Лабораторная работа 3 проверка закона малюса, определение концентрации раствора сахара

• Название: Лабораторная работа 3 проверка закона малюса, определение концентрации раствора сахара
• Дата: 05.12.2022
• Размер: 0.58 Mb.
• Имя файла: lab_3 (1).pdf
• Тип: Лабораторная работа; #829747

34 35
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА, ОПРЕДЕЛЕНИЕ
КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА САХАРА
Цель работы: проверка закона Малюса, определение удельной постоянной и концентрации раствора сахара
1. Поляризация плоских электромагнитных волн. Линейная,
циркулярная и эллиптическая поляризация.
Для продольных волн все направления колебаний, парал- лельные линии их распространения, равнозначны. Для попе- речных волн они не эквивалентны. Как было показано ранее (см. теоретическую часть лаб. работы № 2), электромагнитные волны являются поперечными, их свойства зависят от направления коле- баний векторов E

и
B

, характеризуемого понятием поляризации.
Если в процессе распространения волн вектор E

(и
B

) изменяет- ся только в одной плоскости, которая паралельна направлению их распространения, то такие волны называют линейно поляризован-
ными.Плоскость колебаний вектора E

называют плоскостью по-
ляризации.
Излучение обычных источников не поляризовано. Это так называемый естественный свет, в котором колебания вектора E

изменяются случайным образом по всем направлениям.
Кроме линейной, возможно также получение циркулярной или эллиптической поляризации. Для того, чтобы представить себе условия возникновения этих видов поляризации, рассмотрим суперпозицию линейно поляризованных волн, имеющих одинако- вую частоту

и распространяющихся в направлении оси OZ, т.е.,
 


kz
t
sin
E
t
,
z
E
x
x



0 1
,
0 1
1


z
y
E
E
(1) и
 







kz
t
sin
E
t
,
z
E
y
y
0 2
,
0 2
2


z
x
E
E
,
(2) где

— сдвиг фаз между колебаниями. В соответствии с принци- пом суперпозиции E

=
1
E

2
E


. С течением времени конец векто- ра E

описывает в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, некоторую замкнутую кривую. Выясним ее вид. Для этого обозначим Е
1х
(z,t)=Е
x
и Е
2y
(z,t)=Е
y
и запишем равенство (2) в виде












sin
kz
t
cos
E
cos
kz
t
sin
E
E
y
y
y
0 0
C помощью (1) исключим величины sin(

t-kz) и cos(

t-kz):
2 0
2 0
0 0
1
x
x
y
x
x
y
y
E
E
sin
E
cos
E
E
E
E





Откуда





2 0
0 2
0 2
2 0
2 2
sin
cos
E
E
E
E
E
E
E
E
y
x
y
x
y
y
x
x
(3)
Рассмотрим следующие случаи.
1.
0


cos
, т.е.

=
2

+m

, где m=0,

1,

2, ...
В таком случае,
1 2
0 2
2 0
2



y
y
x
x
E
E
E
E
(4)
Если E
0x

E
0y
, то уравнение (4) будет являться уравнением эллипса с центром в начале координат, причем его полуоси будут равны E
0x
и E
0y
и совпадут с осями ОХ и ОY.
При z=0 уравнения (1) и (2) примут вид
t
sin
E
E
x
x


0 1
,
(5)
 
t
cos
E
m
t
sin
E
E
m
y
y
y
















1 0
0 2
1 2
.
(6)
Из равенств (5) и (6) видно, что конец вектора E

вращается с угловой скоростью

при четном m против часовой стрелки и при нечетном m — по часовой стрелке (рис. 1).
Такой случай поляризации называется эллиптической поляризацией. В частном случае, если
E
0x
=E
0y
, эллипс вы- рождается в окружность, т.е. конец вектора E

будет описывать окружность. При таком сложении волн возникает циркулярная
поляризация.

