O4 Drehung der Polarisationsebene

Universität Paderborn – Fakultät für Naturwissenschaften - Physikalisches Praktikum
O4 Drehung der Polarisationsebene
Fragen: Wellenarten, Ausbreitungsrichtung und geschwindigkeit; Dispersion; Polarisation, Polarisatoren, Nachweis polarisierten Lichtes, Drehung
der Polarisationsebene, Ursachen und Folgen;
technische Anwendung der Polarisation.
Aufgabe: Anhand verschieden konzentrierter optisch aktiver Zuckerlösungen (Dextrose und Fruktose) soll das Drehvermögen αm, des Zuckers und
dessen Wellenlängenabhängigkeit, die sogenannte
Rotationsdispersion, gemessen werden. Unbekannte Konzentrationen derartiger Zuckerlösungen
können damit bestimmt werden.
Versuchsbeschreibung: (A) Das Drehvermögen
αm, d.h. der normierter Drehwinkel für linear polarisiertes Licht durch die optisch aktive Lösung,
wird mit einem Polarimeter gemessen. Küvetten
mit angegebener Länge, Zuckerart und Konzentration werden eingelegt. Das Gerät arbeitet im Licht
der Na D-Linie λD=589 nm (Lampe und Interferenzfilter) mit Polarisator, Analysator und einer
drehbaren optischen Quarzplatte über das halbe
Gesichtsfeld. Es wird auf gleiche Helligkeit beider
Hälften kompensiert. (B) Für die Messung der Rotationsdispersion wird eine Anordnung auf der optischen Bank verwendet: Lampe mit Kondensor
(Paralleles Licht), Interferenzfilter, feststehender
Polarisator, Küvette mit Lösung, drehbarer Analysator. Ein Satz von Interferenzfiltern steht zur Verfügung. Die Beobachtung erfolgt mit dem Auge
gegen das Licht bei gekreuzten Polarisationsfiltern
in Dunkelstellung.
Versuchsdurchführung: (A) Die Gebrauchsanleitung des Polarimeters ist zu beachten. Die Küvetten werden nacheinander eingelegt und der
Drehwinkel α, unterschieden nach Links- und
Rechtsdrehung, nach der Kompensation der beiden Gesichtsfeldhälften auf gleiche Helligkeit direkt abgelesen und tabelliert. (B) Von jeder der
beiden Substanzarten (Dextrose und Fruktose)
wird die Küvette mit der größten Konzentration
verwendet. Nach Einführen des jeweiligen Interferenzfilters in den Strahlengang wird zunächst ohne
Küvette der Analysator auf Dunkelstellung gedreht und die „Nullstellung“ notiert (Tabelle anlegen). Nach Einlegen der Küvette wird wieder auf
Dunkelheit kompensiert und die Winkelstellung
eingetragen.
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Es ergibt sich der gesamte Drehwinkel α. Für alle
Filter und beide Substanzen wird ebenso verfahren.
Auswertung: (A) Der Drehwinkel α ist der aktiven Schichtdicke und der Konzentration der Lösung proportional
α = αm cd
(1)
d= Schichtdicke, c= Konzentration, αm= Drehvermögen der optisch aktiven Substanz.
Die Konzentration c ist (meist) definiert durch
Konzentration =
aktiveSubstanzmenge
Lösungsvolumen
c=
maktiv
,
Vgesamt
(2)
oftmals angegeben in der Einheit g/100 cm3.
Bestätigen Sie die Proportionalität α /d=αmc durch
einen Graphen der Messwertpaare. Das Drehvermögen αm kann aus der Steigung des Graphen
entnommen werden. Bestimmen Sie die Konzentrationen der unbekannten Lösungen Dx und Rx und
führen Sie eine Fehlerrechnung durch.
(B) Bei jeder Wellenlänge (jedem Filter) wird
auch hier der Drehwinkel α tabelliert und auf das
Drehvermögen αm umgerechnet. Die Funktion
αm=f(λ) wird als Graph gezeichnet. Die Theorie
besagt, dass eine Beziehung αm=p/λ2 besteht (außer in Bereichen „normaler“ Dispersion). Überprüfen Sie diesen Zusammenhang, indem Sie das
Produkt αm.λ2 gegen die Wellenlänge λ auftragen.
Bestimmen Sie aus dieser grafischen Darstellung
den konstanten Parameter p.
Literatur. [Wa], [De], [HR]
Version 12/06