WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

Плоскость, в которой колеблется вектор индукции магнитного поля B, называется плоскостью поляризации. Следовательно, плоскость колебаний перпендикулярна плоскости поляризации.

Практически неполяризованным светом можно считать дневной свет.

Искусственные источники света, как правило, дают частично поляризованный свет. Вольфрамовая нить электрической лампочки излучает свет, поляризованный до 15 – 20%, ртутная лампа до 5 – 8%, люминесцентные лампы испускают сильно поляризованный свет.

Естественный свет можно поляризовать, т.е. превратить его в поляризованный свет. Для этого надо создать такие условия, при которых колебания вектора напряженности E электрического поля могли бы совершаться только вдоль одного определенного направления. Подобные условия могут, например, создаваться при прохождении естественного света сквозь среду, анизотропную в отношении электрических колебаний.

Как известно, такая анизотропия свойственна кристаллам. На рис. показано, как при попадании естественного света на поляризатор П из последнего выходит поляризованный луч. Чтобы убедиться в том, что полученный луч поляризован, и выяснить направление поляризации, О1 ОS О О П А Рис.поставим на его пути дальше вторую такую же поляризующую пластинку А, называемую в этом случае анализатором. Если оптические оси поляризатора и анализатора параллельны друг другу, то поляризованный свет пройдет через анализатор, почти не снижая своей интенсивности.

Если же оптические оси поляризатора и анализатора перпендикулярны, то анализатор полностью погасит падающий на него поляризованный луч. В этом случае говорят, что поляризатор и анализатор скрещены. В промежуточных положениях интенсивность света, прошедшего через систему, будет зависеть от ориентации анализатора относительно поляризатора и определяется р я П оле з ени законом Малюса:

= JJ cos2, (1) где – угол между оптическими осями поляризатора и анализатора, J0 – интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор, J – интенсивность света, прошедшего анализатор.

Понятно, что обе пластинки совершенно одинаковы (их можно менять местами); данные названия характеризуют лишь назначение пластинок.

2. Оптическая активность.

Некоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вызывать вращение плоскости колебаний (а значит, и плоскости поляризации) проходящего через них плоскополяризованного света. При повороте плоскости колебаний по часовой стрелке, если смотреть на встречу лучу, вещество называют правовращающим, при повороте против часовой стрелки – левовращающим.

К оптически активным веществам относится ряд твердых тел (кварц, сахар и др.) и многие жидкости (скипидар, водный раствор сахара, углеводы, эфирные масла и др.) Многие оптическиактивные вещества существуют в двух разновидностях – правовращающей и левовращающей.

Это явление вращения плоскости колебаний в основном обусловлено наличием определенной асимметрии в строении отдельных молекул среды и угол поворота прямо пропорционален числу этих молекул на пути луча. В кристаллах, например в кварце, оптическая активность обусловлена особенностями строения самого кристалла, а не составляющих его молекул. Так, в природе встречаются кристаллы кварца в двух модификациях – правые и левые кристаллы, являющиеся зеркальными изображениями один другого. Пластинки, вырезанные из одного из этих кристаллов, вращают плоскость колебаний вправо, а пластинки, вырезанные издругого, дают такое же вращение влево. Для четкого наблюдения этого явления плоскополяризованный луч должен входить в кристалл вдоль оптической оси.

Для твердых тел угол поворота плоскости колебаний поляризованного света пропорционален толщине l слоя вращающего вещества, сквозь который проходит свет:

=·l, (2) где – удельное вращение, которое характеризует вращательную способность вещества.

Для растворов равно отношению угла, на который поворачивается плоскость колебаний поляризованного света, проходящего сквозь слой раствора, к толщине слоя и концентрации раствора. Таким образом, в случае раствора этот угол пропорционален еще и концентрации c раствора:

=[]·l·c (3) В отличие от удельного вращения кристаллов этот коэффициент для растворов обозначается через [].

Удельное вращение зависит от длины волны света. Поэтому одно и то же активное вещество поворачивает плоскость колебаний волн различной длины на различные углы. Обычно возрастает с уменьшением. Это явление называется вращательной дисперсией.

Простейшая установка для измерения угла вращения плоскости О1 ОК S О П А О Рис.колебаний состоит из источника монохроматического света S, поляризатора П, кюветы К с исследуемым веществом и анализатора А (рис.

5). Очевидно, что при скрещенных поляризаторе и анализаторе и отсутствии раствора свет будет полностью гаситься. Если кювету К наполнить раствором оптически активного вещества, то вследствие вращения плоскости колебаний наступит просветление поля зрения. Угол, на который нужно повернуть анализатор для полного затемнения, будет равен углувращения плоскости колебаний вектора E.

Явление вращения плоскости колебаний находит широкое применение в промышленности для измерения и контроля концентрации оптически активных растворов. Зная удельное вращение данного вещества и длину трубки l, можно, измерив угол поворота, определить по формуле (3) концентрацию раствора c. Приборы, служащие для исследования растворов (преимущественно сахарных), вызывающих вращение плоскости колебаний, носят название сахариметров.

