Поляризационная призма Николя

Призмы, служащие для получения поляризованного света, называют п о л я р и з а ц и о н н ы м и призмами. Поляризованная призма может служить и анализатором. Поляризационную призму Николя часто называют просто николь. Он состоит из кристалла ABCД исландского шпата, имеющего форму параллелепипеда /рис.5/. Кристалл разрезается наклонно по плоскости ВЕДР на две части, а затем склеивается канадским бальзамом. Показатель преломления канадского бальзама 1,549. Показатель преломления исландского шпата для обыкновенных лучей равен 1,658. Для необыкновенных лучей показатель преломления исландского шпата различен для различных направлений, для лучей, идущих параллельно длинным ребрам призмы, он равен 1,515.

Пусть естественный луч падает на нижнюю грань призмы /рис.5/ в плоскости главного сечения /плоскости чертежа/ под таким углом, что преломленные лучи, раздвоившись, идут почти параллельно продольным ребрам.

Необыкновенный луч, дойдя до слоя канадского бальзама, вступает в него как в тело более преломляющее и продолжает путь не отклоняясь, так как слой канадского бальзама очень тонок.

Обыкновенный же луч встречает слой бальзама как среду менее преломляющую и так как угол падения его больше предельного угла, то этот луч испытывает полное внутреннее отражение и поглощается зачерненной гранью призмы. Из призмы выходит один только необыкновенный луч, колебания которого параллельны главному сечению. Направление колебаний показано на рис.5.

Если на анализатор падает поляризованный луч, плоскость поляризации которого составляет угол a с плоскостью поляризации анализатора, то яркость J₂ прошедшего через анализатор луча определяется законом Малюса.

J₁ - интенсивность луча падающего на анализатор(яркость);

J₂ - интенсивность луча, выходящего из анализатора без учета потерь в анализаторе;

a- угол между главной плоскостью поляризатора и главной плоскостью анализатора.

Если плоскости взаимно перпендикулярны, то будет полное затемнение поля зрения.

Описание лабораторной установки и порядок выполнения работы

В настоящей лабораторной работе для поляризации света применяются п о л я р о и д ы. Они представляют собой пленку целлулоида, в которую вкраплены кристаллики двоякопреломляющегося вещества (например, герапатита). Подобная пленка практически полностью поглощает обыкновенные лучи и пропускает необыкновенные. Поляризаторы изготавливают, помещая поляроидную пленку между двумя стеклянными пластинками.

Лабораторная установка, принципиальная схема которой приведена на рис. 6 включает источник света I, два установленных последовательно друг за другом поляризатора 2 и 3 и фотоэлемент 4, подключенный к микроамперметру. Показания микроамперметра N пропорциональны интенсивности J₂ света, падающего на фотоэлемент, т.е. J₂» N. Нижний поляризатор неподвижен, а верхний может поворачиваться на 360⁰, при этом поворачивается плоскость П_I - П

поляризации поляроида и связанная с ним стрелка – указатель. Угол поворота отсчитывается по шкале неподвижного лимба.

1. Включают источник естественного света I (электрическую лампочку).

2. Вращая верхний поляризатор 2 устанавливают стрелку так, чтобы интенсивность падающего на фотоэлемент 4 света была максимальной. В этом положении, соответствующем отметке «0» по шкале лимба, плоскости поляризации поляроидов параллельны друг другу. Записывают в таблицу полученное значение максимальной интенсивности света J₁, выраженное в показаниях амперметра.

3. Повернув поляризатор на угол a = 30⁰, записывают соответствующие этому положению показания микроамперметра в таблицу.

4. Опыт повторяют через каждые 30⁰ вплоть до 360⁰.

5. По экспериментальным данным находят соотношение J₂/J₁ для всех значений углов a. Данные заносят в таблицу, строят график

6. Рассчитывают то же соотношение J₂/J₁ по закону Малюса (2) и полученные значения заносят в таблицу.

