Описание экспериментальной установки

Экспериментальная проверка закона Малюса производится на установке, схема которой приведена на рис. 3. Свет от источника (лампы накаливания) 1 проходит через диафрагму 2, объектив 3, поляризатор 4, анализатор 5 и падает на фотоэлемент 6. Возникающий ток, пропорциональный освещенности фотоэлемента, регистрируется микроамперметром.

Рис. 3

Измерение угла поворота плоскости колебаний при прохождении линейно поляризованного света через водный раствор сахара производится в данной работе с помощью полутеневого поляриметра СМ–3, оптическая схема которого представлена на рис. 4. В этом поляриметре источником света является натриевая лампа 1, в излучении которой доминирует свет с длиной волны 589 нм. Пучок света проходит через светофильтр 2, конденсор 3, поляризатор 4, кварцевую пластинку 5, защитное стекло 6, жидкостную кювету 7, анализатор 8, объектив 9, окуляр 10. Вид поля зрения показан на рис. 5.

Рис. 4

Кварцевая пластинка 5 перекрывает половину поля зрения и вызывает поворот плоскости колебаний на небольшой угол α₀ =5 – 7˚ (от плоскости Р_п до плоскости Р_к). Поэтому интенсивности лучей, прошедших через анализатор, будут в общем случае в этих частях поля зрения различными. Если же плоскость пропускания анализатора Р_а делит угол между плоскостями Р_п и Р_к пополам, то яркости соответствующих частей поля зрения будут одинаковы.

Рис. 5

В положении Р_а, изображенном на рис. 5, части поля зрения одинаково затемнены (именно так производится настройка прибора, поскольку чувствительность глаза выше при меньшей освещенности).

Трубка 7 с исследуемым раствором помещается между поляризатором с кварцевой пластинкой и анализатором (см. рис. 4). Если исследуемое вещество является оптически активным, то оно поворачивает плоскости колебаний всех лучей (идущих через кварцевую пластинку и вне ее) на определенный угол φ. Яркости частей поля зрения становятся различными. Но можно снова установить анализатор на равное затемнение поля зрения, повернув его на угол φ. Угол поворота анализатора измеряется по шкале лимба с применением нониуса.

При проведении измерений следует производить фокусировку зрительной трубы поляриметра путем осторожного перемещения окуляра.

Измерения и обработка результатов

Упражнение 1. Проверка закона Малюса.

Получите изображение диафрагмы на фотоэлементе и, поворачивая один из поляроидов вокруг направления луча, добейтесь минимальной интенсивности света, падающего на фотоэлемент. Такая установка соответствует углу α = 90˚ между плоскостями пропускания поляризатора и анализатора. Исследуйте зависимость фототока i от угла α, поворачивая анализатор в пределах от 0 до 180˚ и регистрируя фототок через каждые 10˚.

Постройте график зависимости i от cos²α. Данные для α, cosα, cos²α, i сведите в таблицу:

Проанализируйте полученные результаты.

Упражнение 2. Определение концентрации сахара в растворе.

Изучите устройство и принцип действия поляриметра СМ–3.

Определите с помощью поляриметра угол поворота плоскости колебаний при прохождении линейно поляризованного света через водный раствор сахара. Зная постоянную вращения и длину жидкостной кюветы (указана на ней), по формуле (2) определите концентрацию сахара в растворе.

Аналогичные измерения и вычисления проведите для раствора с другой концентрацией сахара.