Ć W I C Z E N I E N R O-9

Transkrypt

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

2 I. Zagadnienia do opraowania 1. Polaryzaja światła 2. Ciała optyznie zynne 3. Polarymetr budowa i zasada działania. 4. Wyznazanie stężenia roztworu ukru za pomoą polarymetru. 5. Rahunek błędu metodą różnizki zupełnej II. Wprowadzenie teoretyzne Znany jest szereg iał, któryh roztwory (zwłaszza wodne) skręają płaszzyznę polaryzaji światła. Istnieję też iała, które w stanie stałym, iekłym lub gazowym maję te same właśiwośi. Ciała takie nazywamy optyznie zynnymi. Skręenie płaszzyzny polaryzaji może nastąpić w lewo, lub w prawo; możemy wię mówić o polaryzaji lewoskrętnej lub prawo-skrętnej. Wielkość kąta skręenia zależy od grubośi warstwy ośrodka skręająego, od rodzaju substanji skręająej oraz od stężenia jeśli mamy do zynienia z roztworem. Kąt zależy także od długośi fali światła spolaryzowanego. Dla roztworów stwierdzono doświadzalnie następująe zależnośi: d gdzie: kąt skręenia płaszzyzny polaryzaji; stężenie substanji optyznie zynnej; d grubość warstwy roztworu; [ ] tzw. właśiwa zdolność skręenia. Do pomiaru skręenia płaszzyzny polaryzaji światła w substanjah optyznie zynnyh służą polarymetry. Polarymetry przeznazone do pomiaru ukru nazywamy saharymetrami. (1) 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 zęśi (Rys.2). Filtr 3 umożliwia praę przy długośi fali zbliżonej do żółtej linii sodu. Optyznie zynna substanja znajdująa się w rure polarymetryznej /6/ (Rys. 1) skręa płaszzyznę polaryzaji o pewien kąt w zależnośi od stężenia i rodzaju substanji. Przez analizator /7/ światło przedostaje się do układu /8,9/. Analizator jest sztywno związany z kręgiem /11/ i pokrętką /12/. Noniusz jest nieruhomo umoowany w obudowie przyrządu. Polarymetr wyregulowany jest w ten sposób, że bez iezy optyznie zynnej, trzy zęśi pola widzenia są jednakowo jasne, gdy zerowa kreska podziałki kątowej na tarzy 11 pokrywa się z zerową kreską podziałki noniusza (Rys. 2 a). 2

3 1.Źródło światła 2.Kolimator 3.Filtr 4.Polaryzator 5.Półfalówka 6.Rurka polarymetryzna 7.Analizator 8.Obiektyw 9.Okular 1.Lupka 11.Tarza z podziałką stopniową i noniuszem 12.Pokrętka obrotu analizatora i tarzy z podziałką Rys. 1. Shemat polarymetru Po wstawieniu do przyrządu rurki polarymetryznej wypełnionej substanją optyznie zynną zauważymy w polu widzenia przyrządu zaiemnienie środkowej zęśi pola widzenia, a rozjaśnienie zewnętrznyh lub odwrotnie (Rys.2 b). Różnia jasnośi jest wynikiem skręenia płaszzyzny polaryzaji, przez iez wypełniająą rurkę polaryzayjną. Obraają pokrętką 12 uzyskujemy ponownie jednakową jasność 3-eh zęśi pola widzenia przyrządu. Wartość kąta skręenia odzytujemy przez lupę 1 z dokładnośią do.5. Odzytu dokonujemy po ustawieniu jednakowej jasnośi 3-eh zęśi pola widzenia (Rys.2, d). a) b) ) d) Rys.2 3