36 37
E
E
y
O
E
x
E
0x
E
0y
m нечетное m
четное
Рис. 1. Возникновение эллиптической поляризации при суперпозиции поляризованных плоских волн, имеющих сдвиг фаз

=

/2+m

2. соs

0. В этом случае равенство (3) будет описывать эл- липс, главные оси которого образуют некоторый угол с осями ОХ и ОY (рис. 2).
E
0x
0
E
E
0y
Е
у
Е
х
Рис. 2. Возникновение эллиптической поляризации при суперпо- зиции поляризованных плоских волн (общий случай)
3.
1



cos
,
0


sin
. С учетом этих условий равенство
(3) примет вид
0 2
0










Ey
E
E
E
y
x
x
Полученное выражение описывает прямые
0 0
0


y
y
x
x
E
E
E
E
(7а) и
0 0
0


y
y
x
x
E
E
E
E
,
(7б) причем при
cos
 
1
результирующее линейное колебание будет осуществляться в первом и третьем (рис. 3а), а при
cos
  
1
— во втором и четвертом квадранте (рис. 3б).
На основании изложенного можно сделать вывод, что волна любой поляризации может быть получена в результате су- перпозиции двух других, имеющих ортогональную поляризацию, т.е. для электромагнитных волн существуют две независимые
взаимно перпендикулярные поляризации.
2. Линейно поляризованная волна как суперпозиция двух
циркулярно поляризованных
Рассмотрим суперпозицию волн с левой и правой цирку- лярной поляризацией. Пусть при некотором z=0 векторы
1
E

и
2
E

заданы выражениями
t
cos
E
E
x


0 1
,
t
sin
E
E
y


0 1
,
(8)
t
cos
E
E
x


0 2
,
t
sin
E
E
y



0 2
.
(9)
Уравнения (8) описывают волну с правой, (9) — с левой циркулярной поляризацией.
В результате суперпозиции волн получим:
t
cos
E
E
E
E
x
x
x




0 2
1 2
и

E
E
E
x
-E
y
Y
X
б)

E
E
y
-E
x
Рис. 3. Вырожденный случай при сложении двух линейно поляризованных волн
-E
x

E
E
E
x
E
y
Y
X
E

-E
y
a
)

38 39 0
2 1



y
y
y
E
E
E
, т.е. имеем волну с линейной поляризацией, причем линия колеба- ний совпадает с осью ОХ (рис. 4).
Y
-

t
0

E

E
2

E
1

t
X
X
Рис. 4. Образование линейно поляризованной волны в результа- те сложения двух циркулярно поляризованных
Таким образом, любую линейно поляризованную волну
можно представить как суперпозицию двух циркулярно поляризо-
ванных.
3. Двойное лучепреломление
Явление двойного лучепреломления заключается в том, что падающая на кристалл волна внутри него разделяется на две, распространяющиеся в общем случае в различных направлениях с различными скоростями и имеющие различную поляризацию. Это явление возникает лишь в оптически анизотропных средах. У двоякопреломляющих веществ имеется одно или два направле- ния, вдоль которых свет с любым направлением светового вектора
(вектора

E
) распространяется с одной и той же скоростью. Эти направления называются оптическими осями. Для кристаллов с одной оптической осью (одноосных кристаллов) плоскость, про- ходящая через оптическую ось и нормаль к волновой поверхности
(падающий луч), называется главной плоскостью (плоскостью
главного сечения). В таких кристаллах скорость волны, поляризо- ванной перпендикулярно главной плоскости, не зависит от направления их распространения в кристалле. Такую волну назы- вают обыкновенной. Волну, световой вектор которой лежит в главной плоскости, и для которой наблюдается зависимость ско- рости распространения от направления, называют необыкновен-
ной.
Рассмотрим некоторые случаи преломления света в одноос- ных кристаллах. Для этого будем пользоваться построением Гюй- генса — простым и в то же время достаточно эффективным спо- собом изучения распространения света в анизотропных средах.
Поверхности, используемые в этом построении, есть лучевые по- верхности, поскольку по правилу Гюйгенса для получения фронта плоской волны проводят плоскость, касательную к поверхности
Гюйгенса, а фронт волны касателен именно к лучевой поверхно- сти. Построение Гюйгенса для изотропных сред приведено на рис.5.
1.
Рассмотрим построение Гюйгенса для положительного кристалла (

