Verifica della legge di Malus e misura del potere rotatorio di una s

LABORATORIO DI FISICA II
Modulo di Ottica
Esperienza n. 5: Verifica della legge di Malus
e misura del potere rotatorio di una soluzione zuccherina
Strumenti a disposizione:
a)
b)
c)
d)
e)
Laser a diodo, 0.8 mW, = 670 nm.
Banco ottico con supporti.
Fotocellula.
Amperometro.
Un tubo polarimetrico di lunghezza pari a
19.7 0.1 cm contenente una soluzione
zuccherina (D-saccarosio in acqua distillata
a 25 °C con concentrazione pari a 0.50
g/cm3) ed un tubo lungo 21.3
0.1 cm a
3
0.75 g/cm .
f) Polarizzatore e analizzatore in fogli Polaroid
su supporti rotanti con suddivisioni pari a
2°.
ATTENZIONE: NON guardare il fascio laser direttamente per evitare danni alla retina.
I PARTE: verifica della legge di Malus.
Procedimento di misura
1) Si determini innanzitutto, tramite opportuna rotazione dell’apposito supporto, la posizione
dell’analizzatore (“zero” del dispositivo) per cui si ha la corrente massima ovvero la massima
intensità luminosa sulla fotocellula in modo da individuare la direzione di vibrazione del campo
elettrico della luce laser incidente.
2) Successivamente si ruoti l’analizzatore e si misuri l’intensità di corrente I in corrispondenza
dell’angolo di rotazione rispetto allo “zero”.
3) Infine si esegua un fit lineare del tipo:
come verifica diretta della legge di Malus, nell’ipotesi che la fotocellula fornisca una risposta
lineare. L’intercetta a fornisce il valore della corrente di fondo dovuta sia alla incompleta
estinzione della luce da parte dell’analizzatore sia all’inevitabile residua luce ambientale che,
comunque, va tenuta sotto controllo al fine di eseguire le misure sempre nelle stesse condizioni.
Fotocellula
LASER
Amperometro
Amperometro
II PARTE: Misura del potere rotatorio di una soluzione zuccherina.
Procedimento di misura
1) Si determini innanzitutto, tramite opportuna rotazione dell’apposito supporto, la posizione
dell’analizzatore per cui si ha la corrente minima (vedi Nota 1) ovvero la minima intensità
luminosa equivalente a posizionare l’asse di trasmissione dell’analizzatore ortogonalmente alla
direzione di vibrazione del campo elettrico della luce laser incidente; in tale configurazione il
polarizzatore e l’analizzatore si dicono “incrociati” e si dovrebbe verificare l’estinzione totale
della luce all’uscita dell’analizzatore.
2) Successivamente si inserisca il tubo polarimetrico con una delle due soluzioni; come effetto
della rotazione della direzione di vibrazione del campo elettrico dell’onda causata dalla sostanza
otticamente attiva, l’amperometro indicherà un valore dell’intensità di corrente maggiore della
precedente. Si riporti il valore di corrente al situazione iniziale, o comunque al minimo valore di
corrente compatibilmente con la luce ambiente residua) ruotando l’analizzatore di un opportuno
angolo . Si osservi anche il verso della rotazione in modo da risalire alla proprietà, destrorsa
o sinistrorsa, della soluzione. Si eseguano misure ripetute dell’angolo (ripetendo, ogni volta,
tutte le operazioni già effettuate la prima volta) al fine di ottenere la migliore stima dell’angolo
di rotazione con il suo errore.
Si stimi il valore del potere rotatorio tramite la relazione:
3) Si ripetano le misure con l’altra soluzione e si confrontino i risultati ottenuti.
Fotocellula
Amperometro
LASER
Amperometro
Sostanza
otticamente attiva
L
Note:
a) Poiché, nell’effettuare la misura, non interessa in realtà il valore della corrente ma solo il
raggiungimento della condizione per l’estinzione, si può anche valutare “ad occhio” quando la
luce che investe la fotocellula si estingue, osservando lateralmente la traccia del laser sulla
fotocellula. L’occhio infatti è molto “sensibile” alle variazioni di intensità luminosa.
b) Si tenga presente che le misure andrebbero effettuate a temperatura costante in quanto il potere
rotatorio dipende, a parità del tipo di soluzione, anche dalla sua temperatura, mentre è in prima
approssimazione indipendente dal valore della concentrazione.
c) Il valore atteso per il D-saccarosio a 25 °C è +66.7 gradi/(dm×g/cm3) per la luce gialla del
sodio ( = 589 nm).