Определение угла поворота плоскости поляризации

 

1. Прежде всего необходимо определить нулевой отсчет при наличии трубки с растворителем. Для этого налейте в трубку растворитель (дистиллированную воду) — до появления выпуклого мениска. Затем на конец трубки надвиньте стеклянное оконце, наложите резиновую прокладку и завинтите муфту (не очень туго!). Удалите загрязнения и следы жидкости с наружных частей оконцев. (Эта часть работы, возможно, уже выполнена сотрудниками лаборатории.)

2. Установите трубку в приборе и сфокусируйте окуляр на четкое видение границ раздела двойного поля.

3. Поворотом поляризатора 5 (см. рис.4) — маховичком 11 — тщательно уравняйте яркость полей и запишите соответствующий отсчет по нониусу. Это измерение проделайте не менее пяти раз. Среднее значение этих отсчетов определяет нулевой отсчет N₀.

4. Аналогичную операцию проделайте для всех растворов сахара с известными концентрациями и для одного раствора с неизвестной концентрацией. Результаты измерений занесите в табл.1.

 

Таблица 1

 

n	N0	c, г/cм3
		N	N	N	N
1
…
5
<N0>
DN

 

5. Вычислите для каждого раствора угол поворота плоскости поляризации φ, постройте график зависимости φ от концентрации c (градуировочный график).

6. Найдите по этому графику неизвестную концентрацию раствора.

7. Вычислите по формуле (1) для каждого раствора удельное вращение [a] и его среднее значение (длина трубки указана на самой трубке).

 

Контрольные вопросы

 

1. Белый свет проходит через поляризатор, оптически активное вещество и отражается от зеркала в обратном направлении. Будет ли поляризатор задерживать отраженный свет?

2. Каковы преимущества полутеневого метода?

3. Можно ли кварцевую пластинку в данном поляриметре поместить перед поляризатором 2 (см. рис.4)?

4. На какую часть прибора фокусируется зрительная трубка?

5. Почему при работе с поляриметрами необходимо применять светофильтр?

Р а б о т а 1.8 а

 

ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ВРАЩЕНИЯ

ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ

 

Цель: исследование явления магнитного вращения плоскости поляризации света и определение постоянной Верде воды.

Введение

 

В 1846 г. Фарадей обнаружил, что оптически неактивное вещество, будучи помещенным в магнитное поле, поворачивает плоскость поляризации проходящей световой волны. Это явление наблюдается в любых прозрачных веществах — твердых, жидких, газообразных. Таким образом, присутствие магнитного поля способствует превращению среды в оптически анизотропную.

Качественное объяснение эффекта Фарадея заключалось в следующем. Взаимодействие магнитного поля с токами атомных электронов приводит к перераспределению электронного заряда в атомах и молекулах. Вследствие этого способность электронов совершать колебания под действием внешнего периодического электрического поля  становится разной для различных направлений движения частиц. Как известно, отклик электронов на внешнее воздействие определяет скорость распространения электромагнитной волны в среде. Поскольку в простейшем случае направление движения заряженной частицы коллинеарно вектору , скорость волны будет зависеть от направления напряженности электрического поля. Линейно поляризованный свет можно представить как суперпозицию двух поперечных компонент, световые векторы которых вращаются во взаимно перпендикулярных направлениях. Ввиду различия скоростей распространения этих компонент в магнитном поле плоскость поляризации света после прохождения через вещество повернется на некоторый угол φ. Величина поворота определяется соотношением

 

                                   ,                                (1)

где ω — частота света; — показатель преломления среды в отсутствие магнитного поля H; c — скорость света в вакууме; l — длина пути света в веществе; θ — угол между вектором магнитного поля и направлением распространения волны; f — постоянная, зависящая от природы вещества. Постоянная f может быть как отрицательной, так и положительной. Если f > 0 и векторы  (внешнего магнитного поля) и  параллельны друг другу (cos θ = 1), то направление вращения плоскости поляризации совпадает с направлением вектора . При этом, если смотреть вдоль вектора , плоскость поляризации поворачивается по часовой стрелке вправо. Такие вещества называются правовращающими. В случае левовращающих веществ f < 0, и плоскость поляризации поворачивается против часовой стрелки влево.

Из выражения (1) вытекает, что абсолютная величина угла поворота максимальна, когда волновой вектор  коллинеарен вектору магнитного поля . Коэффициент  называют постоянной Верде. Следовательно, при cos θ = 1 формулу (1) можно записать в виде:

 

                                        .                                      (2)

 

Подчеркнем, что при заданном направлении магнитного поля направление вращения плоскости поляризации (по отношению к волновому вектору ) в случае изменения знака  меняется на обратное: правое вращение переходит в левое, и наоборот. Поэтому, если луч проходит один путь дважды (например, после отражения от зеркала), то суммарный угол поворота φ будет вдвое больше, чем после одного прохождения.

В лаборатории работа выполнена в двух вариантах.

 

Описание установки

 

Работа проводится на приборе, называемом сахариметром. Оптическая схема сахариметра показана на рис.1. Свет от лампы 1 проходит через поляризатор 2, исследуемое вещество 3, компенсатор 4 и поляризатор 5.

 

Рис.1

 

Компенсатор состоит из двух кварцевых клиньев: неподвижного правовращающего и подвижного — левовращающего. Перемещая подвижный клин перпендикулярно к оптической оси прибора, можно скомпенсировать любой поворот плоскости поляризации в исследуемом веществе.

 

Рис.2

 

Поляризатор 5 состоит из двух частей, плоскости которых Р₁ и Р₂ (рис.2) образуют между собой небольшой угол α. При прохождении плоскополяризованного света через такой поляризатор в поле зрения окуляра прибора образуются два световых поля сравнения.

В общем случае амплитуды A₁ и A₂ колебаний, пропущенных каждой частью поляризатора 5, будут различны (это видно из рис.2, где — световой вектор падающего плоскополяризованного света). Следовательно, различными будут и яркости обоих полей сравнения. Яркости полей станут равными, если плоскость колебаний светового вектора  установить симметрично относительно направлений Р₁ и Р₂. Это осуществляется перемещением клина компенсатора.

Внешний вид сахариметра показан на рис.3. Здесь 1 — осветительная головка, в которой находятся лампочка, линза, светофильтр и поляризатор; 2 — соленоид, в который вставляют трубку с исследуемой жидкостью; 3 — измерительный узел (в нем находятся компенсатор, поляризатор и круговая шкала с нониусом); 4 — отсчетная лупа; 5 — окуляр; 6 — рукоятка для перемещения подвижного клина компенсатора и связанной с ним отсчетной шкалы. Сто делений отсчетной шкалы соответствуют углу 34,62°.

 

 

Рис.3

 

Соленоид питается от сети через выпрямитель, на передней панели которого расположены: регулятор напряжения (справа), вольтметр, амперметр и кнопка (слева) — для подключения соленоида.

 

Задание

 

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: