839
.pdfобыкновенным, и поэтому зелёНО-ЖёЛтый свет, выходящий из
турмалина, представляет собой практически один необыкновенный
луч.
Свойством дихроизма обладают таюке кристаллики сульфата
йодистого хинина (герапатита). В настоящее время изготовляют
целлулоидную плёнку, на которую осаждают кристаллики
герапатита, ориентированные в одном направлении. Такая плёнка
называется поляроидом и представляет собой поляризатор,
дающий возможность получать широкие пучки поляризованного
света. В работе ПС1 используется именно такие поляроидные
плёнки.
5). Поляризация света при искусственной анизотропии.
Двойное лучепреломление может наблюдаться и в изотропных
телах. Если они подвержены действию сил, вызывающих в них
неравномерно распределённые напряжения. Так, пластинки из
стекла, пластмассы и др. веществ при деформациях становятся
двоякопреломляющими. С прекращением действия нагрузки
двойное лучепреломление исчезает.
Поляризация света имеет широкое применение как в науке, так
ив технике. Так, поляризованный свет помогает установить
структуру |
химического |
соединения |
при |
спектральном |
исследовании, изотропность или анизотропность веществ,
исследовать строение кристаллов, определять напряжение в
конструкциях.
http://www.mitht.ru/e-library
- 12-
З. Закон Малюса
Прибор, позволяющий получить поляризованный свет,
называется поляризатором. Им может быть призма Николя,
поляроидная пл~нка и Т.д. Прибор,
позволяющий обнаружить поляризацию света, называется
анализатором.
Если лучи света проходят последовательно через два
поляризатора, то первый будет поляризатором, а второй -
анализатором.
Два поляризатора, расположенные друг за другом, с
взаимноперпендикулярными главными плоскостями, очевидно,
совершенно не пропустят света. Если же главные плоскости будут параллельны, то сквозь поляроиды пройд~т максимальное количество света. Возникает вопрос, какое количество света пропустит такая комбинация поляризаторов при каком-либо
промежуточном положении, когда угол а между главными
плоскостями больше нуля, но меньше 90·.
Пусть плоскополяризованный свет с амплитудой электрического
вектора АI и интенсивностью J I , вышедший из первого
поляризатора, попадает на второй поляризатор, причём плоскости
пропускания поляризаторов составляют некоторый угол <р (рис. 5).
Разложим колебания с амплитудой АI на два взаимно
перпендикулярных колебания: параллельное плоскости
пропускания первого поляризатора с амплитудой AII =Al cos<p и
перпендикулярное к ней с амплитудой А J.. =Al sin<p. 1 - первый поляризатор, 2 - второй поляризатор.
http://www.mitht.ru/e-library
- 13-
ЛУЧ
Рис.5. Схема прохождения лучей при скрещенных
поляризаторах:
Колебание с амплитудой А11 пройдёт через второй поляризатор,
аколебание с амплитудой A..L им будет задержано.
Интенсивность света пропорционально квадрату амплитуды.
следовательно. для интенсивности J2 света. вышедшего из второго
поляризатора. можно записать:
J2=кА211= K(A1cos<p)2= кA/cos2<p. (1)
Так как кА21= J 1 • то J2= J 1COS2<p.
Данное выражение есть математическая запись закона
Малюса. Закон Малюса читается так: интенсивность света,
вышедшего из второго поляризатора, поставленного под углом к
первому, равна интенсивности света, вышедшего из первого
поляризатора, умноженной на квадрат косинуса угла меЖдУ
плоскостями пропускания поляризаторов. При вращении второго
http://www.mitht.ru/e-library
- 14-
поляризатора вокруг направления луча, интенсивность света в
идеальном случае будет меняться от максимальной (поляризаторы
параллельны, <р=О) дО полного затемнения (поляризаторы
скрещены, <р=900 ).
Естественный свет с интенсивностью Jo можно представить как
сумму колебаний светового вектора в двух взаимно
перпендикулярных направлениях с равными амплитудами А11 и
А1. и, следовательно, с равными интенсивностями
1
J11 =J 1. =- Jo .
2
Интенсивность света, вышедшего из первого поляризатора
(рис. б):
Для интенсивности света, прошедшего через всю систему,
получим:
1 |
2 |
|
J2=-2 |
Jo cos |
<р. (2) |
4. При60РЫ и принадлежности
Оптическая скамья, осветитель, первый поляризатор с лимбом,
второй поляризатор с лимбом, фотоэлемент, микроамперметр.
http://www.mitht.ru/e-library
-15-
5.Подготовка приборов к работе
5.1Проверьте наличие приБОРО8 на оптической скамье (рис.б).
5.1.2. Проверьте положение переключателя напряжений на
микроамперметре. Положение переключателя должно
соответствовать "220".
5.1.3. Проверьте положение переключателя диапазона измерений
на микроамперметре. Он должен соответствовать 11JA.
6.Порядок выполнения работы
6.1.Установите на оптической скамье приборы в следующем
порядке: осветитель, поляризаторы, фотоэлемент.
6.2. Включите осветитель 2 (риС.б) в сеть переменного тока
(напряжение 220 В.).
