Polarimetreler. Rusya Federasyonu Tarım Bakanlığı Federal Devlet Eğitim Kurumu Polarimetre cm
Masaüstü tipi polarimetre, kapalı tasarım, görsel, eğimli eksenli şu birimlerden oluşur: raporlama cihazı ve büyüteçli analizör kafası, polarizasyon cihazı, montaj tabanı ve küvet seti. Genel form polarimetre Şekil 6'da gösterilmiştir: 1 - gözlem tüpü kovanı, 2 - küvet bölmesi, 3 - göz merceği, 4 - analiz cihazı sapı, 5 - uzuv ölçeği, 6 - vizör lastiği, 7 - büyüteç.
Pirinç. 6. Polarimetrenin genel görünümü
Polarimetrenin ana optik diyagramı, Şek. 7.
1-akkor ampul, 2-ışık filtresi, 3-kondenser, 4-polarizer, 5-kromatik faz plakası, 6-koruyucu cam, küvetin 7-kapak camları (tüpler), 8-tüp, 9-analizör, 10- objektif, 11 - mercek, 12 büyüteç.
Kaynak 1'den gelen ışık, bir sarı ışık filtresi 2, kondansatör 3'ten geçer ve paralel bir ışında polarizör 4'e düşer. Polarize ışık, hücre 8'deki aktif madde üzerine düşer.
Polarimetrede parçalara ayrılmış görüş alanının parlaklığını eşitleme ilkesi uygulanır. Görüş alanının bölünmesi, polarimetrenin optik şemasına bir kromatik faz plakası 5 sokularak gerçekleştirilir Karşılaştırma alanlarının parlaklığı, görüş alanının tamamen karartılmasına yakın bir yerde eşitlenir. Polarizör ve analizörün polarizasyon düzlemleri 86,5 0'lık bir açı yapar
Polarizörden geçen lambadan gelen ışık, ışının bir kısmı ile kromatik faz plakası, koruyucu cam, küvet ve analizörden, diğer kısmı ile ise sadece koruyucu cam, küvet ve analizörden geçer. Görüş alanının görünümü Şekil 8'de gösterilmektedir. Görüş alanlarının parlaklığının eşitlenmesi, analizör döndürülerek gerçekleştirilir.
Analizör ve polarizör arasına optik olarak aktif madde içeren bir küvet yerleştirilirse, görüş alanlarının parlaklıklarının eşitliği ihlal edilir (Şekil 9). Analizörü, optik olarak aktif bir çözelti ile polarizasyon düzleminin dönüş kulağına eşit bir açıyla çevirerek geri yüklenebilir (Şekil 10).
Sonuç olarak, optik olarak aktif bir çözüm olan ve olmayan karşılaştırma alanlarının iki parlaklığının eşitliğine karşılık gelen iki okuma arasındaki fark, çözüm tarafından polarizasyon düzleminin dönme açısını belirler.
Polarizasyon düzleminin dönme açısını derece olarak bilerek (bkz. formül 7), bir maddenin konsantrasyonunu g / cm3 olarak belirlemek mümkündür:
Şekil 8. Analizör, damıtılmış su ile doldurulmuş yerleştirilmiş küvet ile hassas konumdaki görüş alanlarının eşit parlaklığına ayarlandığında uzuv konumu ve görüş alanı (sıfır konumu)
ŞEKİL 9. Bir solüsyonla doldurulmuş bir küvet yerleştirildikten ve keskinlik için mercek yeniden ayarlandıktan sonra limbusun konumu ve görüş alanı) görüş alanlarının ayrılma çizgilerinin görüntüleri
ŞEKİL 10. Analizör, solüsyonla doldurulmuş bir küvet ile hassas ] konumundaki karşılaştırma alanlarının eşit parlaklığına ayarlandığında uzuv konumu ve görüş alanı.
Skaladaki φ açılarının okumaları aşağıdaki gibi alınır. Polarimetre ölçeği iki bölümden oluşur: hareketli bir uzuv ölçeği (Şekil 8-10'da sol kısım) ve sabit bir vernier ölçeği (sağ kısım). Uzuv ölçeğinin bölünme fiyatı 0,5 °, verniyer 0,02 ° 'dir. Vernier "10"un sayısallaştırılması 0,10°'ye karşılık gelir; "20" - 0,20°, vb. Sürgülün "sıfırına" göre uzvun ölçeğinin kaç derece döndürüldüğünü belirleyin. Sonra hangi iki bölümün (biri uzuvda, diğeri verniyede) çakıştığına bakarlar ve verniyedeki eşleşen bölümü kullanarak Derecenin yüzde yüzlerini sayarlar (prensip kumpas için aynıdır) Örneğin, uzuv ölçeği, "sıfır" "nonius'a göre 3 bölüm kaydırılır ve vernier üzerindeki 6. bölüm, limbus üzerindeki bazı bölümlerle çakışır. O zaman bu bize şunu verir:
3 bölüm * 0,5°= 1,5° + 6 bölüm * 0,02° = 0,12° Açı φ = 1,5° + 0,12° = 1,62°
ÇALIŞMA PROSEDÜRÜ
1. Polarimetreyi AC gücüne takın.
2 Döndürme kovanı 1 (bakınız şekil 6) mercek teknolojisini, şekil 8'deki gibi karşılaştırma alanlarının ayrım çizgisinin keskin bir görüntüsünü görecek şekilde ayarlayın.
3 Numune bölmesinin 2 kapağını açın ve hücreyi (tüpü) çıkarın.Ölçümlere başlamadan önce, çözeltiler için tüp herhangi bir kontaminasyondan temizlenmelidir. Bu amaçla distile su ile yıkanır. Daha sonra tüpü bir solüsyon veya su ile doldurun Tüpün doldurulması, tüpün üst ucunda dışbükey bir menisküs görünene kadar gerçekleştirilir. Lamel üzerine itildiğinde dışbükey menisküs yana doğru hareket eder. Ardından lamel üzerine lastik bir conta koyun ve kapağı vidalayın. Bundan sonra dışarıdan gelen lameller yumuşak bir bezle dikkatlice silinir.
Tüpte hava kabarcığı olmamalıdır. Eğer öyleyse, tüpü eğerek, kalınlaştırılmış kısma getirilmeleri gerekir, böylece gözleme engel olmazlar.
4. Uzuv (f o) üzerindeki sıfır konumunu belirleyin. Bunu yapmak için “tüpü damıtılmış suyla doldurun. Küvet bölmesine yerleştirin. Hassas konumda görsel alanı ışık dengesine ayarlamak için analiz cihazını çevirin.
NOT. Analizörü döndürerek, görüş alanlarının parlaklığını farklı açılarda eşitlemek mümkündür, ancak ölçüm, yalnızca analizörün hafif bir dönüşünün keskin bir ihlale neden olduğu analizörün hassas bir konumunda yapılmalıdır. karşılaştırma alanlarının parlaklığının eşitliği.
Kadran 5'teki sıfır konumunun (f o) okumasını alın. Bu durumda, bir derecenin tamamı ve onda biri ana skalada (sol skala) ve vernyede (sağ skala) bir derecenin onda biri ve yüzde biri sayılır. . Sürgülü bölme değeri 0.02°'dir. Göstergeler f hakkında en az beş kez kaldırın ve bunların ortalamasını belirleyin.
5. Bir çözelti ile polarizasyon düzleminin dönme açısını belirleyin (φ i) Bunu yapmak için tüpü bir çözelti ile doldurun. Ardından, gözlem tüpünün göz merceğini, papağanın karşılaştırma çizgisinin keskin bir görüntüsüne manşonlu olarak yerleştirin. Analizör düğmesini yumuşak ve yavaşça çevirerek, karşılaştırma alanlarını eşit parlaklığa ayarlayın ve uzuv ölçeğinde bir okuma yapın
f ben = f ben '- f 0 (10)
6. Bilinen bir konsantrasyona sahip tüm çözeltiler ve bilinmeyen bir konsantrasyona sahip bir çözelti için benzer ölçümler yapın.
7. Polarizasyon düzleminin dönme açısının f = f (C) çözeltisinin konsantrasyonuna bağımlılığının bir grafiğini oluşturun.
8. Grafiği kullanarak spesifik dönüş sabitini [y] belirleyin.
9. Bilinmeyen konsantrasyonlu bir çözelti ile polarizasyon düzleminin dönme açısını φ x bilerek, çözeltideki şeker konsantrasyonunu grafikten belirleyin.
10. Tüm deneysel ve hesaplanmış verileri tabloya girin:
Çözüm | devir no. | C, g / cm3 | Ф 0 derece | derece | derece | [y]. (derece cm 3) / (g dm) | C x % |
çarşambalar | |||||||
TEST SORULARI
1. Ne tür bir ışığa düzlem polarize denir?
2. Hangi doğal ışık polarizasyon yöntemlerini biliyorsunuz?
3. Sıradan ve olağanüstü ışınlar arasındaki fark nedir?
4. 4. Analizöre gelen polarize ışığın yoğunluğu, içinden iletilen ışıkla nasıl ilişkilidir?
5. Polarizasyon düzleminin dönme açısının tabakanın konsantrasyonuna ve kalınlığına bağımlılığı nedir?
içinde. Fresnel'in teorisi açısından kutuplaşma düzleminin dönüşünü ne açıklar?
7. 7. Polarimetrenin devre şeması nedir?
8. Polarimetrede kullanılan penumbra yönteminin anlamı nedir?
Edebiyat
1. Landsberg G.S. Optik.- M.: Nauka, 1976.
2. Savelyev I V. Genel fizik dersi. - M.: Nauka, cilt 2, 1978.
3. Borisenko V.E., Deryabin V.M. Optik. Atom ve Nükleer Fiziğin Temelleri Tyumen 1968
4. Fiziksel Uygulama "Elektrik ve Optik", ed. Prof. VE. Iveronova M - Bilim, 1968.
5. Polarimetre SM-2'de tasarım ve çalışma yöntemlerinin tanımı.
Sayfa 8
Şekil 2.9 - SM-3 polarimetresinin optik şeması (metindeki açıklamalar)
Aydınlatıcı 1 (bir akkor lamba veya bir sodyum lamba DNaO140) optik sistem 8'in odak düzlemine yerleştirilmiştir. Aydınlatıcı düzeneğin tasarımı, lamba filamanını optik eksene yerleştirmek için hareket sağlar. Akkor lamba ile çalışırken, optik sistem 3'ün önüne bir sarı ışık filtresi 2 yerleştirilir. Sistemden 3 çıkan paralel bir monokromatik ışın demeti, bir polarizör 4'ten (iki cam arasına yapıştırılmış bir polaroid), bir kuvars plakadan 5 geçer. polaroid ile birlikte üçlü alan görüşüne sahip bir penumbral desen ve test solüsyonu ile bir kuvars küvet 6 oluşturur. Genellikle küvet uzunluğu, 10-3 kg/cm3'lük konsantrasyon polarizasyon düzleminin j=1° dönüş açısına karşılık gelecek şekilde seçilir. Küvetten sonra, polarizöre (4) benzer bir analizör (7) ve görüş alanının bölümlerinin aydınlatmasını eşitlerken gözlemin gerçekleştirildiği bir objektif (10) ve bir göz merceğinden (11) oluşan bir teleskopik sistem vardır. Okuma, iki taban tabana zıt vernier 9 kullanılarak sabit bir uzvun derece ölçeğinde 8 (0 ° ila 360 ° arasında sayısallaştırma ile) gerçekleştirilir (verniyer ölçekleri 20 bölüme sahiptir; bir bölümün fiyatı 0.05 °'dir). İki verniyenin okumalarından ortalama değer alınır (limbusun eksantrikliğini hesaba katmak için). Okuma, limbus ve vernier büyüteçler 12 aracılığıyla gözlemlenirken alınır.
PKS-56 polariskop-polarimetre oldukça basit bir şekilde düzenlenmiştir (Şekil 2.10). Işık kaynağı 1 (akkor lamba), buzlu cam 2, polarizör 3 (gözlüklerin arasına yapıştırılmış polaroid), çeyrek dalga plakası 5, analizör 6 ve ışık filtresi 7'den (0,54 μm'de maksimum iletim) oluşur. Cihaz üzerindeki ölçüm sırası şu şekildedir: polarizör ve analizör kesişir (analizör kolundaki okuma 0°, görüş alanı karanlıktır); örnek 4 kurulur (çift kırılması varsa, görüş alanında aydınlanma görülür); analiz cihazını numunenin ortasındaki maksimum kararmaya çevirin; analizörün dönüş açısı Db kadran boyunca sayılır.
Şekil 2.10 - Polariskop-polarimetre PKS-56'nın optik diyagramı
(metindeki açıklamalar)
Db'yi belirledikten sonra, ilişkiden hiçbiri belirlenemez.
burada l numune kalınlığıdır. l=10 mm'de sıfır ölçüm hatası ±3×10-7'dir. l arttıkça hata azalır.
Biraz daha karmaşık bir şema, optik olarak hassas kaplamalar kullanarak ürünlerin stres durumunu görsel olarak incelemek için tasarlanmış küçük boyutlu bir polarimetre IG-86'ya (Şekil 2.11) sahiptir. Düz ve dairesel polarizasyon koşulları altında girişim desenini gözlemlemeyi ve optik yol farkını hem renk eşleştirme hem de telafi yöntemiyle ölçmeyi sağlar.
Şekil 2.11 - Küçük boyutlu polarimetre IG-86'nın optik diyagramı
(metindeki açıklamalar)
Işık kaynağı 1 (lamba STs-61) lens 3'ün odağına yerleştirilmiştir. Koruyucu gözlük 2, 7 ve 12 cihazı kontaminasyondan korur. Paralel bir ışın demeti, polarize edici bir ışık filtresinden (polarizör 4), yarı saydam bir aynadan (8) geçer ve ışın ayırıcı katmandan yansıyan, incelenen nesne 5 üzerinde biriken optik olarak hassas bir kaplamanın (6) üzerine düşer. Kaplamadan yansımadan sonra. , ışık cihazın analizör ünitesine girer, kompansatörden 9, analizörden 10 geçer ve merceğin 11 ve oküler 13'ün birleşik odak düzleminde bir ölçek ile teleskopa girer (değiştirilebilir büyütme 2 ve 10´). ışık filtresi 14, mercek göz merceğinin ve çıkış gözbebeğinin 15 önüne yerleştirilmiştir. Böyle bir optik şemaya T-şekilli şema denir. Optik yol farkının ölçüm sınırı 0 ila 5 girişim sırasıdır. Ölçüm hatası 0,05 girişim sırasıdır.
o ve e-ışınlarının zamanla değişen faz farkını ölçmeyi mümkün kılan tipik bir fotoelektrik modülasyon polarimetresinin bir diyagramı Şekil 2.12'de gösterilmektedir.
Şekil 2.12 - Bir fotoelektrik modülasyon polarimetresinin optik diyagramı
(metindeki açıklamalar)
Ultra yüksek basınçlı ışık kaynağının 1 radyan akısı, o- ve e-ışınlarındaki salınımların yönleri yön ile p / 4 açı yapacak şekilde yönlendirilmiş, girişim filtresi 2, polarizör 3 ve incelenen nesne 4'ten geçer. polarizörden çıkan ışındaki salınımların sayısı. Nesne 4'ten çıkan eliptik olarak polarize ışık, tek eksenli bir kristalden (örneğin, düzlemleri optik eksene dik olacak şekilde kesilmiş bir ADP kristali - amonyum dihidrojen fosfat NH4H2P04) yapılmış plakaya 5 çarpar; Pockels etkisini uygular ve iletilen ışık akısının modülasyonunu sağlar. Plakaya (5) radyan akının eksenine ve kristalin optik eksenine paralel bir doğrultuda alternatif bir elektrik voltajı uygulandığında, ikincisi çift eksenli hale gelir. Yeni optik eksenler, eksenin aynı yönü ile simetrik p/4 açıları oluşturur ve içinden geçen ışık çift kırılmaya uğrar. Ortaya çıkan faz farkı, elektrik alan voltajıyla orantılıdır ve plakanın 5 kalınlığına bağlı değildir. Ortaya çıkan değişken faz farkı nedeniyle, eliptik olarak polarize ışık, polarizasyon elipsinin şeklini periyodik olarak değiştirir. Sonuç olarak, dengeleyicinin (6) çıkışında, lineer polarize ışık düzlemi orta konum etrafında salınım yapar. Analizöründen 11 sonra, modüle edilmiş ışık akısı fotodedektöre 10 girer, bu sinyalden birinci harmoniğe karşılık gelen temel frekansa sahip sinyal yükselticiye 8 girer ve ilk harmonik mevcut olana kadar analizörü 1l döndüren servo motoru 9 çalıştırır. sinyal. Durdurma, minimum radyasyon akışının fotodedektöre düştüğü analizörün konumuna karşılık gelir. Kayıt cihazı (7) (örneğin bir kaydedici), analiz cihazının dönüş açılarını sabitler ve ölçülen faz farkı, analiz cihazının dönüş açısının iki katına eşittir.
(dispersiyon spektropolarimetreler ile ölçülür). Penumbra cihazlarının şemasına göre yapılmış polarimetrelerde ( pilav. bir, 2 ), ölçüm, cihazın görüş alanının iki yarısının parlaklığının görsel olarak eşitlenmesine ve ardından bir vernier ile donatılmış bir dönüş ölçeğinde okumaların okunmasına indirgenir. Bu teknik, temel sadeliğine rağmen, penumbral polarimetrelerin yaygın olarak kullanılmasına yol açan birçok amaç için yeterince yüksek bir ölçüm doğruluğu ile ayırt edilir. Bununla birlikte, fotoelektrik kaydı olan otomatik polarimetreler daha yaygındır, burada iki yoğunluğu karşılaştırma sorunu, ışık akısının polarizasyon modülasyonu (bkz. Işık modülasyonu) ve ışık alıcısının çıkışındaki temel frekans sinyalinin ayrılması ile çözülür ( pilav. 3). Modern otomatik polarimetreler, açıları ~ 0,0002° hassasiyetle ölçmeyi mümkün kılar.
