ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА В ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ

ВЕЩЕСТВАХ С ПОМОЩЬЮ ПОЛЯРИМЕТРА

 

Раствор исследуемого оптически активного вещества (в нашем случае - сахара) помещают в специальную трубку, торцы которой сделаны из стекла. Угол поворота плоскости поляризации света α определяют как разницу двух измерений. Сначала измеряют значение α0 с убранной из поляриметра трубкой с оптически активным веществом. Затем в прибор вставляют трубку с раствором сахара и измеряют значение αС. Угол поворота оптически активным веществом плоскости поляризации света α определяют как:

α = αС - α0. (2)

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Открыв крышку камеры, убрать из прибора трубку с раствором сахара, закрыть крышку и включить прибор в сеть.

2. Определить α0 прибора. Для этого, вращая поляризатор, получить в окуляре изображение поля, приведенное на рис. 8 а, в или 11а, в. Перемещением окуляра установить изображение резким. Вращением поляризатора установить одинаковую освещённость всего поля зрения, как это показано на рис. 8 в или 11в, то есть установить момент отсчёта. Сделать отсчёт угла α0 и занести его в таблицу 1.

3. Установить в поляриметр трубку с раствором сахара и перемещением окуляра сделать изображение резким. Вращением поляризатора установить момент отсчёта, то есть добиться одинаковой освещённости всего поля зрения прибора. Сделать отсчёт угла вращения плоскости поляризации света αС и занести его в таблицу 1.

4. Убрав из поляриметра трубку с раствором сахара, повторить измерение угла α0 по пункту 2, а затем измерение угла αС по пункту 3. Результаты измерений записать в таблицу 1. Всего должно быть проведено не менее 5 таких измерений.

5. По формуле: α = αС - α0. определить угол вращения плоскости поляризации света оптически активным раствором сахара.

6. По формуле (1) вычислить концентрацию раствора сахара. Удельное вращение плоскости поляризации сахара [α] = 66,5 град×см3/дм×г. Длина трубки l = (2,00 ± 0,02) дм.

7. По данным, приведённым в таблице 1, вычислить среднее значение <C>, а также абсолютную случайную погрешность её измерений ∆ССЛ.

 

Таблица 1:

  №№ опытов α0, град αС, град   α=αС0   Сi áCñ,   ∆Сi,     (∆Сi)2     S   Sn   t ∆ССЛ,
                     
           
           
           
           

8. Найти относительную, а затем и абсолютную систематическую (приборную) погрешность измерений ∆СПР по формуле:

(3)

Здесь ∆α -приборная погрешность измерения угла α, ∆ℓ- приборная погрешность определения длины трубки с раствором сахара.

9. Найти полную абсолютную погрешность измерений по формуле:

(4)

 

10. Округлить полную погрешность до первой значащей цифры. Затем до той же значащей цифры округлить результат измерений. Ответ записать по форме:

Пример. Ответ: длина волны излучения лазера равна:

l = (0,76 ± 0,02)×10-6 м.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Рассказать о строении электромагнитной волны.

2. В чём отличие плоско поляризованного света от естественного?

3. Явление двойного лучепреломления света в анизотропных кристаллах.

4. Принцип работы призмы Николя. Начертить ход лучей в призме Николя.

5. Рассказать о явлении вращения плоскости колебаний плоско поляризованного света в оптически активных средах. От чего зависит величина угла поворота?

6. Рассказать об устройстве прибора для определения концентрации сахара - поляриметра. По какой формуле вычисляется концентрация сахара?

 

ЛИТЕРАТУРА:

1. Cавельев И.В. “Курс общей физики”, т. 3, «Наука», 1973

2. Трофимова Т.И. “Курс физики”, «Высшая школа», 1997

 

 

Приложение 1

 

ПОРЯДОК И ПРАВИЛА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

 

Пусть по результатам прямых измерений параметров х, у, z, .. определяется физическая величина А, которая является некоторой функцией этих параметров А = f(x, y, z,..). Для вычисления случайной, систематической и полной погрешностей результатов измерений необходимо:

1. Провести многократное определение величины А по возможности при различных значениях параметров x, y, z,.. Результаты занести в таблицу 2 (Аi, где i =1, 2, .n, где n- число измерений).

2. Найти среднее арифметическое значение <A> = (А1+ А2+..+ Аn)/n.

3. Найти модули разности |Ai - <A>| = DAi для каждого измерения .

4. Вычислить квадраты абсолютных погрешностей (DAi)2.

5. Вычислить сумму квадратов S = (DA1)2 +..+ (DAn)2, а затем и средне квадратичную погрешность результатов измерений:

6. По таблице 3 с учётом заданной преподавателем надежности α и числа измерений n определить коэффициент Стьюдента tna..

7. Вычислить случайную абсолютную погрешность результата измерений: DAСЛ = tna×Sn.

8. Вычислить систематическую (приборную) погрешность измерительной установки DAПР. С этой целью необходимо прологарифмировать формулу, по которой вычисляют А = f(x, y, z,.). От полученного выражения взять частные производные по измеряемым параметрам и подставить их в формулу (1), по которой вычисляют относительную систематическую погрешность измерительной установки:

(1)

Здесь Dx, Dy, Dz - абсолютные погрешности приборов, измеряющих параметры x, y, z.

Пример. Определяется плотность цилиндра методом взвешивания и измерения его размеров: r = 4m/pd2h. Прологарифмируем выражение: lnr = ln4 + ln m - lnp -2lnd – lnh. Возьмём частные производные по измеряемым параметрам и подставим их в формулу (1):

Здесь Dm – абсолютная погрешность весов, Dd и Dh абсолютные погрешности штангенциркуля и линейки, с помощью которых проводили измерения диаметра и высоты цилиндра.

Формулы для вычисления εПР измерительных установок даны в описаниях к лаб. работам.

9. Вычислить абсолютную систематическую погрешность измерительной установки: DAПР = eПР×<А>.

10. Сравнить абсолютные случайную и систематическую погрешности. Если они близки, вычислить полную погрешность по формуле:

11. Округлить полную погрешность до первой значащей цифры. Затем до той же значащей цифры округлить и результат измерений.

12. Окончательный результат записать в форме: А = (<A> ± DА) ед. измерения.

Пример. Ответ: плотность цилиндра r = (7,82 ± 0,05)×103 кг/м3.

Таблица. Расчёт случайной погрешности косвенных измерений

 

Текущее Ai Среднее <A> Разность DAi Квадрат разности (DAi)2 Сумма квадратов S Sn α= ta DAСЛ
A1   DA1 (DA1)2        
A2 DA2 (DA2)2
A3 DA3 (DA3)2
…. …..
n An DAn (DAn)2

 

Таблица 3. Коэффициенты Стьюдента

 

n 0.7 0.9 0.95 0.98
2,0 6,3 12,7 31,8
1,34 2,9 4,3 7,0
1,3 2,4 3,2 4,5
1,25 2,1 2,8 3,7
1,2 2,0 2,6 3,4
1,16 1,94 2,5 3,1
1,12 1,9 2,4 3,0
1,1 1,85 2,3 2,9
1,08 1,8 2,26 2,8

 

 

Приложение 2.

Образец отчёта

 

 

ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

 

КАФЕДРА ФИЗИКИ

 

ОТЧЕТ

 

По лабораторной работе № 8