Устройство и работа поляриметра СМ-2

Поляриметр настольного типа, закрытой конструкции, визуальный, с наклонной осью состоит из следующих узлов: головки анализатора с отчетным устройством и лупой, поляризационного устройства, основания в сборе и набора кювет. Общий вид поляриметра изображен на рис.6: 1 - втулка наблюдательной трубки, 2 - кюветное отделение, 3 - окуляр, 4 - ручка анализатора, 5 - шкала лимба, 6 - наглазник, 7 - лупа.

Рис. 6. Общий вид поляриметра

Принципиальная оптическая схема поляриметра приведена на рис. 7.

1-лампочка накаливания, 2-светофильтр, 3-конденсор, 4-поляризатор, 5-хроматическая фазовая пластинка, 6-защитное стекло, 7-покровные стекла кюветы (трубки), 8-трубка, 9-анализатор, 10-объектив, 11- окуляр, 12-лупы.

Свет от источника 1 проходит через желтый светофильтр 2. конденсор 3 и падает параллельным пучком на поляризатор 4. Поляризованный свет попадает на активное вещество, находящееся в кювете 8.

В поляриметре применен принцип уравнивания яркостей разделенного на части поля зрения. Разделение поля зрения осуществлено введением в оптическую схему поляриметра хроматической фазовой пластинки 5. Яркости полей сравнения уравнивают вблизи полного затемнения поля зрения. Плоскости поляризации поляризатора и анализатора составляют угол 86,5⁰

Свет от лампы, пройдя через поляризатор одной частью пучка проходит через хроматическую фазовую пластинку, защитное стекло, кювету и анализатор, а другой частью пучка только через защитное стекло, кювету и анализатор. Вид поля зрения показан на рис.8. Уравнивание яркостей полей зрения производится путём вращения анализатора.

Если между анализатором и поляризатором ввести кювету с оптически активным веществом, то равенство яркостей полей зрения нарушается (рис.9). Оно может быть восстановлено поворотом анализатора на угол, равный ушу поворота плоскости поляризации оптически активным раствором (рис.10).

Следовательно, разностью двух отсчётов, соответствующих равенству двух яркостей полей сравнения с оптически активным раствором и без него, определяется угол вращения плоскости поляризации раствором.

Зная угол вращения плоскости поляризации в градусах (см формулу 7), можно определить концентрацию вещества в г/см³:

Рис.8. Положение лимба и поле зрения при установке анализатора на равную яркость полей зрения в чувствительном положении при введенной кювете, наполненной дистиллированной водой (нулевое положение)

РИС.9. Положение лимба и поле зрения после ввода кюветы, наполненной раствором и вторичной установки окуляра на резкость) изображения линий раздела полей зрения

РИС.10. Положение лимба и поле зрения при установке анализатора на равную яркость полей сравнения в чувствительном ] положении с кюветой, наполненной раствором.

Отсчеты углов ф по шкале снимают следующим образом. Шкала поляриметра состоит из двух частей: подвижная шкала лимба (левая часть на рис. 8-10) и неподвижная шкала нониуса (правая часть). Цена деления шкалы лимба 0,5°, нониуса — 0,02°. Оцифровка нониуса "10" соответствует 0,10°; "20" — 0,20° и т.д. Определяют на сколько градусов повернута шкала лимба по отношению к "нулю" нониуса. Затем смотрят, какие два деления (одно на лимбе, другое на нониусе) совпадают и по совпадающему делению на нониусе отсчитывают сотые доли Градуса (принцип такой же, как и для штангенциркуля) Например, шкала лимба сдвинута на 3 деления относительно "нуля"' нониуса и совпадает 6-ое деление на нониусе с каким-то делением на лимбе. Тогда нам это дает:

3 деления * 0,5°= 1,5° + 6 делений * 0,02° = 0.12° Угол ф = 1,5° + 0,12° = 1,62°

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Включите поляриметр в сеть переменного тока.