o

e
, n
o

n
e
), оптическая ось которого направлена
под произвольным углом к поверхности кристалла и лежит в
плоскости падения (рис. 6). Пусть АC — участок волнового фрон- та падающей волны. Отрезок CВ принимается за единицу. Точка
A, лежащая на поверхности кристалла, принимается за центр се- чения лучевой поверхности. Радиус сечения окружности для обыкновенного луча равен 1/n
0
, а эллиптическое сечение для не- обыкновенного луча чертится так, чтобы его большая полуось, отложенная в направлении, параллельном оптической оси ОО', была равна 1/n
0
, а малая — 1/n
e
. После этого из точки В проводят- ся касательные к окружности и к эллипсу. Прямые, проведенные из точки A в точки касания, являются искомыми лучами: обыкно- венный луч проходит через точку касания, находящуюся на окружности, необыкновенный — на эллипсе.
1
C
A
B
1
n
Рис. 5. Построение Гюйгенса для изотропных сред

40 41
C
A
1
O
O'
B
o e
Рис. 6. Построение Гюйгенса для положительного кристалла, оптиче- ская ось которого направлена под произвольным углом к по- верхности кристалла и лежит в плоскости падения
1.
Оптическая ось параллельна преломляющей грани кри-
сталла. В случае нормального падения обыкновенный и необык- новенный лучи распространяются в кристалле, не преломляясь
(рис. 7). Однако волновые фронты волн не совпадают.
B
A
e
e
o
o

O`
O



Рис. 7. Построение Гюйгенса для положительного кристалла, оп- тическая ось которого параллельна преломляющей грани кристалла.
Если кристалл положительный, то фронт обыкновенной волны опережает фронт необыкновенной волны. В результате между ними возникает определенная разность хода. На выходе пластинки разность фаз

равна

=

0
+


2
(n
o
-n
e
)d .
(10)
Здесь

— длина волны,

0
— разность фаз между обыкновенной и необыкновенной волной в момент падения на пластинку.
Рассмотрим несколько наиболее интересных случаев, положив

0
=0.
1. Разность хода между обыкновенной и необыкновенной волнами, создаваемая пластинкой, удовлетворяет условию
d(n
o
-n
e
)=

/4+m

, m = 0, 1, 2, ... .
(11)
Такая пластинка называется пластинкой в четверть длины волны
(пластинкой в

/4). На выходе из пластинки разность фаз (с точ- ностью до 2m

) равна

/2.
Пусть вектор E

направлен под углом

к одному из глав- ных направлений, параллельных оптической оси пластинки ОО'.
Если амплитуда падающей волны

E
, то ее можно разложить на две составляющие: обыкновенную и необыкновенную. Амплитуда обыкновенной волны

E
0o будет равна


cos
E
E
0 0


o
, необыкновенной —


sin
E
E
0 0


e
После выхода из пластинки две волны, складываясь в об- щем случае дают эллиптическую поляризацию. Соотношение осей будет зависеть от угла

. В частности, если

=45

и амплиту- да обыкновенной и необыкновенной волн будет одинаковой, то на выходе из пластинки свет будет поляризован циркулярно. При этом положительное значение разности фаз соответствует поляри- зации по левому кругу, отрицательное - по правому.
С помощью пластинки в

/4 можно выполнить и обратную операцию: превратить эллиптически или циркулярно поляризо- ванный свет в линейно поляризованный. Если оптическая ось пластинки совпадает с одной из осей эллипса поляризации, то в момент падения света на пластинку разность фаз (с точностью до величины, кратной 2

), в соответствии с (10) равна нулю или

. В этом случае обыкновенная и необыкновенная волна, складываясь, дают линейно поляризованный свет.
2. Толщина пластинки такова, что разность хода и сдвиг фаз, создаваемые ей, будут соответственно равны
d(n
o
-n
e
)=

/2+m

, m = 0, 1, 2, ...
(12) и

=(

+2m

) .

42 43
Выходящий из пластинки свет при этом остается линейно поляри- зованным, но плоскость поляризации поворачивается против ча- совой стрелки на угол 2

, если смотреть навстречу лучу.
3. Для пластинки в целую длину волны разность хода
d(n
o
-n
e
)=m