2) Kısmen polarize ışığın p derecesini belirlemek için bir alet (bkz. ışık). Bu tür en basit polarimetre, lineer dereceyi ölçmek için tasarlanmış Cornu yarı gölge polarimetresidir. Bu polarimetrenin ana elemanları Wollaston prizması (bkz. Polarize prizmalar) ve analiz cihazıdır. Analizörü çevirerek (dönme ölçeği p değerlerine derecelendirilir), prizmadan ayrılırken eşit olmayan yoğunluğa sahip olan kirişler tarafından aydınlatılan alanların parlaklığı eşitlenir. Doğrusallık derecesini ölçmenin en basit durumunda fotoelektrik polarimetre, polarimetrenin optik ekseni etrafında dönen bir analizör ve bir fotodedektörden oluşur. Alıcı akımının değişken bileşeninin genliklerinin sabite oranı doğrudan p'yi verir. Polarimetrenin önüne çeyrek dalga boylu bir faz plakası yerleştirerek (bkz. Optik kompansatör, Polarizasyon cihazları), dairesel (dairesel) dereceyi ölçmek için kullanabilirsiniz.
Polarimetreler, öncelikle yapı ve özelliklerin araştırılmasında ve diğer amaçlar için yaygın ve etkili bir şekilde kullanılmaktadır. bilimsel araştırma ve teknik sorunları çözmek. Özellikle, uzay nesnelerinin dairesel radyasyon derecesinin ölçümleri, güçlü algılamayı mümkün kılar. manyetik alanlar evrende.
Yanan: Shishlovsky A. A., Uygulamalı fiziksel optik, M., 1961; ayrıca bkz. yaktı. sanata. Sveta, .
V. S. Zapassky.
Pirinç. 3. Düzlem boyunca ışığın modülasyonuna dayanan fotoelektrik kaydı olan otomatik polarimetrelerin şemaları (şema b, yalnızca bir manyeto-optik modülatör M varlığında a'dan farklıdır, bu nedenle elemanları dijital tanımlamalarla sağlanmaz). 1 - ışık kaynağı; 2 - yoğunlaştırıcı; 3 - düzlem boyunca ışığın polarizör modülatörü; 4 - optik olarak aktif ölçülen hücre (hücre); 5 - analizör; 6 - fotodedektör; 7 - amplifikatör; RD - ters çevrilebilir elektrik motoru. Yoğunluğu modüle edilen ışık (analizörden geçtikten sonra), fotodedektör tarafından, iki fazlı bir RD'nin iki sargısından birine beslenen, kinematik olarak bağlı olan V "2'ye yükseltilen alternatif bir voltaj V2'ye dönüştürülür. analizör ve okuma cihazı Diğer sargıya V1 sinüzoidal (modülasyon) bir voltaj uygulanır, frekansı modüle edilmiş ışığın ilk harmoniğinin frekansına eşittir RD, analizörü ölçülen değere eşit bir açıyla otomatik olarak döndürür Döndürme Ölçüm sonucu, ışık yoğunluğundaki değişikliklere, düzleminin açısal salınımlarının genliğine ve amplifikasyon faktörü 7'ye bağlı değildir, bu da yüksek absorpsiyonlu ortamlar için ölçümler yapmayı mümkün kılar ve kazanç stabilizasyonu gerektirmez .
Pirinç. 2. Penumbral polarizörler. İki yarısının P 1 ve P 2 düzlemleri, aralarında küçük bir 2a açısı yapar. Bu nedenle, analizör AA'nın düzlemi açıortay 2a (a)'ya dik ise, I ve II görüş alanlarının her iki yarısı da aynı aydınlatmaya sahiptir, yani bunlar tamamen sönmemiştir (penumbra, dolayısıyla adı). Analizörün en ufak dönüşünde, I ve II'nin göreceli aydınlatması keskin bir şekilde değişir (b ve c). Penumbral polarizör tasarım örnekleri: d - Lippich şeması; P 1 ve P 2 - biri görüş alanının yarısını kapsayan iki polarize prizma, A - analizör; e - Laurent şeması; polarizasyon prizmasının P arkasında, ana düzlemi P düzlemi ile bir a açısı yapan 1/2 dalga boyunda bir M faz plakası kurulur; D - görüş alanını sınırlayan açıklık.
Pirinç. 1. Yarım gölge polarimetrenin şematik diyagramı: 1 - ışık kaynağı; 2 - yoğunlaştırıcı; 3-4 - penumbral polarizör; 5 - optik olarak aktif ölçülen tüp; 6 - bir okuma cihazı ile analizör; 7 - tespit kapsamı; 8 - bir okuma cihazının merceği (örneğin, bir mikroskop-mikrometre).
