Методическое пособие для подготовки к лабораторным работам по темам: Волновая оптика. Квантовая оптика. Квантовая механика и ядерная физика, страница 13

Возьмем поляризатор и анализатор, поставленные «на темноту» (т.е. оптические оси поляризатора и анализатора взаимно перпендикулярны, рис. 5-а). Если поместить между ними кювету с оптически активным раствором, например, раствором сахара, то поле зрения просветлеет, так как плоскость колебаний, а, следовательно, и вектор ,повернутся при прохождении света через раствор на некоторый угол j, и анализатором будет пропущена его составляющая, характеризующаяся проекцией ОК (рис.5-б). Чтобы определить угол поворота вектора, нужно восстановить установку анализатора на темноту. Для этого надо повернуть анализатор на такой же угол, на который повернулась в растворе плоскость колебаний (чтобы оптическая ось анализатора снова оказалась перпендикулярной плоскости световых колебаний).

Для растворов угол поворота плоскости колебаний пропорционален толщине слоя раствора l и концентрации раствора k

                                                                              (4)

C_lT— коэффициент пропорциональности, называемый удельным вращением растворенного вещества.

Удельное вращение — это величина, численно равная углу поворота плоскости колебаний оптически активным раствором с толщиной слоя 1 дециметр и концентрацией, равной 1 (гр. раств. вещества/ см³ раствора)

Удельное вращение зависит от температуры от длины волны, быстро возрастая с уменьшением последней. Зная удельное вращение и толщину слоя раствора, по формуле (4) можно найти концентрацию данного раствора. Для этого достаточно измерить угол вращения плоскости колебаний светового луча. Приборы, позволяющие определить величину угла поворота плоскости колебаний, называются поляриметрами. Простейшим поляриметром может служить установка, изображенная на рис. 5. Но использованный в ней способ определения угла вращения плоскости колебаний недостаточно точен, так как при вращении анализатора затемнение поля зрения происходит медленно и трудно установить критический момент полного затемнения.

Поэтому на практике пользуются более точными приборами—полутеневыми  поляримeтрами, которые устанавливаются не на темноту, а на равное освещение двух половин поля зрения. Они позволяют измерить угол поворота с точностью до 0,01^º.

Так как угол поворота плоскости колебаний зависит от длины волны, измерения проводят для монохроматического света, который обычно получают с помощью светофильтра.

	Рис. 5. Схематическое устройство поляриметра (а) и вращение плоскости колебаний раствором сахара (б): - световой вектор перед входом в кювету с раствором сахара,  - после кюветы.

Определение концентрации сахарного раствора

с помощью поляриметра Корну

Описание установки.

Внешний вид прибора и расположение его оптических частей показаны на рис. 6 и 7.

 

Луч света от источника S последовательно проходит через: Об – коллиматор, Ф - светофильтр; Р - поляризатор (призму Корну); W - кювету с исследуемым раствором; К - компенсатор (пластинку из двух клиньев правовращающего и левовращающего кварца); А - анализатор (призму Николя); Т - зрительную трубу .

Призма Корну представляет собой модифицированную призму Николя (рис.8.). Из призмы Николя (а) выпиливают клин с углом 5^º симметрично диагонали, проходящей через тупые углы. Клин удаляют и оставшиеся части призмы склеивают.

	Рис.8. Модифицирование призмы Николя (а) и призма Корну (б).

 

Получающаяся при этом призма Корну (б) поляризует левую и правую часть светового пучка так, что плоскости колебаний Р светового вектора в них составляют между собой угол 5º. Из рис. 9.а следует, что если плоскости колебаний Р в таком пучке расположены симметрично относительно нормали к оптической оси анализатора, то свет частично будет проходить через анализатор, образуя в поле зрения окуляра так называемую «чувствительную полутень». При малейшем повороте левая и правая половины поля зрения будут освещаться по-разному, что будет отчетливо улавливаться глазом. 

Если после установки прибора на чувствительную полутень поместить между поляризатором и анализатором трубку с сахарным раствором, то плоскости световых колебаний для обеих половин поля зрения повернуться на один и тот же угол j. В результате левая половина поля зрения станет темнее, а правая светлее (рис. 9.б).

Вращением анализатора можно вновь установить прибор на чувствительную полутень, при этом угол поворота анализатора должен быть равен углу поворота плоскости световых колебаний в растворе (рис. 9.в). Этот угол и подлежит измерению.

Чаще всего в лабораторной практике искомый угол определяется при помощи компенсатора. Компенсаторы изготавливаются из кварца и по конструкции бывают весьма разнообразны. В поляриметре Корну компенсатор состоит из двух клинообразных кварцевых пластинок, вырезанных перпендикулярно оптической оси кристалла и могущих смещаться относительно друг друга с помощью микрометрического винта К (рис. 10).

Когда клинья расположены так, как на рисунке 10, система дает нулевое вращение. Перемещая клинья А и В относительно светового пучка, систему можно сделать левовращающей, чтобы скомпенсировать правое вращение сахара. Величина смещения клиньев А и В из нулевого положения до получения полной компенсации служит мерой вращения плоскости колебания сахарным раствором.

Порядок выполнения работы

(Результаты измерений и вычислений заносить в таблицы 1 и 2.)

1.  Открыть крышку корпуса поляриметра N  (рис. 6) и извлечь кювету с раствором сахара.

2.  Включить источник света и вращением окуляра добиться четкого поля зрения.

3.  Вращением микрометрического винта компенсатора К установить прибор на чувствительную полутень.

4.  Сфокусировать нониусную лупу L, определять цену деления шкалы и точность счета по нониусу. Установить прибор на чувствительную полутень и с помощью микрометрического винта совместить нуль нониуса с нулем шкалы.