Файл: Лабораторная работа 1. Определение земного ускорения свободного падения при помощи оборот ного и математического маятников.doc

Нахождение границы раздела светотени и совмещение ее с перекрестием сетки 8 осуществляют разворотом зеркала и шкалы вращения маховичка 1 (рис.6).

Величина показателя преломления исследуемого вещества со шкалы 16 системой призма 15, объектив 12, зеркало 2, призма 10 проецируется в фокальную плоскость окуляра (рис.5).

Объектив 12 перемещается в плоскости перпендикулярно поверхности штрихов шкалы. Для этого необходимо снять заглушку 2 и юстировочным ключом осторожно повернуть головку винта в требуемую сторону (рис.6).




Внутри рефрактометра смонтирован компенсатор, который служит для устранения окрашенности наблюдаемой границы раздела света и тени и определения средней дисперсии вещества.

Рис.7. Общий вид рефрактометра ИРФ-454.

1, 13 – направляющие, 2 – блок рефрактометрический, 3, 7, 9, 12 – штуцера, 4 – крючок, 5 – шкала, 6 – нониус, 8 – рукоятка, 10 – шарнир, 11 – зеркало, 14 – заслонка, 15 – зеркало.

Компенсатор состоит из двух призм прямого зрения (призм Амичи). Призмы Амичи маховиком 3 поворачиваются одновременно в разные стороны, изменяя при этом угловую дисперсию компенсатора, и устраняют цветную кайму границы раздела света и тени. Вместе с маховиком 3 вращается шкала, с которой снимают отсчет. Шкала разделена на 120 делений. Поворот маховика на одно деление шкалы соответствует повороту призм Амичи на 3⁰ . Десятые доли деления шкалы 5 определяются по нониусу 6. Одно деление нониуса соответствует повороту призм Амичи на 0,3⁰ (рис.7).
3.ПОРЯДОК РАБОТЫ.
Установка окуляра. Вывинтите окуляр до упора. Затем поворачивайте его по часовой стрелке до тех пор, пока перекрестие в верхней части освещенного поля зрения не будет видно резко. Одновременно фокусируется на резкость и изображение шкалы в нижней части поля зрения.

Установка освещения. Источником света может служить электролампа или дневной свет. Рекомендуется использовать матовую электролампу в 25-40 Вт, устанавливаемую на некотором расстоянии от рефрактометра.

Рефрактометр и источник света устанавливают так, чтобы свет падал на входное окно осветительной призмы или на зеркало, которым направляют свет во входное окно измерительной призмы.

Установка образца. Перед началом работы откиньте осветительную призму. Очистите поверхность измерительной призмы, протерев ее тряпочкой, смоченной этиловым спиртом.

На чистую полированную поверхность измерительной призмы стеклянной палочкой или пипеткой осторожно, не касаясь призмы, нанесите две-три капли жидкости. Опустите осветительную призму и прижмите ее крючком 4 (рис.7).

---

Измерения прозрачных жидкостей проводят в проходящем свете, когда он проходит через открытое окно осветительной призмы, при этом окно измерительной призмы закрыто зеркалом.

Измерение показателя преломления. После установки исследуемого образца на измерительной призме установите окуляр на отчетливую видимость перекрестия. Поворотом зеркала 11 добейтесь наилучшей освещенности шкалы. Вращением маховика 1 границу света и тени введите в поле зрения окуляра (рис.6).

Вращайте маховик 3 до исчезновения окраски граничной линии. Наблюдая в окуляр, маховиком 1 наведите границу светотени точно на перекрестие и по шкале показателей преломления, соответствующей выбранному рефрактометрическому блоку, снимите отсчет. Индексом для отсчета служит неподвижный вертикальный штрих призмы (рис.5). Цена деления шкалы 1^. 10^-3.

Задание 1. Измерение показателя преломления прозрачных жидкостей.

Описанным выше способом измеряют показатели преломления для 3 жидкостей. Измерения для одной и той же жидкости проводят не менее трех раз, сбивая настройку прибора для измерения. Результаты измерений заносят в таблицу.
Таблица1.
Задание 2. Определение концентраций водных растворов хлорида натрия.

Определить показатели преломления водных растворов хлорида натрия известных и неизвестных концентраций по методике описанной выше. Результаты измерений занести в таблицу 2.
Таблица 2.


По данным таблицы построить график зависимости n = f (c) , откладывая по оси абсцисс известные концентрации растворов (с %), а по оси ординат - соответствующие значения n. С помощью графика определить неизвестные концентрации растворов соли.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. 
   В чем различие между абсолютным и относительным показателями преломления?
   
2. 
   Дайте определение предельному углу преломления.
   
3. 
   В чем заключается явления полного внутреннего отражения?
   
4. 
   Как связаны между собой показатель преломления исследуемой жидкости и предельный угол выхода луча из призмы?
   
5. 
   Объясните образование границы раздела света и тени.
   
