Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 4. 16.
Определение концентрации раствора сахара
Цель работы: определить концентрацию раствора сахара.
Оборудование: скамья ФОС, анализатор, поляризатор, фоторегистратор, ванночка, 2 раствора сахара.
I. Основные понятия и определения
Свет представляет собой поперечную электромагнитную волну, вектор , которой воздействует на электроны вещества, меняя свою ориентацию. Свет, в котором колебания вектора происходят во всевозможных плоскостях, происходящих через направление луча, называется естественным.
Примером таких источников служат Солнце, лампа накаливания и др. Если же колебания вектора происходит в одной плоскости, проходящий через направление луча, то свет называется поляризованным, например у лазера. Плоскость, в которой происходят колебания в поляризованном луче называется плоскостью поляризации. Поляризация света наблюдается в ряде явлений: при отражении, преломлении, рассеянии света, при прохождении через металлы. В ряде кристаллов и растворов органических веществ прохождение поляризованных лучей сопровождается вращением плоскости поляризации. Это способность веществ называется оптической активностью. В частности оптически активными веществами является кристаллический кварц, сахар, скипидар, пластмассы и другие. Френель предложил следующее качественное объяснение вращения плоскости поляризации света. Линейно поляризованную плоскую монохроматическую волну Е=А sin(wt-kx) можно представить в виде комбинации двух одновременно распространяющихся циркулярно поляризованных плоских монохроматических волн той же частоты, векторы напряжённостей Е1 и Е2 которых равны по модулю и вращаются во взаимно противоположных направлениях с одинаковой угловой скоростью w. В оптически активной среде волны Е1 и Е2 распространяются с разными фазовыми скоростями. Поэтому после прохождения этими волнами в среде пути l, между ними возникает сдвиг по фазе Δφ, пропорциональный l. Соответственно, в результате наложения этих волн на выходе из слоя толщиной l образуется плоская монохроматическая волна Е'= Е1 +Е2, плоскость поляризации которой повёрнута относительно плоскости поляризации падающей волны на угол , пропорциональный l.
Здесь Е1 – световой вектор левой составляющей, Е2- правой, а РР – направление суммарного вектора Е.
Если скорости распространения обеих волн неодинаковы, то по мере прохождения через вещество, один из векторов, например, Е1 будет отставать в своём вращении от вектора Е2 , то есть результирующий вектор Е будет поворачиваться в сторону более «быстрого» вектора Е2 и займёт положение QQ. Угол поворота будет равен φ. Различие в скорости распространения света с разными направлениями круговой поляризации обусловлено асимметрией молекулы или же асимметричным размещением атомов в кристалле. Как правило, все оптически активные вещества существуют в двух разновидностях – правовращающей и левовращающей. Молекулы этих веществ являются зеркальным отображением друг друга. Такие зеркально симметричные кристаллические формы называются энантиоморфными. В оптически активных кристаллах и чистых жидкостях угол φ поворота плоскости поляризации света пропорционален толщине слоя вещества, через который проходит свет: φ=αl. Коэффициент «α»- называется удельным вращением. Оно зависит от природы вещества, температуры и длины волны λ0 света в вакууме. Зависимость α(λ0) называется вращательной дисперсией. Вдали от полос поглощение света веществом вращательная дисперсия подчиняется закону Био: α~ λ0-2.
Угол поворота плоскости поляризации света при прохождении им пути «l» в оптически активном растворе φ=[ α]cl=[ α]ρkl. Здесь «с». – объёмно-массовая концентрация оптически активного вещества в растворе (кг/м3). «ρ» - плотность раствора: - долевая концентрация по массе, т.е. отношение массы оптически активного вещества к массе раствора. Коэффициент [ α] называется удельным вращением раствора.
Для обнаружения вращения плоскости поляризации можно использовать поляроиды. Если, например, два поляроида перекрещены и не пропускают свет, то при введении между ними сахарного раствора, плоскость колебаний поляризованного луча, вышедшего из первого поляроида, при прохождении раствор повернётся на некоторый угол « φ » и уже не будет перпендикулярно к плоскости колебаний второго поляроида, поэтому свет будет частично проходить через второй поляроид. Чтобы он опять не пропускал свет, его надо повернуть на угол « φ » вслед за повернувшейся плоскостью поляризации света прошедшего через раствор. Вращение плоскости поляризации получило широкое практическое применение для различных целей, в частности для определения процентного содержания сахара в растворах.
II. Методика эксперимента
1. Включить источник света и поместить между поляроидами на скамье ФОС пустую кювету.
2. Добиться максимальных показаний амперметра при нулевом положении указателя углов на поляроиде, вращая другой поляроид.
3. Налить в кювету раствор сахара известной концентрации и поворотом поляроида на угол « φ » восстановить максимальное значение показаний амперметра.
4. По измеренным значениям параметров определить постоянную вращения раствора «α».
5. Заменить в кювете раствор сахара на другой раствор неизвестной концентрации, найти для него угол « φх » и определить концентрацию этого раствора Сх.
6. Результаты занести в таблицу:
|
l (м) |
К |
φ0 |
ρ (кг/м3) |
[α] |
φх0 |
Кх |