6.3. Включите микроамперметр 6 в сеть переменного тока
(напряжение 220 В.).
6.4. Установите стрелку второго поляризатора 4 (анализатора)
в вертикальное положение так, чтобы она стояла на цифре О· в
верхней части лимба.
6.5. Вращая подвижную часть первого поляризатора 3 за
выступающий ободок, установите его так, чтобы микроамперметр
показывал максимальный ток Jmax. При максимальном токе
плоскости пропускания поляризатора и анализатора будут
параллельны. Запишите значения Jmax в таБЛ.1.
http://www.mitht.ru/e-library
- 1б-
6
Рис.б. Расположение приборов: 1- оптическая скамья, 2-
осветитель, 3- первblЙ поляризатор с лимбом, 4- второй
поляризатор с лимбом (анализатор), 5- фотоэлеменщ б
микроамперметр.
б.б. Вращая второй поляризатор по часовой стрелке и
фиксируя положение стрелки по лимбу каждые 10· (от О' до
360·),записываЙТе в таБЛ.1 значения тока J2, соответствующие
каждому значению угла <р между плоскостями пропускания
поляризатора и анализатора.
б.7. Закончив измерения, немедленно отключите от сети
осветитель и микроамперметр, чтобы не вызвать порчи приборов.
Осторожно! Кожух осветителя сильно нагревается во время
работbl.
http://www.mitht.ru/e-library
-17-
7.Обработка результатов измерений
7.1.Запишите в табп 1 значения cos2<p.
7.2.Рассчитайте для каждого угла ер соответствующее ему
отношение J2/Jmax.
7.4. Занесите J2/Jmax в табл. 1.
7.5. Постройте в полярных координатах экспериментальный
график зависимости f(ep)= J2/Jmax. Для построения рекомендуется
использовать миллиметровую бумагу размером 20х30 см.
Проведите две взаимно перпендикулярные линии так, чтобы точка
пересечения О находилась в центре листа. Воспользовавшись
транспортиром, нанесите лучи, начиная от центра О через каждые
10'(от10' до 360').Укажите на лучах значения углов. Отложите на
лучах значения J 2/Jmax для каждого угла ер. Соедините плавной
линией полученные точки - это экспериментальная кривая.
7.6. На тех же осях и в том же масштабе постройте
теоретическую кривую, используя значения COs2ep из табл.1, так как из закона Малюса J2/Jmax=cos2ep.
7.7. Постройте график зависимости силы тока J2 от угла ер. По
оси абсцисс откладывайте ер, по оси ординат J2.
http://www.mitht.ru/e-library
- 18-
Таблица 1
<р |
J 2 (МКд) |
!- |
cos2<p |
J 2/J max |
О·
10·
.
360·
J max =
8.Контрольные вопросы
1)Что собой представляет поляризованный свет?
2)Какие существуют способы получения поляризованного
света?
3) Как можно обнаружить, что свет поляризован?
4)Дайте формулировку закона Малюса.
5)Что такое оптическая анизотропия?
Библиографический список
Савельев И.В. Курс общей физики -М.,Наука, т.2,1982.-496с.
(§§134,137).
http://www.mitht.ru/e-library
- 19-
Лабораторная работа пез.
Определение концентрации сахара
в растворе
по углу вращения плоскости поляризации
3.1. Цель работы
Измерение концентрации сахара в растворах.
3.2. Теоретические основы работы
Некоторые вещества, называемые о n т и ч е с к и а к т и в н ы
м и, обладают способностью вызывать в р а Щ е н и е n л о с к о с т
иn о л я риз а Ц и и проходящего через них
плоскополяризованного света. К числу таких веществ принадлежат
кристаллические тела (например, кварц, |
киноварь), |
чистые |
• |
|
|
жидкости (скипидар, никотин) и растворы |
оптически |
активных |
веществ в неактивных растворителях (водные растворы сахара,
винной кислоты и др.).
Если между двумя скрещенными поляризаторами поместить
оптически активное вещество (кристалл кварца, прозрачную кювету
с раствором сахара и Т.п.), то поле зрения просветляется. Чтобы
снова получить затемнение поля зрения, нужно повернуть один из
http://www.mitht.ru/e-library
- 20-
поляризаторов на угол, равный по величине, но противоположный
по знаку углу поворота плоскости поляризации этим веществом.
Явление вращения плоскости поляризации тесно связано со
структурой вещества. В органических веществах вращение
объясняется наличием атома углерода, асимметрично
соединенного с четырьмя различными атомами или радикалами.
Для одного и того же набора атомов или радикалов могут
существовать два зеркально-симметричных типа расположения
(рuс.З.1.), что вызывает для одного и того же химического вещества
различные направления вращения: правое и левое.
Направление вращения плоскости поляризации принято устанавливать для наблюдателя, смотрящего навстречу световому
лучу. Если плоскость поляризации поворачивается по часовой
стрелке, то вещество называется пр а в о в р а Щ а ю Щ и м , или положительным, в противном случае - л е в о в р а Щ а ю Щ и м, или
отрицательным.
Рис. 3.1. Различное расположение атомов или радикалов
относительно атома углерода
http://www.mitht.ru/e-library