WYZNACZENIE STAŁEJ VERDETA.doc

Politechnika Śląska

Wydział chemiczny

Kier. Inżynieria chemiczna i procesowa

grupa II

TEMAT :

WYZNACZENIE STAŁEJ VERDETA

Wstęp teoretyczny:

Światło jest falą elektromagnetyczną. Jak każda fala przenosi energię z jednego miejsca do drugiego bez transportu materii. Ze względu, że światło jest częścią promieniowania elektromagnetycznego (czyli rozchodzących się w przestrzeni na przemian zmienne pole magnetyczne i elektryczne) może ulec polaryzacji. Ma to miejsce gdy jakiś czynnik zmusi chaotyczne drgania do tego, by odbywały się w jednej płaszczyźnie lub jakiegoś innego obranego porządku.

Najczęstszym przypadkiem jest polaryzacja liniowa, która ma miejsce gdy drgania wektora natężenia pola elektrycznego zachodzą tylko w jednej płaszczyźnie, która nie zmienia w czasie swej orientacji. W pewnych przypadkach wektor natężenia pola elektrycznego porusza się po linii kołowej i wtedy mówimy o polaryzacji kołowej.

Polaryzacja światła polega na tym, że trzeba podstawić coś co spowoduje, że światło przejdzie w jednym kierunku. Jest kilka metod polaryzacji światła:

·         Za pomocą polaroidów:

·         Przez odbicie (od dielektryków np. szkło)

              Michaela Faradaya w 1846 roku odkrył, że niektóre ciała po umieszczeniu w polu magnetycznym skręcają płaszczyznę polaryzacji, chociaż w nieobecności pola magnetycznego były nieaktywne optycznie. Faraday ustalił, że kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest proporcjonalny do wartości indukcji pola magnetycznego B i do długości drogi l światła przechodzącego przez badaną substancję.

α=ωBl

gdzie: α-kąt skręcenia płaszczyzny, l-droga przebyta przez światło, B- indukcja magnetyczna ω-stała Verdeta (zależy od rodzaju substancji i długości fali)

Przebieg ćwiczenia:

Układ pomiarowy:

Do pomiaru skręcania płaszczyzny polaryzacji stosuje się polarymetry, których podstawowymi częściami są: źródło światła (np. lampa sodowa), dwa filtry polaryzacyjne (polaryzator i analizator), rurka, w której umieszcza się substancje aktywną optycznie oraz lunetka zapewniająca ostrość widzenia. Niezbędnym elementem przyrządu jest skala umożliwiająca odczytanie kata skręcania analizatora względem polaryzatora.

Substancją czynna optycznie jest nasycony roztwór jodku potasu. Umieszczony jest on w dużej cewce, przez którą płynie prąd o zadanym natężeniu. Indukcja magnetyczna wewnątrz solenoidu określona jest wzorem:

B=µ0bNi

Gdzie: i-prąd płynący przez cewkę,

              µ0-przenikalność magnetyczna próżni (µ0=4Π∙10-7H/m)

              N- liczba zwojów na jednostkę długości cewki (N=60 m-1)

b- stała aparaturowa obliczona metodą całkowania graficznego przy uwzględnieniu rozmiarów cewki, liczby warstw uzwojenia i grubości drutu nawojowego (b=116)

Kolejność czynność przy wykonywaniu ćwiczenia:

Pierwszym krokiem było połączenie obwodu cewki. Następnie zmieniając natężenie prądu płynącego przez cewkę w zakresie od 7A do 0 A w dół co 1A i od -7A do 0A wzwyż co 1A  zmierzono kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji, który został odczytany za pomocą lupy w okularze. Aby pomiary były właściwe trzeba było ustawić analizator tak aby powstało

równe oświetlenie. Gdy płaszczyzna polaryzacji zmieniła się przy zmianie natężenia, tak że jedna z połówek pola widzenia stała się jaśniejsza a druga ciemniejsza, należało wyrównać tę różnicę  obracając analizator o taki kąt, aby ponownie wyrównało się oświetlenie. Pomiaru dokonano trzykrotnie i w sumie otrzymano trzy serie po 15 pomiarów.

Opracowanie wyników:

1. Uśrednione kąty skręcania płaszczyzny polaryzacji dla danej wartości natężenia prądu obliczono ze wzoru:

                     gdzie: αi-wartość kąta w serii

                                            n- ilość serii, n=3

2. Niepewność całkowita średniego kąta z uwzględnieniem niepewności średniej krótkiej serii, jak i dokładność skali. Obliczono ze wzoru:
3. 1. Niepewność krótkiej serii
      
                                   
                     
   2. Niepewność całkowita średniego kąta
      
                                                   
      gdzie: u(s)=0,05-dokładność skali 

Wyniki z punktów 1 i 2 przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1