POLARIZACIÓN

POLARIZACIÓN
3.1.
INTRODUCCIÓN
La luz, como toda radiación electromagnética, está constituida por ondas transversales
cuyos campos oscilantes eléctricos y magnéticos son perpendiculares entre sí y a la
→
→
dirección de propagación de la onda dada por la dirección del producto vectorial E × B
El plano determinado por el vector campo eléctrico y la dirección de propagación se
llama plano de vibración (x, z)
La luz originada de una fuente está constituida por trenes de ondas independientes
cuyos planos de vibración están orientados al azar respecto a la dirección de
propagación. Esto significa que si la fuente está colocada en el origen de un sistema de
referencia y se observa la propagación desde el eje z, la intersección de los planos de
vibración con el plano (x,y), perpendicular a la dirección z, daría cualquier dirección en
dicho plano. La luz emitida por este tipo de fuente se llama luz normal o no-polarizada
48
3.2.
POLARIZACION DE LA LUZ
Supóngase que se hace incidir luz natural sobre un dispositivo óptico que tenga como
→
característica transmitir la luz si el campo eléctrico E es paralelo a una dirección
privilegiada (eje de transmisión), y absorberla completamente si el campo eléctrico es
perpendicular a dicha dirección. En caso que el campo eléctrico forme un ángulo θ
respecto al eje de transmisión, la componente en la dirección del eje de transmisión es
transmitida, mientras que la componente perpendicular resulta absorbida.
Por lo tanto, la luz que sale de este dispositivo óptico se caracteriza por ser linealmente
polarizada o plano-polarizada, ya que su campo eléctrico sólo vibra en un plano
→
→
específico. El plano definido por la dirección de propagación k y el campo eléctrico E ,
se llama plano de polarización. El dispositivo óptico capaz de transmitir solo la luz
polarizada es conocido como polarizador o filtro de polarización.
La luz no-polarizada puede ser representada como dos ondas polarizadas linealmente
que vibran perpendicularmente entre si y tienen una relación de fase completamente al
azar.
3.2.a.
LEY DE MALUS
Si se hace incidir luz polarizada linealmente sobre un segundo polarizador, llamado en
este caso analizador, la intensidad de la luz transmitida por el analizador depende del
ángulo entre los planos de transmisión de ambos polarizadores: será máxima si los ejes
de transmisión son paralelos y cero si son perpendiculares, lo que queda descrito por la
ley de Malus:
49
Ι2 = Ι1 cos²θ
θ
3.3.
PRODUCCIÓN DE LUZ POLARIZADA
Los métodos usuales para producir la polarización de la luz son: reflexión, refracciones
sucesivas en una serie de láminas delgadas, dicroísmo, doble refracción y dispersión
(scattering) por partículas pequeñas. A continuación se discute brevemente cada uno
de ellos.
3.3.a.
POLARIZACION POR REFLEXION
Se puede demostrar que al incidir la luz sobre una superficie no-metálica, plana, que
separa un medio óptico del aire, existe un ángulo de incidencia, θp, para el cual los
rayos reflejados y refractados son perpendiculares entre sí. En este caso se consigue
que el rayo reflejado está totalmente polarizado, siendo su campo eléctrico
perpendicular al plano de incidencia. A ese ángulo de incidencia se le llama ángulo de
polarización θP y corresponde, según la ley de Brewster a tgθ
θp = n2/n1 (demuéstrela). El
rayo refractado, por su parte, sale parcialmente polarizado con su componente principal
paralela al plano de incidencia.
En la figura, los puntos indican las componentes de
la polarización perpendiculares al plano de la
página,
y
las
flechas
dobles
indican
las
componentes de la polarización paralelas al plano
de la página.
50
3.3.b.
POLARIZACION POR REFRACCIONES SUCESIVAS
Como una consecuencia del caso anterior, si una onda electromagnética se transmite a
través de una serie de láminas delgadas y paralelas, con un ángulo de incidencia igual
al de polarización θP, la onda transmitida resultará totalmente polarizada y el campo
eléctrico oscilará paralelo al plano de incidencia.
3.3.c.
