Контрольные вопросы. Список рекомендуемой литературы. Определение концентрации растворов при помощи поляриметра

1. Включить осветительную систему. Если в качестве источника используется лазер, то его включает преподаватель.

2. Установить экран так, чтобы на нем получилось четкое изображение центральной полосы и спектров 1-го и 2-го порядков.

3. Измерить расстояние от экрана до дифракционной решетки.

4. Измерить на экране расстояние между серединами освещенных полос определенного цвета (по указанию преподавателя) x ₁ спектра 1-го порядка.

5. Аналогично определить расстояние x ₂ в спектре 2-го порядка.

6. Полученные значения l и x_m подставить в формулу (11) и вычислить длину световой волны или постоянную дифракционной решетки по указанию преподавателя.

7. Вычислить погрешность.

Контрольные вопросы

1. Что называется дифракцией света?

2. Как происходит дифракция на одной щели?

3. Как перераспределяется поток световых волн на дифракционной решетке?

4. Как изменяется дифракционная картина от многих щелей по сравнению с дифракцией от одной щели?

5. Каким образом можно определить длину световой волны с помощью дифракционной решетки?

Список рекомендуемой литературы

1.Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 2. – М.: Наука, 1978. – 480 с.

2.Ландсберг Г.С. Оптика. – М.: Наука, 1976. – 928 с.

Лабораторная работа № 5-7

Определение концентрации растворов при помощи поляриметра

Цель работы: ознакомление с вращением плоскости колебаний света в оптически активных веществах и практическим применением данного явления для определения концентрации растворов.

Оборудование: поляриметр СМ, трубки с раствором сахара, линейка.

Введение

При прохождении плоскополяризованного света через некоторые вещества плоскость колебаний поворачивается, что обусловлено особым строением молекул – отсутствием в них зеркальной симметрии. Такие вещества называются оптически активными. Примером оптически активной среды является, например, водный раствор сахара. Оптической активностью обладают и некоторые кристаллы, например кварц. Его активность связана с асимметрией строения кристаллической решетки.

Угол φ, на который поворачивается плоскость колебаний в оптически активных растворах, прямо пропорционален толщине слоя раствора и концентрации вещества

, (1)

где L – толщина слоя, дм; C – концентрация, г/см³; α ₀ – коэффициент, называемый удельным вращением растворённого вещества (постоянная вращения), град∙см³/(дм∙г). Постоянная вращения зависит от длины волны падающего света и температуры раствора. У сахарных растворов при T = = 20^оCдля желтых лучей λ = 0,589 нм, α ₀ = 66,46 град∙см³/(дм∙г).

В общем случае величину α₀надо определить экспериментально, зная величины C и L и измеряя угол поворота φ:

. (2)

Зная величины α₀ и L,измеряя угол поворота φ для раствора с неизвестной концентрацией, можно вычислить:

. (3)

Приборы, служащие для количественного исследования вращения плоскости колебаний, называются поляриметрами. В данной работе пользуются одним из наиболее точных приборов – полутеневым поляриметром типа СМ. Световой пучок в этом приборе, пройдя поляризатор, своей средней частью проходит через кварцевую пластину и анализатор, а двумя крайними частями – только через анализатор. Кварцевая пластина поворачивает плоскость колебаний на небольшой угол Δφ= 5 – 7^o от плоскости пропускания поляризатора PP до плоскости KK (см. рисунок).

Интенсивности света (и, следовательно, освещённости соответствующих частей поля зрения прибора) пропорциональны квадратам проекций E_p – амплитуды светового вектора, прошедшего только через поляризатор, Е_к – то же для светового вектора, прошедшего через кварц (средняя часть поля зрения) на плоскость пропускания анализатора АА.

Нетрудно увидеть, что здесь возможны лишь два положения анализатора, при которых проекции амплитуд векторов E_p и Е_к равны и освещённости частей поля зрения одинаковы: 1) когда плоскость пропускания анализатора АА совпадает с биссектрисой угла Δφ(все три части поля зрения одинаково ярко освещены); 2) когда плоскость анализатора АА перпендикулярна биссектрисе угла Δφ (все три части поля зрения одинаково затемнены). Второе положение может быть зафиксировано точнее, так как чувствительность глаза намного выше при меньшей освещённости. Поэтому поляриметр следует настраивать на равное затемнение, что соответствует почти полному скрещиванию поляризатора и анализатора (86 – 87⁰). Это положение анализатора называется нулевой точкой.

Трубка с исследуемым раствором помещается между поляризатором с кварцевой пластиной и анализатором. Если исследуемое вещество оптически активно, то оно поворачивает плоскость колебаний всех лучей, идущих и через кварц, и мимо него, на определенный угол φ. Интенсивности частей поля зрения становятся различными. Но можно снова добиться одинакового затемнения тройного поля зрения поворотом анализатора на тот же угол φ, который измеряется по шкале анализатора.

Головка анализатора состоит из неподвижного лимба, двух вращающихся с помощью фракциона нониусов и зрительной трубы (окуляра). На лимбе нанесено 360 делений. Нониусы имеют 20 делений (цена деления нониуса 0,05⁰). Для учета эксцентриситета круга при больших углах вращения необходимо пользоваться двумя нониусами и результатом измерения считать среднее значение показаний двух нониусов. Окуляр фокусируется перемещением муфты вдоль оси прибора. В раковинах окуляра находятся две лупы, которые дают увеличенные изображения нониусов.