Контрольные вопросы

1. Что такое полутеневой метод и в чем его преимущества?

2. От чего зависит угол поворота плоскости поляризации при прохождении линейно поляризованного света через образец, помещенный в магнитное поле?

3. Почему в сахариметре необходимо использовать светофильтр?

4. Объясните принцип работы компенсатора.

5. Пусть поля сравнения сахариметра в отсутствие магнитного поля установлены на одинаковую яркость. Какая картина будет наблюдаться, если через соленоид пропускать переменный ток достаточно малой частоты?

Р а б о т а 1.8 б

Изучение магнитного вращения плоскости поляризации

Цель: изучение вращения плоскости поляризации и определение числа витков соленоида.

Введение

В 1846 г. Фарадей обнаружил, что оптически неактивное вещество, будучи помещенным в магнитное поле, поворачивает плоскость поляризации проходящей световой волны. Это явление наблюдается в любых прозрачных веществах — твердых, жидких, газообразных. Таким образом, присутствие магнитного поля способствует превращению среды в оптически анизотропную.

Объясняется это тем, что намагниченное вещество нельзя охарактеризовать одним показателем преломления n. Для право- и левополяризованных составляющих линейно поляризованного излучения показатели преломления n₊ и n_– различные при прохождении света вдоль магнитного поля. Вследствие этого право- и левополяризованные составляющие распространяются с разной фазовой скоростью, приобретая при этом разность хода, линейно зависящую от оптической длины пути. В результате плоскость поляризации света с длиной волны λ поворачивается на угол

φ = πl(n₊ – n_–)/λ,

где l — длина пути света в среде.

В случае небольших магнитных полей, разность показателей преломления линейно зависит от напряженности магнитного поля и в общем случае имеет вид:

φ = ρlH, (1)

где ρ — постоянная Верде, которая зависит от свойств вещества, длинны волны света и температуры.

Описание установки

Работа проводится на приборе, называемом сахариметром. Его оптическая схема разобрана в работе 1.8а (рис.1). Принципиальная схема отличий не имеет, кроме трубки с исследуемым веществом, на которой вместо одного соленоида намотано три.

Задание Определение числа витков соленоида

1. Установите в прибор соленоиды с трубкой, наполненной дистиллированной водой. Установите переключатель П в положение 1. Сфокусируйте окуляр, тщательно уравняйте яркости полей сравнения и снимите отсчет. При всех измерениях следует использовать правило знаков: отсчеты вправо от нуля основной шкалы лимба брать со знаком «+», отсчеты влево — со знаком «». Отсчеты показаний при помощи нониуса рассмотрены в описании работы 1.8а. Снятие показаний в отсутствие тока через соленоид произвести не менее трех раз, в каждом из которых необходимо добиваться одинаковой яркости полей сравнения. Среднее значение этих отсчетов обозначим через ₀. Полученные данные занесите в таблицу, самостоятельно составленную по образцу табл.1 (см. работу 1.8а).

2. Включите выпрямитель, проделайте аналогичные измерения для нескольких значений силы тока I от 1 до 5 А с интервалами 1 А. Измерения проводить при включении кнопки К1 на выпрямителе (во избежание перегрева обмотки соленоида). Результаты занесите в таблицу, обозначив посредством _i среднее значение отсчетов для каждого значения силы тока.

3. Проведите аналогичные измерения для всех положений переключателя П.

4. Рассчитав средние значения _i для каждого значения силы тока в соленоидах, найдите углы поворота плоскости поляризации по формуле

_i = _i – ₀.

5. Переведите _i в угловые минуты, полагая, что 100 делений основной шкалы лимба соответствуют значению , равному 34,62. Результаты вычислений занесите в таблицу и по полученным данным постройте графики зависимости (I). Следует учитывать, что положению 1, 2, 3 переключателя П соответствуют соленоиды номер 1, 2, 3 соответственно, а положениям переключателя П 4, 5, 6 те же соленоиды 1, 2, 3 соответственно, но с обратным направлением тока. Графики должны иметь вид прямых. Из наклона этих прямых, т.е. отношения k = ∆/∆I, вычислите количество витков: N = ∆/∆Iρ, где ρ — постоянная Верде.

6. Исходя из разброса значений _i оцените погрешность определения тангенса угла наклона зависимости (I). Рассчитайте погрешность измерения количества витков с учетом приближенного значения k.