Материал: Поляриметрический метод исследования оптически активных сред

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации



Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет

Отчет по лабораторной работе № 7

По дисциплине: Физика____________________________

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: «Поляриметрический метод исследования

оптически активных сред»

Автор: студент гр. ________________ / /

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Дата: ___________________

Проверил: ____________ / /

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2023

Цель: экспериментально исследовать явление оптической активности сахарного раствора: определить угол поворота плоскости поляризации монохроматического света, удельное вращение и концентрацию раствора.

Явление, изучаемое в лабораторной работе – оптическая активность среды (сахарного раствора).

Краткое теоретическое содержание

Видимый свет - это электромагнитные волны, имеющие длины от 410^–7 м до 710^–7 м.

Для полной характеристики волны задают ее длину , модули векторов (вектор напряженности электрического поля) и (вектор напряженности магнитного поля) а также ориентацию в пространстве плоскости колебаний электрического вектора.

Если для некоторого пучка света плоскость колебаний электрического вектора не изменяет положение в пространстве, то такой свет называют линейно-поляризованным.

Плоскость поляризации – это плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны.

Поляризатор – прибор, используемый для преобразования естественного света в высокополяризованный. Поляризатор пропускает колебания, параллельные его главной плоскости, и полностью задерживает колебания, перпендикулярные этой плоскости.

Анализатор – прибор, служащий для определения степени поляризации света.

Оптическая активность – это способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического излучения (света).

Интенсивность света в точке – это модуль средней по времени величины плотности потока энергии, которую световая волна переносит.

Поляриметр – прибор, предназначенный для измерения угла вращения плоскости поляризации, вызванной оптической активностью прозрачных сред, растворов и жидкостей.

Основные законы и соотношения

Закон Малюса:



Где – интенсивность плоскополяризованного света, прошедшего через анализатор;

– интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор;

– угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора.

Схема установки



1 – светодиодная лампа;

2 – конденсор;

3 – призма-поляризатор;

4 – хроматическая фазовая кварцевая пластинка;

5 – оптически активный раствор;

6 – анализатор;

8 – зрительная труба;

9 – лупы;

10 – измерительная шкала прибора;

11 – винт.

Основные расчётные формулы

1. Удельное вращение:



– угол поворота плоскости поляризации, град;

– нулевой отсчёт угла, град;

– длина трубки (толщина активного слоя), м;

– концентрация раствора сахара.

2. Неизвестная концентрация:



– концентрация раствора неизвестной концентрации;

– угол поворота плоскости для исследуемого раствора, град;

– длина трубки с раствором неизвестной концентрации, м.

Исходные данные

Трубка 1:

l=0,2 м

С=0,07

Трубка 2:

l=0,2 м

Погрешности прямых измерений





Формулы косвенных погрешностей:





Результаты эксперимента

Таблица 1. Измерения для трубки с известной концентрацией

Номер опыта	, град	, град	, град
1	1,05	11,20	10,15	725
2	1,05	11,25	10,20	728,571
3	1	11,20	10,20	728,571
Среднее	1,033	11,217	10,183	727,381

Примеры расчётов:



Таблица 2. Измерения для трубки с неизвестной концентрацией

Номер опыта	, град	, град	, град
1	1,05	17,75	16,7	0,115
2	1,05	17,9	16,85	0,116
3	1	17,9	16,9	0,116
Среднее	1,033	17,85	16,817	0,116

Примеры расчётов:



Расчёт погрешности косвенных измерений





.

Вывод: в ходе данной лабораторной работы было изучено устройство поляриметра и его работа. Было найдено значение удельного вращения плоскости поляризации и значение концентрации сахарного раствора. С учётом погрешности косвенных измерений можно записать значение удельного вращения: . Значение неизвестной концентрации с учётом погрешности равно: .