Контрольні запитання.

1. Сутність явища дифракції. Критерій, що визначає тип дифракції. Два види дифракції.

2. Принцип Гюйгенса-Френеля і його математичне формулювання.

3. Формула для амплітуди (або інтенсивності) світлапри дифракції Фраунгоферана щілині.

4. Умова, що визначає положення мінімумів та максимумів для дифракції на щілині, двох щілинах та дифракційній решітці.

5. Інші явища хвильовоїоптики.

6. Дисперсія і розрізнювальна сила дифракційної решітки.

ПРОТОКОЛ

вимірювань до лабораторної роботи№О-1

Виконав(ла)

Група

Параметри установки:

Стала решітки d= мм Порядок спектру n=

i	2 X n	L		x nL i d	y				X n
1
2
.
.
.
7 -
10
		, мкм				, мкм

Дата

Підпис викладача

Лабораторна робота № о-2(59). Визначення концентрації цукрового розчину за допомогою цукрометра.

Мета роботи: дослідити явище оптичної активності і визначити невідому концентрацію розчину, використовуючи розчин, відомої концентрації.

Як відомо зелектромагнітної теорії, вектори напруженості

 

електричного E і магнітного H

полів світлової хвилі коливаються у взаємно

перпендикулярних площинах і однаковихфазах. Швидкість поширення світлаc^ (або хвильовий вектор^) перпендикулярна площині коливань

k

   ^

напруженостей E

і H , тобто вектори E, H , k утворюють праву ортогональну

систему . Саме такі хвилі (рис. 59.1)випромінюють елементарні випромінювачі світла – збуджені атоми і молекули речовини.

Е

Е₀

0

Z

В _В0



Рисунок59. 1 Поперечна електромагнітна хвиля

Макроскопічні джерела світла складаються з великої кількості елементарних випромінювачів, які випромінюють хвилі незалежно один від одного. При цьому орієнтація в просторі векторів B і E хвилі, яка є

результатом накладання хвиль елементарних випромінювачів, єрівно

ймовірною в будь-який момент часу. Таке світло називають природним.

Крім природного світла існує ще поляризоване світло, коли напрямки коливань векторів B і E або зафіксовані в просторі, або змінюються за певним законом. Якщо коливання світлового вектора відбуваються тільки в одній

площині, що проходить через промінь, то світло називається плоско (або

лінійно) поляризованим. Явищем поляризації називається виділення поляризованого світла з природного.

Пристрої, які використовують для одержання поляризованого світла, називають поляризаторами. Ті самі поляризатори, які використовують для аналізуполяризованого світла, називають аналізаторами.

Зараз розглянемо загальний принцип дії поляризатора. Поляризатор повністю пропускає світло з напрямком коливань вектора E , який співпадає з деякою площиною – площиною поляризатора й зовсім не пропускає світла з

напрямком коливань вектораE , який перпендикулярний до цієї площини.

Умовнотаку площину можна уявити ніби щілину, що знаходиться

Аналізатор

E

^E01

^E01

посередині непрозорого

екрану.

Нехай плоско

E₀

E

0

0

^E0²

^E01



Площина

поляризоване світло з^E0

аналізатора

амплітудою E₀

проходить

крізь аналізатор (рис. 59.2). Якщо кут між площиною поляризації хвилі й площиною аналізатора дорівнює ,

Рисунок59.2 Проходження плоско поляризованоїхвилі крізь аналізатор

то світло з амплітудою

E₀₁ E₀ cos

пропускається аналізатором, а світло з

амплітудою

E₀₂ E₀ sin

аналізатора не проходить.

При проходженні поляризованого світла через деякі речовини відбуваєть- ся поворот площини поляризації світлової хвилі. Це явище називається обер- танням площини поляризації. Речовини, які здатні повертати площину поляри- зації падаючих на них хвиль, називаються оптично активними. Оптично актив- ними можуть бути як кристали, так і рідини. Наприклад, кварц, розчин цукру, глюкози. Розрізняють праве обертання, або позитивне і ліве, або негативне. При правому обертанні площина поляризації повертається за годинниковою стріл- кою для променя, падаючого в око спостерігача, при лівому - в протилежному напрямі.

