Ćw. 48.doc

Kamil Dobrzyń Gr. 1 Para 3

Ćw.48: Pomiar stężenia substancji optycznie czynnych za pomocą polarymetru.

              Światło jest falą elektromagnetyczną, w której oscylacje pola elektrycznego i magnetycznego zachodzą w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali. Pole elektryczne opisuje wektor natężenia pola elektrycznego, natomiast pole magnetyczne wektor natężenia pola magnetycznego lub indukcji magnetycznej. Prawie wszystkie oddziaływania wywołane prze fale świetlne są wynikiem oddziaływania ośrodka z polem elektrycznym, dlatego też wektor natężenia pola elektrycznego nazywa się wektorem świetlnym. Jeśli kierunek drgań pola elektrycznego jest ustalony, to mówimy, że fala jest liniowo spolaryzowana, a płaszczyzna drgań wektora nazywa się płaszczyzną polaryzacji.

              Światło polaryzuje się różnymi sposobami:

1.              Odbijając od powierzchni dielektryków np. szkła- wiązka światła odbita jest spolaryzowana, gdy kąt padania wynosi Ф i jest określony przez stosunek załamania obu granicznych środków. Kąt taki określany jest mianem kąta Brewstera:

Promień odbity będzie spolaryzowany całkowicie liniowo, a promień załamany, który tworzy kąt prosty z promieniem odbitym, będzie spolaryzowany częściowo.

2.              Przepuszczając światło przez filtr polaryzacyjny (polaroid)-przejrzystą płytkę o grubości ok. 0,1 mm, okrytą dużą liczbą drobnych, sztucznych kryształków, odgrywających rolę polaryzatorów.

3.              Przepuszczając światło przez ciała anizotropowe (kryształy) i uzyskując podwójne załamanie- dwójłomność. Dwójłomność kryształów jest spowodowana różną częstotliwością drgań atomów sieci kryształu pod wpływem przechodzącego światła względem trzech osi układu współrzędnych.

Kryształ jest jednoosiowy, jeśli dwie składowe częstotliwości są takie same, a trzecia jest różna. Ten wyróżniony kierunek określa się jako oś optyczną kryształu. Jeżeli między promieniem świetlnym i osią kryształu jest kąt różny od 0 i 90 stopni to światło rozprasza się na promień zwyczajny i nadzwyczajny; oba są spolaryzowane w płaszczyznach do siebie prostopadłych. Promień zwyczajny załamuje się zgodnie z prawem Snelliusa, natomiast nadzwyczajny nie podlega temu prawu.

Zasadniczym elementem polarymetrów i sacharymetrów jest tak zwany pryzmat nikola. Nikol składa się z odpowiednio przyciętego a następnie sklejonego balsamem kanadyjskim kryształu szpatu islandzkiego. Promień nadzwyczajny przechodzi przez kryształ bez zmiany kierunku i można go wykorzystać jako źródło światła liniowo spolaryzowanego. Promień zwyczajny natomiast doznaje całkowitego wewnętrznego odbicia i zostaje usunięty poza nikol.

Stosunek natężenia światła wpadającego I do natężenia światła wychodzącego I0 można określić wzorem:

,                             skąd I=I0cos2β

Wyrażenie to jest prawem Malusa.

Ośrodki skręcające płaszczyznę polaryzacji nazywamy optycznie czynnymi. Płaszczyzna polaryzacji może być skręcana zgodnie z ruchem wskazówek zegara- substancje prawoskrętne; i przeciwnie do ich ruchu (substancje lewoskrętne).

W roztworach kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji α jest proporcjonalny do grubości warstwy roztworu l i stężenia roztworu subst. optycznie czynnej:

α=α0lc, gdzie:

skręcalność właściwa zależna od rodzaju substancji badanej i długości fali świetlnej:

Zależność tą wykorzystuje się w polarymetrach do wyznaczania substancji optycznie czynnych. W polarymetrach optycznie czynnych wykorzystuje się lampę sodową emitującą fale o długości 589 nm.

Pomiar:

Obliczenia: