Polarimetry. Ministerstvo zemědělství Ruské federace Federální státní vzdělávací instituce Polarimetr cm je

Polarimetr stolního typu, uzavřeného provedení, vizuální, s nakloněnou osou, se skládá z těchto jednotek: hlava analyzátoru s reportovacím zařízením a lupou, polarizační zařízení, montážní základna a sada kyvet. Obecná forma polarimetr je znázorněn na obr. 6: 1 - objímka tubusu, 2 - kyvetová přihrádka, 3 - okulár, 4 - rukojeť analyzátoru, 5 - stupnice končetin, 6 - očnice, 7 - lupa.

Rýže. 6. Celkový pohled na polarimetr

Základní optické schéma polarimetru je znázorněno na Obr. 7.

1-žárovka, 2-světelný filtr, 3-kondenzor, 4-polarizátor, 5-chromatická fázová deska, 6-ochranné sklo, 7-krycí skla kyvety (zkumavky), 8-trubice, 9-analyzátor, 10- objektiv, 11 - okulár, 12-lupa.

Světlo ze zdroje 1 prochází filtrem žlutého světla 2, kondenzátorem 3 a dopadá v paralelním paprsku na polarizátor 4. Na účinnou látku v článku 8 dopadá polarizované světlo.

V polarimetru se uplatňuje princip vyrovnání jasu zorného pole rozděleného na části. Rozdělení zorného pole se provádí tak, že se do optického schématu polarimetru vloží chromatická fázová destička 5. Jas srovnávacích polí se vyrovná v blízkosti úplného zatemnění zorného pole. Roviny polarizace polarizátoru a analyzátoru svírají úhel 86,5 0

Světlo z lampy, procházející polarizátorem, prochází jednou částí paprsku přes chromatickou fázovou desku, ochranné sklo, kyvetu a analyzátor a druhou částí paprsku pouze přes ochranné sklo, kyvetu a analyzátor. Pohled na zorné pole je na obr. 8. Obr. Vyrovnání jasu zorných polí se provádí otáčením analyzátoru.

Pokud je mezi analyzátor a polarizátor vložena kyveta s opticky aktivní látkou, je narušena rovnost jasů zorných polí (obr. 9). Lze ji obnovit otočením analyzátoru o úhel rovný ucha rotace polarizační roviny opticky aktivním roztokem (obr. 10).

V důsledku toho rozdíl mezi dvěma čteními odpovídajícími rovnosti dvou jasů srovnávacích polí s opticky aktivním roztokem a bez něj určuje úhel natočení polarizační roviny roztokem.

Při znalosti úhlu natočení roviny polarizace ve stupních (viz vzorec 7) je možné určit koncentraci látky v g / cm 3:

Obr.8. Poloha končetiny a zorné pole, když je analyzátor nastaven na stejný jas zorných polí v citlivé poloze s vloženou kyvetou naplněnou destilovanou vodou (nulová poloha)

OBR.9. Poloha limbu a zorné pole po vložení kyvety naplněné roztokem a opětovném nastavení okuláru na ostrost) snímky linií oddělení zorných polí

OBR.10. Poloha končetiny a zorné pole, když je analyzátor nastaven na stejný jas srovnávacích polí v citlivé poloze ] s kyvetou naplněnou roztokem.

Odečty úhlů φ na stupnici se odečítají následovně. Polarimetrická stupnice se skládá ze dvou částí: pohyblivé končetinové stupnice (levá část na obr. 8-10) a pevné nonie (pravá část). Cena dělení stupnice končetin je 0,5°, nonius je 0,02°. Digitalizace nonie "10" odpovídá 0,10°; "20" - 0,20° atd. Určete, o kolik stupňů je stupnice končetiny otočena vzhledem k "nule" nonia. Poté se podívají, která dvě dělení (jedno na končetině, druhé na noniu) se shodují a pomocí shodného dělení na noniu spočítají setiny stupně (princip je stejný jako u posuvného měřítka). měřítko končetiny je posunuto o 3 dílky vzhledem k "nule" "nonius" a 6. dílek na noniu se shoduje s nějakým dílkem na limbu. Pak nám to dává:

