𝒍 Где [𝜶] – величина, называемая удельным вращением. Удельное вращение зависит от природы вещества, его температуры T и длины волны λ, проходящего через него света. Линейно поляризованный свет можно представить как суперпозицию двух поляризованных по кругу волн, правой и левой, с одинаковыми частотами и амплитудами. E. На рис 2 обозначены: E1 и E2 световые векторы левой и правой составляющих, P – направление суммарного вектора E. Если скорости распространения обеих волн неодинаковы, то по мере прохождения через вещество один из векторов, например, E1, будет отставать в своем вращении от вектора E2 (рис. 2 б). Результирующий вектор E будет поворачиваться в сторону более "быстрого" вектора E2 и займет положение Q, повернувшись на угол φ. Рис 2 – Вращение плоскости поляризации В случае раствора, зная удельное вращение данного вещества и длину l можно, измерив угол поворота φ, определить по формуле концентрацию C раствора. Простейшая установка для измерения угла φ имеет вид (рис. 3). Рис 3 – Установка для измерения угла поворота плоскости поляризации света S – источник света, П – поляризатор, А – анализатор, К – кювета с раствором оптически активного вещества; Э – экран. В настоящей работе используется сахариметр СУ-3, внешний вид которого представлен на рис. 4. В состав сахариметра входят: (1) – измерительный узел, (2) – осветительный узел. Эти узлы соединены между собой траверсой (3), на которой укреплена камера (4) для поляриметрических кювет (трубок). С лицевой стороны измерительной головки прибора имеются зрительная труба (5) и лупа (6) в оправе для отсчета показаний по шкале. В нижней части измерительной головки расположена рукоятка (7) кремальерной передачи для компенсации поворота плоскости поляризация. На передней части основания (8) находится тумблер для включения осветительной лампы. С тыльной стороны основания имеются вилка разъема для подключения электролампы к трансформатору и вилка со шнуром для подключения трансформатора в сеть. Если кювета отсутствует, а угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора равен 90 , наблюдается полное гашение света. В присутствии оптически активного раствора поле зрения просветляется, т. к. вектор E поворачивается на угол φ. Вращая анализатор до полного затемнения, можно измерить угол φ. Определение φ посредством двух установок на темноту: в отсутствие и при наличии оптически активного вещества – довольно неточно. Рис 4 – Сахариметр СУ-3. Точность измерений повышается при использовании полутеневых устройств, в которых установка производится не на темноту, а на равное освещение двух половин поля. Оптическая схема сахариметра имеет вид (рис. 5): Рис 5 – 1-3 осветительный узел, 4 – кювета с исследуемым раствором, 5 – окуляр зрительной трубы, 6 – лупа для отсчета показаний шкалы, 7 – кварцевый компенсатор, Р – рукоятка для перемещения подвижного кварцевого клина и связанной с ним шкалы. Световой поток от лампочки накаливания (1) проходит через светофильтр (2) или матовое стекло (3), конденсор и полутеневую призму- поляризатор, которая преобразует его в поляризованный поток света и разделяет на две половины линией раздела. Поляризатор устанавливают таким образом, чтобы плоскости поляризации обеих половин светового потока составляли одинаковые углы с плоскостью поляризации анализатора. Если кювета с раствором отсутствует, а толщина право- и левовращающих пластин кварцевого компенсатора (7) – одинакова, в окуляре (5) зрительной трубы наблюдаются две равно освещенные половины поля, разделенные тонкой линией. Оптически активный раствор (4) нарушает равенство освещенностей. Равенство освещенностей восстанавливается компенсатором с помощью рукоятки Р, которая перемещает подвижный кварцевый клин (7) и связанную с ним шкалу. Смещение кварцевого клина пропорционально углу поворота плоскости поляризации проходящего света. Шкала сахариметра, наблюдаемая через лупу (6) градуирована в градусах S Международной сахарной шкалы. |