КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Определяне на концентрацията на захар разтвор чрез захариметър




Целта на тази дейност е да се изследва явлението поляризация, изучават феномена на въртене на плоскостта на поляризация, определяне на концентрацията на захарния разтвор, проверете законите на Malus и Брустър.

Инструменти и аксесоари: захариметър SU-2, епруветка с разтвор на захар, газ, хелий-неонов лазер, изолационната пластина.

3.1. Теоретично въведение

От гледна точка на електромагнитната теория на светлината е напречна електромагнитна вълна, в която вибрациите на векторите на електрически и магнитни полета се появяват, перпендикулярна на посоката на разпространение на светлината (фигура 3.1).

Vector вълна на електрично поле интензитет E 2 често се нарича светлина вектор. Това се дължи на факта, че физиологичното, фотохимични, фотоелектрически и други ефекти на светлина, причинени от вибрациите на електрическия вектор.

E и H - интензивност вектор - съответно на електрически и магнитни полета; С - вектор на скоростта на разпространение на вълната.

Емисията на светлинния тяло се състои от вълни, излъчвани от отделни атоми на тялото. Емисията на един атом трае 10 -8 ите. От всеки атом (атоми са ориентирани на случаен принцип), разпределени вибрации E и H срещащи се в определена равнина (Фигура 3.1). Ние винаги се наблюдава на кумулативния ефект на много атоми, а именно множеството от всички възможни ориентации E и H и бърза промяна на възможните насоки.

По този начин, на светлината, излъчвана от конвенционални източници не е предварително посока имот колебание, тя представя всички посоки колебание E перпендикулярна на линията. Фигура 3.2 показва някои от възможните векторни вибрации. E (векторната H не е уточнено).

Светлина с всички възможни ориентации на вектор Е (и следователно на вектор Н) е естествено. В естествена светлина колебания в различни посоки са представени с еднаква вероятност (Фигура 3.2).

Светлина в която Е (и следователно, H) има една посока, наречен равнина поляризирана (вж. Фигура 3.1).

Равнината, минаваща през посока на колебание на светлина вектор Е и посоката на разпространение на вълната се нарича равнината на поляризация.

На Фигура 3.3 показва посоката на колебание на вектор Е в равнината на поляризирана светлина. От това следва, че природни източници излъчват светлина вълни не са поляризирани. Plane-поляризирана светлина може да бъде получена от естествения с помощта на устройства, наречени поляризатори (Nicol призма, Polaroid, и т.н.).

Тези устройства са способни на свободно течаща светлинни вълни, електрическата интензивност вектор, който се различава само в една много специфична посока. Тази посока се нарича основният фокус. На фиг.3.4 PP - основното направление на поляризатор.



С цел да се определи посоката на трептене на поляризирана светлина по пътя си дават анализатор, който на устройството се различава от поляризатор. Анализатор като поляризатор може да премине само тези вибрации, които съвпадат с основната си линия AA (Фигура 3.4.) Ако анализатора се завърта така, че неговата основна посока на АА ще бъде под ъгъл от 90 0 с основната посока на ПП на поляризатор, тогава парсера ще бъде мрак интензивността на пропуснатата светлина ще бъде равна на нула (фиг. 3.4.). Тази ситуация се нарича прекоси анализатор. В случай, че основните направления на поляризатор и анализатор, които сключват ъгъл φ, излъчваната светлина интензитет ще вземат междинни стойности. Връзката между интензитета J и МФ ъгъл може да бъде разбрано от вектор диаграмата (фиг. 3.5.).

Нека PP и AA, съответно, основните направления на поляризатор и анализатор, които сключват ъгъл φ.

E R - амплитуда на светлинния вектор д р. Предавани от поляризатор;

E A - амплитудата на светлина вектор Е и излиза на анализатора.

Както се вижда от фиг. 3.5, EA е проекцията на P E към основната посока на АА анализатор, т.е. E A = E R • COS φ.

Тъй като е известно, че интензитетът на светлината е пропорционална на квадрата на амплитудата на J ~ Е 2, тогава J = J 0 2 COS φ (право Malus), където J 0 - интензивност на светлината инцидент на анализатора, J - интензивността на светлината, преминаваща през анализатора.

Ако COS МФ = 1, тогава J = J 0; J 0 е интензитетът на поляризирана светлина в случай на съвпадение на основните направления на поляризатор и анализатор.

С течение на самолет-поляризирана светлина през някаква субстанция има ротация на неговата равнина на поляризация. Вещества, които имат тази способност се наричат оптично активни. Те включват кристални твърди вещества (например, кварц, живачен) чисти течности (терпентин, никотин), и оптично активни вещества разтвори (водни разтвори на захар, винена киселина, и т.н.). Посоката на въртене на различни вещества варира: дясновъртящ и лявовъртящ. Дясновъртящ нарича тяло, в което колебание равнина за наблюдател гледа към светлинния сноп се завърта в посока на часовниковата стрелка. Лявовъртящ тяло се върти на трептене равнина на часовниковата стрелка лъч.

Ако между прекоси поляризатор и анализатор, позволявайки на тъмно зрително поле, за да се сложи оптично активно съединение, в областта на оглед Осветете. Въпреки това, ако се обърнете анализатора при φ ъгъл, че е възможно да си възвърне тъмно зрително поле.

В разтвори на ъгъла на въртене на равнината на поляризация е пропорционално на дължината L на пътя лъч в разтвора и концентрацията на активния компонент В.

φ = [α] • На • L, (3.1)

където [α] - количество нарича специфично въртене константа на веществото. Това е числено равно на ъгъла на завъртане на поляризацията в равнина слой 1 DM разтвор при концентрация от 100 г в 100 cm 3 разтвор при 20 0 С Той също така зависи от дължината на вълната на пропуснатата светлина. Следователно, формулата е валидна само в случай на монохроматична светлина, която се използва за производството на цветни филтри. Например, за натриев жълтата линия постоянно решение специфична ротация захар при нормална температура е:

[Α] = 52,6 ° • дм -1 г -1 • см 3.

3.2. Описание универсален захариметър

Universal захариметър, като всеки поляризиращ устройство се състои от две основни части: поляризатор и анализатор, представляващи Nicols (Фигура 3.6).

Лъч на лъчи от светлинния източник S минава през матирано стъкло M, предназначена да разпръсне светлината. Вместо матирана М в оптичната система може да бъде въведен C филтър. На следващо място, на светлинния лъч навлиза в поляризатор P и от самолета-поляризирана. Когато светлината преминава през поляризатор плоча засенчените Р от кварцово стъкло, камера за поляриметрични тръби Т захарни разтвори, K кварцов компенсатор, анализатор А.

Устройството, както се вижда от схемата за захариметър има засенчените плоча P, която се състои от две части: кварцово стъкло C и K (Фигура 3.7); AB - граничен сектор и кварцово стъкло.

Да приемем, че плочата намалява линейно поляризирана монохроматична светлина с колебание самолет PP. лека стъклена пластина ще мине, без да се променя колебание равнина, и кварцова плочка ще запали нова равнина на люлеене P 1 P 1, което е, да кварца - .. оптически активно вещество (Фигура 3.7). Ако и двете греди са след това пропускат през анализатора чиято равнина на трептене, например,

перпендикулярна на ПП, лъчът на лявата половина на зрителното поле на "C" на ще се погасява, и областта на оглед в тази половина ще бъде тъмно, докато дясната половина на светлина анализатор ще бъде пропуснат, и областта на половината ще бъде светлина. Ако равнината на колебание на анализатора е перпендикулярна на Р1, Р1 ще бъде обратната явление. Можете да намерите средно положение на анализатора, в която и двете половини на зрителното поле ще бъдат засенчените захариметър

еднакво свети - "нулева точка". Тест течност - разтвор на захар - е поставен между засенчените плоча на кварцово стъкло и анализатора, инсталиран предварително на нулевата точка. Ъгълът, под който анализатора трябва да се завърти, за да се постигне еднакво яркост очевидно е равен на ъгъла на въртене равнина колебания.

Кварцов компенсатор

За да се насладите на половин сянка захариметър, въведена устройство, което ви позволява да се прилага на бяла светлина - кварц компенсатор. Кварцов компенсатор K (Фигура 3.6) се състои от две клинове с остри ъгли. Клиновете са изработени от кварц лявовъртящият (върти плоскостта на поляризация е обратна на часовниковата стрелка). На Фигура 3.6 до 1 - стационарен клин K 2 - движимо клин. Чрез преместването на двете по отношение на К 1, можете да промените стойността на лявото въртене на поляризацията, даден от клиновете K 1 и K 2. Тъй като захарен разтвор се върти надясно (по часовниковата стрелка), равнината на поляризация на въртене, получена от захарния разтвор може да се компенсира кварц компенсатор ляво въртене на определена дебелина на двете клинове. Това обезщетение се провежда едновременно за всички дължини на вълните, а устройството може да бъде осветен с бяла светлина, защото зависимост от въртенето на дължина на вълната от кварц и захарни разтвори е приблизително същата. Описани захариметър компенсира само една посока на часовниковата стрелка въртене, т.е. не е подходящ за изследвания лявовъртящи решения.