YÜKSEK PROFESYONEL EĞİTİM
"İZHEVSK DEVLET TARIM
AKADEMİ»
Fizik Bölümü
Optik ve Atom Fiziği Laboratuvarı №2(012)
İŞ #8
POLARIMETRE KULLANMAK
Derleyen: Ulyanov A.I.
Vorontsova E.N.
İzhevsk, 2010
ŞEKER ÇÖZELTİSİ KONSANTRASYONUNUN BELİRLENMESİ
POLARIMETRE KULLANMAK
Aletler ve aksesuarlar: 1 - polarimetre, 2 - şeker solüsyonlu tüpler.
Elektromanyetik teori açısından, görünür ışık elektromanyetik dalgalardır. Bir elektromanyetik dalga, zamanla değişen elektrik ve manyetik alanların karşılıklı dönüşüm sürecinin sonucudur. Herhangi bir zamanda bir elektromanyetik dalga, vektörün belirli değerleri ve yönleri ile karakterize edilir. E (elektrik alan şiddeti) ve vektör AT (manyetik alan indüksiyonu) ve hız vektörünün yönü V(Şek. 1). Şekil 1'den görülebileceği gibi, elektromanyetik dalgalar eninedir ve vektörler AT , E ve V karşılıklı olarak dik.
Fiziksel ve fizyolojik (insan gözünde) etki, elektrik alan şiddeti vektörü tarafından uygulandığından E, bundan sonra sadece vektörü ele alacağız. E. Düzlem Salınım Vektör E elektromanyetik dalganın polarizasyon düzlemi ve vektörün içinde bulunduğu elektromanyetik dalgadır. E bir düzlemde salınır - düzlem polarize. Örneğin, Şekil 1'de gösterilen tek bir dalganın polarizasyon düzlemi. 1, bir kağıt yaprağının düzlemidir. Şekilde gösterilen dalgaya bakıldığında. 1, hız vektörünün bize yönlendirildiği yönden, sonra salınım vektörünün düzlemi E şekilde gösterildiği gibi görünecektir. 2 a. Tek bir elektromanyetik dalganın düzlem polarize olduğu sonucu çıkar.
Bu açıdan doğal bir ışık kaynağı düşünün, örneğin bir akkor lambadan gelen ışık. Bir akkor lambanın tungsten filamanından geçen bir elektrik akımı, enerjisini, dış değerlik elektronları uyarılmış bir duruma, yani daha yüksek enerjili bir duruma giren tungsten atomlarına aktarır. Kısa bir süre sonra (≈ 10 -8 s), uyarılmış halden elektronlar, "fazla" enerjiyi taşıyan elektromanyetik dalgaların bölümlerinin (trenlerinin) eşzamanlı emisyonu ile daha düşük enerjili bir duruma geçer. elektronlar. Vektör E her elektromanyetik dalga dizisi aynı düzlemde salınır. Ancak vektörün salınım düzlemi E farklı dalga katarları uzayda keyfi bir şekilde yönlendirilir. Çok sayıda tungsten atomu, bir lambanın filamanında elektromanyetik dalgalar yaydığından, vektörün salınım düzlemlerinin yönü E herhangi bir yöndeki elektromanyetik dalgalar seti eşit olasılıklı olacaktır (Şekil 2 b).
Bu tür ışığa doğal denir. Sonuç olarak, doğal ışıkta vektörün salınımı için tercih edilen yönler yoktur. E. Doğal ışığa bir örnek, güneş ışığı, akkor lambadan gelen ışık ve lazerlerden gelen ışık hariç diğer ışık kaynaklarıdır. Lazerler düzlem polarize ışık yayar.
Doğal ışığı düzlem polarize ışığa dönüştürmek için kullanılabilecek birkaç tür cihaz vardır. Bunlardan biri, anizotropik kristallerde ışığın çift kırılma olgusuna dayanmaktadır. Anizotropik kristallerde, farklı kristalografik yönler için geçirgenlik farklıdır. Ve bilindiği gibi dielektrik sabiti, dielektrik ortamın kırılma indisini belirler. Sonuç olarak, ışının kırılma indisi vektörün yönüne bağlı olacaktır. E kristalin kristalografik yönlerine göre. Anizotropik kristale göre gelen doğal ışık demetinin belirli bir oryantasyonu ile, kırılan ışınlar, karşılıklı olarak dik bir polarizasyon düzlemi ile kristalden farklı açılarda çıkar.