В поляриметрах вращение анализатора измеряется в угловых градусах, а в сахариметрах – сразу указывается процентное содержание сахара в растворе.

р я П оле з ени ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ КВАРЦА С ПОМОЩЬЮ ПОЛЯРИМЕТРА Приборы и принадлежности: поляриметр, кварцевые пластинки.

Устройство и принцип работы поляриметра Поляриметр предназначен для измерения оптической активности твердых и жидких веществ в угловых градусах.

Ввиду того, что глаз более чувствителен к сравнению освещенностей, чем к абсолютному их измерению, поле зрения в поляриметре делится на три равные части (рис 6) с помощью дополнительной тонкой кварцевой пластинки. Опуская подробное описание работы поляриметра, в б а можно отметить, что отсчет угла поворота Рис.плоскости колебаний вектора Е оптически активного вещества основан на уравнивании яркости трех частей поля зрения :средней и двух боковых (рис.6).

Работа с поляризатором состоит в следующем. Вращением анализатора устанавливают его в положение, прикотором освещенность трех частей поля зрения будут одинаковы (рис.6в). Записывают полученное значение угла 0, соответствующее исходному положению анализатора.

Затем в поляриметр помещают оптически активное вещество. При этом равномерность освещения частей поля зрения нарушается.

Дальнейшим поворотом анализатора вторично добиваются равномерной освещенности всего поля зрения и отсчитывают угол поворота 1.

Искомый угол вращения плоскости колебаний находится по разности:

=1 - 0..

На рис. 7 приведен внешний вид поляриметра. Источником света в поляриметре является лампа накаливания 1. Свет от лампы попадает на барабан 2, в котором имеется четыре светофильтра – красный, оранжевый, зеленый, синий.

Пройдя светофильтр, свет попадает на входную головку прибора 3, где находится конденсатор, Рис. поляризатор и кварцевая пластинка. Далее свет проходит через соединительную трубу 4 со шторкой, в которое помещается исследуемое вещество. На выходе трубы находится устройство анализатора, которое состоит из неподвижного лимба 5 с градусной шкалой от 0о до 360о, двух диаметрально расположенных вращающих нониусов, приводимых во вращение с помощью фрикциона 6, и зрительной трубы с окуляром 7. На зрительной трубе имеется муфта 8, с помощью которой устанавливается резкое видение тройного поля зрения. Шкалу лимба и нониусы можно рассматривать через расположенные перед ними линзы.

Выполнение работы 1. Включить шнур электропитания поляриметра в сеть и вращением барабана 2. установить один из светофильтров, например, оранжевый. Без исследуемого вещества и с закрытой шторкой соединительной трубы перемещением муфты 8 зрительной трубы установить окуляр 7 на резкое изображение разделяющих линий тройного поля. После этого вращением фрикциона 6 (т.е. вращением анализатора) добиться равномерного затемнения (или просветления) тройного поля зрения. По одному из нониусов сделать отсчет по шкале лимба 5 и повторить эти измерения не менее трех раз Среднее значение данного отсчета 0 будем считать.

"нулевым".

3. В соединительную трубу поместить кварцевую пластинку, которая, как известно, обладает оптической активностью, и закрыть шторку. При этом равенство яркостей частей поля зрения нарушится.

Поворотом анализатора необходимо снова установить равномерное затемнение (или просветление) тройного поля зрения и по тому же нониусусделать отсчет. Этот отсчет также необходимо проделать не менее трех раз определить среднее значение 1. Разность между средним конечным и средним "нулевым" значениями равна углу вращения плоскости колебаний плоскополяризованного света исследуемым веществом.

4. Зная толщину кварцевой пластинки, по формуле ·=/l определить удельное вращение кварца. Составить таблицуи результаты эксперимента занести в эту таблицу.

В работе определяется удельное вращение двух кварцевых пластин:

пластина № 59-1412, l = 0,66 мм; пластина № 59-1372, l = 1,62 мм.

Контрольные вопросы 1. Что такое естественный и поляризованный свет 2. Укажите способы получения поляризованного света.

3. Что называется плоскостью колебаний и плоскостью поляризации 4. Сформулируйте и объясните закон Малюса.

5. Какие вещества называются оптически активными 6. Физика явлений в сахариметре (поляриметре).

РАБОТА № 4(6) ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА Приборы и принадлежности: рефрактометр типа РДУ, растворы NaCl различной концентрации, стеклянная палочка, фильтровальная бумага или салфетка, дистиллированная вода.

Краткая теория В различных прозрачных средах свет распространяется с различными скоростями, меньшими скорости света в вакууме, т.е.

c V =, (1) n где с - скорость света в вакууме, n - абсолютный показатель преломления.

Абсолютный показатель преломления (или просто показатель преломления) - важная оптическая характеристика среды: он показывает, во сколько разскорость света в вакууме больше скорости света в данной среде. Очевидно, что абсолютный показатель преломления вакуума равен 1.

Среда, во всех точках которой скорость распространения света одинакова, называется оптически однородной средой.

