Порядок виконання роботи:

1. Зберіть схему згідно з рис. 3. Відведіть лампу розжарення на велику відстань r від фотоелемента.

2. Увімкніть лампу і, поступово наближаючи її до фотоелемента, добивайтеся відхилення стрілки мікроамперметра на 2-3 поділки.

3. Наближаючи лампу через кожні 3 – 5 см, записуйте відстані і відповідні фотоструми.

4. Для кожної відстані обчисліть чутливість фотоелемента за формулою (3). Результати вимірювань і розрахунків подайте в таблиці. Oцініть похибки вимірювань:

№№	r	i	I	D	γ	(Δγ)2
1 2 3 …
Середні значення

Дайте відповіді на запитання:

1. Чому із зменшенням відстані від фотоелемента до джерела світла сила фотоструму збільшується?

2. Який принцип роботи напівпровідникового фотоелемента?

3. Як залежить чутливість фотоелемента від відстані до джерела світла?

Лабораторна робота № 47.

Дослідження розчинів оптично активних речовин поляризованим світлом.

Прилади та приладдя: поляриметр, набір циліндричних кювет з розчинами цукру різних концентрацій.

Мета роботи: засвоїти метод визначення концентрацій водних розчинів цукру за кутом повороту площини поляризації світлового променя.

Коротка теорія та методика вимірювань

Рис. 1

Рис. 2

Світло являє собою сукупність електромагнітних хвиль. Електромагнітна хвиля, як процес поширення в просторі зв'язаних між собою змінного електричного і магнітного полів, носить поперечний характер, тобто напруженості електричного Е та магнітного Н полів в хвилі направлені перпендикулярно до швидкості її поширення v. Крім того вектори Е і Н взаємно перпендикулярні і їх зміна в хвильовому процесі відбувається синфазно (Рис.1). Хімічна та біологічна дія світла в основному пов'язана з електричною складовою поля електромагнітної хвилі. Тому вектор напруженості електричного поля Е називають світловим вектором.

Природне світло випромінюється сукупністю багатьох окремих атомів джерела світла. Цей процес відбувається неузгоджено, як кажуть, некогерентно, тому коливання світлових векторів окремих хвиль для будь-якого променя світла здійснюються в різних, довільно орієнтованих площинах. Таким чином, для природного світла характерний рівномірний розподіл напрямків векторів Е відносно осі променя. Якщо один із напрямків такого розподілу стає переважаючим, то говорять про частково поляризований світловий промінь. Зокрема, коли коливання вектора відбувається тільки в одній площині, то такий промінь називають плоскополяризованим. На рис. 2. схематично зображені б/ - природний промінь світла: в/ - частково і а,г/ - плоскополяризований світлові промені (напрям поширення променя v пер­пендикулярний до площини рисунка, (вектори на рисунку відповідають амплітудним значенням).

Існують різні способи одержання плоскополяризованого світла, але основними є способи, засновані на подвійному заломленні променів, коли в деяких кристалах з’являються два заломлених промені, котрі обидва є плоскополяризовані.

Існують кристали, в яких один з поляризованих променів повністю поглинається, і на виході з кристалу одержують повністю плоскополяризоване світло. Якщо на шляху поширення поляризованого світла поставити подібний кристал, то в залежності від орієнтації кристалу щодо площини поляризації променя, із кристалу може вийти промінь, але може і поглинутися в кристалі. Обладнання, що створює поляризоване світло, називають поляризатором, а те, з допомогою якого можна провести аналіз поляризованого світла, - аналізатором. Якщо після аналізатора при довільних його орієнтаціях по відношенню до падаючого променя виходить світло незмінної інтенсивності, то таке світло або природнє, або поляризоване за колом. В даній роботі поляриметр (цукрометр) складається з поляризатора і аналізатора. Поляризатором П на рис.3 є плівка поляроїду, вставлена у віконце разом зі світлофільтром. Аналізатор А складається із двох поляроїдів з різними площинами пропускання. Світло від одного з поляроїдів потрапляє на одну частину світлового поля, а від другого – на іншу. Інколи цими частинами поля зору є дві половинки кругового поля зору, іноді ж ці дві частини поля зору являють картину, подану на рисунку 3,а. Така конструкція аналізатора забезпечує найбільш точну установку аналізатора, внаслідок чого підвищується точність вимірювань, тому що око найбільше розрізняє контраст освітленостей двох сусідніх ділянок.

Метод вимірювань грунтується на використанні явища повороту площини поляризації. Ряд речовин (кварц, розчини цукру і деяких білків) має властивість повертати площину поляризації світла, що пройшло крізь них. Кут повороту площини поляризації пропорційний товщині шару речовини 1 і концентрації розчину с:

Δψ = α c l. (1)

Величина α називається питомим обертанням або сталою обертання, вона залежить від довжини хвилі світла і характерна для кожної речовини. При малих концентраціях розчинів с залежністю α від с можна знехтувати, що полегшує виміри.

В даній роботі вимірювання проводять так. Дивляться в окуляр поляриметра і повертають аналізатор доти, поки щезне різниця освітленостей різних ділянок світлового поля. При отриманні рівномірної освітленості поля зору треба зафіксувати положення аналізатора по градусній шкалі. Тепер в світловий промінь можна помістити кювету з досліджуваним розчином. Поле зору при наявності кювети з розчином стає неоднорідним, і для досягнення його рівномірної освітленості доводиться повернути аналізатор на кут Δψ, що дорівнює куту повороту площини поляризації променя в розчині. Різниця кутів відліку положень аналізатора з кюветою і без неї визначає кут повороту площини поляризації. Якщо відомо питоме обертання Δψ для досліджуваної речовини, то при відомому куті повороту аналізатора і довжини кювети 1 за формулою (1) можна визначити концентрацію розчину с.

Речовини, що повертають площину поляризації, називають оптично активними. В залежності від напрямку повороту за годинниковою стрілкою чи проти неї - їх поділяють на право– (+) і лівообертаючі (-).

В довідниках для найбільш розповсюджених оптично активних речовин наводяться значення питомого обертання α для жовтого світла натрію при t =20˚С.