POLARIZACION POR DOBLE REFRACCION
Los cristales de simetría cúbica y la mayoría de los medios no-cristalinos no presentan
direcciones privilegiadas para sus diversas propiedades físicas, característica que los
denomina como medios isótropos. Por el contrario, cristales de otras simetrías
(tetragonales, hexagonales, ortorrómbicos, etc.) tienen la característica de que el valor
de sus propiedades físicas depende, en general, de la dirección en la cual se mide,
constituyendo así los llamados medios anisótropos.
En particular, los medios anisótropos tienen un eje de simetría cristalina que, para los
efectos de la Óptica, se denominará eje óptico.
Cuando una onda transversal se propaga en un medio anisótropo, a cada dirección de
propagación de la onda le corresponde dos posibles estados de polarización
51
mutuamente perpendiculares: la onda ordinaria y la onda extraordinaria, cada una de
las cuales se propaga con diferente velocidad.
La onda ordinaria está polarizada linealmente, con su plano de polarización
perpendicular al plano determinado por la dirección de propagación y el eje óptico. Esta
onda se propaga en todas las direcciones con la misma velocidad, y por lo tanto sigue
la ley de Snell
La onda extraordinaria también está polarizada linealmente pero con su plano de
polarización paralelo al plano determinado por la dirección de propagación y el eje
óptico. Por el contrario, su velocidad depende de la dirección de propagación, no se
encuentran en el plano de incidencia y no cumple la Ley de Snell.
Cuando la dirección de propagación coincide con el eje óptico, ambas ondas se
propagan con la misma velocidad.
Muchas sustancias isótropas presentan efectos anisótropos cuando son sometidas a
tensiones mecánicas o a grandes campos eléctricos o magnéticos estáticos,
perpendiculares a la dirección de propagación.
Si se hace incidir sobre un cristal un solo rayo de luz y se observa dos rayos
refractados, se dice que el material presenta una doble refracción y se le llama
birrefringente. Cuando un material birrefringente está limitado por caras planas y
paralelas, los rayos ordinario, o, y extraordinario, e, emergerán paralelos pero
separados una distancia a, causando una doble imagen. Recalcando, el rayo
extraordinario no cumple con la Ley de Snell, mientras que el ordinario si, como se ve
en la figura.
52
3.3.d.
POLARIZACIÓN POR DICROÍSMO
Algunas sustancias anisótropas presentan la propiedad de absorber la onda ordinaria y
la extraordinaria en diferentes proporciones, por lo tanto, si se tiene una sustancia de
este tipo con espesor suficiente, es posible hacer desaparecer casi completamente una
de las dos ondas, quedando así la otra como luz emergente casi totalmente polarizada
en un plano. Este efecto se llama Dicroísmo.
La turmalina (borosilicato de aluminio) es una sustancia que absorbe, con preferencia,
el rayo ordinario para la luz visible.
La compañía Polaroid prepara una sustancia dicroica llamada polaroide, que consiste
de muchos cristales pequeños paralelos entre sí, colocados entre dos hojas de vidrio o
celuloide. También prepara otros materiales que presentan el efecto de dicroísmo
usando elementos constituidos por moléculas lineales muy largas y orientadas
paralelamente como el alcohol polivinílico.
3.3.e.
POLARIZACIÓN POR DISPERSIÓN POR PARTÍCULAS PEQUEÑAS
Si se mira hacia el azul del cielo a través de una lámina de polaroide de manera que la
luz observada sea perpendicular a los rayos del sol, se observará que la intensidad
luminosa variará notablemente al rotar la lámina de polaroide. La luz del cielo está
parcialmente
polarizada
por
dispersión
53
(scattering)
por
pequeñas
partículas
atmosféricas. Estas partículas actúan como dipolos en respuesta a la excitación
producida, en sus electrones, por el campo eléctrico oscilante de la onda incidente. La
dispersión lateral se debe a la baja densidad de partículas que les permite actuar como
partículas libres. Este experimento produce mejores resultados si se realiza al
atardecer.
3.4.
POLARIZACIÓN CIRCULAR
Si un haz de luz polarizado linealmente se hace incidir, normalmente, sobre una lámina
de material birrefringente, cortado de tal manera que su eje óptico sea paralelo a la cara
de la lámina sobra la que incide el haz, emergerán dos ondas polarizadas en diferentes
planos, y debido a su velocidad diferente, habrá entre ellas una diferencia de fase al
salir del cristal.
