6. Поляриметры и их применение. Принцип действия универсального сахариметра.

Приборы, предназначенные для определения угла поворота плоскости поляризации, называются поляриметрами. Поляриметры, используемые для определения концентрации сахара в растворе, называются сахариметрами.

Два скрещенных поляризатора П и А не пропускают света. Если между ними поместить трубку с раствором сахара, то плоскость поляризации луча, вышедшего из поляризатора П, после прохождения через раствор, повернется на некоторый угол . В результате интенсивность света на выходе анализатора А будет отлична от нуля. Поворачивая анализатор на угол  в направлении, обратном повороту плоскости поляризации, можно вновь добиться нулевой интенсивности света на выходе анализатора.

Тогда измерив угол поворота анализатора , и зная удельное вращение [а], по формуле (7) можно определить, в принципе, концентрацию c раствора.

В сахариметре СУ-2 поворот плоскости поляризации луча оптически активным раствором компенсируют не анализатором, а с помощью специального кварцевого компенсатора, расположенного перед анализатором.

Основными частями сахариметра СУ-2 (рис. 18) являются узел измерительной головки 1 и осветительный узел 2, соединенные между собой траверсой 3, на которой укреплена камера 4 для поляриметрических трубок 5.

С лицевой стороны измерительной головки прибора имеются лупа в оправе 6 для отсчета показаний по шкале и зрительная труба 7 поля зрения. С тыльной стороны измерительной головки находится узел нониуса 8. Рукоятка 9 кремальерной (винтовой) передачи служит для перемещения подвижного кварцевого клина и связанной с ним шкалы. Осветительный узел имеет передвигающуюся рамку, в которой находится стеклянный светофильтр, матовое стекло и патрон с лампочкой. Лампочка подключается через понижающий трансформатор 10 в сеть переменного тока 220 В.

7. В чем заключается метод определения концентрации раствора сахара, используемый в данной работе?

Свет от осветительной лампы 1 проходит через матовое стекло 3 предназначенное для рассеивания света. Вместо матового стекла может быть введен светофильтр 2. Далее световой поток проходит через конденсорную линзу 4 и попадает на поляризатор 5. За поляризатором 5 установлена бикварцевая пластинка 6, формирующая поле зрения прибора. Далее располагается поляриметрическая трубка 7 с исследуемым раствором. Затем следует блок кварцевых клиньев 8, образующих кварцевый компенсатор. Поворот плоскости поляризации контролируется анализатором 9. Зрительная труба 10 сфокусирована на выходную грань поляризатора 5. При помощи зрительной трубы можно рассмотреть линию раздела поля зрения прибора, создаваемого бикварцем 6.

Свет от осветительной лампы 1 используется также для освещения шкалы 11 и нониуса 12. Для отсчета показаний шкалы используется лупа 13.

Подвижный кварцевый клин 8 служит для компенсации поворота плоскости поляризации луча оптически активным раствором. Перемещение клина осуществляется вращением рукоятки кремальерной (винтовой) передачи.

При этом одновременно вращается шкала 11 с нониусом 12, фиксирующая перемещение кварцевого клина. Шкала градуирована в угловых градусах, определяющих поворот плоскости поляризации исследуемым раствором.

Способы получения поляризованного света.

Способ получения поляризованного света основан на явлении двойного лучепреломления в оптически анизотропных средах. Оптически анизотропными называют среды, оптические свойства которых зависят от направления распространения света. К оптически анизотропным относятся, в частности, все прозрачные кристаллы, за исключением имеющих кубическую решетку. Взаимное расположение частиц в анизотропных кристаллах и структура их таковы, что амплитуда колебания электронов под действием световой волны зависит от направления распространения волны внутри кристалла и характера ее поляризации. Вследствие этого интерференция вторичных волн, излучаемых электронами, приводит к тому, что луч света, падающий на поверхность анизотропного кристалла, раздваивается внутри него на два преломленных луча, которые в общем случае имеют различные направления. Это явление называют двойным лучепреломлением.

Явление преломления света в изотропных средах, т.е. в таких, физические свойства которых, в том числе и скорость распространения света, во всех направлениях одинаковы.

Если угол падения луча света на поверхность диэлектрика (на­пример, стекла) не равен нулю, то отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преоблада­ют колебания вектора , перпендикулярные к плоскости падения (на рис. 3.2 следы векторов изображены точками). В преломленном луче преобладают колебания вектора , параллельные плоскости падения луча (на рис. 3.2 изображе­ны стрелками).

В естественном падающем луче интенсивность колебаний различных направлений одинакова. Энергия этих колебаний одинакова. Она распределяется между отраженной и преломленной волной.

Однако степень поляризации оказывается различной в отраженном и прелом­ленном лучах и зависит от угла падения лучей и показа­теля преломления диэлектрика. Шотландский физик Д. Брюстер устано­вил, что при угле падения iБ , называемом углом Брюстера, отражён­ный луч является плоскополяризованным (содержит только колебания, перпендикулярные плоскости падения). Преломленный же луч при угле падения iБ оказывается частично поляризованным (в нем преобладают колебания, лежащие в плоскости падения луча). Угол Брюстера удовлетворяет соотношению, называемому законом Брюстера tgi_Б = n₂₁ , (3.2)

где n₂₁ = n₂/n₁  показатель преломления второй среды относительно первой.

Если свет падает на границу раздела под углом Брюстера, то отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны (i + r = π/2). Действительно, из закона преломления света следует, что

.

Естественный свет может быть превращен в плоскополяризованный с помощью приборов, называемых поляризаторами. Поляризаторы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, которая называется плоскостью поляризатора, и задерживают колебания, перпендикулярные этой плоскости.