Електрически крушки от S също така служи за осветяване мащаб и пергел W H, който се постига чрез използване на светлоотразителни призми 1 и 2 от защитното стъкло, разсейване на светлината. Цифрите и разделяне на нониуса на H и W са обсъдени в увеличен с лупа А, състоящ се от две лещи. Scale III е свързан към подвижната кварц клин К 2. По този начин, преместването на подвижната кварцов клин K 2, пропорционално на ъгъла на завъртане на поляризацията, причинени от тестовия разтвор се прехвърля в мащаб III и се преброяват с помощта на лупа А.

Захариметърът използва международен мащаб захар. 100 0 на тази скала отговаря на 34,62 0 ъгъл. На Фигура 3.8 показва появата на захариметър.

Основните части на устройството са измервателната глава блок 2 и осветление блок 7, свързан с греда 5, която е подсилена камера 4 поляриметричният тръба.

На лицевата страна на устройството има една линия в рамките на главата на препратка 1 за четене по скалата и областта на телескоп изглед 13 на. Задната страна на измервателната глава 3 е нониус единица. В долната част на измервателната глава се намира дръжка 12 за преместване на движима клин кварц и сродните кантара.

Осветителното тяло трябва да преместите рамката 6, който е стъклен филтър и матирано стъкло касета с една крушка 8. крушки, свързани чрез една стъпка надолу трансформатор 11 до 220V AC мрежа. Устройството е монтирано върху колона 9, стоманобетонна чугун основа 10.

3.3. производителност на труда

Упражнение 1: Определяне на концентрацията на захарен разтвор.

1. Включете устройството в мрежата. След включване на ключа за превключване на обшивката на трансформатора трябва крушка (Фигура 3.8).

2. Въведете един портокал филтър с помощта на рамката 6.

3. телескоп окуляр зрително поле 13 от и за четене лупа 1 мащаб трябва да бъде инсталиран върху окото на наблюдателя. За да направите това, въртенето на кадрите се движеха по оста на зрителното поле на окуляра на телескопа 13 от, една вертикална линия, разделяща областта на оглед на две половини, се виждаше ясно, но с оглед на референтния лупа 1 ясно се виждаше номера и тирета скала и пергел. Това се извършва в отсъствието на клетки поляриметричния тръба.

4. Направете устройство "нулева инсталиране" (нула инструмента), т.е. дефинира φ 0 инструмент. За тази цел, в отсъствието на поляриметричният тръба устройство камера чрез завъртане на дръжката 12, за да се постигне пълно хомогенност на двете половини на зрителното поле (вж. Ris.3.9b). При най-малкото началото на дръжката 12 и в двете посоки 0 + Δφ, φ 0 -Δφ) осветление половини на зрителното поле ще се промени на: той ще бъде тъмно едната половина, а след това от друга страна, както е показано на ris.3.9a и 3.9c.

Ако в момента на пълна хомогенност (ris.3.9b) поле на нула деление на скалата и пергел съвпадат, φ 0 = 0. Ако разделението нула не съвпада с осветление равен, тогава се взема броене и пишат φ 0. По този начин, броят на МФ 0 винаги се взема, когато двете половини на равно осветление зрително поле.

Граф φ 0 да се повтаря три пъти, всеки път като се измъкна от равенството на осветление на двете половини на зрителното поле с помощта на дръжката 12 (Фигура 3.8).

За да се определи средната аритметична стойност на броя на измерванията н φ 0 Wed Стойността на φ 0 ще даде нула позицията на устройството, устройството е нула. Измерванията, записани в таблица 3.1.

5. Вземете поляриметричният тръба и се изсипва в нея добре известно решение на N1. Tube прецакаш и поставете във фурната.

Ако сега погледнем в окуляра на телескопа 13 (Фигура 3.8), ние виждаме, че хомогенността на полето на видимост, се нарушава, т.е. половината от полето на видимост, стана тъмно и друга ярка. Отново, за да се постигне една и съща минимална осветяване на полето на наблюдение, както е направено в стъпка 4.