Si el ángulo θ entre el plano de polarización y la dirección del eje óptico es de 45°, las
amplitudes de ambas ondas serán iguales. Si además, el espesor del cristal es tal que,
para una longitud de onda dada, produce una diferencia de fases a la salida del cristal
de 90°, la luz emergerá polarizada circularmente. Est o significa que en un plano
perpendicular a la dirección de emergencia el vector campo eléctrico va rotando
periódicamente en función del tiempo. Este tipo de lámina se conoce como cuarto de
onda.
54
3.5.
ACTIVIDAD ÓPTICA
Al pasar luz polarizada a través de algunas sustancias se produce una rotación del
plano de polarización, fenómeno que se denomina actividad óptica.
Cuando un haz de luz polarizada linealmente incide sobre una sustancia ópticamente
activa, la onda transmitida sigue polarizada linealmente pero formando un ángulo θ con
el plano de incidencia. El valor de θ depende de la naturaleza de la sustancia, la
longitud P, que el haz recorre dentro de la sustancia, la temperatura y la densidad de la
sustancia si ésta no está diluida, o de su concentración si se encuentra en solución.
Las sustancias ópticamente activas se clasifican en dextrógiras o levógiras según que la
rotación del plano de polarización, vista por el observador, sea en sentido horario o
antihorario respectivamente.
Ciertas sustancias son ópticamente activas en un estado físico (cuarzo sólido), pero no
en otro estado (cuarzo fundido), lo que indica que la actividad óptica depende de las
distribuciones espaciales de los átomos o moléculas. Otras sustancias como el azúcar,
alcanfor y trementina son ópticamente activas en todos los estados físicos y en
solución, por lo que en este caso la actividad óptica está asociada a las moléculas en sí
y no a su distribución espacial.
La actividad óptica es el resultado de la modificación de las órbitas de los electrones en
las moléculas bajo la acción del campo electromagnético oscilante de la luz que se
introduce en el medio ópticamente activo. El efecto de este campo exterior oscilante es
la producción de un momento dipolar eléctrico y de un momento dipolar magnético,
oscilante y paralelo a los ejes moleculares.
55
→
→
Estos dipolos emiten ondas electromagnéticas cuyos campos E' y B' están en fase con
los de la onda incidente, pero oscilando en direcciones distintas, lo que determina un
nuevo plano de polarización.
3.5.a.
ROTACIÓN_ ESPECÍFICA
Las características rotatorias de las sustancias ópticamente activas se describen por su
rotación específica [α ] λ que, a temperatura T y para una longitud de onda incidente λ,
T
está definida como el ángulo de rotación por unidad de longitud de la trayectoria
(expresado en decímetros) y por unidad de concentración (gramos de soluto por
mililitro de solución):
[α ] Tλ =
α
Pc
donde α es la rotación observada, P la longitud de la trayectoria y c la concentración.
Para un líquido puro la concentración se sustituye por la densidad. La rotación
específica tabula está referida, por lo general, a la línea D del sodio.
La actividad óptica es característica de un gran número de sustancias naturales como
aminoácidos, esteroides, alcaloides y carbohidratos, los cuales pueden ser identificados
por medidas polarimétricas.
3.5.b.
POLARÍMETRO
La rotación del plano de polarización por una sustancia ópticamente activa, puede
detectarse y medirse con un polarímetro.
56
El polarímetro consta de una fuente luminosa, dos láminas polaroide y, entre ellas, un
tubo portador de la sustancia que se va a examinar para determinar su actividad óptica.
La posición de estas piezas es tal que la luz pasa por una primera lámina (polarizador),
seguidamente por el tubo (de longitud P), luego por una segunda lámina (analizador)
para, finalmente, llegar al ojo o una pantalla.
Cuando el tubo está vacío, el máximo de luz transmitida por todo el sistema se alcanza
cuando ambas láminas polaroide están con sus ejes de polarización paralelos, mientras
que si se rota el analizador, la intensidad de la luz disminuye y alcanza un mínimo
cuando el analizador está colocado perpendicularmente a su posición inicial.