4 III. Zasada pomiaru Wyznazanie stężenia ukru W elu wyznazenia stężenia ukru x badanego roztworu należy wyznazyć kąt skręenia płaszzyzny polaryzaji dla roztworu o znanym stężeniu, a następnie kąt skręenia x dla iezy o nieznanym stężeniu. Jeżeli grubość warstwy roztworu d jest w obu pomiarah jednakowa, a tak jest w naszym przypadku, ze wzoru (1) wynika: d (2) zatem: wię gdzie: x x d x x x x, x kąty skręenia płaszzyzny polaryzaji dla roztworu znanego i badanego., x odpowiednie stężenia roztworów. (3) (4) (5) IV. Zestaw pomiarowy Polarymetr, 2 rurki polarymetryzne, ukier, woda destylowana, waga laboratoryjna. V. Przebieg ćwizenia 1. Przygotować roztwór o znanym stężeniu np. 2g ukru na 1 m 3 roztworu. 2. Ustawić polarymetr oświetlają szzelinę przyrządu lampą (najlepiej sodową.). 3. Umyć starannie rurkę polarymetryzną od wewnątrz, kilkakrotnie przepłukać, napełnić ją wodą destylowaną i przykryć suhym, zystym szkiełkiem, nasuwają je na rurkę ukośnie, aby uniknąć baniek powietrza. Po dokręeniu oprawki rurki jeszze raz dokładnie przetrzeć szkiełko na obu jej końah i włożyć rurkę do polarymetru. 4. Nastawić okular na dobre widzenie skali noniusza. 5. Nastawić pokrętło analizatora tak, aby trzy zęśi pola widzenia były jednakowo oświetlone - będzie to zerowe położenie analizatora przeprowadzić trzykrotnie i oblizyć. (jest to wielkość bardzo bliska ). Pomiar 4

5 6. Wylać z rurki polarymetru wodę destylowaną, przepłukać ją roztworem ukru o znanym stężeniu i napełnić rurkę tym roztworem w sposób podany poprzednio. Włożyć rurkę do polarymetru. 7. Obraają analizator uzyskać ponownie jednakowe oświetlenie 3-eh zęśi pola widzenia i odzytać nowe położenie analizatora. Pomiar przeprowadzić trzykrotnie i oblizyć 1 skręenia płaszzyzny polaryzaji przez roztwór o znanym stężeniu wynosi: a 1. Kąt 8. Napełnić rurkę roztworem o nieznanym stężeniu x i w opisany wyżej sposób znaleźć położenie analizatora Przeprowadzić pomiar trzykrotnie i oblizyć 2. Kąt skręenia płaszzyzny polaryzaji przez roztwór o nieznanym stężeniu x wynosi: x 9. Wyniki pomiarów zestawić w tabeli. 1. Pomiary wykonać dla 2 rurek o różnyh długośiah 2 VI. Tabela pomiarowa Kąt skręenia dla Numer rurki I d=... II d=... wody destylowanej Kąt skręenia dla roztworu o znanym stężeniu Kąt skręenia dla roztworu o nieznanym stężeniu Stężenie znanego roztworu Stężenie znanego roztworu Właśiwa zdolność skręająa x 2 VII. Opraowanie ćwizenia 1. Dla każdej serii pomiarów kąta skręenia oblizamy średnie, 1, Oblizamy właśiwą zdolność skręenia: 1 d. 3. Stężenie mierzonego roztworu oblizamy ze wzoru: 4. Wyniki wpisać do tabeli. x

6 VIII. Rahunek błędu 1. Z uwagi na to, że pomiaru kąta dokonujemy tylko trzykrotnie ogranizamy się do oblizenia max i błędu maksymalnego: 2. gdzie max max dla każdej badanej substanji. - maksymalna różnia pomiędzy pomiarem a wartośią średnią. 3. Błąd pomiaru długośi rurki i stężenia wodnego roztworu możemy zaniedbać. 4. Błąd stężenia ukru i właśiwej zdolnośi skręająej oblizamy metodą różnizki zupełnej. IX. Literatura 1. Dryński T., Ćwizenia laboratoryjne z fizyki, PWN, Warszawa Leh J., Opraowanie wyników pomiarów w laboratorium podstaw fizyki, Wydawnitwo Wydziału Inżynierii Proesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej PCz, Częstohowa Respondowski R., Laboratorium z fizyki, Wydawnitwo Politehniki Śląskiej, Gliwie Szzeniowski S., Fizyka doświadzalna, z. IV, Optyka, PWN, Warszawa Szydłowski H., Praownia fizyzna wspomagana komputerem, Wydawnitwo Naukowe PWN, Warszawa23. 6