МУ-О-73 (1003791), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В процессе изготовления (прокатка, растяжение) пленка приобретает анизотропные для светасвойства. Методом проб можно подобрать пленку, которая ведет себя как пластинка /4.Для получения поляризованного по кругу света из естественного света применяют циркулярный поляризатор, который состоит из соединенных вместе поляроида и пластинки /4 (рис. 14).Свет должен проходить сначала через поляроид, а затем через пластинку /4.
Циркулярный поляризатор, используемый при фотографировании, можно приобрести в магазине.ПоляроидПластинка /4Рис. 144. Оптическая активностьНекоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вращатьплоскость поляризации проходящего через них линейно-поляризованного света. Это явлениебыло открыто в 1811 г. французским физиком Д.Ф. Араго в кварце. Оптической активностьюобладают не только кристаллы (кварц, киноварь и др.), но также чистые жидкости (скипидар,никотин и др.) и растворы многих, главным образом органических, веществ.Если смотреть навстречу лучу и при этом плоскость поляризации поворачивается веществом походу часовой стрелки, то среда называется правовращающей; при повороте против хода часовой14стрелки имеем дело с левовращающим веществом. Опыт показывает, что кварц встречается какправо-, так и левовращающий, причем оба вида кварцев отличаются и по своей внешней кристаллической форме: один из них является зеркальным отображением другого.Жидкие оптически активные среды также могут встречаться в двух модификациях: лево- иправовращающей.Французский ученый Ж.Б.
Био в 1815 г. установил, что в растворах угол вращения плоскостиполяризации пропорционален пути света в растворе l и концентрации активного вещества c: cl.(5)Величина [α] называется удельной постоянной вращения. Удельная постоянная вращенияразлична для разных веществ, зависит от длины волны света, температуры, состава растворителя. Принято выражать φ в градусах, l в дециметрах (дм) и c в г/мл.Методика определения концентрации вещества путем измерения угла вращения широко используется в производстве таких веществ, как камфара, кокаин, никотин и, особенно, сахаристых веществ. Для этого разработаны специальные приборы – поляриметры, сахариметры.
Втаких приборах источником света часто служит газоразрядная натриевая лампа, испускающаямонохроматическое излучение с длиной волны λ = 589 нм. На этой длине волны для водныхрастворов свекловичного, или тростникового, сахара (сахарозы) при температуре 20°C удельнаяпостоянная вращения в формуле (5) [α] = 66°,46, если длину l выражать в дм, а концентрацию c– в г/мл.Био установил, что вращательная способность примерно обратно пропорциональна квадратудлины волны, т.е.[α] ~ 1/λ2.(6)Если для определения концентрации раствора сахара используется излучение гелийнеонового лазера с длиной волны λ = 633 нм, то, согласно формуле (6), [α] = 57°,5.15ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ1.Описание лабораторной установкиЛабораторное оборудование состоит из нескольких установок и набора оптических деталей.ВНИМАНИЕ! С лабораторным оборудованием необходимо обращаться бережно: не трогатьоптические поверхности руками, не протирать их, держать принадлежности в коробках.АЛПрОСМРис.
15Установка № 1 (рис. 15) производства фирмы Phywe включает в себя: гелий-неоновый лазер Л, который является источником красного монохроматического света с длиной волны 633нм; анализатор А; приемник света Пр. Перечисленное оборудование установлено на оптическойскамье ОС. Силу тока приемника измеряют мультиметром М.Излучение лазера линейно-поляризовано. Световой вектор направлен примерно вертикально; отклонение светового вектора от вертикали составляет несколько градусов.Анализатор представляет собой тонкую пленку поляроида, вставленную в угломерное устройство. Анализатор можно поворачивать вокруг лазерного луча на углы от –90° до +90°. В по16ложении 0° разрешенное направление анализатора близко к вертикальному, т.е.
примерно совпадает со световым вектором лазера. При угле 0° анализатор пропускает почти максимальнуюэнергию света лазера, а при углах, близких к ± 90° – практически полностью свет поглощает.Если бы установка была изготовлена тщательно, по угломерной шкале анализатора можнобыло бы непосредственно определять угол между световым вектором волны лазера и направлением пропускания анализатора. К сожалению, эта шкала сдвинута на несколько градусов отправильной.iБiБРис. 16Поясним механизм получения поляризованного света в лазере. Газовый лазер схематическипоказан на рис. 16.
В трубке, наполненной газом, возникает вынужденное излучение при протекании электрического тока через газ. Излучение многократно проходит через трубку, отражаясь от вогнутых зеркал. Одно зеркало (левое на рис. 16) отражает свет полностью, а правое зеркало – полупрозрачное, свет через него частично выходит наружу. Для получения поляризованного света стеклянные торцы трубки развернуты таким образом, что свет падает на них под углом Брюстера (см. рис.
10). По этой причине их называют окнами Брюстера. При этом компонента, поляризация которой перпендикулярна плоскости падения (показана точками), частично отражается в сторону и частично проходит. После большого числа прохождений через окна этакомпонента практически полностью удаляется из пучка благодаря отражениям. Компонента с поляризацией, параллельной плоскости падения, полностью проходит, так как при угле Брюстеракоэффициент отражения для этой компоненты равен нулю.