Con el polarizador y el analizador cruzados, al introducirse una sustancia ópticamente
activa en el tubo portador, éste desvía el plano de polarización por lo que debe rotarse
el analizador si se quiere lograr nuevamente la condición de mínimo. Si la rotación del
plano, y por consiguiente, el giro del analizador es en el sentido de las agujas del reloj,
se dice que la sustancia es dextrógira (+); si la rotación es contraria a las agujas del
reloj, la sustancia es levógira (–)
3.5.c
ANÁLISIS_ CUANTITATIVO
Las mediciones polarimétricas se adaptan fácilmente al análisis cuantitativo de
compuestos ópticamente activos. Se emplean curvas de calibración empíricas que
relacionan la rotación específica con la concentración.
3.6
POLARÍMETROS INDUSTRALES
El laboratorio cuenta con polarímetros de los usados en la industria y los laboratorios de
investigación, cuyo manual puede ser visto a continuación y con los cuales usted podrá
realizar medidas para comparar con las indicadas en la práctica.
57
Traducido por Luis V. Cortina C. 12/2007
58
Contenido de Manual
1. Aplicaciones y Rango de aplicación
2. Especificaciones Principales
3. Principio de operación
4. Construcción del Instrumento
5. Método de Operación
6. Mantenimiento del Instrumento
7. Conjunto de piezas del Polarímetro
POLARÍMETRO MODELO PL1
1. Aplicaciones y Rango de Aplicación
El Polarímetro PL1 puede ser usado en la industria química, hospitales, colegios,
universidades e instituciones científicas de investigación, para medir: sustancias
orgánicas que presentan rotaciones ópticas con la ayuda de polarímetros, gravedad
específica, pureza, concentración, y el contenido de miles de materiales activos, tales
como soluciones de azúcar, aceites de trementina y alcanfor, pueden ser medidos.
Por ejemplo:
En la industria de los alimentos: El polarímetro puede ser usado para inspeccionar el
azúcar contenido y medir el contenido de amilos de los condimentos alimenticios.
En clínicas y hospitales: el polarímetro puede ser usado para medir el contenido de
azúcar y proteínas en la orina.
En las refinerías de azúcar: el polarímetro puede ser usado para medir la concentración
de azúcar en solución en procesos industriales.
En la industria farmacológica y de perfumes: puede ser usado para medir la rotación
óptica de las medicinas y los aceites de los perfumes.
En colegios y universidades: el polarímetro puede ser usado como un instrumento para
enseñar experimentos.
2. Especificaciones Principales
A. Rango de Medida de la Rotación Óptica
±180°
B. Valor de la División
1°
C. Valor de la Lectura del Dial del Vernier
0,05°
D. Factor de Amplificación de la Lupa
4 veces
E. Fuente de luz monocromática (Lámpara de Sodio)
λ= 589,3 nm
F. Longitud de los tubos de prueba
100 y 200 mm
G. Fuente de poder del Instrumento Voltaje
220 V (50 Hz)
Corriente
1,3 A
Potencia
20 W
Tiempo de estabilización
5 minutos
H. Peso del Instrumento
14 Kg.
I. Dimensiones totales
540x220x380 mm
59
3. Principio de Operación
El principio de operación del polarímetro se fundamenta en la base de la
polarización de la luz. El método consiste en medir la rotación del plano de la luz
polarizada al pasar a través de una
sustancia ópticamente activa.
En la posición de 0°, AA’ es
perpendicular a la línea central OX.
AA’ es la dirección del plano de
polarización del polarizador analizador,
donde OP y OP’ indican la dirección de
vibración de la luz polarizada de las dos
mitades del campo de visión (ver Fig.2)
Cuando el haz de luz pasa a
través de la sustancia ópticamente
activa, el plano de polarización rota un
ángulo, α , el cual se muestra como una
línea punteada en la figura.
Ahora, la proyección de la luz
polarizada de las dos mitades sobre
AA’ no son idénticas, y la mitad derecha es brillante mientras que la mitad izquierda es
oscura. Si se rota el plano de polarización AA’ un ángulo α en la misma dirección, la
intensidad de iluminación del campo visual se hará igual en toda su extensión (Fig. 2c);
en este instante el ángulo rotado del polarizador analizador será la rotación óptica de la
sustancia. Conociendo el ángulo rotado (o sea la rotación óptica), la longitud de la
columna de solución (o sea la longitud del tubo de análisis) y la concentración, la
rotación óptica específica (esto es, el poder
óptico rotacional de la rotación específica) de la sustancia puede ser calculado de
acuerdo a la siguiente formula:
Donde Q es el ángulo de rotación (rotación óptica) medido usando una longitud de onda
λ, cuando la temperatura es t. L es la longitud de la columna de solución (largo del tubo
de la muestra) expresada en unidades de decímetros (dm). C es la concentración, esto
es el número de gramos de soluto en 100 ml de solución.
