Краткая теория. Приборы и принадлежности:осветитель; поляриметр; трубки с раствором сахара; линейка

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА ПОЛЯРИМЕТРОМ

Лабораторная работа 5

Приборы и принадлежности: осветитель; поляриметр; трубки с раствором сахара; линейка.

Цель работы: принцип работы прибора PL-1 (сахариметра универсального).

Прибор, применяющиеся в научных и технических исследованиях для получения поляризованного света, а также в медицине, и состоящий из поляризатора П и анализатора А, называется поляриметром. Поляриметры, применяемые для определения концентрации раствора сахара, называются сахариметрами (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Оптическая схема сахариметра

Действие сахариметра основано на законе Малюса и на явлении вращения плоскости поляризации.

Явление вращения плоскости поляризации состоит в том, что после прохождения плоскополяризованного света через вещество плоскость поляризации (вектор Е) оказывается повернутой относительного первоначального положения на некоторый угол φ, называемый углом поворота плоскости поляризации. Это явление имеет место в различных веществах, которые называются оптически активными. К ним относятся многие органические вещества, например, раствор сахара, а также некоторые кристаллы (кварц).

В зависимости от направления вращения плоскости поляризации различают право- и левовращающие вещества. Если смотреть навстречу лучу, то правовращающее вещество вращает плоскость поляризации по часовой стрелке, а левовращающее – против часовой стрелки.

Опытным путем было обнаружено, что угол поворота плоскости поляризации φ можно найти следующим образом (закон Био):

j =[α] CL, (5.1)

где L – длина цилиндра с оптически активным веществом; С – концентрация активного вещества; [α]- удельное вращение.

Удельным вращением [α] называется величина, численно равная углу поворота плоскости поляризации слоем раствора единичной толщины и единичной концентрации.

Удельное вращение характеризует природу вещества и обратно пропорционально квадрату длины волны используемого света и слабо зависит от температуры. Для большинства веществ [α] уменьшается на 0,001 при повышении температуры на 1 ^º С.

В зависимости от направления вращения плоскости поляризации, оптически активные вещества подразделяют на правовращающие и левовращающие. Для объяснения вращения плоскости поляризации Френель предположил, что в оптически активных веществах лучи, поляризованные по кругу вправо и влево, распространяются с неодинаковой скоростью. Плоскопо­ляри­зованный свет можно представить как суперпозицию двух поляризованных по кругу волн, правой и левой, с одинаковыми частотами и амплитудами. Действительно, геометри­ческая сумма Е световых векторов E ₁ и E ₂, поляризованных по кругу волн, в каждый момент времени будет лежать в одной и той же плоскости Р (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Распределение поляризованных по кругу волн (правый и левый в оптически активной среде

Если скорости распространения обеих волн окажутся неодинаковыми, то по мере прохождения через вещество один из векторов E ₁ или E ₂ будет отставать в своем вращении от другого вектора, в результате чего плоскость P¢, в которой лежит результирующий вектор E, будет поворачиваться относительно первоначальной плоскости Р.

Таким образом, основная причина различия показателей преломления, а следовательно, и скоростей распространения волн, поляризованных по кругу, заключается в наличии элементов спиральности в строении молекул активного вещества. При совпадении направления вращения плоскости поляризации волны и спирали молекул активного вещества скорость распространения волны будет меньше.

Для света такой поляризации оптическая среда будет плотнее. Для волны другой круговой поляризации оптическая среда будет менее плотной.

Дата добавления: 2015-06-04