Кут повороту площини поляризації воптично активних розчинах

пропорційний довжині шляху променя в рідині l,масовій концентрації c_m і густині розчину :

0

c

v

dc

0

m

l

(59.1)

де 

0

питоме обертання;

c_v c_m 

- об'ємна концентраціярозчину, тобто

відношення маси активного середовищадо об'єму розчину.

Якщо ж між поляризатором та аналізатором розмістити кювету з оптично активним розчином, то кут поляризації при проходженні через розчин зміниться на якесь певне значення. Щоб знов отримати затемнення необхідно повернути аналізатор на той самий кут повороту. На цьому принципі побудовано роботу поляризатора портативного П-161, схема якого представленана рис. 59.3.

За допомогою дзеркала 1 світло спрямовується насвітлофільтр 2, фокусування променя спостерігається в окулярі 10. Промінь світла проходить через поляризатор 3та кварцову пластину 4. Плоскополяризоване світло, проходячи кювету 5, повертає свою площину поляризації, що фіксується аналізатором 6, фокусується лінзою 8 і потрапляє на окуляр 10. Обертання аналізатора компенсує кут повороту площини поляризації, що вимірюється шкалою 7 і фіксується за допомогою окуляра 9.

7 ₉

1

3

2 4 ⁵

6 ₈ 10

Рисунок59.3 Схема поляриметра портативного П-161

Пройшовши поляризатор (3), промінь середньою частиною проходить через кварцеву пластину (4) та аналізатор (5), а двома крайніми частинами – лише крізьаналізатор. Вигляд поля зору схематичнопоказано нарисунку 59.4.

Рисунок 59.4 – Поле зору в поляриметрі.

Вирівнювання яскравості частин поля зору досягається поворотом аналізатора навколо оптичної осі. Після введення між поляризатором та аналізатором кювети з оптично активною речовиною рівномірність яскравості порушується. Відновити рівновагу можна поворотом аналізатора на кут, що дорівнює кутуповороту площини поляризації розчином.

Поляриметричну трубку довжиною 95.04 мм наповнюють досліджуваною речовиною так, щоб у неї не потрапило повітря, і поміщають у поляриметр. Обертанням алідади знаходять таке положення, щоб при самому незначному повороті різка тінь замінялася добре освітленим півколом і навпаки (рис.59.4). Між цими двома положеннями встановлюють середнє положення півтіні коли усе поле зору освітлене рівно, закріплюють алідаду і відраховують кут обертання. Кут повороту площини поляризації визначається за допомогою шкали (7). Для цього необхідно за допомогою окуляра (9) зафіксувати кут при

відсутності оптично активного розчину ₁

та після розміщення розчину кут₂ .

Кут повороту площини поляризації тоді буде дорівнювати:

₂ ₁

(59.2)

Хід виконання

1. Окуляр зорової труби встановити на максимальну різкість зображення так, щоб вертикальна лінія, що розділяє поле зору на дві половини, чітко розрізнювалася.

2. За відсутності кювети в камері поляриметра, обертанням ручки клинового компенсатора необхідно встановити однорідність обох половин поля зору, при цьому нульові поділки шкали і ноніуса повинні співпадати.

3. Встановити в камеру кювету з розчином цукру відомої концентрації

   C

   1

Освітленість частин поля зору при цьому порушується, а тому обертанням ручки компенсатора необхідно її відтворити. По шкалі і ноніусу зняти відлік відповідного кута повороту площини поляризації .

1i

4. Встановити в камеру кювету з розчином невідомої концентрації C і провестианалогічніп.3 дії при цьому виміряти кутповороту .

   2i

   2

   

   

5. Виміри кутів

1i ^і

_2i виконати 5-7 разів, замінюючи в камері відповідні

кювети іотримані результати занести до таблиці 59.1.

6. Розрахувати середні значення кутів ̅̅ ̅, ̅̅ ̅ та похибки вимірювання цих кутів та .

7. Розрахувати значення невідомої концентрації за формулою, що отримується з формули (59.1) для двох різних концентрацій:

C ^2 C , (59.3)

2 1

₁

та визначаємо похибкувимірювання концентрації:

^̅̅̅√ )

⁽ ̅̅̅̅

₎

̅̅̅̅

(

(59.4)

8. Кінцевий р_езультат_

визначення концентрації розчину цукру записати у

вигляді: ^{C2 }

C₂ C₂