De la fórmula anterior vemos que el ángulo de rotación, Q, es directamente
proporcional a la longitud L de la columna de solución y a la concentración C, o sea
Q = [α] L C
La rotación óptica está relacionada con la temperatura. Para la mayoría de las
sustancias, la longitud de onda λ = 589,3 nm (correspondiente a la luz del Sodio) puede
ser usada para las medidas, encontrándose que cuando la temperatura crece en 1° C,
la rotación óptica se reduce en 0.3%. Por lo tanto, para medidas precisas, es mejor
hacer las medidas a temperaturas dentro del rango 20 ± 2 °C.
60
4. Construcción del Instrumento
Fig. 1 Diagrama del Instrumento
En la Fig. 1 se ven:
1. Fuente de Luz (Luz de Sodio)
2. Lente Colector
3. Filtro de color
4. Polarizador
5. Placa de media onda
6. Tubo de prueba
7. Polarizador Analizador
8. Lente objetivo
9. Lente ocular
10. Lupa
11. Dial del Vernier
12. Rueda manual del dial
13. Chapa Protectora
1. Principio del Instrumento (de acuerdo a la figura 1)
La luz que proviene de la lámpara de sodio (1) se proyecta en la lente colectora
(2), el filtro de color (3) y el polarizador (4) saliendo de ellos convertida en luz
linealmente polarizada, luego la luz pasa a través de la lámina de media onda (5) se
descompone en luz normal y luz anormal, con lo que se verá tres zonas (alternas entre
claras y oscuras) en el campo de visión (Fig. 2). El tubo de prueba (6) que contiene la
sustancia ópticamente activa se pone en la cámara de medida. Si la sustancia es
ópticamente activa, el plano de polarización rotará un cierto ángulo, α, de manera que el
polarizador analizador (7) deberá rotarse para analizar la luz polarizada a la salida del
tubo. Observando a través del lente ocular (9), podremos ver una mitad brillante (u
oscura) y otra mitad oscura (o brillante) del campo de vista triple de intensidades
lumínicas desiguales, como se ve en las figuras 2a y 2b, en la siguiente página.
Ahora se rota la rueda manual del dial rotatorio (12) para mover el dial (11) y el
polarizador analizador, hasta que la intensidad de iluminación, en el ocular, de los
61
campos oscuro se convierta en claro, de manera que las tres zonas sean iguales (como
en la figura 2c). Obtenido esto, podemos leer el ángulo de rotación usando la lupa
(como se muestra en la figura 3).
Fig. 2 El cambio de intensidades en el campo de visión.
a
b
Cuando el dial está en la posición cero, y se coloca
el tubo lleno con la solución ópticamente activa, el campo
de visión cambia a alguno de las figuras mostradas (a o b).
Luego de rotar el polarizador analizador, la
intensidad lumínica se hace la misma sobre todo el campo
visual, como lo era antes de introducir el tubo con la
sustancia ópticamente activa.
2. Construcción del Instrumento
Para una fácil operación, el sistema
óptico del instrumento se encuentra montado
sobre una base con una inclinación de 20°.
La fuente de luz usada es una lámpara de
sodio (λ = 589.3 nm) con una potencia de 20
vatios. En la base del equipo se encuentra
montado un limitador de corriente para la
lámpara de sodio, de manera que no es
necesario colocar limitadores de corriente
externos. Lo s polarizadores usados en el
instrumento son discos de alcohol polivinílico.
La obtención de los tres campos de visión, se
logra usando una lámina de media onda
construida con una placa de cuarzo Laurent.
Rotando el polarizador se consigue que el
ángulo de la sombra del triple campo de
visión pueda ser ajustado (a la salida de la fábrica, el ángulo de la sombra fue ajustado
a unos 3°).
62
Para ajustar las diferencias por excentricidad, el instrumento posee un doble
vernier para la lectura. El dial se encuentra dividido en 360 divisiones, cada una de las
cuales indica 1°. El vernier se encuentra dividido en 20 divis iones las cuales
corresponden a 19 divisiones del dial, con lo que el vernier nos permite obtener
directamente lecturas de hasta 0.05° (como se ve en la F ig. 3). El dial y el polarizador
analizador se encuentran unidos entre si. La rueda manual (12) puede ser usada para
los ajustes de rotación gruesos y finos. Dos lupas (de amplificación 4X) se encuentran
montadas en frente de los Vernieres, de manera de hacer las medidas mas precisas.
