شکر هم می‌تواند قطبش نور را تغییر دهد؟

بررسی غلظت مایعات با اندازه‌گیری تغییر راستای قطبش نور عبوری

 

مقدمه:

برخی از مواد مانند محلول شکر، قادرند راستای قطبش نور قطبیده خطی را تغییر دهند. میزان این چرخش قطبش به جنس ماده و غلظت آن و طول مسیر طی شده توسط نور بستگی دارد. به دلیل رابطه مستقیم میزان تغییر جهت قطبش با غلظت محلول، از این خاصیت در غلظت‌سنجی استفاده می‌شود. به این پدیده فعالیت نوری و به موادی که این ویژگی را دارند، مواد فعال نوری گفته می‌شود.

 به عنوان مثال هنگامی­که نور قطبیده خطی وارد محلول آب شکر می­شود، راستای قطبش آن تغییر می‌کند. بر همین اساس در کارخانه‌های شربت‌سازی غلظت قند را بر اساس تغییر راستای قطبش نور عبوری اندازه­‌گیری می­کنند.

در این آزمایش ضمن آشنایی با مفهوم فعالیت نوری و آشنایی ساده با فیزیک آن، ملاحظات کاربردی مرور می‌شود.

در اینجا برای محاسبه غلظت محلول شکر، نور را از دو قطبشگر عمود بر هم عبور می‌دهیم تا نور از آن‌ها عبور نکند. سپس محلول مورد نظر که طول مسیر نور را در آن اندازه گرفته‌ایم، میان دو قطبشگر می‌گذاریم. جهت قطبش نور در عبور از محلول چرخیده و بنابراین نور از قطبشگر دوم عبور خواهد کرد. به این ویژگی محلول، فعالیت نوری گفته می‌شود. زاویه دقیق چرخش را می­توان با چرخاندن قطبشگر دوم تا رسیدن به وضعیت خاموشی مجدد، اندازه‌گیری کرد.

 

هدف:

 در این آزمایش قصد داریم با اندازه‌گیری میزان تغییر جهت قطبش نور عبوری از یک محلول آب و شکر با غلظت مشخص و توان چرخش ویژه شکر را بدست بیاوریم. پس از آن قادر خواهیم بود با استفاده از رابطه فوق، غلظت محلول‌های مجهول را صرفا با سنجش میزان تغییر جهت قطبش محاسبه کنیم. میزان این تغییر جهت را با عبور نور از دو قطبشگر بدست می‌آوریم. این آزمایش کمک خوبی در آشنایی با مفهوم فعالیت نوری می‌کند.

 

چه می خواهیم انجام دهیم و به چی نیاز داریم:

برای عبور نور قطبیده از محلول آب و شکر و اندازه‌گیری میزان چرخش جهت قطبش آن، به اقلام زیر نیاز داریم:

 

برای انجام علمی‌تر آزمایش و افزایش دقت، این تکنیک به شما کمک می‌کند:

  • موازی سازی پرتو لیزر با سطح میز

 

آزمایش:

  • ابتدا دو قطبشگر را در مقابل منبع نور و در امتداد هم قرار داده، سپس یکی از آن‌ها را آنقدر بچرخانید تا به وضعیت خاموشی برسید و از عمود بودن آنها اطمینان حاصل کنید. اگر از لیزر برای این کار استفاده می‌کنید، دقت کنید که نور برخی لیزرها قطبیده خطی است و برای اینکه از قطبشگر عبور کند، باید قطبش آن موازی با محور قطبشگر اول باشد و قطبشگر دوم نیز باید در جهت عمود با محور قطبشگر باشد.

