Поляризация света. Свет естественный и поляризованный. Закон Малюса. Вращение плоскости поляризации, поляриметрия: Учебно-методическая разработка лабораторной работы по курсу "Медицинская и биологическая физика"

значение лежит между показателями преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. Это позволяет, подобрав соответствующим образом углы призмы и угол падения луча обеспечить полное отражение обыкновенного луча на границе с канадским бальзамом. Отраженный луч поглощается зачерненной нижней гранью призмы. Необыкновенный луч выходит из призмы николя параллельно нижней грани.

Рис. 4

Явление дихроизма.

Все двояко преломляющие кристаллы в той или иной степени поглощают свет. Это поглощение анизотропно, т.е. зависит от ориентации электрического вектора световой волны, от длины световой волны, а также от направления распространения света в кристалле. Это явление называется  дихроизмом, так как проявляется в различной окраске кристаллов по разным направлениям.

Прохождение света через систему поляризатор-анализатор

Если пропускать частично поляризованный свет через поляризатор, то при вращении прибора вокруг направления луча интенсивность прошедшего света будет изменяться в пределах от I_max до I _min, причем переход их одного из этих значений к другому будет совершаться при повороте на угол, равный 90⁰. Выражение:   

называется степенью поляризации. Для плоскополяризованного света Р=1, для естественного Р=0.  Таким образом, поляризаторы можно использовать в качестве анализаторов – т. е. для анализа характера и степени поляризации света. Пусть на анализатор падает плоскополяризованный свет. Колебания амплитуды светового (электрического) вектора, совершающиеся в плоскости, образующей с плоскостью пропускания р-р анализатора угол  можно разложить на два колебания с амплитудами и  (рис.5,  луч света перпендикулярен плоскости рисунка).

                                                                 р                                                    А                А_úú

                                          А_^

р    

                                                  Рис. 5  

Волна перпендикулярная р-р, с   поглощается, а волна  параллельная р-р с  - полностью проходит через анализатор. Интенсивность света  I₀ – падающего и I – пропущенного анализатором пропорциональны квадрату амплитуды  и   и связаны между собой законом Малюса:

I=I₀ cos²φ

Вращение плоскости поляризации. Оптически активные вещества, угол вращения, удельное вращение

При прохождении линейно поляризованного света некоторые вещества (кварц, скипидар, раствор сахара в воде), называемые оптически активными, плоскость поляризации света поворачивается вокруг направления луча.

В оптически активных кристаллах угол поворота плоскости поляризации j пропорционален  толщине слоя вещества l.

Коэффициент a называется удельным вращением и зависит от природы вещества, температуры, длины волн света в вакууме. Различают правовращающие  (j >0) и левовращающие (j <0) вещества.

Угол поворота плоскости поляризации света при прохождении пути l в оптически активном растворе зависит от объемно-массовой концентрации оптически активного вещества

где К= m_воды / m_р-ра – долевая концентрация по массе, D – плотность раствора.

[a] – удельное вращение раствора, которое в отличии от a зависит и от растворителя. 

Лабораторная работа

Определение концентрации раствора сахара при помощи сахариметра. Изучение устройства сахариметра.

Схема сахариметра:

 Л           Ф         О         П         К            Т                А            Об        Ок.

Л - источник света – лампа накаливания;

Ф – фильтр для выделения монохроматического света;

О – объектив;

П – поляризатор;

К – кварцевая пластинка;

Т – кювета с раствором сахарозы;

А – анализатор;

Об – объектив;

Ок. – окуляр.

Рабочая формула: 

  ,      где  n - показание, отсчитываемое по шкале сахариметра, k - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц, химической природы растворенного вещества и длины кюветы. Для сахарозы (свекловичного сахара) k=0.26.

Ход  работы

1.  Перед началом работы удалить из камеры прибора поляриметрическую трубку, предназначенную для растворов сахара и включить осветитель. Установить по глазу наблюдателя окуляр зрительной трубы и отсчетную лупу (линия, разделяющая поле зрения на две половины должна быть четко видна).

2.  Установить прибор на нуль: нулевые деления шкалы и нониуса должны совпадать, обе половины поля зрения зрительной трубы должны иметь одинаковую яркость.

3.  Проверить шкалу сахариметра. Для этого, поместив в камеру сахариметра контрольную трубку с правовращающей кварцевой пластиной и восстановив одинаковую яркость обеих половин поля