7. Контрольные вопросы.

1. Какие волны называются линейно-поляризованными?

2. Какие вещества могут считаться оптически активными?

3. Как объясняется явление вращения плоскости поляризации?

4. Опишите оптическую схему сахариметра.

5. Как снимаются показания по нониусу?

6. Перечислите правила пользования поляриметрическими кюветами.

Лабораторная работа № 9

_____________________________________________________________________________________________

Исследование явления Фарадея и определение постоянной Верде для водного раствора сахара

1. Цель работы.

Определение постоянной Верде для водного раствора сахара.

2. Явление поляризации.

Вещество, помещенное в постоянное внешнее магнитное поле , под действием его намагничивается: магнитные моменты атомов ориентируются преимущественно по направлению (рис.1, а), прецессируя вокруг этого направления с частотой:

, (9.1)

где е – заряд электрона; m – масса электрона.

П рецессия магнитного момента всегда происходит по часовой стрелке, если смотреть вдоль направления (рис.9.1).

П усть на вещество в постоянном магнитном поле падает электромагнитная волна (линейно-поляризованный свет), распространяющаяся вдоль поля . Переменное магнитное поле этой волны будет периодически отклонять от направления и, следовательно, влиять на прецессионное движение.

И звестно, что линейно-поляризованную волну можно представить в виде двух волн с круговой поляризацией – правой и левой, которые, складываясь, вновь создают линейно-поляризованную волну (рис.9.2).

Взаимодействие поля световой волны с прецессирующим магнитным моментом атома определяется тем, совпадает ли направление вращения вектора с направлением прецессии или противоположно ему. Поэтому величина магнитной проницаемости вещества для право- и левополяризованной световой волны μ₊ и μ _– различны. Так как μ₊ μ _–, то для этих волн будут отличаться как показатели преломления

, (9.2)

где диэлектрическая проницаемость вещества, так и скорости их распространения в веществе

, (9.3)

где Со – скорость распространения электромагнитных волн в вакууме.

Между право- и левополяризованными волнами появляется разность фаз

. (9.4)

В результате у линейно-поляризованной волны с длиной , выходящей из слоя вещества длиной , плоскость поляризации окажется повернутой по часовой стрелке на угол (рис.9.3), зависящий от .

, (9.5)

где V – коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Верде.

Этот эффект вращения плоскости поляризации называется эффектом Фарадея.

Постоянная Верде зависит от свойств вещества, длины волны света и температуры (слабо). Значения V невелики. Сравнительно большой коэффициент пропорциональности имеют сероуглерод и стекло . Направление магнитного вращения для каждого вещества определяется лишь относительно направления магнитного поля. От направления распространения света знак вращения не зависит.

Е сли в магнитное поле внести вещество, обладающее естественной активностью, то результирующий угол поворота плоскости поляризации

, (9.6)

где – угол поворота, обусловленный естественной активностью.

В данной установке магнитное поле Н₀ создается длинным соленоидом с большим числом витков. В соленоид вставляется трубка, заполненная раствором сахара в дистиллированной воде, обладающим естественной активностью. Соленоид с трубкой помещают между поляризатором и компенсирующим клином полутеневого сахариметра (устройство и работа сахариметра описаны в работе 8).

Напряженность магнитного поля соленоида находится по формуле:

, (9.7)

где N – число витков соленоида; J – ток в соленоиде; – длина соленоида. Подставив значение Н₀, в формулу (9.5), получим:

, (9.8)

и, следовательно,

. (9.9)

Угол меняет знак при изменении направления тока на противоположное. Как следует из равенства (9.9), график зависимости (при постоянных V и N) – это прямая линия (рис.9.4), тангенс угла наклона которой составляет:

. (9.10)

Зная , можно определить постоянную Верде:

. (9.11)

Рис. 9.4. Рис. 9.5.