4300214 - Física Experimental IV (2015)

Nesta semana vamos estudar soluções de substâncias oticamente ativas, isto é, aquelas que mudam a direção de polarização da luz. Para isto utilizaremos uma solução de água com açúcar refinado comum. O objetivo é estabelecer uma relação empírica para a mudança do ângulo de polarização da luz em função do comprimento de solução atravessado e também da concentração da solução. Além disto, mediremos a rotatividade específica do açúcar utilizado e compararemos a vários tipos de açúcares existente.

A mudança no ângulo de polarização da luz pode ser modelada, empiricamente, com a expressão:

\(\Delta \theta = \alpha L^\beta \rho^\delta \)

onde \(\Delta \theta \) é a mudança angular na direção de polarização, \(L \) é o comprimento de solução atravessado pela luz e \(\rho \) é a concentração da solução. \(\alpha \) é chamada de rotatividade específica e é característica do composto em solução. \(\beta \) e \(\delta \) são constantes. Neste experimento tomaremos os dados relevantes e testaremos esta expressão empírica, além de medir a rotatividade específica do açúcar utilizado.

Atividade preparatória para a tomada de dados

Apresente o gráfico das intensidades medidas em função do ângulo relativo entre os dois polarizadores e o respectivo ajuste com a lei de Malus.

Considere uma solução de sacarose (açúcar comum) de 200 g/l e colocada em um tubo de comprimento 10 cm. Estime qual a mudança angular na direção de polarização. Essa mudança ocorre em que sentido, horário ou anti-horário?

Arranjo experimental e medidas

O arranjo experimental é o mesmo utilizado na medida da Lei de Malus. Além disto, temos vários tubos de PVC contendo soluções de açúcar a 200 g/l e 400 g/l. Tubos podem ser combinados para fazer comprimentos variados. 

O procedimento experimental sugerido é:

1. Monte o arranjo experimental utilizado para a medida da Lei de Malus. Os mesmos cuidados utilizados anteriormente se aplicam aqui.
2. Calibre os eixos dos polarizadores: utilizando a leitura do foto-sensor, coloque o primeiro polarizador a \(0^o\) e alinhe o segundo polarizador em relação ao outro de modo a medir a intensidade mínima (\(90^o\)). Meça a diferença de leitura angular nesta situação. Note que a escala graduada não necessariamente coincide em todos os polarizadores
3. Coloque o tubo de PVC (ou tubos) de PVC com a solução a ser testada entre os polarizadores. Gire um polarizador em relação ao outro até que a intensidade medida no foto-sensor volte a ser mínima. Meça a variação angular entre os polarizadores em relação à medida sem solução. Esta é a variação \(\Delta \theta \) no ângulo de polarização da luz.
4. Tome medidas variando o comprimento de solução \(L \) (isto pode ser feito juntando-se dois, três, etc. tubos de PVC) e para as duas densidades disponíveis.
5. Analise os dados de acordo com a expressão empírica sugerida, realizando ajustes, testes estatísticos, etc. de modo a determinar todos os parâmetros relevantes.
6. Obtenha a rotatividade específica do açúcar utilizado na solução. Compare com valores tabelados para os tipos comuns de açúcares (frutose, sacarose, dextrose, etc.) e discuta os seus resultados.