, m = 0, 1, 2, ...
(13)
Выходящий свет в этом случае остается поляризованным линей- но, причем плоскость колебаний не изменяет своего направления при любой ориентации пластинки.
4. Прохождение света через поляризатор
Линейно поляризованный свет получают с помощью специ- альных устройств, называемых поляризаторами. С помощью по- ляризаторов можно также изучать, является ли данное излучение линейно поляризованным или нет. Поляризационное устройство, служащее для таких целей, называют анализатором. Наибольшее распространение получили поляризационные призмы (призмы
Николя, Глана и др.) и поляризационные пленки. Призма Николя
(ее часто называют просто николем) изготавливается из исланд- ского шпата. Кристаллы вырезают относительно оптической оси так, как указано на рис. 8, и склеивают канадским бальзамом по поверхности, показанной на рисунке более темным слоем.
O
71

48

15

90

68

o
e
O

Рис. 8. Принцип действия поляризационной призмы Николя
Коэффициент преломления канадского бальзама n=1,55; он имеет числовое значение, заключенное между коэффициентами преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. При со- ответствующем выборе угла падения необыкновенный луч прохо- дит через призму, а обыкновенный луч на поверхности склейки испытывает полное внутреннее отражение и выводится из призмы или поглощается специально зачерненной оправой.
Рассмотрим прохождение линейно поляризованного света через поляризатор. Пусть плоскость поляризации падающего све- та, имеющего амплитуду
0
E

, составляет угол

с плоскостью по- ляризатора. В этом случае амплитуда прошедшей через поляриза- тор волны будет равна проекции
0
E

на плоскость поляризатора, т.е. E
0
cos

. Поскольку интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды, то интенсивность прошедшей волны I будет равна
I=I
0
cos
2

,
(14) где I
0
— интенсивность падающего на поляризатор линейно поля- ризованного света. Выражение (14) носит название закона
Малюса.
5. Анализ состояния поляризации
Поляризаторы и кристаллические пластинки используют также для анализа состояния поляризации. Свет любой поляриза- ции всегда можно представить как суперпозицию двух световых потоков, один из которых поляризован эллиптически (в частном случае — линейно или циркулярно), а другой является естествен- ным. Анализ состояния поляризации сводится к выявлению соот- ношения между интенсивностями поляризованной и неполяризо- ванной компонентами и определению полуосей эллипса.
На первом этапе анализ проводится с помощью одного поляризатора. При его вращении интенсивность изменяется от некоторого максимального I
макс до минимального значения I
мин
Поскольку в соответствии с законом Малюса свет не проходит через поляризатор, если плоскость пропускания последнего пер- пендикулярна к световому вектору, то, если I
мин
=0, можно заклю- чить, что свет имеет линейную поляризацию. При I
макс
=I
мин
(неза- висимо от положения анализатор пропускает половину падающе- го на него светового потока) свет является естественным или цир- кулярно поляризованным, а при I
макс

I
мин

0 он поляризован ча- стично или эллиптически. Положения анализатора, соответству- ющие максимуму или минимуму пропускания, отличаются на 90

и определяют положение полуосей эллипса поляризованной ком- поненты светового потока.
Второй этап анализа производится с помощью пластинки в

/4 и анализатора. Пластинка располагается так, чтобы на выхо-

44 45 де из нее поляризованная компонента светового потока имела ли- нейную поляризацию. Для этого оптическую ось пластинки ори- ентируют по направлению одной из осей эллипса поляризованной компоненты. (При I
макс
= I
мин
ориентация оптической оси пластин- ки не имеет значения). Поскольку естественный свет при прохож- дении через пластинку не изменяет состояния поляризации, то из пластинки в общем случае выходит смесь линейно поляризован- ного и естественного света. Затем этот свет анализируется, как и на первом этапе, с помощью анализатора.
1. Оптическая активность.
Если в пространстве между скрещенными поляризатором и анализатором поместить сосуд с раствором сахара, то в монохро- матическом свете наблюдается просветление поля, которое, одна- ко, возможно вновь погасить, вращая анализатор вправо или вле- во на некоторый угол. Это явление объясняется способностью раствора сахара вращать плоскость поляризации. Известно много веществ, обладающих этим свойством. Их называют оптически
активными. К ним принадлежит ряд жидких и твердых органиче- ских веществ: нефть, винная кислота и др., а также некоторые ми- нералы: кварц, киноварь и др.
Различают вращение правое, или положительное, когда ве- щество вращает плоскость поляризации по часовой стрелке, и ле- вое, или отрицательное, при вращении плоскости поляризации в обратном направлении.
В случае твердого вещества угол вращения пропорционален толщине проходимого светом слоя, а в случае раствора — кроме толщины слоя он пропорционален еще концентрации активного вещества раствора:
lc
0



