ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ»
Кафедра физики
Лаборатория оптики и физики атома №2(012)
РАБОТА № 8
ПРИ ПОМОЩИ ПОЛЯРИМЕТРА
Составили: Ульянов А.И.
Воронцова Е.Н.
Ижевск, 2010
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА САХАРА
ПРИ ПОМОЩИ ПОЛЯРИМЕТРА
Приборы и принадлежности: 1- поляриметр, 2 - трубки с раствором сахара.
С точки зрения электромагнитной теории видимый свет представляет собой электромагнитные волны. Электромагнитная волна является результатом процесса взаимного превращения переменных во времени электрического и магнитного полей. Электромагнитная волна в любой момент времени характеризуется определёнными значениями и направлениями вектора Е (напряжённости электрического поля) и вектора В (индукции магнитного поля), а также направлением вектора скорости V (рис. 1). Как видно из рис.1, электромагнитные волны являются поперечными, а вектора В , Е и V взаимно перпендикулярны.
Поскольку физическое и физиологическое (на глаз человека) воздействие оказывает вектор напряженности электрического поля Е , то в дальнейшем мы будем рассматривать только вектор Е . Плоскость колебания вектора Е является плоскостью поляризации электромагнитной волны, а электромагнитная волна, в которой вектор Е колеблется в одной плоскости – плоско поляризованной. Например, плоскостью поляризации одиночной волны, представленной на рис. 1, является плоскость листа бумаги. Если смотреть на волну, приведённую на рис. 1, с направления, при котором вектор скорости направлен нас, то плоскость колебания вектора Е будет выглядеть так, как это представлено на рис. 2а . Отсюда следует, что одиночная электромагнитная волна является плоско поляризованной.
Рассмотрим с этой точки зрения естественный источник света, например, свет от лампы накаливания. Электрический ток, проходя через вольфрамовую нить лампы накаливания, передаёт свою энергию атомам вольфрама, внешние валентные электроны которых переходят в возбужденное состояние, то есть в состояние с более высокой энергией. Через короткий промежуток времени (≈ 10 -8 с) электроны из возбужденного состояния переходят в состояние с более низкой энергией с одновременным излучением порций (цугов) электромагнитных волн, которые уносят "излишек" энергии электронов. Вектор Е каждого цуга электромагнитных волн колеблется в одной плоскости. Однако плоскости колебания вектора Е различных цугов волн ориентированы в пространстве произвольным образом. Поскольку в нити накаливания лампы электромагнитные волны излучает огромное количество атомов вольфрама, то ориентация плоскостей колебания вектора Е множества электромагнитных волн в любом направлении будет равновероятна (рис. 2б ).
Такой свет называют естественным. Следовательно, в естественном свете нет каких-либо преимущественных направлений колебания вектора Е. Примером естественного света является солнечный свет, свет от лампы накаливания и других источников света, за исключением света от лазеров. Лазеры излучают плоско поляризованный свет.
Существует несколько типов приборов, с помощью которых естественный свет можно превратить в плоско поляризованный. Один из них основан на явлении двойного лучепреломления света в анизотропных кристаллах. В анизотропных кристаллах диэлектрическая проницаемость различна для разных кристаллографических направлений. А диэлектрическая проницаемость, как известно, определяет показатель преломления диэлектрической среды. В результате показатель преломления луча будет зависеть от ориентации вектора Е относительно кристаллографических направлений кристалла. При некоторой ориентации падающего луча естественного света относительно анизотропного кристалла преломлённые лучи, с взаимно перпендикулярной плоскостью поляризации, выходят из кристалла под различными углами.
Так если естественный луч света направить под прямым углом к поверхности анизотропного кристалла исландского шпата, то он разделяется на два луча (рис. 3). Один луч проходит без преломления, он называется обыкновенным (о) лучом. Второй луч испытывает в кристалле преломление и называется необыкновенным (e). Не вдаваясь в подробности этого явления, заметим, что оба вышедшие из кристалла лучи оказываются плоско поляризованными, причем плоскости поляризации этих лучей взаимно перпендикулярны. На рис. 3 направление поляризации этих лучей условно показано точками и стрелочками (стрелочки иногда заменяют черточками).
