Хід роботи

1. Виставити покажчик кута повороту аналізатора на нуль і, обертаючи поляризатор, добитися проходження через гальванометр струму максимальної сили.

2. Регулюючи силу струму лампочки розжарення освітлювача та змінюючи режим роботи кола гальванометра, добитися відхилення стрілки гальванометра на всю шкалу і записати це значення і₀ в таблицю.

3. Обертаючи аналізатор, зняти покази гальванометра для кожного з кутів від 0 до 90. Відповідні значення кутів α та сил струмів і занести до таблиці.

4. Для кожного з кутів α розрахувати функцію

. (3)

5. Для кожного значення кута α обчислити значення квадрату його косинуса () та занести результат до таблиці.

6. Побудувати графік залежності у від . Згідно закону Малюса ця залежність повинна зводиться до виразу .

7. За графіком залежності у від зробити висновок щодо виконання закону Малюса.

Таблиця вимірювань

=

α,
i,

Контрольні запитання

1. Яке світло називають плоскополяризованим?

2. Яка причина того, що природне світло неполяризоване?

3. Записати і сформулювати закон Малюса.

4. Записати формулу і пояснити закон Брюстера.

5. У чому полягає суть явища подвійного променезаломлення.

6. Пояснити принцип роботи призми Ніколя.

Лабораторна робота № 5.6 Визначення концентрації цукру в розчині поляриметром

Мета роботи: визначити концентрацію цукру в розчині за допомогою обертання площини поляризації світла.

Теоретичні відомості

(теорію до даної роботи див. також у конспекті лекцій, §§6.8-6.9)

Як відомо, світло – це електромагнітна хвиля, в котрій у взаємно перпендикулярних напрямках коливаються вектори напруженості електричного () та магнітного () полів. Вектори напруженості коливаються у напрямках, перпендикулярних до напрямку поширення хвилі. Світло, в якому коливання вектора (його ще називають світловим вектором) відбуваються лише в одній площині, називається плоскополяризованим. Якщо існує тільки переважний напрямок коливань світлового вектора, то світло називається частково поляризованим.

У природних джерел світла світлові хвилі випромінюються кожним атомом незалежно. Внаслідок цього напрямок коливань вектора (або ) світлової хвилі, залишаючись перпендикулярним до напрямку поширення, весь час змінює своє положення в просторі. Тому природне світло неполяризоване.

Площина, в котрій відбуваються коливання вектора , називається площиною поляризації. У природного світла площин поляризації безліч, у плоскополяризованого – одна.

Явище виділення плоскополяризованого світла з природного або частково поляризованого називається поляризацією світла, а прилади за допомогою яких його здійснюють – поляризаторами (див. ще розділ «Теоретичні відомості» до лабораторної роботи № 5.5).

Під час проходження плоскополяризованого світла через деякі речовини спостерігається обертання площини поляризації. Речовини, які мають таку властивість, називаються оптично активними. До них належать кристалічні тіла (кварц, кіновар), чисті рідини (скипидар, нікотин) і розчини оптично активних речовин в неактивних розчинниках (водні розчини цукру, винної кислоти).

Кристалічні речовини, наприклад, кварц краще обертають площину поляризації тоді, коли світло поширюється вздовж оптичної осі кристалу. Кут обертання прямо пропорційний шляху ℓ, що проходить промінь у кристалі

(1)

Коефіцієнт α₁ називається сталою обертання. Стала обертання залежить від довжини хвилі світла (дисперсія обертальної здатності).

У розчинах кут обертання площини поляризації пропорційний не лише шляху проходження променя в розчині ℓ, а й концентрації с активної речовини

(2)

де α – питома обертальна здатність розчину.

В залежності від напрямку обертання площини поляризації оптично активні речовини діляться на право- і лівообертальні. Напрямок обертання відносно променя не залежить від напрямку його поширення в оптично активному середовищі.

Згідно сучасних уявлень плоскополяризований промінь, входячи в оптично активну речовину, розбивається на два поляризовані по колу промені, в яких вектор обертається у протилежних напрямках, поширюючись з різною швидкістю. Іншими словами, плоскополяризований промінь можна уявити як суперпозицію двох поляризованих по колу хвиль з однаковими частотами і амплітудами. Якщо швидкості поширення обох хвиль неоднакові, то при проходженні через речовину один із векторів буде повертатись на інший кут, ніж другий, внаслідок чого площина коливань результуючого вектора повернеться на певний кут відносно свого початкового положення.

Різниця у швидкостях поширення світла з різним напрямком колової поляризації зумовлена асиметрією молекул або асиметричним розміщенням атомів у кристалі.