Рассмотрим, исходя из волновой теории, явление преломления монохроматического света на плоской границе раздела двух различных оптически однородных сред. Для этого воспользуемся принципом Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит световое возбуждение, является в свою очередь центром вторичных волн.

В С А D Рис.Поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, указывает к этому моменту положение фронта распространяющейся волны.

Для вывода закона преломления предположим, что плоская волна (фронт волны - плоскость АВ), распространяющаяся в среде с показателем преломления n1 вдоль направления 1, падает на границу раздела со средой, показатель преломления которой n2. Скорости световой волны в этих средах соответственно равны V1 и V2 (рис.1). Пусть время, затрачиваемое волной для прохождения пути ВС, равно t. Тогда ВС=V1 t.

За это же время фронт волны, возбуждаемый точкой А в среде со скоростью V2, достигнет точек полусферы, радиус которой АД=V2 t.

Положение фронта преломленной волны в этот момент времени в соответствии с принципом Гюйгенса задается плоскостью ДС, а направление ее распространения - лучом П. Из рис.1 следует, что BC AD tV tV V1 V1 AC ==, т.е. =, или =.

sin i sini21 sin i1 sini2 sin i1 siniУчитывая (1), закон преломления можно записать в виде sin in = n sin i. (2) 11 2 Из симметрии выражения (2) вытекает обратимость световых лучей.

Если обратить луч П (рис.1), заставив его падать на границураздела под углом i2, то преломленный луч в первой среде будет распространяться под углом i1, т.е. пойдет в обратном направлении вдоль луча 1.

Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления n1 (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления n2 (оптически менее плотную) (n1 > n2), например, изстекла в воду, то, согласно (2) sin i2 n>= sin i1 nи преломленный луч удаляется от нормали, а угол преломления i2 больше, а) б) в г) Рис.чем угол падения i1 (рис.2а).С увеличением угла падения увеличивается угол преломления i2 (рис.2,б,в) до тех пор пока при некотором угле падения (i1=iпр) угол преломления не окажется равным 90о. Угол iпр называется предельным углом, приуглах падения i1> iпр весь падающий свет полностью отражается (рис.2г ). По мере приближения угла падения к предельному интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного растет. Если i1= iпр, то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего.

Таким образом, при углах падения в пределах от iпр до 90о, луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду. Причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением.

Предельный угол iпр можно определить из формулы (2) при nподстановке в нее i2=90о. Тогда sin iпр == n21. (3) nУравнение (3) удовлетворяет значениям угла iпр приn2 n1. Следовательно, явление полного отражения имеет место только при падении света из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную.

Величина n21 называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой.

Явление полного отражения используется в призмах полного отражения. Показатель преломления стекла равен n 1,5, поэтому предельный угол для границы стекло-воздух iпр=arc sin (1/1,5)=42о.

Поэтому при падении света на границу стекло-воздух при iпр>42о всегда будет иметь место полное отражение. Такие призмы, позволяющие повернуть угол на 90о или обернуть луч, применяются в биноклях, перископах, рефрактометрах и других оптических приборах.

светопровод Рис.источник Явление полного отражения в настоящее время широко используется в световодах (светопроводах), представляющих собой тонкие, произвольным образом изогнутые нити (волокна) из оптически прозрачного материала (рис.3). В волоконных деталях применяют стеклянное волокно, световедущая жила (сердцевина) которого окружается стеклом - оболочкой из другого стекла с меньшим показателем преломления. Свет, падающий на торец световода под углами, большими предельного, претерпевает на поверхности раздела сердцевины и оболочки полное отражение и распространяется только по световедущей жиле.

Таким образом, с помощью световодов можно как угодно искривлять путь светового пучка. Световоды используются для передачи световых волн и изображений, в медицине (например, для диагностики желудка) и т.д.

Принцип действия рефрактометров Рефрактометрами называются приборы, служащие для определения показателей преломления. В основу принципа действия этих приборов положены явление полного отражения и принципобратимости световых лучей.

Метод измерения показателя преломления n основан на определении угла, под которым преломляется скользящий световой луч (угол падения i=90о), падающий вдоль границы раздела исследуемой среды неизвестным показателем n и среды с известным показателем преломления no>n. В качестве i n известной среды используется прямоугольная nизмерительная призма (рис.4).

Рис.4.

Так как показатель преломления n исследуемого вещества меньше показателя преломления no измерительной призмы, то по закону преломления для случая скользящего луча в точке А можно записать:

n sin90o=no sin, или n=nosin, (4) где - предельный угол преломления. Формула (4) лежит в основе градуирования шкал в величинах n всех типов рефрактометров, таким образом, в основе действия рефрактометров лежит явление, обратное явлению полного отражения.

II I Рис.5.

Конструктивной особенностью рефрактометров является наличие дополнительной прямоугольной, так называемой осветительной призмы II (рис.5). В разрезе призмы имеют вид прямоугольных треугольников, обращенных друг к другу гипотенузами. Зазор между призмами имеет величину около 0,1 мм и служит для помещения исследуемой жидкости.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.