5. Método de Operación
1. Preparación
(a) Prepare la solución que será medida y espere a que se estabilice.
(b) Vierta la solución ha ser medida en el tubo de prueba. Cuidado: Los tornillos a
ambos extremos del tubo de
prueba no debe estar excesivamente apretados (ajuste los tornillos con la mano hasta
que el líquido no gotee), de manera de no producir tensiones sobre las placas
protectoras que causen los cambios de iluminación en el campo visual los cuales
afectarán la precisión de la medida. Luego, seque el líquido restante en ambos
extremos hasta que queden limpios.
(c) Enchufe el aparato y encienda la lámpara de sodio y espere unos 10 minutos hasta
que la luz sea de un color estable amarillo; en este momento se puede comenzar a
medir.
(d) Compruebe la posición cero del dial. Si la posición cero no es correcta, usted debe
desenroscar los 4 tornillos de la cubierta del dial, de manera que pueda rotar el cartucho
del dial para corregir la posición de cero (solamente puede corregirse hasta 0.5°
menos), de lo contrario usted deberá sumar o restar el valor del error a la medida
realizada.
2. Medida
(a) Abra el compartimiento de los lentes y coloque el tubo de prueba. Cierre el cartucho
asegurándose que el bulbo del tubo de prueba haya quedado hacia arriba, de manera
que las burbujas de aire suban al bulbo y no afecten las medidas.
(b) Ajuste el tornillo del campo de visión, hasta que el aspecto de los tres campos en el
campo de visión se vean claramente.
(c) Rote la rueda manual del dial hasta que la iluminación en el campo de visión (la
zona oscura) se empareje.
(d) Haciendo uso de la lupa lea el ángulo rotado.
(e) Usando las formulas dadas, calcule la gravedad específica, la concentración, la
pureza y el contenido de la sustancia.
63
6. Mantenimiento del Instrumento
1. El instrumento debe ser colocado en un lugar con buena circulación de aire,
apropiada temperatura y baja humedad de manera de prevenir que las partes
ópticas y los discos polarizadores se humedezcan y se llenen de hongos, lo que
afectaría el desempeño del instrumento.
2. La lámpara de sodio no debe permanecer encendida continuamente por
más de 4 horas. Si la lámpara de sodio debe permanecer mucho tiempo
prendida debe ser enfriada usando un ventilador. Si no posee un ventilador
debe apagar la lámpara por 15 minutos para permitir que se enfríe antes de
continuar con su uso. Si la lámpara de sodio mantiene un color rojizo, en lugar de
su color natural amarillo, por lo general se debe a que el voltaje de alimentación
es muy bajo y deberá incrementarlo.
3. Después de ser usado el tubo de prueba debe ser lavado, preferiblemente con
agua destilada, hasta que quede muy limpio, luego se debe secar muy bien y
guardarse hacia arriba.
4. Nunca use algodones o trapos sucios o duros, o papel para secar la óptica de
manera de evitar que los elementos ópticos se rayen.
5. Cuando el instrumento esté fuera de uso, debe ser guardado en una caja, o
tapado con su cubierta plástica de manera de evitar que le caiga polvo.
6. Cuando sea empacado, el instrumento, el tubo de la lámpara de sodio, el tubo de
prueba y las otras cosas deben ser puestas en sus posiciones asignadas de
manera de evitar que se golpeen.
7. No deje que personas que conozcan poco del método de ensamblaje y
calibración lleven a cabo estos procedimientos, ya que la precisión de las
medidas pueden ser afectadas. Si hay problemas con el instrumento debe ser
retornado a la fábrica para su calibración
7.Piezas del Instrumento
1. Lámpara de Sodio 1 pieza
2. Tubos de prueba de 100 y 200 mm (1 de c/u)
3. Placas protectoras del tubo de prueba (4 piezas de repuesto)
4. Destornillador pequeño
5. Forro de plástico para el instrumento
6. Fusible de 1.5 A (3 piezas)
7. O-Ring (10 piezas)
8. Manual de usuario
64
PARTE EXPERIMENTAL
1.