Для получения плоско поляризованного света необходимо разделить лучи (о ) и (e ), вышедшие из кристалла. Этого можно достичь с помощью призмы Николя. Призма Николя (или просто николь) представляет собой кристалл исландского шпата, распиленный по меньшей диагонали и склеенный канадским бальзамом (рис. 4),
показатель преломления которого меньше, чем у исландского шпата. Грани кристалла ошлифованы так, что каждая половина николя представляет в сечении прямоугольный треугольник с острыми углами в 68 0 и 22 0 . Если естественный луч направить на николь под некоторым углом к оптической оси (О-О) кристалла, то необыкновенный луч (е ) проходит
через николь. Обыкновенный же луч (о ) сначала преломляется, а затем испытывает полное внутренне отражение, т.к. показатель преломления канадского бальзама меньше, чем исландского шпата. Боковая поверхность николя покрыта черной краской и поэтому падающий на неё луч (о ) полностью поглощается и из николя выходит, только один плоско поляризованный луч е . Таким образом, призмы Николя являются поляризаторами, которые дают плоско поляризованный свет высокого качества.
Некоторые вещества, например, раствор сахара обладают способностью вращать плоскость поляризации проходящего через них плоско поляризованного света. Такие вещества называются оптически активными . Причина этого эффекта в том, что в некоторых сложных молекулах расположение атомов в какой-то степени напоминает правый или левый винт. Вектор Е плоско поляризованного света, проходящего через оптически активное вещество, взаимодействует с электрическим полем спиралеобразных молекул. В результате происходит вращение плоскости колебания вектора Е световой волны на некоторый угол α, как это показано на рис. 5.
Угол α может быть определён следующим образом. Известно, что интенсивность света, прошедшего через два поляроида, определяется законом Малюса: J 2 = J 1 cos 2 φ, где J 1 и J 2 - интенсивность плоско поляризованного света после первого и второго поляроида, соответственно, а φ -угол между плоскостями поляризации этих поляроидов. Если установить поляроидам угол = 90 0 (скрещенные поляроиды), то свет через низ проходить не будет (смотри формулу закона Малюса), и если через них посмотреть на свет, то поле зрения будет темным.
При помещении между поляроидами оптически активного вещества, например, кюветы с сахаром, свет через скрещенные поляроиды начнет проходить, так как оптически активное вещество повернёт плоскость поляризации проходящего через неё света на угол α. Но если второй поляризатор (анализатор), повернуть соответствующим образом на угол α, то поляроиды снова перестанут пропускать свет. На этом принципе и основано определение угла вращения оптически активной средой плоскости поляризации поляризованного света в специальных приборах - поляриметрах.
Кроме сахара, оптически активными веществами являются камфара, скипидар, кварц и многие другие вещества. Для растворов оптически активных веществ угол поворота плоскости поляризации пропорционален длине столба раствора ℓ и концентрации растворенного вещества С:
= []ℓ C
В этой формуле коэффициент [] определяет удельное вращение плоскости поляризации света данным веществом. Значения [] характерны для каждого оптически активного вещества и являются табличными данными.
Зная удельное вращение раствора [], длину столба раствора ℓ и измеренное значение угла поворота плоскости поляризации , можно определять концентрацию раствора:
(1)
В настоящей работе требуется определить концентрацию раствора сахара с помощью специального прибора - поляриметра. В данной лабораторной работе может быть использовано два типа поляриметров. Вам необходимо спросить преподавателя о марке поляриметра, на котором Вы будете проводить измерения, и прочитать правила работы с этим прибором.
Оба луча, обыкновенный и необыкновенный, полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Плоскость колебаний необыкновенного луча совпадает с главным сечением кристалла, а плоскость колебаний обыкновенного луча перпендикулярна к нему.
Для получения плоскополяризованного света достаточно удалить один из лучей, образовавшихся при двойном лучепреломлении. Это достигается различными способами.
