74 Sprawozdanie - polarymetr PDF

Preview

Summary

74 Sprawozdanie - polarymetr
Fizyka 2...

Description

Wydział:

Imię i nazwisko: 1

EAIiIB PRACOWNIA FIZYCZNA WFiIS AGH

Grupa:

Zespół:

Data zaliczenia:

Nr ćwiczenia: 74 Ocena:

Temat: Polarymetr

Data wykonania: Data oddania: Zwrot do popr. :

1.

Rok:

Data oddania:

Wstęp 1.1. Teoria

Światło to widzialna część promieniowania fal elektromagnetycznych. Fala elektromagnetyczna, jaką jest światło, może zostać poddana polaryzacji - uporządkowania płaszczyzny oscylacji fali. Istnieją substancje, które przez wzgląd na swoją strukturę wewnętrzną potrafią zmienić płaszczyznę oscylacji światła spolaryzowanego. Są to substancje aktywne optycznie.

Rys 1. Skręcenie wektora polaryzacji w ośrodku aktywnym optycznie.[1]

Jedną z substancji aktywnych optycznie jest sacharoza, czyli zwykły cukier. Roztwór cukru w wodzie wykazuje proporcjonalne skręcenie do stężenia roztworu. Kąt skręcenia można wyrazić wzorem

Δφ = a1 cl

(1)

gdzie: Δφ to kąt skręcenia, a1 to skręcenie właściwe roztworu, c to stężenie roztworu, l to długość płaszczyzny roztworu, przez którą musi przejść światło.

1

Do pomiaru kąta skręcenia roztworu służy polarymetr - przyrząd służący do pomiaru skręcalności substancji aktywnych optycznie.

Rys 2. Budowa polarymetru[1]

Natężenie światła przechodzącego przez polarymetr jest proporcjonalne do iloczynu kwadratu kosinusa kąta do natężenia padającego światła, zgodnie z prawem Malusa. Dla kąta φ = 90° , bez substancji aktywnej optycznie, pole widzenia jest całkowicie zaciemnione. Gdy do polarymetru zostanie włożona substancja aktywna optycznie płaszczyzna polaryzacji ulegnie skręceniu i pole widzenia zostanie rozjaśnione. Kąt, o jaki należy obrócić polaryzator do ponownego zaciemnienia, jest kątem skręcenia (różnica kątów odczytana na skali przyrządu). 1.2.

Opis i cel ćwiczenia

1.2.1.

Opis

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie skręcenia właściwego roztworu sacharozy. W tym celu wykonano następujące czynności: napełniono kuwetę polarymetru wodą destylowaną i zmierzono położenie zerowe polarymetru, napełniono kuwetę polarymetru roztworem sacharozy o stężeniu 20% i zmierzono kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji roztworu, a następnie powtórzono pomiary dla rozcieńczonego roztworu.

1.3.

Układ pomiarowy

Układ pomiarowy składa się z polarymetru (rysunek 2), zlewki z podziałką, wagi i pipety. Dokładność wagi u(m) = 0, 01 g .

2

2.

Przebieg ćwiczenia i wyniki

Długość kuwety polarymetru - 200 mm Dokładność polarymetru - 0, 05 ° Jako niepewność pomiarową przyjęto estymator niepewności standardowej.

2.1.

Wyniki pomiarów położenia zerowego polarymetru dla wody destylowanej Tab 1. Wyniki pomiarów położenia zerowego polarymetru Kąt [°] 0,00 0,00 0,70 0,10 0,05 0,35 0,00 0,05 0,20 0,90

Wartość średnia wynosi 0, 24° , niepewność pomiarowa wynosi 0, 11°

3

2.2.

Wyniki pomiarów położenia polarymetru dla poszczególnych stężeń roztworu Tab 2. Wyniki pomiarów dla stężenia 21% Kąt [°] 27.90 27.50 28.00 27.50 28.80 27.33 27.40 27.90 28.20 28.00

Wartość średnia dla obu obserwatorów wynosi 27, 85° , niepewność pomiarowa wynosi 0, 15° ° Korzystając ze wzoru 1 obliczono wartość skręcenia właściwego a1 = 0, 6576 mm , niepewność ° pomiarową obliczono zgodnie z prawem przenoszenia niepewności u(a1 ) = 0, 0039 mm.

Tab 3. Wyniki pomiarów dla stężenia 10,50% Kąt [°] 14.80 14.00 14.00 14.00 14.00 14.00 13.95 13.85 13.95 13.80

4

Wartość średnia dla obu obserwatorów wynosi 14, 035° , niepewność pomiarowa wynosi 0, 088° ° Korzystając ze wzoru 1 obliczono wartość skręcenia właściwego a1 = 0, 6571 mm , niepewność ° pomiarową obliczono zgodnie z prawem przenoszenia niepewności u(a1 ) = 0, 0043 mm .

Tab 4. Wyniki pomiarów dla stężenia 5,25% Kąt [°] 6.10 6.15 6.20 6.10 6.10 5.85 5.95 6.00 5.90 6.00

Wartość średnia dla obu obserwatorów wynosi 6, 035° , niepewność pomiarowa wynosi 0, 036° ° Korzystając ze wzoru 1 obliczono wartość skręcenia właściwego a1 = 0, 5524 mm , niepewność ° pomiarową obliczono zgodnie z prawem przenoszenia niepewności u(a1 ) = 0, 0035 mm.

Tab 5. Wyniki pomiarów dla stężenia 2,625% Kąt [°] 3.10 3.00 3.00 3.20 3.00 2.65 2.60 2.90 3.00

5

3.00

Wartość średnia dla obu obserwatorów wynosi 2, 945° , niepewność pomiarowa wynosi 0, 059° ° Korzystając ze wzoru 1 obliczono wartość skręcenia właściwego a1 = 0, 516 mm , niepewność ° pomiarową obliczono zgodnie z prawem przenoszenia niepewności u(a1 ) = 0, 012 mm .

Tab 6. Wyniki pomiarów dla stężenia 1,313% Kąt [°] 1.20 1.25 1.20 1.30 1.35 1.05 1.30 1.20 1.50 1.10

Wartość średnia dla obu obserwatorów wynosi 1, 245° , niepewność pomiarowa wynosi 0, 041° ° Korzystając ze wzoru 1 obliczono wartość skręcenia właściwego a1 = 0, 385 mm , niepewność ° pomiarową obliczono zgodnie z prawem przenoszenia niepewności u(a1 ) = 0, 016 mm.

6

2.3.

Liniowość zależności kąta skręcenia a stężenia roztworu

Wykres 1. Zależność kąta skręcenia od stężenia roztworu

Tab 7. Współczynniki prostej regresji y = ax + b

a [°]

b [°]

Współczynniki

136,3

-0.90

Niepewności

2,3

0,25

Na podstawie wzoru 1 stwierdzono, że zależność między stężeniem a kątem skręcenia jest liniowa. W wyniku obliczenia współczynników prostej regresji i ich niepewności uzyskano wyniki w tabeli 7.

7

3.

Wnioski Tab 8. Otrzymane wartości skręcenia właściwego. Stężenie [%]

° Skręcenie właściwe [ mm ]

Niepewność [

21

0,6576

0,0039

10,50

0,6571

0,0043

5,25

0,5524

0,0035

2,63

0,516

0,012

1,31

0,385

0,016

° mm]

° [4] . Tabelaryczna wartość skręcenia właściwego dla sacharozy wynosi 0, 66588 ± 0, 00002 mm Otrzymane wyniki nie różnią się znacznie od wartości tabelarycznej. Na wykresie 1 zauważono, że skręcenie właściwe zmienia się wprost proporcjonalnie do stężenia badanej substancji. Wychylenia od linii regresji liniowej wynikać mogą z wady wzroku, różnice w faktycznym stężeniu roztworu (błędy przy przelewaniu) lub też samej metody odczytywania wyniku, która pomimo wykorzystywania lupy znajdującej się w polarymetrze mogła powodować błędy ze względu na swoją mała skalę noniusza.

4.

Bibliografia 1. http://www.fis.agh.edu.pl/~pracownia_fizyczna/cwiczenia/74_opis.pdf 2. https://pl.wikipedia.org/wiki/Polaryzacja_fali 3. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki cz. 4 i 5, PWN 2005. 4. http://wmf.usz.edu.pl/wp-content/uploads/I-pracownia-Fizyczna-E02.pdf [12.05.2018]

8...