3 dílky * 0,5°= 1,5° + 6 dílků * 0,02° = 0,12° Úhel φ = 1,5° + 0,12° = 1,62°

PRACOVNÍ POSTUP

1. Zapojte polarimetr do AC napájení.

2 Otočte objímkou ​​1 (viz obr. 6) nastavte technologii okuláru tak, abyste viděli ostrý obraz linie oddělení srovnávacích polí jako na obr. 8

3 Otevřete víko přihrádky na vzorky 2 a vyjměte kyvetu (zkumavku) Před zahájením měření je nutné zkumavku s roztoky očistit od všech nečistot. Za tímto účelem se promyje destilovanou vodou. Poté naplňte zkumavku roztokem nebo vodou Plnění zkumavky se provádí tak dlouho, dokud se na horním konci zkumavky neobjeví konvexní meniskus. Konvexní meniskus se posune do strany, když se přes něj natlačí krycí sklíčko. Poté na krycí sklíčko nasaďte pryžové těsnění a našroubujte uzávěr. Poté se krycí sklíčka zvenčí opatrně otřou měkkým hadříkem.

V trubici by neměly být žádné vzduchové bubliny. Pokud jsou, tak je třeba nakloněním tubusu zavést do zesílené části, aby nepřekážely při pozorování.

4. Určete nulovou polohu na končetině (f o). Chcete-li to provést, „naplňte zkumavku destilovanou vodou. Umístěte jej do přihrádky na kyvetu. Otočením analyzátoru nastavte zorné pole do světelné rovnováhy v citlivé poloze.

POZNÁMKA. Otáčením analyzátoru je možné vyrovnat jas zorných polí v různých úhlech, ale měření by mělo být prováděno pouze na citlivém místě analyzátoru, při kterém mírné otočení analyzátoru způsobí prudké narušení rovnost jasu srovnávacích polí.

Odečtěte nulovou polohu (f o) na číselníku 5. V tomto případě se na hlavní stupnici (levá stupnice) počítají celé a desetiny stupně a na noniu (pravá stupnice) desetiny a setiny stupně. . Hodnota dělení nonie je 0,02°. Indikace f o odstranění alespoň pětkrát a určete průměr z nich.

5. Určete úhel natočení roviny polarizací s roztokem (φ i) K tomu naplňte zkumavku roztokem. Poté nastavte okulár pozorovacího tubusu s objímkou ​​na ostrý obraz srovnávací linie papouška. Hladkým a pomalým otáčením knoflíku analyzátoru nastavte srovnávací pole na stejný jas a odečtěte hodnotu na stupnici končetin

f i = f i '- f 0 (10)

6. Proveďte podobná měření pro všechny roztoky se známou koncentrací a jeden roztok s neznámou koncentrací.

7. Sestrojte graf závislosti úhlu natočení roviny polarizace na koncentraci roztoku f = f (C).

8. Pomocí grafu určete specifickou rotační konstantu [y].

9. Při znalosti úhlu natočení φ x roviny polarizace s roztokem neznámé koncentrace určete z grafu koncentraci cukru v roztoku.

10. Zadejte všechna experimentální a vypočítaná data do tabulky:

KONTROLNÍ OTÁZKY

1. Jaký druh světla se nazývá rovinně polarizované?

2. Jaké znáte metody přirozené polarizace světla?

3. Jaký je rozdíl mezi obyčejnými a mimořádnými paprsky?

4. 4. Jak korelují intenzity polarizovaného světla dopadajícího na analyzátor se světlem, které jím prochází?

5. Jaká je závislost úhlu natočení roviny polarizace na koncentraci a tloušťce vrstvy?

PROTI. Co vysvětluje rotaci roviny polarizace z pohledu Fresnelovy teorie?

7. 7. Jaké je schéma zapojení polarimetru?