1.4 Прохождение поляризованного света через вещества
При прохождении линейно-поляризованного света через некоторые вещества плоскость поляризации световых лучей поворачивается. Это явление называется вращением плоскости поляризации. Вещества, вращающие плоскость поляризации, называются оптически активными .
Оптическая активность вещества обуславливается двумя факторами:
1. особенностями кристаллической решетки вещества;
2. особенностями строения молекул вещества.
В зависимости от этих факторов оптически активные вещества разделяются на два типа. К первому относятся твердые кристаллы, например, кварц SiO 2 . Вещества второго типа проявляют активность только в растворенном или газообразном состоянии. К этой категории относятся органические вещества: глюкоза, винная кислота и др.
Плоскость поляризации вышедшего луча оказывается повернутой на некоторый угол, называемый углом поворота плоскости поляризации.
Некоторые оптически активные вещества поворачивают плоскость поляризации вправо, т.е. по часовой стрелке, если смотреть навстречу (правовращающие вещества), другие - влево (левовращающие вещества).
Угол поворота плоскости поляризации зависит прямопропорционально от длины пути луча «е » в растворе, концентрации раствора «с » и индивидуальных свойств веществ, характеризующихся величиной, называемой удельным вращением «a ».
Удельное вращение зависит от длины волны света, рода растворителя, температуры раствора. С увеличением длины волны a 0 уменьшается, с увеличением температуры – увеличивается.
Обычное удельное вращение относится к температуре 20°С и желтой линии натрия l 0 и обозначают .
Удельное вращение плоскости поляризации численно равно углу поворота плоскости поляризации при длине пути в 1м и объемной концентрации данного оптически активного вещества, равной 1кг/м 3 .
2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
2.1 Описание прибора и принципа его действия
Поляриметр круговой СМ предназначен для измерения углов вращения плоскости поляризации света оптически активными веществами.
Оптическая схема поляриметра типа СМ изображена на рис.8.
Рис.8. Оптическая схема поляриметра
Свет от источника 1 (матовая электрическая лампочка) проходит последовательно через цветной светофильтр 2, поляризатор 3, диафрагму плоскопараллельной кварцевой пластинкой 4, поляриметрическую трубку 5, анализатор 6, зрительную трубку и попадает в глаз наблюдателя 9.
Анализатор можно вращать относительно оси прибора с помощью специального фрикциона 2. Вместе с анализатором вращается зрительная труба и диск 7. Благодаря двум нониусам, которые нанесены на диск, можно отсчитывать по лимбу 10 углы поворота анализатора от 0 до 369 0 с точностью до 0,05. Поляризатор 3 установлен неподвижно.
Пучок света, прошедший через поляризатор, оказывается поляризованным линейно. Вектор напряженности электрического поля совершает колебания в плоскости главного сечения поляризации. На рис.9 это плоскость РР, плоскость главного сечения анализатора АА, счет идет из-за плоскости чертежа к наблюдателю. Стрелки указывают направление колебаний вектора .
Страница 8
Рисунок 2.9 - Опическая схема поляриметра СМ-3 (пояснения в тексте)
Осветитель 1 (лампа накаливания или натриевая лампа ДНаО140) устанавливается в фокальной плоскости оптической системы 8. В конструкции узла осветителя предусмотрены подвижки для установки нити накала лампы на оптической оси. При работе с лампой накаливания перед оптической системой 3 вводится желтый светофильтр 2. Параллельный монохроматический пучок лучей, выходящий из системы 3, проходит через поляризатор 4 (поляроид, заклеенный между двумя стеклами), кварцевую пластинку 5, создающую совместно с поляроидом полутеневую картину с тройным полем зрения, и кварцевую кювету 6 с исследуемым раствором. Обычно длина кюветы выбирается такой, чтобы концентрации 10-3 кг/см3 соответствовал угол поворота плоскости поляризации j=1°. После кюветы расположен анализатор 7, аналогичный поляризатору 4, и телескопическая система, состоящая из объектива 10 и окуляра 11, через который ведется наблюдение при уравнивании освещенностей частей поля зрения. Отсчет осуществляется по градусной шкале 8 неподвижного лимба (с оцифровкой от 0° до 360°) с помощью двух диаметрально противоположных нониусов 9 (шкалы нониусов имеют по 20 делений; цена одного деления 0,05°). Из показаний двух нониусов берут среднее значение (для учета эксцентриситета лимба). Отсчет снимается при наблюдении лимба и нониуса через лупы 12.