В конечном итоге половина светапропадает, а вторая половина выходит из лазера полностью линейно-поляризованной (см. рис.16).Приемником света служит кристалл кремния размером 5х5 мм, содержащий p-n – переход.Принцип действия приемника такой же, как солнечной батареи: при освещении приемник вырабатывает электрический ток.
Сила тока при малом сопротивлении нагрузки (т. е. ток короткого замыкания) пропорциональна интенсивности падающего на приемник света. Силу тока из17меряют мультиметром. Примечание: выходное напряжение приемника при большом сопротивлении нагрузки нелинейно зависит от интенсивности света, поэтому измерение напряжениявместо тока недопустимо.В комплект установки входит щелевая насадка для приемника. На торцевую пластинку насадки наклеен кусочек белой бумаги, которую используют в качестве экрана для визуальныхнаблюдений.При работе с приемником необходимо исключить его засветку посторонними источниками.Для этого на приемник необходимо надеть бленду в виде трубки или U-образной шторки.Установка № 2. Для выполнения демонстрационных заданий служит установка № 2. Онасостоит из лампы накаливания с колбой из молочного стекла и анализатора (поляроида).
Междулампой и анализатором имеются вертикальные направляющие, в которые можно вставлять различные оптические детали: поляроид, пластинку λ/4 и т. д.К лабораторной установке прилагаются дополнительные поляроиды, которые легко распознать, поскольку они пропускают свет частично. Поляроиды могут быть защищены с обеихсторон стеклянными пластинками. Оправа некоторых поляроидов, предназначенных для фотографии, состоит из двух колец. Одно из них с помощью резьбы закрепляется на пластине, акольцо с насечкой можно поворачивать вместе с поляроидом. На вращающееся кольцо нанесены две точки на одном диаметре.
Соединяющую точки линию условно назовем линией двух точек. Направление пропускания таких поляроидов перпендикулярно линии двух точекЛaiБiБАПлlРис. 17Установка № 3 предназначена для изучения поляризации света при отражении от диэлектрика и измерения угла Брюстера (рис. 17). Установка состоит из темной стеклянной пластинкиПл и лампы накаливания Л с прямой нитью. Яркость свечения лампы можно изменять с помощью переключателя. Рядом с пластинкой находится измерительная линейка, штрихи которой18параллельны изображению нити лампы в отраженном свете. При выполнении опыта отраженный от пластинки свет рассматривают через анализатор (поляроид), держа его в руках.Установка № 4 представляет собой портативный поляриметр П-161 М – прибор для измерения концентрации водных растворов сахара.
Оптическая схема поляриметра показана на рис.18. Свет лампы проходит через оптическую систему, содержащую светофильтр Ф для получения узкой полосы частот желтого света, поляризатор П, кварцевую пластинку КП, кювету К сисследуемым раствором, анализатор А и зрительную трубку ЗТ. Анализатор можно вращать и спомощью отсчетного устройства ОУ измерять углы вращения.ФПрАКПЗТКАрЛВПВОУРис. 18В приборе применен полутеневой метод измерения для уменьшения погрешности измерения концентрации сахара. Для этого кварцевая пластинка состоит из двух склеенных половинок, отличающихся направлением вращения плоскости колебаний.
Одна из них (ЛВ) сделанаиз левовращающего кварца, другая (ПВ) – из правовращающего кварца. Обе половинки поворачивают плоскость колебаний на одинаковый небольшой угол γ. Плоскость склейки находится на оптической оси установки, совпадает с плоскостью колебаний pp света, вышедшегоиз поляризатора, и делит поле зрения на две половины – левую и правую.Рассмотрим случай, когда кювета отсутствует или наполнена оптически неактивной чистой водой.
На рис. 19,а показаны амплитуды-векторы: E для света, вышедшего из поляризатора, EЛ иEП для света, прошедшего кварцевую пластину через левую и правую половинки соответственно.Анализатор повернут так, чтобы его разрешенное направление aa было перпендикулярно разрешенному направлению pp поляризатора. При этом для прошедшего через всю установку света амплитуды векторов E аЛ и E аП одинаковые и поэтому одинаковая яркость обеих половинок поля зрения. Этому положению анализатора соответствует нуль угломерной шкалы отсчета.19pEEЛpEЛEЛEП +EПEПa EaЛaEaЛapaEaПaaap EЛEaПEaПвбРис. 19Если между кварцевой пластинкой и анализатором ввести оптически активный раствор, поворачивающий вправо плоскость поляризации на угол φ, то, как видно из рис.
19,б, равенствояркостей частей поля зрения нарушится, так как E аЛ не равно E аП . Для восстановления одинаковой яркости необходим поворот анализатора на угол φ в том же направлении, что и поворотраствором (рис. 19,в). Угол φ регистрируют отсчетным устройством.Портативный поляриметр П-161М изображен на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
