,Laboratorium podstaw fizyki, Wyznaczanie stężenia roztworu cukru za pomocą sacharymetru.doc

1.              CEL ĆWICZENIA

              Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem skręcania płaszczyzny polaryzacji, budową i działaniem

sacharymetru oraz wyznaczanie stężenia cukru w roztworach.

2. WSTĘP TEORETYCZNY

Polaryzacja światła. Fale świelne są falami elektromagnetycznymi, w których wektory pola elektrycznego E i pola magnetycznego H drgają w płaszczyznach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali, czyli są falami poprzecznymi.
Przyjęto określać fale świetlne za pomocą wektora E, gdyż to on wywołuje wrażenia świetlne (nazywa się go
też wektorem świetlnym). W najczęściej spotykanych przypadkach kierunek drgań tych wektorów jest
dowolny. Niekiedy jednak możemy otrzymać światło spolaryzowane tzn. o uporządkowanym kierunku drgań.
Najczęściej mamy do czynienia z polaryzacją liniową - kierunek płaszczyzny drgań jest stały, ściśle
określony. Płaszczyzna, w której drga wektor E nazywamy płaszczyzną drgań świetlnych, natomiast
płaszczyznę do niej prostopadłą (tą, w której drga  wektor H) nazywamy płaszczyzną polaryzacji światła

Światło spolaryzowane możemy uzyskać kilkoma sposobami: przez odbicie, załamania, wykorzystanie
zjawiska selektywnego pochłaniania i dwójłomności. Polaryzacja światła z wykorzystaniem dwójłomności
zachodzi w kryształach jednoosiowych np. w szpacie islandzkim, w którym padający promień rozdziela się
na dwa promienie całkowicie spolaryzowane. Jeden z tych promieni nazwano promieniem zwyczajnym, drugi
nadzwyczajnym.

W krysztale jednoosiowym mozna wyróżnić kierunek, wzdłuż którego biegnące światło nie ulega
rozszczepieniu na promień zwyczajny i nadzwyczajny. Kierunek ten nazywamy osią optyczną kryształu.
Wektor świetlny promienia zwyczajnego wykonuje drgania w kierunku prostopadłym do przekroju głównego
kryształu. Z tego względu, dla dowolnego kierunku biegu promienia zwyczajnego, wektor E tworzy z osią
optyczną kryształu kąt prosty, a jego prędkość jest stała.             
Drgania promienia nadzwyczajnego odbywają się w płaszczyżnie przekroju głównego. Z tego względu kierunki
drgań wektora E różnych promieni (padających pod różnymi kątami) tworzą z osią optyczną różne kąty, czego
efektem są różne prędkości rozchodzenia się fal świetlnych promieni nadzwyczajnych. Największa różnica
jest wówczas, gdy promienie padają prostopadle do osi optycznej kryształu.

Kryształy jednoosiowe charakteryzują się współczynnikiem załamania promienia zwyczajnego no=c/vo
i współczynnikiem załamania promienia nadzwyczajnego ne=ve..

W zależności od tego, która z prędkości jest większa - vo, czy ve - wyrozróżnia się jednoosiowe kryształy
dodatnie i ujemne. W kryształach dodatnich ne>no (ve<vo), w ujemnych ne<no (ve>vo).

Zastosowany do produkcji polaryzatora szpat islandzki (krystaliczna odmiana CaCO3) posiada współczynnik
załamania ne o 12% większy od no, czyli jest to kryształ dodatni. W ćwiczeniu tym polaryzatorami są nikole
- dwa kryształy szpatu islandzkiego sklejone balsamem kanadyjskim.

Natomiast błąd stężenia procentowego badanych roztworów wyliczyłem w następujący sposób:

C[%]=k*a

DC[%]=Dk*a+Da*k, gdzie:

k - współczynnik proporcjonalności,

a - kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji.

a - kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji,

15% - stężenie wzorcowe

dla roztworu

-X błąd wynosi: + 08%

-Y błąd wynosi: +0,9%

-Z błąd wynosi: +1,2%

5.  WNIOSKI I BŁĘDY

  Uzyskane przez nas pomiary nie wykazują się dużą dokładnością. Błędy popełnione na różnych etapach pomiarów sumowały się. Do obliczeń stosowano wyniki odczytane z lewego wskaźnika. Duży wpływ na uzyskane odczyty wpłyneła niemożliwość dokładnego ustawienia analizatora z powodu kwantyzacji ruchów mięśni człowieka mierzącego oraz niedokładność wzroku ludzkiego - trudno ustalić, czy obie połówki są jednakowo ciemne  w okolicy rzeczywistego kąta polaryzacji zmiany zaciemnienia są ledwo zauważalne.

Sacharymetr znalazł zastosowanie w przemyśle cukrowniczym przy określaniu zawartości cukru w burakach cukrowych.

Nie należy stosować sacharymetru do pomiarów poziomu cukru we krwi ze względu na potrzebę uzyskania dokładnych wyników.

1