  • یک آکواریوم حاوی مقداری آب گرم بین دو قطبشگر قرار دهید و دوباره از تاریکی نور عبوری، از دو قطبشگر اطمینان حاصل کنید. البته باید دقت کنید که آب اثری روی قطبش نمی‌گذارد، ولی ظرف پلاستیکی آکواریوم اغلب اثر روی قطبش دارد. اگر ظرف شیشه‌ای باشد، این اثر دیده نمی‌شود.
  • محلول شکر غلیظ را پیمانه پیمانه به آب آکواریوم اظافه کنید و در هر مرحله به نور عبوری از دو قطبشگر دقت کنید. خواهید کرد که حالت خاموشی از بین رفته و نور از داخل قطبشگر دوم عبور می‌کند.برای اجتناب از انحراف مسیر نور نیز ظرفی با دو وجه تخت انتخاب کنید.

  • قطبشگر را بچرخانید تا دوباره به وضعیت خاموشی برسید.
  • تغییر زاویه حاصل برای رسیدن به وضعیت خاموشی دوم را علامت بزنید.

 

کاربرد:

  • از این ویژگی مواد فعال برای چرخاندن راستای قطبش، توصیف مواد در محلول و شناسایی مواد معدنی خاص نیز استفاده می‌شود.

 

سؤال، پیشنهاد و نکته:

  • میزان این چرخش قطبش را می‌توان از رابطهα=ρLd محاسبه‌ کرد که در اینجا ρ توان چرخش ویژه، L راه نوری و d جرم ماده در محلول است. به دلیل رابطه مستقیم میزان تغییر جهت قطبش با جرم ماده محلول، از این خاصیت در غلظت‌سنجی استفاده می‌شود. در‌ آزمایش فوق می‌توان با توجه به اندازه زاویه چرخیده، ضریب تناسب زاویه چرخش و غلظت را بدست آورد و در نتیجه هر غلظت مجهول را تنها با اندازه‌گیری این زاویه تخمین زد. این اساس کار دستگاهی به نام پلاریمتر می‌باشد. می‌توانید با استفاده از نقاله، تغییر زاویه حاصل برای رسیدن به وضعیت خاموشی دوم را اندازه‌گیری کرده و با توجه به میزان زاویه چرخیده و با استفاده از رابطه فوق توان چرخش ویژه محلول را بدست آورید. البته تغییرات این زاویه بسیار کوچک است و اندازه‌گیری آن در صنعت با استفاده از ابزار و روش‌های خاص انجام می‌گیرد.
  • آیا توان چرخشی ویژه‌ای که برای محلول شکر با غلظت مشخص محاسبه کرده‌ایم، برای تمام محلول های شکر برابر است؟ بخش اول آزمایش را برای چند محلول شکر با غلظت‌های مشخص اما متفاوت انجام دهید و توان چرخشی ویژه آن‌ها را با هم مقایسه کنید.
  • می‌توانید در مورد علت اینکه شکر این ویژگی را دارد، تحقیق کنید. ببینید چه موادی این امکان را دارند. چه نتیجه‌ای می‌گیرید.
  • فعالیت نوری در ساختارهایی که دارای ملکول‌های مارپیچی یا حلزونی هستند پیش می‌آید. در این مواد قطبش دایره‌ای راستگرد و چپگرد، سرعت‌های متفاوتی دارند و در نتیجه نور قطبیده خطی با گذر از این محیط دچار تغییر می‌شود. برای آشنایی بیشتر با این بحث باید مفهوم قطبش و محیط‌های ناهمسانگرد را مطالعه کنید.
  • فعالیت نوری در کل تغییر راستای قطبش نور قطبیده خطی است که به جهت ماده فعال نوری بستگی ندارد. می‌توانید به کاربردهای آن علاوه بر اندازه‌گیری ویژگی‌های مواد فعال نوری فکر کنید.

 

آزمایش‌های مرتبط:

 

بیشتر بدانید:

ارتباط با بخش

از متخصص نور بپرس

در این بخش می توانید سؤالات خود را در رابطه با نور و لیزر بپرسید تا متخصصین به آن‌ها پاسخ دهند

لینک ارتباط مستقیم با