,
(15) где

— угол поворота; l — толщина слоя; c — концентрация раствора;
0

— коэффициент, который определяет удельное вращение раствора в слое толщиной 10 см при его концентрации
c
=1%. Кроме того, угол поворота зависит от длины падающего света:









2 1
8. Измерение оптической активности.
Удельное вращение раствора сахара известной концентра- ции и процентное содержание сахара в исследуемых растворах измеряются с помощью сахариметра. Простейший сахариметр состоит из двух поляроидов (П и А), между которыми помещается кювета с раствором (К) (рис. 9).
Устройство промышленного сахариметра в принципе не от- личается от приведенного выше.
Для повышения точности измерения в сахариметрах (по- ляриметрах) анализаторы устанавливают так, что малые яркости двух (или трех) полей сравнения, на которые разделено поле зре- ния прибора, одинаковы. С этой целью поляриметры снабжают полутеневыми устройствами — анализаторами или поляризато- рами особой конструкции. Простейший полутеневой анализатор можно получить, если обычную поляризационную призму разре- зать вдоль по главному сечению, сошлифовать у каждой из поло- вин по клинообразному слою с небольшим углом (

2

30') и вновь склеить (рис.10). Поперечное сечение такой призмы вместо пер- воначального правильного ромба (рис. 10а) будет иметь вид ис- каженного ромба (рис. 10б).
Если плоскость колебаний РР света, выходящего из поля- ризатора, перпендикулярна биссектрисе угла между главными направлениями анализатора А
1
и А
2
, то обе половинки будут освещены одинаково: I
1
=I
2
=I
0
sin
2

, где I
0

интенсивность света, выходящего из анализатора, I
1 и I
2
— интенсивность света про- пускаемая соответственно половинками анализатора (рис. 11).
Рис. 9. Оптическая схема простейшего сахариметра
К
*
П
А
S
Ы

46 47
Р



0
Р

Р
Р

Рис. 11. Принцип действия простейшего полутеневого анализатора
Если плоскость РР повернется на малый угол

в положе-
ние Р'Р', то
)
(
sin
I
I




2 0
1
и
)
(
sin
I
I




2 0
1
. При малом значении угла

даже небольшой поворот

приводит к заметному нарушению равенства свещенности обоих полей (рис. 12).
Если после установки прибора на равенство освещенно- стей двух половин анализатора поместить между поляризатором и анализатором исследуемое вещество, то обе половины поля зре- ния не будут освещены одинаково. Для восстановления равенства освещенностей анализатор необходимо повернуть на угол

, ко- торый и будет равен углу поворота плоскости поляризации в ис- следуемом веществе.
Измерение оптической активности должно производиться для монохроматического света (например, линии ртутной лампы).
В более грубых измерениях довольствуются цветными фильтра- ми.
Как известно, плоско поляризованный луч в анизотропных кристаллах дает начало когерентным обыкновенному и необык- новенному лучам.
Чувствительный оттенок. Так называется цвет, получаю- щийся при хроматической поляризации в особо созданных усло- виях. Ранее было отмечено, что если преломляющая грань пла- стинки параллельна оптической оси, то при нормальном падении света обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются по одному направлению, не раздваиваясь. При выходе из пла- стинки они интерферируют, результат интерференции зависит от разности фаз обыкновенного и необыкновенного лучей, которую они приобретают, распространяясь в кристалле.
Можно выбрать кристаллическую пластинку такой тол- щины, чтобы условие минимума выполнялось для средних (жел- тых) лучей видимого спектра, для кварца d=3,75 мм. Через такую пластинку проходят остальные лучи видимого света, давая крас- но-фиолетовую окраску, которая и получила название чувстви- тельного оттенка. Дело в том, что малейшее изменение разности фаз лучей переводит окраску в синюю или красную, чем и замеча- телен «чувствительный оттенок».
Бикварц.Так называют пластинку толщиной 3,75 мм, склеенную из двух половинок, сделанных из правовращающего и левовращающего кварца.
Между параллельными николями она представляется окра- шенной в чувствительный цвет. При малейшем повороте анализа- тора или поляризатора одна половинка приобретает красноватый, а другая — синеватый оттенок, малейшее неравенство цветов очень заметно. При работе с бикварцем установка производится на совпадение оттенков обоих половин поля. Опыт показал, одна- ко, что установление идентичности цветов выполняется менее надежно, чем установка на равенство освещенностей. Поэтому в практических установках в настоящее время бикварц не употреб- ляется, а используются исключительно полутеневые анализаторы.
В хороших современных приборах удается измерить поворот по- ляризации на 0,01