Dolayısıyla, doğal bir ışık demeti, anizotropik İzlanda spar kristalinin yüzeyine dik açıyla yönlendirilirse, o zaman iki demete bölünür (Şekil 3). Bir ışın kırılmadan geçer, buna adi (o) ışını denir. İkinci ışın kristalde kırılma yaşar ve olağanüstü (e) olarak adlandırılır. Bu fenomenin ayrıntılarına girmeden, kristalden çıkan her iki ışının da düzlem polarize olduğunu ve bu ışınların polarizasyon düzlemlerinin karşılıklı olarak dik olduğunu not ediyoruz. Şek. Şekil 3'te, bu ışınların polarizasyon yönü, koşullu olarak noktalar ve oklarla gösterilir (oklar bazen kısa çizgilerle değiştirilir).
Düzlem polarize ışık elde etmek için ışınları ayırmak gerekir ( hakkında) ve ( e) kristalden çıkıyor. Bu bir Nicol prizması ile elde edilebilir. Nicol prizması (veya basitçe nikol), daha küçük bir diyagonalde kesilmiş ve Kanada balzamı ile yapıştırılmış bir İzlanda direği kristalidir (Şekil 4),
kırılma indisi İzlanda sparından daha az olan. Kristal yüzler parlatılır, böylece nikolün her bir yarısı enine kesitte dikdörtgen bir üçgen olur. keskin köşeler 680 ve 220'de. Doğal ışın, kristalin optik eksenine (О-О) bir açıyla nikole yönlendirilirse, olağanüstü ışın ( e) geçer
Nicole aracılığıyla. Sıradan ışın ( hakkında) önce kırılır ve daha sonra toplam iç yansımayı deneyimler, çünkü Kanada balsamının kırılma indisi İzlanda balsamından daha azdır. Nicol'ün yan yüzeyi siyah boya ile kaplanmıştır ve bu nedenle üzerine gelen ışın ( hakkında) tamamen emilir ve nikol bırakır, sadece bir düzlem polarize ışın e. Bu nedenle, Nicol prizmaları, yüksek kaliteli düzlem polarize ışık üreten polarizörlerdir.
Şeker çözeltisi gibi bazı maddeler, içlerinden geçen düzlem polarize ışığın polarizasyon düzlemini döndürme yeteneğine sahiptir. Bu tür maddelere denir Optik olarak aktif. Bu etkinin nedeni, bazı karmaşık moleküllerde atomların dizilişinin bir şekilde sağ veya sol vidaya benzemesidir. Vektör E Optik olarak aktif bir maddeden geçen düzlem polarize ışık, sarmal moleküllerin elektrik alanı ile etkileşir. Sonuç olarak, vektörün salınım düzlemi döner EŞekilde gösterildiği gibi, bir α açısı boyunca ışık dalgası. 5.
α açısı aşağıdaki gibi tanımlanabilir. İki polaroidden geçen ışığın yoğunluğunun Malus yasası tarafından belirlendiği bilinmektedir: J 2 \u003d J 1 cos 2 φ, burada J 1 ve J 2, sırasıyla birinci ve ikinci polaroidlerden sonra düzlem polarize ışığın yoğunluğudur. , ve φ bu polaroidlerin polarizasyon düzlemleri arasındaki açıdır. Polaroidleri = 90 0 (çapraz polaroidler) bir açıyla ayarlarsanız, ışık alttan geçmez (Malus yasasının formülüne bakın) ve onlardan geçen ışığa bakarsanız, görüş alanı karanlık olacak.
Optik olarak aktif bir madde, örneğin şekerli bir küvet, polaroidler arasına yerleştirildiğinde, optik olarak aktif madde, içinden geçen ışığın polarizasyon düzlemini bir α açısı kadar çevireceğinden, ışık çapraz polaroidlerden geçmeye başlayacaktır. . Ancak ikinci polarizör (analizör) α açısı kadar uygun şekilde döndürülürse, polaroidler tekrar ışık iletmeyi durduracaktır. Bu ilke, özel cihazlarda - polarimetrelerde polarize ışığın polarizasyon düzleminin optik olarak aktif bir ortamının dönme açısını belirlemenin temelidir.
Şekerin yanı sıra kafur, terebentin, kuvars ve daha birçok madde optik olarak aktif maddelerdir. Optik olarak aktif maddelerin çözeltileri için, polarizasyon düzleminin dönüş açısı, çözelti sütununun uzunluğu ile orantılıdır. ℓ ve çözünen C konsantrasyonu:
= []ℓ C
Bu formülde, [] katsayısı, belirli bir madde tarafından ışığın polarizasyon düzleminin özgül dönüşünü belirler. Değerler [] her optik olarak aktif madde için tipiktir ve tablo verileridir.
