Опис експериментальної методики

Вищеописане явище лежить в основі експериментальної методики визначення концентрації цукру в розчині. Цим методом користуються в медицині, в органічній хімії, харчовій промисловості тощо.

Схема установки (поляриметра), за допомогою якої визначається концентрація цукру, зображена на рис.1

Джерело світла Д разом з лінзою Л утворює паралельний пучок променів, які поляризуються поляризатором П. Поляризоване світло проходить через трубку Т довжиною ℓ з розчином цукру.

Розчин цукру повертає площину поляризації, кут повороту якої можна визначити за допомогою аналізатора А. Таке визначення можна було б здійснити, повертаючи аналізатор доти, доки інтенсивність світла за наявності трубки стане такою ж, як і за її відсутності. Однак око мало чутливе до абсолютного значення інтенсивності, тому в установці є спеціальний пристрій – бікварцева пластинка Б. Бікварц складається з двох склеєних кварцових пластинок, вирізаних перпендикулярно до їх оптичної осі. Склеєні поверхні паралельні до ходу променя і розділяють поле зору на дві однакові частини. Одна частина обертає площину поляризації праворуч, а друга – на такий же кут ліворуч. Якщо аналізатор повернути так, що його площина поляризації буде перпендикулярною до площини коливань, то без бікварцу поле зору повинне бути темним. Оскільки пластинки бікварцу повертають площину поляризації на однаковий кут у протилежних напрямках, то у випадку перпендикулярності площини поляризації аналізатора і площини коливань променів обидві частини поля зору повинні бути освітлені однаково. Якщо дещо повернути аналізатор, освітленість однієї половини поля зору зменшиться, а другої – збільшиться. При обертанні аналізатора в іншу сторону освітленість полів змінюється. Зміна освітленості частин поля зору під час переходу аналізатора через положення, коли його площина перпендикулярна до площини коливань, відбувається дуже різко. Тому установка на однаково освітлене поле зору виявляється дуже чутливою. В поляриметрі поле зору розглядається за допомогою окуляра О (рис. 1).

Д

ля відліку кутів повертання площини аналізатора відносно площини поляризатора у приладі є шкала, проградуйована в градусах, з відповідним оптичним пристроєм для вимірювання значень кутів. Шкала ноніуса дозволяє виміряти кут з точністю до десятих частин градуса. В поляриметрі є змінні світлофільтри С, за допомогою яких можна вибрати зручну для дослідження спектральну область світла.

В роботі використовуються трубки з відомою і невідомою концентраціями розчину однакової довжини ℓ. Це полегшує експериментальне визначення концентрації цукру. Дійсно, нехай кут обертання площини поляризації світла розчином цукру відомої концентрації с₀ згідно (2) дорівнює

, (3)

а невідомої – дорівнює

. (4)

Тоді, розв’язуючи систему рівнянь (3) і (4), одержимо робочу формулу

(5)

Хід роботи

1. Відкрити кришку поляриметра, вийняти трубки з розчинами і закрити кришку.

2. Ввести жовтий світлофільтр.

3. Навести окуляр зорової трубки на найбільшу різкість, щоб межа між частинами поля зору була чіткою.

4. Обертаючи аналізатор, досягти однакової освітленості поля зору (у випадку зміни положення аналізатора освітленість частин поля зору різко змінюється). Відмітити це так зване нульове положення аналізатора . Нульове положення визначити не менше трьох разів, збиваючи перед кожним виміром попереднє налаштування.

5. Переконатися, що в трубках з розчином немає бульбашок повітря. Якщо є бульбашка, то шляхом доливання відповідного розчину необхідно її видалити (цю операцію виконує лаборант).

6. Помістити трубку з розчином цукру відомої концентрації у поляриметр і закрити кришку.

7. Окуляром відрегулювати чіткість межі розділу поля зору. Повертаючи аналізатор, добитися однакової освітленості частин поля зору. Зняти відлік кута повороту . Дослід повторити декілька разів, збиваючи перед кожним виміром попереднє налаштування.

8. Знайти значення кута за формулою

.

9. Замінити трубку з розчином відомої концентрації трубкою з розчином невідомої концентрації. Описаним в п. 5-7 методом визначити кут, що визначає положення площини поляризації . Дослід повторити декілька разів.

10. Знайти значення кута за формулою

.

11. За формулою (5) обчислити концентрацію цукру досліджуваного розчину

12. Дати оцінку похибкам вимірювань і записати кінцевий результат.

Таблиця вимірювань

с₀ = Δс₀ =

№п/п
1
2
3
4
5
Сер