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 α_С. Угол поворота оптически активным веществом плоскости поляризации света α определяют как:

α = α_С - 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 α_С 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 α_С по пункту 3. Результаты измерений записать в таблицу 1. Всего должно быть проведено не менее 5 таких измерений.

5. По формуле: α = α_С - 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 ∆С_СЛ.

Таблица 1:

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

8. Найти относительную, а затем и абсолютную систематическую (приборную) погрешность измерений ∆С_ПР 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 (А_i, где i =1, 2, .n, где n- число измерений).

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

3. Найти модули разности |A_i - <A>| = DA_i для каждого измерения .

4. Вычислить квадраты абсолютных погрешностей (DA_i)².

5. Вычислить сумму квадратов S = (DA₁)² +..+ (DA_n)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 t_na..

7. Вычислить случайную абсолютную погрешность результата измерений: DA_СЛ = t_na×S_n.

8. Вычислить систематическую (приборную) погрешность измерительной установки DA_ПР. 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 ε_ПР измерительных установок даны в описаниях к лаб. работам.

9. Вычислить абсолютную систематическую погрешность измерительной установки: DA_ПР = e_ПР×<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