8. Jaký význam má metoda polostínu použitá v polarimetru?

Literatura

1. Landsberg G.S. Optika.- M.: Nauka, 1976.

2. Saveljev I V. Kurz obecné fyziky. - M.: Nauka, díl 2, 1978.

3. Borisenko V.E., Deryabin V.M. Optika. Základy atomové a jaderné fyziky Ťumeň 1968

4. Fyzikální praktikum "Elektřina a optika", ed. prof. V A. Iveronova M - Věda, 1968.

5. Popis konstrukce a způsobů ovládání na polarimetru SM-2.

Strana 8

Obrázek 2.9 - Optické schéma polarimetru SM-3 (vysvětlivky v textu)

Iluminátor 1 (žárovka nebo sodíková výbojka DNaO140) je instalován v ohniskové rovině optického systému 8. Konstrukce sestavy iluminátoru umožňuje pohyb pro instalaci vlákna lampy na optickou osu. Při práci s žárovkou se před optickou soustavu 3 zavádí filtr žlutého světla 2. Paralelní monochromatický paprsek paprsků opouštějících soustavu 3 prochází polarizátorem 4 (polaroid vlepený mezi dvě skla), křemennou destičkou 5 , který spolu s polaroidem vytváří polostín s trojitým viděním, a křemennou kyvetou 6 s testovacím roztokem. Obvykle se délka kyvety volí tak, aby koncentrace 10-3 kg/cm3 odpovídala úhlu natočení polarizační roviny j=1°. Za kyvetou je analyzátor 7 podobný polarizátoru 4 a teleskopický systém sestávající z objektivu 10 a okuláru 11, přes který se provádí pozorování při vyrovnávání osvětlení částí zorného pole. Odečítání se provádí na stupňové stupnici 8 pevné končetiny (s digitalizací od 0 ° do 360 °) pomocí dvou diametrálně protilehlých noniusů 9 (noriové stupnice mají 20 dílků, cena jednoho dílku je 0,05 °). Z odečtů dvou noniusů se bere průměrná hodnota (pro zohlednění excentricity limbu). Odečet se provádí při pozorování limbu a nonia pomocí lup 12.

Polariskop-polarimetr PKS-56 je poměrně jednoduše uspořádán (obrázek 2.10). Skládá se ze zdroje světla 1 (žárovka), matného skla 2, polarizátoru 3 (polaroid vlepený mezi skla), čtvrtvlnné destičky 5, analyzátoru 6 a světelného filtru 7 (maximální propustnost 0,54 μm). Pořadí měření na přístroji je následující: polarizátor a analyzátor jsou zkříženy (údaj na rameni analyzátoru je 0°, zorné pole je tmavé); je nainstalován vzorek 4 (pokud má dvojlom, pak je v zorném poli pozorováno osvícení); otočte analyzátor na maximální ztmavnutí uprostřed vzorku; úhel natočení Db analyzátoru se počítá podél číselníku.

Obrázek 2.10 - Optické schéma polarisko-polarimetru PKS-56

(vysvětlení v textu)

Po určení Db lze ze vztahu určit no-ne

kde l je tloušťka vzorku. Při l=10 mm je žádná chyba měření ±3×10-7. Jak se l zvyšuje, chyba se snižuje.

Poněkud složitější schéma má malý polarimetr IG-86 (obrázek 2.11), určený k vizuálnímu zkoumání napěťového stavu výrobků pomocí opticky citlivých povlaků. Umožňuje pozorovat interferenční obrazec za podmínek ploché a kruhové polarizace a měřit rozdíl optických drah jak pomocí barevného přizpůsobení, tak kompenzační metodou.

Obrázek 2.11 - Optické schéma malého polarimetru IG-86

(vysvětlení v textu)

Světelný zdroj 1 (lampa STs-61) je umístěn v ohnisku čočky 3. Ochranná skla 2, 7 a 12 chrání zařízení před znečištěním. Paralelní paprsek paprsků prochází filtrem polarizačního světla (polarizátor 4), průsvitným zrcadlem 8 a odražený od vrstvy rozdělující paprsek dopadá na opticky citlivý povlak 6 nanesený na studovaném objektu 5. Po odrazu od povlaku světlo vstupuje do jednotky analyzátoru přístroje, prochází kompenzátorem 9, analyzátorem 10 a vstupuje do dalekohledu (výměnné zvětšení 2 a 10´) se stupnicí v kombinované ohniskové rovině čočky 11 a okuláru 13. A světelný filtr 14 je instalován před oční čočkou okuláru a výstupní pupilou 15. Takové optické schéma se nazývá schéma ve tvaru T. Limit měření rozdílu optických drah je od 0 do 5 řádů interference. Chyba měření je 0,05 interferenčního řádu.

Schéma typického polarimetru fotoelektrické modulace, který umožňuje měřit časově proměnný fázový rozdíl o- a e-paprsků, je znázorněno na obrázku 2.12.

Obrázek 2.12 - Optické schéma polarimetru s fotoelektrickou modulací

(vysvětlení v textu)

Zářivý tok ultravysokotlakého světelného zdroje 1 prochází interferenčním filtrem 2, polarizátorem 3 a zkoumaným objektem 4 orientovaným tak, že směry kmitání v o- a e-paprsku svírají úhly p / 4 se směrem oscilací paprsku vycházejícího z polarizátoru. Elipticky polarizované světlo vycházející z předmětu 4 dopadá na desku 5, vyrobenou z jednoosého krystalu (např. krystal ADP - dihydrogenfosforečnan amonný NH4H2PO4, řezaný tak, že jeho roviny jsou kolmé k optické ose), což umožňuje implementují Pockelsův efekt a poskytují modulaci procházejícího světelného toku. Když je na desku 5 přivedeno střídavé elektrické napětí ve směru rovnoběžném s osou zářivého toku a optickou osou krystalu, stane se tento dvouosý. Nové optické osy svírají symetrické úhly p/4 se stejným směrem osy a světlo procházející přes ně podléhá dvojlomu. Výsledný fázový rozdíl je úměrný napětí elektrického pole a nezávisí na tloušťce desky 5. V důsledku výsledného proměnlivého fázového rozdílu elipticky polarizované světlo periodicky mění tvar polarizační elipsy. V důsledku toho na výstupu kompenzátoru 6 rovina lineárně polarizovaného světla osciluje kolem střední polohy. Za analyzátorem 11 vstupuje modulovaný světelný tok do fotodetektoru 10, signál ze kterého se základní frekvencí odpovídající první harmonické vstupuje do zesilovače 8 a pohání servomotor 9, který roztáčí analyzátor 11, dokud není přítomna první harmonická v signál. Zarážka odpovídá poloze analyzátoru, při které dopadá na fotodetektor minimální tok záření. Registrační zařízení 7 (například záznamník) fixuje úhly natočení analyzátoru a naměřený fázový rozdíl je roven dvojnásobku úhlu natočení analyzátoru.

(disperze se měří spektropolarimetry). V polarimetrech postavených podle schématu zařízení penumbra ( rýže. 1, 2 ), měření je redukováno na vizuální vyrovnání jasu obou polovin zorného pole přístroje a následné odečítání odečtů na rotační stupnici vybavené noniusem. Tato technika se navzdory své základní jednoduchosti vyznačuje dostatečně vysokou přesností měření pro mnoho účelů, což vedlo k širokému použití polostínových polarimetrů. Častější jsou však automatické polarimetry s fotoelektrickým záznamem, u kterých je stejný problém porovnávání dvou intenzit řešen polarizační modulací světelného toku (viz Modulace světla) a oddělením signálu základní frekvence na výstupu přijímače světla ( rýže. 3). Moderní automatické polarimetry umožňují měřit úhly s přesností ~ 0,0002°.

2) Přístroj pro stanovení stupně p částečně polarizovaného světla (viz světlo). Nejjednodušší takový polarimetr je Cornu polostínový polarimetr, určený k měření stupně lineárnosti. Hlavními prvky tohoto polarimetru jsou Wollastonův hranol (viz Polarizační hranoly) a analyzátor. Otáčením analyzátoru (rotační stupnice je odstupňována na hodnoty p) se vyrovnává jas polí osvětlených paprsky, které mají při výstupu z hranolu nestejnou intenzitu. Fotoelektrický polarimetr se v nejjednodušším případě měření stupně linearity skládá z analyzátoru rotujícího kolem optické osy polarimetru a fotodetektoru. Poměr amplitud proměnné složky proudu přijímače ke konstantě dává přímo p. Umístěním čtvrtvlnné fázové destičky před polarimetr (viz Optický kompenzátor, Polarizační zařízení) ji můžete použít k měření stupně kruhové (kruhové).

Polarimetry jsou široce a efektivně využívány především při studiu struktury a vlastností, ale i pro jiné vědecký výzkum a řešení technických problémů. Zejména měření míry kruhového záření vesmírných objektů umožňují detekovat silné magnetické pole ve Vesmíru.

Lit.: Shishlovsky A. A., Applied Physical optics, M., 1961; viz též lit. k čl. Sveta, .

V. S. Zápasský.

Rýže. 3. Schémata automatických polarimetrů s fotoelektrickou registrací, založených na modulaci světla podél roviny (schéma b se od a liší pouze přítomností magnetooptického modulátoru M, proto jeho prvky nejsou opatřeny digitálním označením). 1 - světelný zdroj; 2 - kondenzátor; 3 - polarizátor-modulátor světla podél roviny; 4 - článek (článek) s měřeným opticky aktivním ; 5 - analyzátor; 6 - fotodetektor; 7 - zesilovač; RD - reverzní elektromotor. Světlo modulované intenzitou (po průchodu analyzátorem) je fotodetektorem přeměněno na střídavé napětí V 2, zesílené na V 2, které je přivedeno na jedno ze dvou vinutí dvoufázového RD, kinematicky připojeného k el. analyzátor a čtecí zařízení. Na druhé vinutí V 1 je přivedeno sinusové (modulační) napětí, jehož frekvence je rovna frekvenci první harmonické modulovaného světla. RD automaticky natočí analyzátor o úhel rovný výsledek měření nezávisí na změnách intenzity světla, amplitudě úhlových kmitů jeho roviny a faktoru zesílení 7, což umožňuje provádět měření pro média s vysokou absorpcí a nevyžaduje stabilizaci zisku .

Rýže. 2. Penumbrální polarizátory. Roviny jejich dvou polovin P 1 a P 2 svírají mezi sebou malý úhel 2a. Pokud je tedy rovina analyzátoru AA kolmá k ose 2a (a), mají obě poloviny zorného pole I a II stejné osvětlení, to znamená, že nejsou zcela zhasnuté (polostín, odtud název). Při sebemenším otočení analyzátoru se relativní osvětlení I a II prudce změní (bac). Příklady návrhů polostínových polarizátorů: d - Lippichovo schéma; P 1 a P 2 - dva polarizační hranoly, z nichž jeden pokrývá polovinu zorného pole, A - analyzátor; e - Laurentovo schéma; za polarizačním hranolem P je instalována fázová deska M na 1/2 vlnové délky, jejíž hlavní rovina svírá s rovinou P úhel a; D - clona omezující zorné pole.

Rýže. 1. Schematické schéma polostínového polarimetru: 1 - světelný zdroj; 2 - kondenzátor; 3-4 - penumbrální polarizátor; 5 - trubice s měřeným opticky aktivním; 6 - analyzátor se čtecím zařízením; 7 - pozorovací dalekohled; 8 - okulár čtecího zařízení (například mikroskop-mikrometr).

VYŠŠÍ ODBORNÉ VZDĚLÁNÍ

„ZEMĚDĚLSKÝ STÁTNÍ IZHEVSK

AKADEMIE"

Katedra fyziky

Laboratoř optiky a atomové fyziky №2(012)

PRÁCE #8

POMOCÍ POLARIMETRU

Sestavil: Uljanov A.I.

Vorontsová E.N.

Iževsk, 2010

STANOVENÍ KONCENTRACE CUKROVÉHO ROZTOKU

POMOCÍ POLARIMETRU

Nástroje a příslušenství: 1 - polarimetr, 2 - zkumavky s cukerným roztokem.

Z hlediska elektromagnetické teorie je viditelné světlo elektromagnetické vlnění. Elektromagnetická vlna je výsledkem procesu vzájemné transformace časově proměnných elektrických a magnetických polí. Elektromagnetická vlna v každém okamžiku je charakterizována určitými hodnotami a směry vektoru E (intenzita elektrického pole) a vektor V (indukce magnetického pole), stejně jako směr vektoru rychlosti PROTI(Obr. 1). Jak je vidět z obr. 1, elektromagnetické vlny jsou příčné a vektory V , E A PROTI vzájemně kolmé.

Protože fyzikální a fyziologický (na lidské oko) účinek působí vektor síly elektrického pole E, pak v následujícím budeme uvažovat pouze vektor E. Letadlo Oscilace Vektor E je rovina polarizace elektromagnetické vlny a elektromagnetické vlny, ve které je vektor E kmitá v jedné rovině - rovině polarizované. Například rovina polarizace jedné vlny, znázorněná na Obr. 1 je rovina listu papíru. Při pohledu na vlnu znázorněnou na Obr. 1, ze směru, kterým nám směřuje vektor rychlosti, pak rovina vektoru kmitání E bude vypadat jako na obr. 2 A. Z toho vyplývá, že jedna elektromagnetická vlna je rovinně polarizovaná.

Z tohoto hlediska zvažte přirozený zdroj světla, například světlo žárovky. Elektrický proud procházející wolframovým vláknem žárovky předává svou energii atomům wolframu, jejichž vnější valenční elektrony přecházejí do excitovaného stavu, tedy do stavu s vyšší energií. Po krátké době (≈ 10 -8 s) přejdou elektrony z excitovaného stavu do stavu s nižší energií za současné emise částí (vlaků) elektromagnetických vln, které odnášejí "přebytečnou" energii elektrony. Vektor E každý sled elektromagnetických vln kmitá ve stejné rovině. Avšak rovina kmitání vektoru E různé vlny vln jsou v prostoru orientovány libovolným způsobem. Protože obrovské množství atomů wolframu emituje elektromagnetické vlny ve vláknu lampy, orientace oscilačních rovin vektoru E množina elektromagnetických vln v libovolném směru bude stejně pravděpodobná (obr. 2 b).

Takovému světlu se říká přirozené. V důsledku toho v přirozeném světle neexistují žádné preferované směry pro oscilaci vektoru E. Příkladem přirozeného světla je sluneční světlo, světlo z žárovky a další světelné zdroje, s výjimkou světla z laserů. Lasery vyzařují rovinné polarizované světlo.

Existuje několik typů zařízení, která lze použít k přeměně přirozeného světla na rovinné polarizované světlo. Jedna z nich je založena na jevu dvojitého lomu světla v anizotropních krystalech. U anizotropních krystalů je permitivita různá pro různé krystalografické směry. A dielektrická konstanta, jak známo, určuje index lomu dielektrického prostředí. V důsledku toho bude index lomu paprsku záviset na orientaci vektoru E vzhledem ke krystalografickým směrům krystalu. Při určité orientaci dopadajícího paprsku přirozeného světla vůči anizotropnímu krystalu vystupují lomené paprsky se vzájemně kolmou rovinou polarizace z krystalu pod různými úhly.

Pokud je tedy přirozený paprsek světla nasměrován v pravém úhlu k povrchu anizotropního krystalu islandského nosníku, pak je rozdělen na dva paprsky (obr. 3). Jeden paprsek projde bez lomu, nazývá se obyčejný (o) paprsek. Druhý paprsek se lomí v krystalu a nazývá se mimořádný (e). Aniž bychom zacházeli do podrobností tohoto jevu, poznamenáváme, že oba paprsky vycházející z krystalu jsou rovinně polarizované a roviny polarizace těchto paprsků jsou vzájemně kolmé. Na Obr. 3 je směr polarizace těchto paprsků podmíněně znázorněn tečkami a šipkami (šipky jsou někdy nahrazeny pomlčkami).

