ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРА

ПРИ ПОМОЩИ ПОЛЯРИМЕТРА

1. Естественный и поляризованный свет.

Свет – это поток электромагнитных волн частотного диапазона, в пределах которого происходит возбуждение зрительных рецепторов сетчатки нашего глаза. Зрительные образы – это уже продукт деятельности мозга.

Диапазон частот видимого света среднестатистического человека – от υ_min = 3,8•10¹⁴ Гц до υ_max = 7,5•10¹⁴ Гц. Слева к этому диапазону прилегает диапазон инфракрасного излучения, а еще левее – в интервале 10³ – 10¹² Гц, мы имеем дело с радиоволнами – электромагнитными волнами различных поддиапазонов и различного практического применения: радиосвязь, ТВ и др. Справа, при υυ_max, к диапазону видимого света прилегают, следуя друг за другом, ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-излучение. Строгие пограничные значения частот при этом не установлены. Так, жесткий ультрафиолет рентгенологи относят к мягкому рентгеновскому излучению.

Характеризуя волновые процессы, вместо частоты υ или наряду с ней, часто используют длину волны . Связь между ними: , где с =310⁸ м/с – скорость света в вакууме, - длительность одного цикла колебаний (период колебаний). Длина волны – это расстояние, на которое волновой процесс распространяется за время, равное периоду рассматриваемых колебаний.

Частотным границам видимого света (3,8 – 7,5)10¹⁴ Гц соответствует интервал значений длин волн от 400 до 790 нм (1 нм = 10^-9 м)

Температура поверхности Солнца такова, что максимальная интенсивность потоков его электромагнитного излучения приходится на диапазон частот, который мы называем диапазоном видимого света. Разумеется, это не случайное совпадение. Наша зрительная система работает на тех излучениях, которые являются наиболее мощными в спектре солнечной радиации.

Что и как колеблется с частотой порядка 10¹⁴ Гц, если свет распространяется в вакууме? Любые электромагнитные волны, в том числе и свет, это ПОПЕРЕЧНЫЕ ВОЛНЫ: в каждой точке луча, перпендикулярно ему (поперек него) совершают колебания две векторные характеристики: напряженность электрического поля и индукция магнитного поля .

Векторы и перпендикулярны не только лучу, но и друг другу. Иначе говоря, направления, на которых с частотой υ пульсируют векторы и направление луча – это три взаимно перпендикулярных направления. Чтобы не запутаться в этой трехмерной геометрии, будем отслеживать ориентацию относительно луча только вектора, в расчете, что вектор сумеет принять правильное направление без нашей заботы. Например, схема А:

^{векторы}

означает, что вектор совершает колебания в плоскости рисунка.

На схеме Б:

электрические колебания происходят перпендикулярно этой странице.

В плоскости, перпендикулярной лучу, сам луч будет представлен точкой. Если такую плоскость совместить с поверхностью данной страницы, мы увидим вот что:

для схемы А:

для схемы Б:

Здесь луч – перпендикуляр к плоскости страницы.

Но в плоскости, перпендикулярной лучу, можно представить себе колебания электрического вектора по всем возможным направлениям:

Световой луч, в котором колебания электрического вектора происходят во всех направлениях, называется неполяризованным, («естественным»; схема В).

Световой луч, в котором колебания электрического вектора происходят в строго определенном направлении (схемы А; Б), называется линейно поляризованным.

Плоскость, образованную лучом и вектором , будем называть плоскостью поляризации. Линейно поляризованный свет часто называют плоскополяризованным.

Упражнения:

1. Представьте себе горизонтальный световой луч с вертикальной плоскостью поляризации.

2. Представьте себе горизонтальный луч с горизонтальной плоскостью поляризации.

3. Представьте себе уходящий от Вас горизонтальный луч, у которого плоскость поляризации наклонена к горизонту под некоторым углом  (30⁰; 60⁰, и т.п.)

4. Наконец, представьте себе луч, у которого плоскость поляризации постепенно меняет ориентацию, поворачиваясь по или против часовой стрелки. (Вращение плоскости поляризации мы будем обсуждать, говоря об оптически активных веществах).

Каждый квант (фотон) – это порция электромагнитного плоскополяризованного излучения, возникающего при переходе атома из возбужденного состояния в устойчивое основное. В тепловых источниках (Солнце, лампа накаливания, и т.п.) акты испускания квантов отдельными атомами никак не согласованы друг с другом; плоскости поляризации квантов одного светового луча сориентированы по отношению друг к другу самым произвольным образом, и в световом луче оказываются представленными колебания вектора всех возможных направлений. Мы получаем то, что показано на схеме В: неполяризованный свет как суперпозицию плоскополяризованных квантов с хаотическим расположением плоскостей поляризации.

В лазерах рабочие процессы организованы таким образом, что кванты, покидающие лазер в любой момент времени, имеют, помимо всего прочего, одинаковую ориентацию плоскостей поляризации. Поэтому лазеры – это источники плоскополяризованного света.

Свет называется частично поляризованным, если в плоскости, перпендикулярной лучу, мы констатируем, в отличие от схемы В, более или менее заметное преобладание электрических колебаний каких-нибудь направлений. Так, рассеяние солнечного света в атмосфере сопровождается его частичной поляризацией. Некоторые насекомые (пчелы, муравьи) реагируют на частично поляризованный свет. Взглянув на кусочек голубого неба и не видя самого солнца, пчела может определить, где солнце находится. У человека такая способность есть, но в очень слабой форме.