POLARIZACIÓN
1.a. Observe a través de un polarizador la luz proveniente de un bombillo corriente.
Coloque un segundo polarizador (analizador) frente al primero y compruebe, la ley
de Malus para ángulos de 0°, 30°, 45°, 60° y 90°., para
ello haga uso de los
fotómetros construidos para tal fin, midiendo I/I0.
1.b. Haga incidir la luz proveniente de un láser de He-Ne sobre dos polarizadores
cruzados, de manera de obtener un mínimo en la intensidad luminosa del haz
emergente. Introduzca entre los dos polarizadores una lámina de plástico o un
pedazo de cinta adhesiva transparente. Explique el efecto observado.
2.
POLARIMETRÍA
El uso mas extenso de la rotación óptica para análisis cuantitativo es en la
industria del azúcar. A fin de evitar resultados falseados por el proceso de
inversión (precipitación), es conveniente realizar las mediciones inmediatamente
después de ser preparada la solución respectiva.
Para medir los ángulos de rotación trate de encontrar inicialmente, con el
analizador, el mínimo de transmisión ya que el ojo es más sensible a variaciones
alrededor de un mínimo de intensidad que alrededor de un máximo.
Antes de llenar el tubo con la solución de sacarosa, examine muy bien
las láminas planas de vidrio de los extremos y descártelo si observa
algún tipo de depósito que pudiera interferir con el paso del haz.
2.a. Diluya 30 g de azúcar común (sacarosa) en 50 ml de agua y agregue mas agua
hasta obtener una solución final de 100 ml.
65
2.b. Coloque la solución en tres tubos de diferentes longitudes. Mediante el uso de un
bombillo corriente y dos polarizadores mida el ángulo de rotación en cada caso.
Grafique el ángulo de rotación en función de la longitud y, a partir de la pendiente,
determine la rotación específica. Haga uso también de los polarímetros
industriales PL1, el cual posee 2 tubos de diferentes longitudes.
2.c. Para el tubo de mayor longitud mida el ángulo de rotación correspondiente a
diferentes fuentes: lámpara de mercurio con filtro verde (λ = 564 nm), lámpara de
sodio (λ = 589 nm), láser de He-Ne (λ = 632.8 nm). Para cada caso determine la
rotación específica y grafíquela en función de la longitud de onda.
2.d. Diluya la solución para obtener una concentración de 15 gr. de azúcar en 100 ml
de solución; usando el tubo de mayor longitud mida el ángulo de rotación
respectivo. Diluya nuevamente hasta una concentración de 7.5 gr. de azúcar en
100 ml de solución y vuelva a medir el ángulo de rotación. Grafique el ángulo de
rotación en función de la concentración y, a partir de la pendiente, obtenga la
rotación específica (referida a la longitud de 1 dm)
2.e. Determine la concentración de la solución problema proporcionada por el profesor,
haciendo uso de polarímetro ensamblado por usted y compare sus resultados con
el producido por el polarímetro industrial PL1.
CONOCIMIENTOS PRELIMINARES
Antes de realizar la práctica el estudiante debe tener claro los siguientes conceptos:
01
Ondas electromagnéticas. Condición geométrica entre el campo eléctrico E,
el campo magnético B y la dirección de propagación de la onda k.
02
Plano de vibración de una onda electromagnética.
66
03
Luz polarizada linealmente o plano-polarizada. Ley de Malus. Métodos de
producción y análisis de luz polarizada linealmente.
04
Medios isótropos y anisótropos. Eje óptico. Onda ordinaria y onda
extraordinaria. Dicroísmo.
05
Polarización circular.
06
Actividad óptica. Sustancias ópticamente activas..
07
Factores de los que depende el ángulo de rotación y la rotación específica.
08
Polarímetro. Construcción, funcionamiento, calibración y utilización.
OBJETIVOS
Al finalizar la práctica, el estudiante debe estar en capacidad de:
01
Determinar por medio de una lámina de polaroid si una luz está o no
polarizada linealmente.
02
Construir un polarímetro para líquidos.
03
Determinar la rotación específica de sólidos o líquidos ópticamente activos.
04
Calibrar un polarímetro para líquidos.
05
Trazar y utilizar gráficos de calibración.
IE/271100
LC/ 04 - 2008
67