Pro získání rovinně polarizovaného světla je nutné oddělit paprsky ( Ó) A ( E) vycházející z krystalu. Toho lze dosáhnout pomocí hranolu Nicol. Nicol prism (nebo jednoduše nicol) je krystal islandského špalku, řezaný na menší úhlopříčku a slepený kanadským balzámem (obr. 4),

jehož index lomu je menší než index lomu islandského nosníku. Krystalové plochy jsou leštěné tak, že každá polovina nicol je v průřezu obdélníkový trojúhelník ostré rohy na 680 a 220. Pokud je přirozený paprsek nasměrován na nicol pod určitým úhlem k optické ose (О-О) krystalu, pak mimořádný paprsek ( E) projde

prostřednictvím Nicole. Obyčejný paprsek ( Ó) se nejprve láme a poté dochází k úplnému vnitřnímu odrazu, od Index lomu kanadského balzámu je nižší než index lomu islandského rákosu. Boční plocha nicolu je pokryta černou barvou a proto na ni dopadá paprsek ( Ó) je zcela absorbován a opouští nicol, pouze jeden rovinný polarizovaný paprsek E. Nicol hranoly jsou tedy polarizátory, které produkují vysoce kvalitní rovinně polarizované světlo.

Některé látky, jako je cukerný roztok, mají schopnost otáčet rovinu polarizace rovinně polarizovaného světla, které jimi prochází. Takové látky se nazývají opticky aktivní. Důvodem tohoto efektu je, že v některých složitých molekulách uspořádání atomů poněkud připomíná pravý nebo levý šroub. Vektor E rovinně polarizované světlo procházející opticky aktivní látkou interaguje s elektrickým polem šroubovicových molekul. V důsledku toho se rovina kmitání vektoru otáčí E světelná vlna pod určitým úhlem α, jak je znázorněno na obr. 5.

Úhel α lze definovat následovně. Je známo, že intenzita světla procházejícího dvěma polaroidy je určena Malusovým zákonem: J 2 \u003d J 1 cos 2 φ, kde J 1 a J 2 jsou intenzita rovinně polarizovaného světla po prvním a druhém polaroidu. , a φ je úhel mezi polarizačními rovinami těchto polaroidů. Pokud polaroidy nastavíte pod úhlem  = 90 0 (překřížené polaroidy), pak světlo neprojde dnem (viz vzorec Malusova zákona), a pokud se podíváte na světlo skrz ně, zorné pole bude tma.

Když se mezi polaroidy vloží opticky aktivní látka, například kyveta s cukrem, světlo začne procházet zkříženými polaroidy, protože opticky aktivní látka otočí rovinu polarizace světla, které jí prochází, o úhel α . Ale pokud se druhý polarizátor (analyzátor) vhodně pootočí o úhel α, pak polaroidy opět přestanou propouštět světlo. Tento princip je základem pro stanovení úhlu natočení opticky aktivního prostředí roviny polarizace polarizovaného světla ve speciálních přístrojích - polarimetrech.

Kromě cukru jsou opticky aktivními látkami kafr, terpentýn, křemen a mnoho dalších látek. U roztoků opticky aktivních látek je úhel natočení polarizační roviny  úměrný délce sloupce roztoku ℓ a koncentrace rozpuštěné látky C:

 = []ℓ C

V tomto vzorci koeficient [] určuje specifickou rotaci roviny polarizace světla danou látkou. Hodnoty [] jsou typické pro každou opticky aktivní látku a jsou tabulkovými údaji.