Компенсатор Солейля. Компенсатор Солейля представля- ет собой систему, состоящую из пластинки Q, сделанной из пра- вовращающего кварца, и двух клиньев D из левовращающего кварца. Если клинья сдвинуты так, что их общая толщина равна толщине пластинки, то компенсатор в целом не вращает. Но мож- но клинья сдвинуть так, чтобы их суммарная толщина была боль- a) б)
Рис. 10. Устройство простейшего полутеневого анализатора

48 49 ше или меньше толщины пластинки Q . Тогда соответственно компенсатор поворачивает плоскость поляризации проходящего света или влево, или вправо. Если осуществлять смещение клинь- ев с помощью винта, связанного со шкалой, то, проградуировав шкалу, можно заранее знать, на какой угол в данном положении клиньев компенсатор поворачивает плоскость поляризации света.
Используемый в настоящей работе сахариметр состоит из объектива О
1
, пропускающего свет от источника в узел поляриза- тора. В узле поляризатора смонтированы поляризатор Р и бикварц
В. Узел анализатора состоит из компенсатора Солейля К и анали- затора А. Бикварц В рассматривается через окуляр О
2
(рис. 13).
Светофильтр СФ используется для выделения участка спектра с длиной волны 585 нм.
Между узлами поляризатора и анализатора имеется кювет- ная камера, куда помещают трубку Т с раствором. С механизмом перемещения компенсатора связана стоградусная шкала, деления которой видны в отщетный окуляр (на рис. 13 не показан).
Q
*
Р
B
K
A
O
2
D
D
S
СФ
O
1
T
Рис. 13. Оптическая схема промышленного сахариметра
До начала измерений необходимо проверить установку прибора на «нуль». Если прибор подготовлен к работе, то в от- счетный окуляр должно быть видно нулевое деление шкалы, находящееся против стрелки указателя, и одновременно в окуляр должна быть видна бикварцевая пластинка с одинаково затемнен- ными половинами.
Практическая часть
Упражнение 1. Проверка закона Малюса.
Описание установки
В качестве источника света используется гелий-неоновый лазер, дающий линейно поляризованное излучение (рис. 14). На его пути установлены двоякопреломляющая кристаллическая пла- стинка в

/4 К, анализатор А и фотоэлемент ФЭ, сила тока которо- го измеряется цифровым микроамперметром

А. Все оптические элементы установки размещены на одном оптическом рельсе, что позволяет легко их юстировать.
Анализатор можно поворачивать вокруг оси с помощью лимба, на котором нанесены угловые деления. Пластинка ориен- тирована так, что ее оптическая ось составляет 45

с направлением поляризации лазерного пучка. Для ввода пластинки в световой пучок используется специальная ручка.
И
К
А
ФЭ

А
Рис. 14. Оптическая схема лабораторной установки
Порядок выполнения упражнения
1. При выведенной пластинке в

/4 провести исследование выходящего из поляризатора света. Для этого, поворачивая анали- затор, через каждые 10

регистрировать силу фототока. На участ- ках, где сила фототока приближается к нулю, измерения провести через 5

. Построить в полярных координатах график зависимости силы фототока от угла поворота анализатора. Убедиться, что он согласуется с законом Малюса. Для этого в этой же системе коор- динат построить график функции I=I
0
cos
2
, где I
0
— максимальное значение силы фототока,

— угол, отсчитываемый от одного из максимумов на экспериментальном графике.