6. 
   Каковы предельные значения n, измеряемые данным прибором?
   

ЛИТЕРАТУРА.

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.II.

---

2. 
   2. Трофимова Т.И. "Курс физики", Москва, 1997.
   

3. Кортнев А.В. и др. Практикум по физике.



Лабораторная работа № 14.
Определение концентраций водных растворов сахара по вращению плоскости поляризации.

Вопросы теории. Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора - вектора напряженности Е электрического поля. По теории Максвелла световые волны - поперечные: векторы напряженностей электрического Е и магнитного Н полей волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости v распространения волны (перпендикулярно лучу). При действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атоме. Для описания закономерностей поляризации света достаточно знать поведение лишь одного светового вектора Е.

Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е (и Н также) называется естественным. Свет, в котором колебания светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Если в результате внешних воздействий появляется преимущественное направление колебаний вектора Е, то это частично поляризованный свет. Свет, в котором вектор Е колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, называется плоскополяризованным. Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны, называется плоскостью поляризации.

Величина Р= I_max. - I_min./ I_max. + I_min (1)
называется степенью поляризации, где I_max. и I_min - соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного

света, пропускаемого анализатором при его вращении вокруг направления распространения света. Для естественного света I_max. = I_min и Р = 0, для плоскополяризованного I_min = 0 и Р = 1.

Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный, используя так называемые поляризаторы (например кристаллы), пропускающие колебания определенного направления. Широко используется в качестве поляризатора природный кристалл турмалин.

---

Если направить естественный свет перпендикулярно пластинке турмалина Т₁, вырезанной параллельно так называемой оптической оси ОО', и вращать кристалл Т₁ вокруг направления луча, никаких изменений интенсивности прошедшего через турмалин света наблюдать не будем. Но если на пути луча поставить вторую пластинку турмалина Т₂ и вращать ее вокруг направления луча, то интенсивность света, прошедшего через пластинки, меняется в зависимости от угла  между оптическими осями кристаллов по закону Малюса:

I=I₀ cos ² (2)
где I₀ и I - соответственно интенсивности света, падающего на второй кристалл и вышедшего из него. Пластинка Т_1, преобразующая естественный свет в плоскополяризованный, является поляризатором. Пластинка Т₂, служащая для анализа степени поляризации света, называется анализатором (рис.1).
T₁ T₂

Е 

I_ест. I_{0 } I


Рис. 1.
Некоторые вещества при прохождении плоскополяризованного света обладают способностью вращать плоскость поляризации на определенный угол. Такие вещества называются о п т и ч е с к и а к т и в н ы м и. К ним относятся ряд твердых тел - кварц, киноварь, сахар и др., многие жидкости, растворы ряда веществ - скипидар, водный раствор сахара, винная кислота и т.д.

---

Вещества, поворачивающие плоскость колебаний проходящего через них света вправо, т.е. по часовой стрелке, если смотреть навстречу лучу, называются правовращающими, влево - левовращающими. Например, сахар тростниковый поворачивает плоскость колебаний вправо, а сахар свекловичный влево.

Угол поворота плоскости колебаний зависит не только от вещества, но и от длины волны падающего света. Это явление называется вращательной дисперсией. Если через оптически активное вещество проходит пучок белого света, то он разлагается в спектр. Свойство вращения плоскости колебаний оптически активными веществами объясняется особенностями их структуры: наличием в них анизотропных молекул, не имеющих ни центра, ни плоскости симметрии, а в кристаллах - еще и расположением молекул. Известно, что если в молекуле имеется асимметричный атом углерода, связанный с четырьмя различными атомами или радикалами, то вещество является оптически активным.

Для однородных оптически активных веществ величина угла поворота плоскости колебаний прямо пропорциональна толщине слоя (экспериментально установленный закон). Для кристаллов

 =  ^. L (3)
где  - постоянная вращения (удельное вращение) для данного вещества;

L - толщина слоя прохождения светового луча.

Теория метода.

Для растворов оптически активных веществ величина угла поворота плоскости колебаний прямо пропорциональна толщине слоя L раствора и концентрации С растворенного вещества, т.е.

 =  ^. L^. С (4)
где L - расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе (длина кюветы) в м;

С - концентрация в кг/ м³;

 - удельное вращение (численно равное углу поворота плоскости поляризации света слоем измеряемого оптически активного вещества единичной толщины и единичной концентрации для длины волны 589 нм и при комнатной температуре 20⁰ С). В общем случае удельное вращение зависит от природы вещества, температуры и длины волны света в вакууме.

Приборы, служащие для определения угла поворота плоскости колебаний оптически активными средами, называются поляриметрами. Поляриметры, применяемые для определения концентрации сахара в растворах, называются сахариметрами. Метод определения концентраций оптически активных веществ по углу поворота плоскости колебаний широко применяется в лабораториях химической, нефтяной и пищевой промышленности, в медицине и др.

---