Znát měrnou rotaci roztoku [], délku sloupce roztoku ℓ a naměřenou hodnotu úhlu natočení roviny polarizace , lze určit koncentraci roztoku:

(1)

V této práci je požadováno stanovení koncentrace cukerného roztoku pomocí speciálního zařízení - polarimetru. V tomhle laboratorní práce Lze použít dva typy polarimetrů. Na značku polarimetru, který budete používat k měření, se musíte zeptat svého učitele a přečíst si pravidla pro práci s tímto zařízením.

Oba paprsky, obyčejný i mimořádný, jsou zcela polarizovány ve vzájemně kolmých rovinách. Rovina kmitání mimořádného paprsku se shoduje s hlavním řezem krystalu, zatímco rovina kmitání obyčejného paprsku je k ní kolmá.

Pro získání rovinně polarizovaného světla stačí odstranit jeden z paprsků vzniklých při dvojlomu. Toho je dosaženo různými způsoby.

1.4 Průchod polarizovaného světla látkami

Při průchodu lineárně polarizovaného světla určitými látkami se rovina polarizace světelných paprsků otáčí. Tento jev se nazývá rotace roviny polarizace. Látky, které otáčí rovinu polarizace nazývá se opticky aktivní.

Optická aktivita látky je určena dvěma faktory:

1. znaky krystalové mřížky látky;

2. znaky struktury molekul látky.

Podle těchto faktorů se opticky aktivní látky dělí na dva typy. První zahrnuje pevné krystaly, například křemen SiO 2 . Látky druhého typu jsou aktivní pouze v rozpuštěném nebo plynném stavu. Tato kategorie zahrnuje organické látky: glukózu, kyselinu vinnou atd.

Rovina polarizace vznikajícího paprsku se ukáže být otočena o určitý úhel, tzv úhel natočení roviny polarizace.

Některé opticky aktivní látky otáčejí polarizační rovinu doprava, tzn. ve směru hodinových ručiček, pokud se podíváte směrem (pravotočivé látky), ostatní - doleva (látky pro leváky).

Úhel natočení roviny polarizace závisí přímo úměrně na délce dráhy paprsku. E» v roztoku, koncentrace roztoku « S"a jednotlivé vlastnosti látek charakterizované veličinou zvanou specifická rotace" A».

Specifická rotace závisí na vlnové délce světla, druhu rozpouštědla, teplotě roztoku. S rostoucí vlnovou délkou se a 0 zmenšuje a se zvyšující se teplotou se zvyšuje.

Obvyklá specifická rotace se vztahuje na teplotu 20 °C a žlutou čáru sodíku l 0 a značí se .

Specifická rotace polarizační roviny je číselně rovna úhlu natočení polarizační roviny s délkou dráhy 1 m a objemovou koncentrací dané opticky aktivní látky rovnou 1 kg/m3.

2. POPIS NASTAVENÍ LABORATOŘE

2.1 Popis zařízení a princip jeho činnosti

Kruhový polarimetr SM je určen k měření úhlů natočení roviny polarizace světla opticky aktivními látkami.

Optické schéma polarimetru typu CM je na obr. 8. Obr.

Obr.8. Optické uspořádání polarimetru

Světlo ze zdroje 1 (matná žárovka) prochází postupně přes barevný filtr 2, polarizátor 3, clonu s planparalelní křemennou deskou 4, polarimetrickou trubici 5, analyzátor 6, dalekohled a vstupuje do oka pozorovatele. 9.

Analyzátor lze otáčet vzhledem k ose přístroje pomocí speciální spojky 2. Spolu s analyzátorem se otáčí dalekohled a kotouč 7. Díky dvěma noniusům, které jsou na kotouči přiloženy, je možné počítat úhly otáčení analyzátoru od 0 do 369 0 s přesností 0,05 pomocí číselníku 10 . Polarizátor 3 je pevný.

Paprsek světla procházející polarizátorem je lineárně polarizován. Vektor intenzity elektrického pole kmitá v rovině hlavního polarizačního úseku. Na obr. 9 je to rovina PP, rovina hlavní sekce AA analyzátoru, počet jde zpoza roviny výkresu k pozorovateli. Šipky ukazují směr oscilací vektoru.