По скала за определяне на ъгъла φ 1 до 0.1 0. Измерванията φ 1 повтаря три пъти за същия разтвор и се изчислява φ 1 ср Проби МФ 0 може да бъде както положителен и отрицателен. Обратното броене е взето със знак минус, когато една нула в ляво от скалата на нониус е нула. По този начин се вземат десети градуса в лявата част на Верние където разделение нониус, по-точно, тя е най-добре в съчетание с една от поделенията на скалата. Положителни брой - когато на нулата на Верние везни до правото на нула (ris.3.10).

6. Измервания и изчисления, записани в таблицата. 3.1. Ъгълът на въртене на равнината на поляризация на отдела за α 1 мащаб, за да намерите разликата:

α 1 = φ 1 ср - φ 0 Wed

7. Разтворът на N1 излива тръби N1 в същата колба.

8. същият (позиции 5,6,7) Повторете с другия стандартен разтвор.

9. Получените данни (таблица 3.1), за да се построи калибрационна крива захариметър, т.е. графика на ъгъла на завъртане на равнината на поляризация α в поделенията на мащаба на концентрацията на захар в разтвор. За тази цел, стойностите на X-ос, за да забавят концентрация на захар в процента, Y ос - стойността на ъгъла в градуси (Фигура 3.11).

Според стандартната крива може да се каже, че ъгълът на въртене на равнината на поляризация съответства на определена концентрация на разтвора. Това е смисълът на калибриране захариметър.

10. За да се определи неизвестната концентрация на захарния разтвор. За тази поляриметричният тръба се налива разтвор на неизвестно концентрация и определяне на ъгъла на завъртане на поляризацията с това решение φ х, по същия начин, както беше направено в параграфите 5,6,7 Изчисли φ х ср и да намерят α х 0 = φ х ср - Φ 0 Wed

Използване на стандартната крива (фигура 3.11) от стойността на а Х се определи стойността на неизвестната концентрация. За тази цел, на Y-ос представлява стойността на α х и нарисувате права линия до пресичането му с, пуснете перпендикулярно на оста Х на кривата и вземете стойността на C х, където перпендикулярна ос пресича концентрации. Скалата е избран за удобно да се поберат на осите на работната площ (работни интервали Ас и Δα).

11. Резултатите от измерването се записват в таблица 3.1.

Таблица 3.1

φ 0, градушка φ 0 ° Нед ,, С% φ, градуси φ Wed, градушка α
1. 2. 3. От 1 1. 2. 3.
C 2 1. 2. 3.

Забележки:

1. тръба покритие стъкло не трябва да бъде натиснат много силно, тъй като в този случай тя може да бъде оптично активно, т.е. предизвика по-нататъшно въртене на поляризацията.

2. Налейте разтвора в тръбата трябва да е бавно, за да се избегне образуването на въздушни мехурчета, които го правят трудно да се проведат измервания.

Упражнение 2. Проверете Malus закон. Определяне на фактора

пречупване материал с помощта на Закона Brewster

Практическата част

Всички детайли на инсталацията са разположени върху оптичния игра. Източникът на радиация е газов лазер с хелий-неонов като линейно поляризирана радиация.

В изследване на Malus право използва друг поляризатор, анализаторът изпълнява ролята, както на лазерната светлина е линейно поляризирана, както и измерване на относителната интензивност на лазерното лъчение. С цел да се проучи закона на Brewster използва факта, че когато светлината е инцидент на изолационната пластина в ъгъла на Брюстър, на електрическо поле компонент Е, успоредни на равнината на падане не е отразено. Следователно, чрез насочване на лазерна поляризация равнина, успоредна на равнината на падане на излъчване на пробата при ъгъл на падане, равна Br φ = arctg N, където N - пречупване индекс на диелектрика, не се очаква отразения лъч. В действителност обаче интензитетът на отразения лъч преминава през минимум за плавно изменение на ъгъла на падане, която лесно се открива визуално. Монтаж в този случай се състои от лазер, са ориентирани правилно, и масата на която е монтирана на пробата.

Процедурата за упражняване

I. Право на Malus

1. Комплект за оптичен пейка в допълнение към лазерния поляризатор, анализатор и фотодетектора измерване на относителната интензивност на лазерното лъчение.

2. лаборатория включва лазер. За да се постигне перпендикулярна на равнината на анализатора на лазерния лъч и ясно хит на последния лъч на фотодетектора.

3. Включване на електромера на относителната интензивност на лазерното лъчение. Превърнете анализатора, за да се постигнат максимални показания. Това ще постигнем паралелизъм на осите на поляризация на лазера и анализатора.

4. Отстранете J зависимост от интензивността на излъчваната лазерното лъчение на ъгъл а между осите на лазерния поляризация и анализатора. Парцел J = F (α).