Описание экспериментальной установки

В данной работе используется сахариметр типа СУ-3, оптическая схема которого изображена на рисунке 1.

Лучи (света)от источника света (1) проходят матовый фильтр (2), создающий равномерную освещенность; конденсорную линзу (3); попадают в полутеневой поляризатор (4); затем уже поляризованный свет проходит через трубку с исследуемым раствором (5), установленную между защитными стеклами (5'); далее свет проходит через кварцевый компенсатор (6), поляроид-анализатор (7) и попадает в зрительную трубу (окуляр) (8), с помощью которой и производится наблюдение линии раздела

24

поля зрения прибора.

6

3

2 4 5 8

1 7

6г

6а 6в

7

9

6б 6д 6л

Пунктиром выделен кварцевый компенсатор.

Рис.1. Блок-схема установки для определения концентрации раствора.

Полутеневой поляризатор (4) служит для разделения поля зрения на две половины. Конструкция полутеневого поляризатора следующая: призму Николя разрезают вдоль по главному сечению, затем шлифуют каждую из половин так, чтобы получить клинообразные слои с углом ; затемопять склеивают оптическим клеем. В результате этого их главные сечения образуют малый угол. Поперечное сечение такой призмы будет иметь вид неправильного ромба (см.рис.2а), а вид искаженного ромба (см.рис.26).

25

Рис. 2 а.

Рис.2 б.

Рис.2. Конструкция призмы полутеневого поляризатора.

Свет, прошедший сквозь такой искаженный ромб, будет поляризован в двух направлениях. Пусть плоскости поляризации света, прошедшего призму Николя, Р, и Р(см.рис.3).

РР

А

А А

А

Рис.3. Диаграмма поворота плоскостей поляризации света, прошедшего призму Николя.

26

Если плоскость колебаний света, пропускаемого анализатором АА, перпендикулярна биссектрисе угла в,то обе половины поля зрения будут освещены одинаково. Согласно закону Малюса:

(3),

где - интенсивность света, падающего на анализатор;и -интенсивности света, пропускаемого, ,соответственно левой и правой половинами анализатора.

Если плоскость анализатора поворачивается на некоторый угол (положение ААна рисунке 3), или обе плоскости Р и Рповернутся на этот же угол против часовой стрелки, то выражение (3) примет вид:

(4)

Из формулы (4) следует, что при повороте на небольшой угол одна половина поля станет темной, а другая светлой (<). Такое устройство поляризатора позволяет достичь большей точности установки нулевого положения, в качестве которого рекомендуется принять равенство затемнения обеих половин поля зрения (человеческий глаз очень чувствителен к небольшим различиям в освещенности двух рядом расположенных поверхностей, если их освещенность не очень мала).

Компенсатор сахариметра предназначен для компенсации поворота плоскости поляризации, вызванного прохождением света через исследуемый раствор (6 на рис.1). Компенсатор состоит из подвижного левовращающего клина (6а), соединенного со шкалой (66); шкала в свою очередь освещается с помощью призмы внутреннего отражения (9); неподвижного правовращающего клина (6в) и стеклянного контрклина (6г), вводимого для того, чтобы луч света, проходя через кварцевые клинья, не менял своего направления. Нулевая отметка шкалы соответствует положению компенсатора, при котором действие обоих клиньев скомпенсировано.

Если на пути луча света поместить пробирку с исследуемым раствором, то необходимое для компенсации его действия перемещение клина (ба) пропорционально углу вращения плоскости поляризации данным

27

раствором. Оно передается на шкалу (66), смещение которой относительно нониуса (6д) наблюдается при помощи лупы (окуляр) (6л). На шкалу 66 нанесены деления, указывающие на содержание растворенного вещества в градусах международной сахарной шкалы: 100° соответствует вращению плоскости поляризации раствором 26 г чистого сахара в 100 мл дистиллированной воды при 20° С. Применение кварцевого компенсатора позволяет освещать сахариметр белым светом, поскольку кварц и сахар обладают почти одинаковой вращательной дисперсией.