7. Вычисляют разность между значениями, полученными в п.п. 5 и 6. Эта разность характеризует точность выполнения закона Малюса при измерениях в данной лабораторной работе.

В природе существуют вещества, как твердые (кварцы, киноварь), так и жидкие (скипидар, никотин, растворы сахара, винной кислоты), обладающие удивительной способностью - вращать (поворачивать) плоскость поляризации т.е. плоскость колебаний вектора Е проходящего через них плоскополяризованного света. Такие вещества называют о п т и ч е с к и а к т и в н ы м и в е щ е с т в а м и.

Известно, что интенсивность естественного света, пройдя через два с к р е щ е н н ы х поляризатора, равна нулю, т.е. поле зрения на выходе из второго поляризатора полностью затемнено. Если между такими скрещенными поляризаторами поместить оптически активное вещество, то поле зрение просветляется. Чтобы снова получить затемнение поля зрения, нужно повернуть один из поляризаторов на угол, равный по величине, но противоположный по знаку угла поворота плоскости поляризации этим веществом.

Явление вращения плоскости поляризации объясняется особенностями структуры вещества. В органических веществах, в состав которых входит углерод, вращение плоскости поляризации объясняется наличием атома углерода, ассимметрично соединенного с четырьмя различными атомами. Для одного и того же набора атомов могут существовать два зеркально-симметричных типа расположения, что вызывает для одного и того же химического вещества различные направления вращения плоскости поляризации - правое и левое (рис.1).

Направление вращения плоскости поляризации принято устанавливать так: если наблюдатель смотрит навстречу световому потоку, а плоскость поляризации поворачивается по часовой стрелке, то вещество называется п р а в о в р а щ а ю щ и м (положительным), в противном случае - л е в о в р а щ а ю щ и м (отрицательным).

Эффект вращения зависит не только от структуры самих молекул, но и от их взаимного расположения. Например, неактивное оптическое вещество (например, кусок желатины) при закручивании приобретает оптическую активность вдоль оси вращения. Плоскость колебания вращается в направлении, обратном закручиванию. Все вещества, активные в аморфном состоянии, активны и в виде кристаллов.

Однако, ряд веществ, неактивных в аморфном состоянии, вращают плоскость поляризации в кристаллическом состоянии. Например, кварц вращает плоскость поляризации только в кристаллическом состоянии и перестает вращать, если его расплавить (т.е. превратить в аморфное состояние).

Таким образом, оптическая активность зависит как от строения молекул, так и от расположения молекул в кристаллической решетке. При прохождении поляризованного света через оптически активные вещества выполняются следующие закономерности:

1. Угол вращения (угол поворота плоскости поляризации) пропорционален длине пути d луча в слое оптически активного вещества: j = j₀ d, где j⁰ -постоянная вращения, численно равная углу поворота плоскости поляризации при прохождении светом единицы длины оптически активного вещества.

2. Если свет проходит сквозь несколько активных веществ, то угол вращения равен алгебраической сумме углов вращения всех активных веществ.

3. Угол вращения зависит от длины световой волны: он приблизительно обратно пропорционален l², где l - длина волны падающего света.

4. В оптически активных р а с т в о р а х угол поворота плоскости поляризации j прямо пропорционален пути d луча в слое раствора и концентрации С активного раствора:

где j₀ - удельная постоянная вращения, равная углу поворота плоскости поляризации поляризованного света при прохождении им в растворе единицы пути с единичной концентрацией; j₀ характеризует природу вещества и является функцией длины волны, температуры. Например, для большинства веществ j₀ уменьшается на 1/1000 при повышении температуры на один градус.

Так, удельная постоянная вращения для раствора сахара при t = 20⁰ C и толщине слоя в 10 см и длине волны l = 0,589 мкм равна 66,6⁰

Таким образом, по углу вращения j плоскости поляризации можно определить процентное содержание сахара в растворе, либо определить j₀.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: