Изучение вращения площади поляризации с помощью сахариметра (Лабораторная работа № 7о)

Лабораторная работа № 7о

ИЗУЧЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОЩАДИ ПОЛЯРИЗАЦИИ

С ПОМОЩЬЮ САХАРИМЕТРА

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Вращение плоскости поляризации

оптически активными веществами

Во многих экспериментах свет проявляет себя как электромаг­нитная волна. На рис. 1 представлен "моментальный снимок" такой волны. Плоскость, в которой колеблется вектор , называется плос­костью колебания, а плоскость, в которой колеблется вектор  - плоскостью поляризации. В естественном свете колебания различных направлений непрерывно и беспорядочно сменяют друг друга. Свет, у которого направления колебаний вектора () упорядочены каким-либо образом, называется поляризованным. Если колебания светового вектора  происходят только в одной плоскости, свет называется линейно- или плоскополяризованным. Если электрический вектор меняет свой азимут и величину так, что конец вектора описывает эллипс или круг, то такой свет называется поляризованный эллиптически или по кругу (циркулярно). Плоскополяризованный свет можно представить как наложение двух поляризованных по кругу волн - правой и левой, с одинаковыми частотами и амплитудами (рис. 2, а). Френель показал, что в оптически активных веществах лучи, поляризованные по кругу, вправо и влево распространяются с неодинаковой скоростью. Если фазовые скорости в веществе для поляризованных волн соответственно равны  с правой и  с левой круговой поляризацией ( и  - соответствующие пока­затели преломления), то при прохождении в веществе пути  один вектор отстанет в своем вращении от другого, и плоскость  , в которой лежит результирующий вектор, повернется на угол  относительно положения на входе (рис. 2, б):

где  - длина волны света в вакууме.

Вращение плоскости поляризации в основном обусловлено асимметрией в строении отдельных молекул среды (для активных жидкостей) либо асимметричным размещением атомов в кристалле. Такие молекулы (кристаллы) не имеют ни центра, ни плоскости симметрии. Угол поворота  прямо пропорционален числу этих молекул на пути луча.

В этих веществах необходимо учитывать изменения поля световой волны на расстояниях порядка размеров молекулы (иона) вещества, так как именно этот параметр определяет различие между  и .

Вещества делятся на правовращающие и левовращающие. У первых веществ вектор  вращается по часовой стрелке, если смотреть на­встречу лучу, и , а ; для левовращающих веществ  и вектор  вращается против часовой стрелки.

Магнитное вращение плоскости поляризации

Некоторые вещества, оптически неактивные в обычных условиях, приобретают способность вращать плоскость поляризации в магнитном поле (эффект Фарадея). Этот эффект явился первым доказательствам прямой связи оптических и электромагнитных явлений. Он наблюдается только при распространении света вдоль магнитного поля.

Электроны, входящие в состав атомов и молекул вещества, под действием магнитного поля начинают прецессировать (Прецессией называется движение оси волчка под действием внешних сил, происходящее таким образом, что ось описывает конус). Согласно квантовой теории необходимо учитывать взаимодействие электрических и магнитных дипольных моментов, наведенных в молекуле полем проходящей волны. При атом скорость волн с различный направлением круговой поляризации становится неодинаковой, и в результате происходит вращение плоскости поляризации на угол q. Эффект Фарадея находит применение для осуществления быстродействующих фотозатворов (время экспозиции ~10^-8 с ), для оптических вентилей, широко используется в научных исследованиях.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Так как угол поворота плоскости поляризации в оптически активных веществах зависит от концентрации С, а в неактивных веществах - от индукции магнитного поля В, то выполнение работы сводится к следующему:

1. Определение удельного вращения .

2. Нахождению зависимости .

3. Определению угла поворота .

4. Нахождению зависимости  .

5. Представлению полученных зависимостей в виде графиков.

6. Определению неизвестной концентрации раствора .

7. Определению постоянной Верде  V.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ

Естественное вращение плоскости поляризации можно наблюдать, если оптически активное вещество (сахарный раствор) поместить между поляризатором и анализатором. Если главные сечения поляризатора и анализатора установить параллельно (рис. 3,а), то луч света, пропущенный поляризатором, пройдет и через анализатор. Боли анализатор повернуть на 90°, то по закону Малюса  интенсивность света, вышедшею из анализатора , будет равна нулю (рис. 3, б).