Лабораторная работа № 24 Определение концентрации раствора сахара с помощью поляриметра (сахариметра)

Студент должен знать:способы получения и свойства поляризованного света, закон Брюстера; закон Малюса; оптически активные вещества (правовращающие, левовращающие); формулу для угла вращения плоскости поляризованного света оптически активным веществом; удельный угол вращения; оптическую схему поляриметра и его применение; использование поляризованного света в медицине.

Студент должен уметь: работать с поляриметром; производить расчеты неизвестной концентрации и удельного вращения оптически активных веществ; вычислять погрешности измерений.

Краткая теория

Световое излучение отдельного атома представляет собой электромагнитную поперечную волну, вектора напряженности икоторой изменяются во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярны направлению распространения волны (рис.1).

Рис. 1.

Колебание векторов ив электромагнитной волне

Свет, у которого электрические колебания совершаются все время в одной плоскости, называется поляризованным (рис.2а). Принято плоскость изменений вектора напряженности электрического поля Е, называтьплоскостью поляризацииполяризованного света. Всякий реальный источник света состоит из множества атомов, испускающих световые волны со всевозможными ориентациями плоскости колебаний. Такой свет является неполяризованным и называется естественным (рис.2б).

Если у светового луча амплитудные значения вектора оказываются неодинаковыми (рис.2в) для различных плоскостей колебания, такой свет называют частично поляризованным. Естественный свет можно поляризовать, т.е. превратить его в поляризованный свет.

а б в

Рис. 2.

Виды поляризации света Способы получения поляризованного света

1. Поляризация при отражении и преломлении света

Отраженный от диэлектрика свет всегда частично поляризован. Степень поляризации отраженного луча зависит от показателя преломления диэлектрика nи от угла паденияi. Полная поляризация отраженного света достигается при падении под углом Брюстера, который определяется соотношением:

tg i = n.

Проходящий через диэлектрик свет также частично поляризован. Максимальная (но не полная) поляризация проходящего света достигается при падении под углом Брюстера. Для увеличения степени поляризации преломленного света используют стопу стеклянных пластинок, расположенных под углом Брюстера к падающему свету.

Рис. 3.

Поляризация при отражении и преломлении света

2. Поляризация при двойном лучепреломлении

В результате преломления света на границе оптически анизатропных сред (скорость распространения света или показатель преломления неодинаковы в различных направлениях), естественный луч расщепляется на два луча (обыкновенный - О и необыкновенный - е), поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (рис.4). Обыкновенный и необыкновенный лучи имеют в кристалле различные скорости распространения.

Рис. 4.

Поляризация при двойном лучепреломлении

Двойное лучепреломление происходит в призме Николя. Для ее изготовления кристалл исландского шпата распиливают определенным образом по диагонали, а потом склеивают канадским бальзамом (рис.5). Для обыкновенного луча бальзам является средой оптически менее плотной, а для необыкновенного луча - более плотной, чем исландский шпат. Поэтому обыкновенный луч О(рис.5), падающий на слой бальзама под углом большим предельного, претерпевает полное отражение, а необыкновенный луче(рис.5) при любых углах падения проходит через этот слой.

Рис. 5.

Поляризация света в призме Николя

Если естественный луч падает на грань призмы Николя параллельно основанию АВ(рис.5), то необыкновенный луч проходит через призму почти не отклоняясь от первоначального направления, а обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение от слоя бальзама, поглощается зачерненной поверхностью основанияАВ.

Таким образом, сквозь призму Николя проходит только один необыкновенный, полностью поляризованный луч.