Çözümün [] özgül dönüşünü bilmek, çözüm sütununun uzunluğu ℓ ve polarizasyon düzleminin dönme açısının ölçülen değeri , çözeltinin konsantrasyonunu belirlemek mümkündür:
(1)
Bu çalışmada, özel bir cihaz - bir polarimetre kullanarak bir şeker çözeltisinin konsantrasyonunun belirlenmesi gerekmektedir. Bunda laboratuvar işiİki tip polarimetre kullanılabilir. Ölçmek için kullanacağınız polarimetrenin markasını öğretmeninize sormanız ve bu cihazla çalışma kurallarını okumanız gerekmektedir.
Sıradan ve olağanüstü her iki ışın da karşılıklı olarak dik düzlemlerde tamamen polarize edilmiştir. Olağanüstü ışının salınım düzlemi kristalin ana bölümüyle çakışırken, sıradan ışının salınım düzlemi ona diktir.
Düzlem polarize ışık elde etmek için çift kırılma sırasında oluşan ışınlardan birini çıkarmak yeterlidir. Bu, çeşitli yollarla elde edilir.
1.4 Polarize ışığın maddelerden geçişi
Doğrusal olarak polarize ışık belirli maddelerden geçtiğinde, ışık ışınlarının polarizasyon düzlemi döner. Bu fenomene polarizasyon düzleminin dönüşü denir. Polarizasyon düzlemini döndüren maddeler optik olarak aktif olarak adlandırılan.
Bir maddenin optik aktivitesi iki faktör tarafından belirlenir:
1. bir maddenin kristal kafesinin özellikleri;
2. maddenin moleküllerinin yapısının özellikleri.
Bu faktörlere bağlı olarak optikçe aktif maddeler iki tipe ayrılır. Birincisi, örneğin kuvars gibi katı kristalleri içerir. SiO 2 . İkinci tip maddeler sadece çözünmüş veya gaz halinde aktiftir. Bu kategori organik maddeleri içerir: glikoz, tartarik asit, vb.
Ortaya çıkan ışının polarizasyon düzlemi, belirli bir açıyla döndürülür. dönüş açısı polarizasyon düzlemleri.
Optik olarak aktif bazı maddeler, polarizasyon düzlemini sağa döndürür, yani. saat yönünde, (sağa doğru dönen maddeler), diğerleri - sola (solak maddeler) bakarsanız.
Polarizasyon düzleminin dönme açısı, ışın yolunun uzunluğu ile doğru orantılıdır " e» çözelti içinde, çözelti konsantrasyonu « İle birlikte"ve spesifik rotasyon adı verilen bir miktar ile karakterize edilen maddelerin bireysel özellikleri" a».
Spesifik rotasyonışığın dalga boyuna, çözücünün tipine, çözeltinin sıcaklığına bağlıdır. Dalga boyu arttıkça 0 azalır ve sıcaklık arttıkça artar.
Olağan spesifik rotasyon, 20°C'lik bir sıcaklığa ve sarı sodyum l0 çizgisine atıfta bulunur ve ile gösterilir.
Polarizasyon düzleminin spesifik dönüşü, 1 m'lik bir yol uzunluğu ve 1 kg/m3'e eşit belirli bir optik olarak aktif maddenin hacim konsantrasyonu ile polarizasyon düzleminin dönüş açısına sayısal olarak eşittir.
2. LABORATUVAR KURULUMU TANIMI
2.1 Cihazın tanımı ve çalışma prensibi
SM dairesel polarimetre, optik olarak aktif maddeler tarafından ışığın polarizasyon düzleminin dönüş açılarını ölçmek için tasarlanmıştır.
CM tipi polarimetrenin optik şeması Şekil 8'de gösterilmektedir.
Şekil 8. Polarimetrenin optik düzeni
Kaynak 1'den (mat ampul) gelen ışık sırayla bir renk filtresinden 2, bir polarizörden 3, düzlem-paralel kuvars plakalı bir diyaframdan 4, bir polarimetrik tüpten 5, bir analizörden 6, bir teleskoptan geçer ve gözlemcinin gözüne girer 9.
Analizör, özel bir kavrama 2 kullanılarak cihazın eksenine göre döndürülebilir. Analizör ile birlikte teleskop ve disk 7 döner.Diske uygulanan iki vernier sayesinde, açılarını saymak mümkündür. 10 kadranını kullanarak 0,05 doğrulukla analizörün 0'dan 369 0'a döndürülmesi. Polarizer 3 sabittir.
Polarizörden geçen bir ışık demeti lineer olarak polarize edilir. Elektrik alan şiddeti vektörü, ana polarizasyon bölümünün düzleminde salınır. Şekil 9'da bu PP düzlemi, AA analizörünün ana bölümünün düzlemi, sayım çizim düzleminin arkasından gözlemciye gidiyor. Oklar, vektör salınımlarının yönünü gösterir.