50 51 2.
Ввести пластинку в

/4. Измерить силу фототока при различных углах поворота анализатора. Построить график и объ- яснить полученный результат.
Упражнение 2. Определение удельной постоянной и концен-
трации раствора сахара.
Порядок выполнения упражнения
1. Устанавливают обе половинки бикварца на одинаковую затемненность при отсутствии в кожухе прибора кюветы. Опреде- ляют нулевой отсчет.
При отсчете нужно иметь в виду, что нижняя шкала — ос- новная, а верхняя — вспомогательная, по ней определяют десятые доли градуса, число которых равно номеру деления верхней шка- лы, совпадающего с любым из делений нижней шкалы.
2.
Промывают кювету, заполняют ее исследуемым рас- твором. Снова устанавливают обе половинки бикварца на одина- ковую затемненность и определяют угол поворота

для раствора сахара всех имеющихся концентраций с. (Угол поворота плоско- сти поляризации определяют как разность между данным и нуле- вым отсчетом).
3.
Построить график

=f(с). По графику с использованием формулы (15) определяют удельную постоянную

0
сахара и кон- центрацию с
х
неизвестного раствора.
Примечание 2. Заполнение кюветы следует производить так, чтобы в ней не оставалось пузырьков воздуха. Для этого кю- вету наполняют до получения сферической капли сверху кюветы.
Осторожно накладывают стеклышко, которое предварительно протирают сухой чистой ветошью (ватой), и без усилия закручи- вают крышкой.
Упражнение 3. Определение постоянной Верде.
Оптически неактивные вещества приобретают способ- ность вращать плоскость поляризации под действием магнитного поля. Это явление было обнаружено Фарадеем в 1846 году и по- этому часто называется эффектом Фарадея. Оно наблюдается только при распространении света вдоль направления магнитного поля (точнее, вдоль направления вектора намагничения).
Угол поворота плоскости поляризации

пропорционален пути l, проходимому светом в веществе, и напряженности маг- нитного поля Н (точнее, намагничению вещества):
VlH


.
(16)
Коэффициент V называется постоянной Верде, или удель- ным вращением вещества. Постоянная V, как и постоянная

0
, зависит от длины волны света.
Направление вращения определяется по отношению к направлению магнитного поля. Для положительных веществ направление поля и направление вращения образуют правовинто- вую систему, для отрицательных веществ — левовинтовую си- стему. От направления светового луча знак вращения не зависит.
Магнитное вращение плоскости поляризации обусловлено возникновением под действием магнитного поля прецессии элек- тронных орбит. В результате прецессии орбит скорость волн с различным направлением круговой поляризации становится не- одинаковой, что и приводит к вращению плоскости поляризации.
Порядок выполнения упражнения
1. Заполнить кювету-соленоид дистиллированной водой и установить в сахариметр.
2. Выполнить п.1 упражнения 2.
3. Присоединив к источнику постоянного тока соленоид, пропустить через него ток в 2 А.
4. Добившись одинаковой освещенности обеих половинок бикварца, произвести отсчет.
1.
Пункт 4 повторить при I= 2,5, 3,0, 3,5, 4,0 , 4,5 А.
2.
Построить график зависимости угла поворота

от напря- женности магнитного поля в катушке соленоида Н, считая, что соленоид имеет длину 20 см и содержит 1300 витков. На основа- нии графика и формулы (16) определить постоянную Верде.

52 53
Определение удельного заряда электрона
Воспользовавшись теоретическим выражением для посто- янной Верде
V




d
dn
mc
e
V
2 0
, находят отношение
m
e . Значение

d
dn
для воды в области
6000Å равно 3

10
-6
Å
-1
Дать объяснение причины магнитного вращения плоскости по- ляризации, исходя из диамагнитных свойств вещества.
Контрольные вопросы
1.
Какие возможны состояния поляризации света?
2.
Сколько независимых состояний поляризации возможно для электромагнитной волны?
3.
В чем суть явления двулучепреломления?
4.
Каковы основные закономерности двулучепреломления в од- ноосных кристаллах?
5.
Как выполняются построения Гюйгенса для одноосных кри- сталлов?
6.
Как получить свет линейной, эллиптической и круговой поля- ризаций?
7.
Как определить состояние поляризации света?
8.
Как отличить свет естественный от циркулярно поляризованого?
9.
Каков принцип действия полутеневого анализатора?
10.
Какие вещества называют оптически активными?
11.
Каковы основные закономерности естественного вращения плоскости поляризации?
12.
Каковы основные закономерности магнитного вращения плос- кости поляризации?
13.
Объяснить принцип действия сахариметра.