2 Вращением втулки 1 (см рис.6) установите окуляр тек, чтобы видеть резкое изображение линии раздела полей сравнения как на рис 8

3 Откройте крышку кюветного отделения 2 и выньте кювету (трубку) Перед началом измерений трубку для растворов необходимо отчистить от всяких загрязнений. С этой целью ее промывают дистиллированной водой. Затем трубку заполните раствором или водой Заполнение трубки ведется до тех пор, пока на верхнем конце трубки не появится выпуклый мениск. Выпуклый мениск сдвигается в сторону при надвигании на него покровного стекла. Затем на покровное стекло наложите резиновую прокладку и наверните колпачок. После этого покровные стекла с наружной стороны тщательно протираются мягкой салфеткой.

В трубке не должно быть пузырьков воздуха. Если они имеются, то наклонами трубки их необходимо завести в утолщенную часть, чтобы они не мешали наблюдению.

4. Определите нулевое положение на лимбе (ф_о). Для этого «полните трубку дистиллированной водой. Поместите ее в кюветное отделение. Поворотом анализатора установите зрительное поле на световое равновесие в чувствительном положении.

ПРИМЕЧАНИЕ. Вращением анализатора можно уравнивать яркости полей зрения при различных углах, но измерение следует проводить только при чувствительном положений анализатора, при котором незначительное вращение анализатора вызывает резкое нарушение равенства яркостей полей сравнения.

Снимите отсчет нулевого положения (ф_о) по лимбу 5. При этом на основной шкале (левая шкала) отсчитываются целые и десятые доли градуса, а по нониусу (правая шкала) - десятые и сотые доли градуса. Цена деления нониуса 0,02°. Показаний ф_о снимают не менее пяти раз и определяют среднее из них.

5. Определите угол вращения плоскости поляризаций раствором (ф_i) Для этого заполните трубку раствором. Затем установите втулкой окуляр наблюдательной трубки на резкое изображение линии раздела попей сравнения. Плавным и медленным поворотом ручки анализатора установите равенство яркостей полей сравнения и снимите отсчет по шкале лимба ф_i угол вращения плоскости помири >ации исследуемым раствором находится из выражении

ф_i = ф_i’- ф₀ (10)

6. Подобные измерения провести для всех растворов с известной концентрацией и одного раствора с неизвестной концентрацией.

7. Построить график зависимости угла поворота плоскости поляризации от концентрации раствора ф= f(C).

8. Пользуясь графиком, определите постоянную удельного вращения [у].

9. Зная угол поворота ф_x плоскости поляризации раствором неизвестной концентрации, определите по графику концентрацию сахара в растворе.

10. Все экспериментальные и расчетные данные занести в таблицу:

Таблица

Раствор	№ изм	С, г/см3	Ф0 град	фi’ град	фi град	[у]. (град см3)/(г дм)	Сх %
	сред

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какой свет называется плоско поляризованным?

2. Какие способы поляризации естественного света Вы знаете?

3. Чем отличаются обыкновенный и необыкновенный лучи?

4. 4.Как соотносятся интенсивности поляризованного света, падающего на анализатор, и света, прошедшего через него?

5. Какова зависимость угла поворота плоскости поляризации от концентрации и толщины слоя?

в. Чем объясняется вращение плоскости поляризации с точки зрения теории Френеля?

7. 7.Какова принципиальная схема поляриметра?

8. В чем состоит смысл полутеневого метода, используемого в поляриметре?

Литература

1. Ландсберг Г.С. Оптика.- M.: Наука, 1976.

2. Савельев И В. Курс общей физики. - М.: Наука, т.2,1978.

3. Борисенко В.Е, Дерябин В.М. Оптика. Основы атомной и ядерной физики Тюмень 1968

4. Физпрактикум "Электричество и оптика" под ред. проф. В.И. Ивероновой М- Наука, 1968.

5. Описание конструкции и методики работы на поляриметре СМ-2.