Wyznaczenie stężenia cukru za pomocą polarymetru Plr-1, Ćwiczenia z Optyka

Pobierz Wyznaczenie stężenia cukru za pomocą polarymetru Plr-1 i więcej Ćwiczenia w PDF z Optyka tylko na Docsity! Ćwiczenie O-9: Wyznaczanie stężenia cukru za pomocą polarymetru Plr-1 INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI I TECHNOLOGII MATERIAŁÓW POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA PRACOWNIA OPTYKI Ć W I C Z E N I E N R O-9 WYZNACZANIE STĘŻENIA CUKRU ZA POMOCĄ POLARYMETRU Plr - 1 1 Ćwiczenie O-9: Wyznaczanie stężenia cukru za pomocą polarymetru Plr-1 I. Zagadnienia do opracowania 1. Polaryzacja światła 2. Ciała optycznie czynne 3. Polarymetr – budowa i zasada działania. 4. Wyznaczanie stężenia roztworu cukru za pomocą polarymetru. 5. Rachunek błędu metodą różniczki zupełnej II. Wprowadzenie teoretyczne Znany jest szereg ciał, których roztwory (zwłaszcza wodne) skręcają płaszczyznę polaryzacji światła. Istnieję też ciała, które w stanie stałym, ciekłym lub gazowym maję te same właściwości. Ciała takie nazywamy optycznie czynnymi. Skręcenie płaszczyzny polaryzacji może nastąpić w lewo, lub w prawo; możemy więc mówić o polaryzacji lewoskrętnej lub prawo-skrętnej. Wielkość kąta skręcenia zależy od grubości warstwy ośrodka skręcającego, od rodzaju substancji skręcającej oraz od stężenia jeśli mamy do czynienia z roztworem. Kąt zależy także od długości fali światła spolaryzowanego. Dla roztworów stwierdzono doświadczalnie następujące zależności:   dc  0 (1) gdzie:  – kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji; c – stężenie substancji optycznie czynnej; d – grubość warstwy roztworu; [0] – tzw. właściwa zdolność skręcenia. Do pomiaru skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła w substancjach optycznie czynnych służą polarymetry. Polarymetry przeznaczone do pomiaru cukru nazywamy sacharymetrami. 2.1. Opis budowy i sposobu użytkowania polarymetru Światło skierowane przez kolimator /2/ (Rys. 1.) zostaje spolaryzowane liniowo przez polaryzator 4. Płytka 5 dzieli pole widzenia na trzy części (Rys.2). Filtr 3 umożliwia pracę przy długości fali zbliżonej do żółtej linii sodu. Optycznie czynna substancja znajdująca się w rurce polarymetrycznej /6/ (Rys. 1) skręca płaszczyznę polaryzacji o pewien kąt w zależności od stężenia i rodzaju substancji. Przez analizator /7/ światło przedostaje się do układu /8,9/. Analizator jest sztywno związany z kręgiem /11/ i pokrętką /12/. Noniusz jest nieruchomo umocowany w obudowie przyrządu. Polarymetr wyregulowany jest w ten sposób, że bez cieczy optycznie czynnej, trzy części pola widzenia są jednakowo jasne, gdy zerowa kreska podziałki kątowej na tarczy 11 pokrywa się z zerową kreską podziałki noniusza (Rys. 2 a). 2 Ćwiczenie O-9: Wyznaczanie stężenia cukru za pomocą polarymetru Plr-1 6. Wylać z rurki polarymetru wodę destylowaną, przepłukać ją roztworem cukru o znanym stężeniu c i napełnić rurkę tym roztworem w sposób podany poprzednio. Włożyć rurkę do polarymetru. 7. Obracając analizator uzyskać ponownie jednakowe oświetlenie 3-ech części pola widzenia i odczytać nowe położenie analizatora. Pomiar przeprowadzić trzykrotnie i obliczyć _ 1a . Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez roztwór o znanym stężeniu wynosi: 01  c 8. Napełnić rurkę roztworem o nieznanym stężeniu cx i w opisany wyżej sposób znaleźć położenie analizatora Przeprowadzić pomiar trzykrotnie i obliczyć 2 . Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez roztwór o nieznanym stężeniu cx wynosi: 02  x 9. Wyniki pomiarów zestawić w tabeli. 10. Pomiary wykonać dla 2 rurek o różnych długościach VI. Tabela pomiarowa Numer rurki Kąt skręcenia dla wody destylowanej 0 Kąt skręcenia dla roztworu o znanym stężeniu 1 Kąt skręcenia dla roztworu o nieznanym stężeniu 2 Stężenie znanego roztworu Stężenie znanego roztworu Właściwa zdolność skręcająca 1 2 3 _ 0 1 2 3 _ 1 1 2 3 _ 2 c cx  0 I d=.................... II d=.............. VII. Opracowanie ćwiczenia 1. Dla każdej serii pomiarów kąta skręcenia obliczamy średnie _ 0 , _ 1 , _ 2 . 2. Obliczamy właściwą zdolność skręcenia:     dc   010  . 3. Stężenie mierzonego roztworu obliczamy ze wzoru: _ _ 2 0 _ _ 1 0 xc c       . 4. Wyniki wpisać do tabeli. 5 Ćwiczenie O-9: Wyznaczanie stężenia cukru za pomocą polarymetru Plr-1 VIII. Rachunek błędu 1. Z uwagi na to, że pomiaru kąta  dokonujemy tylko trzykrotnie ograniczamy się do obliczenia błędu maksymalnego: _ max max i     dla każdej badanej substancji. 2. gdzie max - maksymalna różnica pomiędzy pomiarem a wartością średnią. 3. Błąd pomiaru długości rurki i stężenia wodnego roztworu możemy zaniedbać. 4. Błąd stężenia cukru i właściwej zdolności skręcającej obliczamy metodą różniczki zupełnej. IX. Literatura 1. Dryński T., Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, PWN, Warszawa 1978. 2. Lech J., Opracowanie wyników pomiarów w laboratorium podstaw fizyki, Wydawnictwo Wydziału Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej PCz, Częstochowa 2005. 3. Respondowski R., Laboratorium z fizyki, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1999. 4. Szczeniowski S., Fizyka doświadczalna, cz. IV, Optyka, PWN, Warszawa 1976. 5. Szydłowski H., Pracownia fizyczna wspomagana komputerem, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa2003. 6