Изучение вращения плоскости поляризации

Цель: Изучить явление поляризации, проверить закон Малюса, измерить концентрацию раствора методом поляризации.

Оборудование: Поляризатор, источник света, набор трубок с растворами различных концентраций.

Ход работы:

1. Теоретическая часть

Если вдоль главной оптической оси кристалла проходит луч естественного света, то, выходя из кристалла, он не меняет своих свойств. Однако в случае падения плоскополяризованного света некоторые вещества могут поворачивать плоскость колебаний вектора на определенный угол. Вещества, обладающие такой возможностью называются оптически активными. К ним относятся кристаллические тела (кварц) и раствор оптически активных веществ в неактивных растворителях (раствор сахара, кислоты и др.). Направление вращения в различных веществах неодинаково. Если плоскость колебаний вектора для наблюдателя, смотрящего навстречу лучу, поворачивается по часовой стрелке, то вещество называется правовращаемым, если против часовой стрелки – левовращательным. Величина угла поворота плоскости поляризации активных растворов пропорциональна их концентрации С, длине пути луча в жидкости

(1)

Величина называется удельным вращением. Вращение плоскости поляризации можно объяснить, если допустить, что в оптически активных веществах лучи, поляризованные по кругу вправо и влево, распространяются с неодинаковой скоростью. Плоскополяризованный свет можно представить как сложение двух поляризованных по кругу волн, правой и левой, с одинаковыми частотами и амплитудой. Пусть направление Р представляет собой направление колебания плоскополяризованной волны, падающей на кристалл.(рис.1)

Рис 1

Вектор амплитуды колебаний раскладываем на два вектора ₁ и ₂, из которых первый крутится влево, другой вправо. В каждый момент времени вектор будет лежать в одной и той же плоскости.

Если скорость распространения обеих волн неодинаковы, то при прохождении через вещество один из векторов ₁ или ₂ будет отставать в своём вращении от другого, в результате чего плоскость Р₁, в которой лежит итоговый вектор, будет поворачиваться относительно начальной плоскости.

Разница в скоростях распространения колебаний может быть обусловлена асимметрией молекул, либо ассиметричным их распределением в кристалле. Если между двумя перекрещенными поляризаторами поместить оптически активное вещество, то поле зрения просветляется. Чтобы снова получить темноту, необходимо повернуть второй поляризатор на угол , определённый уравнением (1). Зная удельное вращение ₀, длину и измерив угол поворота , можно определить концетрацию раствора С.

Самая простая установка для наблюдения вращения плоскости поляризации

рис. 2

состоит из источника света, двух призм Николя- поляризатора П, и анализатора А и трубки с раствором для исследования. Пусть при отсутствии раствора в трубке анализатор А повернут относительно поляризатора П так, что свет совсем гасится (призмы Николя перекрещены) это значит, угол =90. Тогда согласно закону Малюса

и будет равно нулю.

Если трубку наполнить раствором активного раствора, то при вращении плоскости колебаний возникает просветление поля зрения, это значит и I=0. Угол, на который необходимо повернуть анализатор для полного затемнения, равен углу поворота плоскости колебаний вектора.