Достаточно просто устроен полярископ-поляриметр ПКС-56 (рисунок 2.10). Он состоит из источника света 1 (лампа накаливания), матового стекла 2, поляризатора 3 (поляроид, вклеенный между стеклами), четвертьволновой пластинки 5, анализатора 6 и светофильтра 7 (максимум пропускания при 0.54 мкм). Порядок измерения на приборе следующий: скрещивают поляризатор и анализатор (отсчет по лимбу анализатора 0°, поле зрения темное); устанавливают образец 4 (если он обладает двойным лучепреломлением, то в поле зрения наблюдается просветление); поворачивают анализатор до максимального потемнения в середине образца; по лимбу отсчитывают угол поворота Db анализатора.
Рисунок 2.10 - Опическая схема полярископа-поляриметра ПКС-56
(пояснения в тексте)
Определив Db, можно определить no-ne из соотношения
|
|
где l - толщина образца. При l=10 мм погрешность измерения no-ne составляет ±3×10-7. С увеличением l погрешность уменьшается.
Несколько более сложную схему имеет малогабаритный поляриметр ИГ-86 (рисунок 2.11), предназначенный для визуального исследования напряженного состояния изделий с помощью оптически чувствительных покрытий. Он позволяет наблюдать интерференционную картину в условиях плоской и круговой поляризации и измерять оптическую разность хода как методом сопоставления цветов, так и компенсационным методом.
Рисунок 2.11 - Опическая схема малогабаритныого поляриметра ИГ-86
(пояснения в тексте)
Источник света 1 (лампа СЦ-61) размещен в фокусе объектива 3. Защитные стекла 2, 7 и 12 предохраняют прибор от попадания в него загрязнений. Параллельный пучок лучей проходит поляризационный светофильтр (поляризатор 4), полупрозрачное зеркало 8 и, отразившись от светоделительного слоя, падает на оптически чувствительное покрытие 6, нанесенное на исследуемый объект 5. После отражения от покрытия свет попадает в анализаторный узел прибора, проходит компенсатор 9, анализатор 10 и попадает в зрительную трубу (сменное увеличение 2 и 10´) со шкалой в совмещенной фокальной плоскости объектива 11 и окуляра 13. Перед глазной линзой окуляра и выходным зрачком 15 устанавливается светофильтр 14. Такая оптическая схема получила наименование Т-образной схемы. Предел измерения оптической разности хода - от 0 до 5 интерференционных порядков. Погрешность измерения - 0.05 интерференционных порядков.
Схема типичного фотоэлектрического модуляционного поляриметра, позволяющего измерять меняющуюся во времени разность фаз о- и е-лучей, показана на рисунке 2.12.
Рисунок 2.12 - Опическая схема фотоэлектрическиого модуляционного поляриметра
(пояснения в тексте)
Лучистый поток источника света 1 сверхвысокого давления проходит через иитерференционный светофильтр 2, поляризатор 3 и исследуемый объект 4, ориентированный так, что направления колебаний в о- и е-лучах составляют углы p/4 с направлением колебаний в луче, вышедшем из поляризатора. Выходящий из объекта 4 эллиптически поляризованный свет попадает на пластину 5, изготовленную из одноосного кристалла (например, кристалла ADP - дигидрофосфата аммония NH4H2PO4, вырезанную так, что ее плоскости перпендикулярны оптической оси) позволяющего реализовать эффект Поккельса и обеспечить модуляцию проходящего светового потока. При приложении к пластине 5 переменного электрического напряжения в направлении, параллельном оси лучистого потока и оптической оси кристалла, последний становится двухосным. Новые оптические оси образуют симметричные углы p/4 с прежним направлением оси, а проходящий через нее свет претерпевает двойное лучепреломление. Возникающая при этом разность фаз пропорциональна напряжению электрического поля и не зависит от толщины пластины 5. В связи с возникающей переменной разностью фаз эллиптически поляризованный свет периодически меняет форму эллипса поляризации. В результате на выходе компенсатора 6 плоскость линейно поляризованного света колеблется относительно среднего положения. После анализатора 11 модулированный поток света попадает на фотодетектор 10, сигнал с которого с основной частотой, соответствующей первой гармонике, поступает в усилитель 8 и приводит в действие сервомотор 9, поворачивающий анализатор 1l до тех пор, пока первая гармоника присутствует в сигнале. Остановка соответствует положению анализатора, при котором на фотодетектор падает минимальный поток излучения. Регистрирующее устройство 7 (например, самописец) фиксирует углы поворота анализатора, причем измеряемая разность фаз равна удвоенному углу поворота анализатора.
Поляриметр настольного типа, закрытой конструкции, визуальный, с наклонной осью состоит из следующих узлов: головки анализатора с отчетным устройством и лупой, поляризационного устройства, основания в сборе и набора кювет. Общий вид поляриметра изображен на рис.6: 1 - втулка наблюдательной трубки, 2 - кюветное отделение, 3 - окуляр, 4 - ручка анализатора, 5 - шкала лимба, 6 - наглазник, 7 - лупа.
Рис. 6. Общий вид поляриметра
Принципиальная оптическая схема поляриметра приведена на рис. 7.
1-лампочка накаливания, 2-светофильтр, 3-конденсор, 4-поляризатор, 5-хроматическая фазовая пластинка, 6-защитное стекло, 7-покровные стекла кюветы (трубки), 8-трубка, 9-анализатор, 10-объектив, 11- окуляр, 12-лупы.
Свет от источника 1 проходит через желтый светофильтр 2. конденсор 3 и падает параллельным пучком на поляризатор 4. Поляризованный свет попадает на активное вещество, находящееся в кювете 8.
В поляриметре применен принцип уравнивания яркостей разделенного на части поля зрения. Разделение поля зрения осуществлено введением в оптическую схему поляриметра хроматической фазовой пластинки 5. Яркости полей сравнения уравнивают вблизи полного затемнения поля зрения. Плоскости поляризации поляризатора и анализатора составляют угол 86,5 0
Свет от лампы, пройдя через поляризатор одной частью пучка проходит через хроматическую фазовую пластинку, защитное стекло, кювету и анализатор, а другой частью пучка только через защитное стекло, кювету и анализатор. Вид поля зрения показан на рис.8. Уравнивание яркостей полей зрения производится путём вращения анализатора.
Если между анализатором и поляризатором ввести кювету с оптически активным веществом, то равенство яркостей полей зрения нарушается (рис.9). Оно может быть восстановлено поворотом анализатора на угол, равный ушу поворота плоскости поляризации оптически активным раствором (рис.10).
Следовательно, разностью двух отсчётов, соответствующих равенству двух яркостей полей сравнения с оптически активным раствором и без него, определяется угол вращения плоскости поляризации раствором.
Зная угол вращения плоскости поляризации в градусах (см формулу 7), можно определить концентрацию вещества в г/см 3:
Рис.8. Положение лимба и поле зрения при установке анализатора на равную яркость полей зрения в чувствительном положении при введенной кювете, наполненной дистиллированной водой (нулевое положение)
РИС.9. Положение лимба и поле зрения после ввода кюветы, наполненной раствором и вторичной установки окуляра на резкость) изображения линий раздела полей зрения
РИС.10. Положение лимба и поле зрения при установке анализатора на равную яркость полей сравнения в чувствительном ] положении с кюветой, наполненной раствором.
Отсчеты углов ф по шкале снимают следующим образом. Шкала поляриметра состоит из двух частей: подвижная шкала лимба (левая часть на рис. 8-10) и неподвижная шкала нониуса (правая часть). Цена деления шкалы лимба 0,5°, нониуса - 0,02°. Оцифровка нониуса "10" соответствует 0,10°; "20" - 0,20° и т.д. Определяют на сколько градусов повернута шкала лимба по отношению к "нулю" нониуса. Затем смотрят, какие два деления (одно на лимбе, другое на нониусе) совпадают и по совпадающему делению на нониусе отсчитывают сотые доли Градуса (принцип такой же, как и для штангенциркуля) Например, шкала лимба сдвинута на 3 деления относительно "нуля"" нониуса и совпадает 6-ое деление на нониусе с каким-то делением на лимбе. Тогда нам это дает:
3 деления * 0,5°= 1,5° + 6 делений * 0,02° = 0.12° Угол ф = 1 ,5° + 0,12° = 1,62°
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Включите поляриметр в сеть переменного тока.
2 Вращением втулки 1 (см рис.6) установите окуляр тек, чтобы видеть резкое изображение линии раздела полей сравнения как на рис 8
3 Откройте крышку кюветного отделения 2 и выньте кювету (трубку) Перед началом измерений трубку для растворов необходимо отчистить от всяких загрязнений. С этой целью ее промывают дистиллированной водой. Затем трубку заполните раствором или водой Заполнение трубки ведется до тех пор, пока на верхнем конце трубки не появится выпуклый мениск. Выпуклый мениск сдвигается в сторону при надвигании на него покровного стекла. Затем на покровное стекло наложите резиновую прокладку и наверните колпачок. После этого покровные стекла с наружной стороны тщательно протираются мягкой салфеткой.
В трубке не должно быть пузырьков воздуха. Если они имеются, то наклонами трубки их необходимо завести в утолщенную часть, чтобы они не мешали наблюдению.
4. Определите нулевое положение на лимбе (ф о). Для этого «полните трубку дистиллированной водой. Поместите ее в кюветное отделение. Поворотом анализатора установите зрительное поле на световое равновесие в чувствительном положении.
ПРИМЕЧАНИЕ. Вращением анализатора можно уравнивать яркости полей зрения при различных углах, но измерение следует проводить только при чувствительном положений анализатора, при котором незначительное вращение анализатора вызывает резкое нарушение равенства яркостей полей сравнения.
Снимите отсчет нулевого положения (ф о) по лимбу 5. При этом на основной шкале (левая шкала) отсчитываются целые и десятые доли градуса, а по нониусу (правая шкала) - десятые и сотые доли градуса. Цена деления нониуса 0,02°. Показаний ф о снимают не менее пяти раз и определяют среднее из них.
5. Определите угол вращения плоскости поляризаций раствором (ф i) Для этого заполните трубку раствором. Затем установите втулкой окуляр наблюдательной трубки на резкое изображение линии раздела попей сравнения. Плавным и медленным поворотом ручки анализатора установите равенство яркостей полей сравнения и снимите отсчет по шкале лимба ф i угол вращения плоскости помири >ации исследуемым раствором находится из выражении
ф i = ф i ’- ф 0 (10)
6. Подобные измерения провести для всех растворов с известной концентрацией и одного раствора с неизвестной концентрацией.
7. Построить график зависимости угла поворота плоскости поляризации от концентрации раствора ф= f(C).
8. Пользуясь графиком, определите постоянную удельного вращения [у].
9. Зная угол поворота ф x плоскости поляризации раствором неизвестной концентрации, определите по графику концентрацию сахара в растворе.
10. Все экспериментальные и расчетные данные занести в таблицу:
| Раствор | № изм | С, г/см 3 | Ф 0 град | ф i ’ град | ф i град | [у]. (град см 3)/(г дм) | С х % |
| сред | |||||||
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какой свет называется плоско поляризованным?
2. Какие способы поляризации естественного света Вы знаете?
3. Чем отличаются обыкновенный и необыкновенный лучи?
4. 4.Как соотносятся интенсивности поляризованного света, падающего на анализатор, и света, прошедшего через него?
5. Какова зависимость угла поворота плоскости поляризации от концентрации и толщины слоя?
в. Чем объясняется вращение плоскости поляризации с точки зрения теории Френеля?
7. 7.Какова принципиальная схема поляриметра?
8. В чем состоит смысл полутеневого метода, используемого в поляриметре?
Литература
1. Ландсберг Г.С. Оптика.- M.: Наука, 1976.
2. Савельев И В. Курс общей физики. - М.: Наука, т.2,1978.
3. Борисенко В.Е, Дерябин В.М. Оптика. Основы атомной и ядерной физики Тюмень 1968
4. Физпрактикум "Электричество и оптика" под ред. проф. В.И. Ивероновой М- Наука, 1968.
5. Описание конструкции и методики работы на поляриметре СМ-2.
Поляриметр круговой СМ состоит из следующих основных узлов:
Головка анализатора (А) ;
Поляризационное устройство (П );
Осветитель (S );
Камера для кюветы с исследуемыми растворами (Т );
Анализатор изготовлен из поляроидной пленки. Угол поворота анализатора отсчитывается по лимбу в градусах и с помощью двух нониусов, цена деления каждого нониуса 0,05°.
Поляризационное устройство состоит из осветительной линзы поляризатора и кварцевой пластинки, кварцевая пластинка берется толщиной в 1мм и располагается симметрично относительно поляризатора.
Принцип действия прибора
В круговом поляриметре СМ применен принцип уравнивания окраски разделенного на три части поля зрения. Разделение поля зрения на три части осуществлено введением в оптическую систему прибора кварцевой пластинки, которая занимает только среднюю часть поля зрения. Уравнивание полей происходит вблизи полного затемнения поля, что соответствует почти полному скрещиванию поляризатора и анализатора.
Свет от матовой электрической лампы, пройдя через конденсатор и поляризатор, средней частью пучка проходит через кварцевую пластинку, оранжевое защитное стекло и анализатор, а двумя крайними частями пучка – только через стекло и анализатор.
Вид поля зрения прибора СМ (рис.4). Уравнивание тройного поля зрения производится путем вращения анализатора вокруг горизонтальной оси.
Вид поля зрения
Если первоначально уравнять тройное поле зрения (отсутствует разделение окружности на сектора по цвету), а затем между анализатором и поляризатором ввести кювету с оптически активным раствором (вращающим плоскость поляризации), то равенство окраски всех частей поля зрения нарушится. 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 поляризации данным раствором или жидкостью.
Порядок выполнения работы
Поместить в поляриметр, пустую кювету, закрыть трубку поляриметра шторкой, включить осветитель. С помощью фрикциона плавным вращением анализатора получить тройное поле рис.4а или 4б. Добиться перемещением муфты, вдоль оси окуляра, резкого изображения линий, разделяющих поля зрения. Положение а – соответствует скрещенному расположению плоскостей колебаний анализатора и поляризатора; положение б – соответствует параллельному расположению плоскостей колебаний анализатора и поляризатора.
Поместить перед осветителем один из светофильтров (красный) и наблюдать в окуляр тройное поле (перемещением муфты вдоль оси окуляра добиться резкого изображения линий разделяющих поля).
Плавным вращением анализатора с помощью фрикциона от положения а или от положения б добиться равномерного поля зрения находящегося между положениями а и б . Заметить нулевое положение анализатора по нониусу (принять его за начало отсчета при дальнейших измерениях), взяв его как среднее из трех измерений.
Поместить в поляриметр кювету с водным раствором сахара. При этом нарушится равномерность окраски поля зрения.
Плавным вращением анализатора с помощью фрикциона снова добиться равномерной окраски поля зрения.
Определить угол вращения плоскости поляризации, взяв его как разность между вторым отсчетом, соответствующим равномерной окраске, с водным раствором сахара и первым без раствора (нулевое положение).
Последовательно устанавливая перед осветителем светофильтры, (светофильтры устанавливать в направлении уменьшения длины волны) добиваясь равномерной окраски поля плавным вращением анализатора с помощью фрикциона. Определить угол вращения плоскости поляризации для всех указанных цветов.
Данные занести в таблицу (таблица рисуется произвольно) и построить график φ = f(λ) .
Сделать соответствующий вывод.
Загрузка...