Поляризація при поглинанні

Однією з джерел поляризованого світла є плівки, у яких використовується ефект, званий дихроїзмом, тобто. властивістю сильніше поглинати один із променів.

У платівці турмаліну товщиною 1 мм звичайний промінь практично повністю поглинається, і світло плоскополяризоване. Такі пристрої, які називаються поляроїдами, можуть працювати як поляризатори. Поляризатор також можна використовувати як аналізатор.

Якщо плоскополяризоване світло падає на аналізатор, інтенсивність світла, що вийшло з аналізатора, дорівнює інтенсивності світла, що падає на аналізатор, помножена на квадрат кута косинуса між оптичними осями аналізатора і поляризатора.

Закон Малюса:

I0 - інтенсивність падаючого світла на аналізатор,

I - інтенсивність світла, що вийшов з аналізатора,

j - кут між площинами поляризатора та аналізатора.

При проходженні плоскополяризованого променя через оптично активні речовини спостерігається обертання поверхні поляризації.

У випадку обертання поверхні поляризації підпорядковується закону Біо.

a0 - питома постійна обертання,

c - концентрація речовини,

l - товщина шару розчину,

Для усунення явища обертальної дисперсії, тобто. Залежно від кута обертання від довжини хвилі, в приладах використовується світлофільтр. Тоді

де a0 - питома стала обертання, рівна збільшеному в 100 разів куті повороту площини поляризації шаром розчину товщиною 1 дм при концентрації речовини 1 г на 100 см 3 розчину, температурі 20 0 C і довжині хвилі світла l = 589 нм.

Отримане співвідношення є основою методу вимірювання концентрації оптично активних речовин. Цей метод (поляриметрії чи сахариметрії) широко використовують у медицині визначенняконцентрації цукру в сечі, у біофізичних дослідженнях, а також у харчовій промисловості.

ПРИСТРІЙ І ПРИНЦИП ДІЇ ПРИЛАДУ

Поляриметр (рис. 1) складається з головки аналізатора (6) з відліковою лупою (8), поляризатора (2) з дзеркалом (1) та підставки (9).

У розріз труби (7), що з'єднує головку аналізатора з приладом поляризації, встановлюється кювета для розчинів (3). Зорова труба служить для спостереження подвійного поля та складається з об'єктиву (5), окуляра (6), муфти аналізатора (4).

Мал. 1.

На малюнку 2 представлена оптична система поляриметра: 1 - дзеркало спрямовує світловий пучок із джерела світла в оптичну систему; поляризаційний пристрій складається з світлофільтра 2 і поляриметра 3; 4 - кварцова пластинка з діафрагмою, що виділяє середню область пучка; 5 – кювета; 6 - аналізатор з поляроїдної плівки; 7 – об'єктив; 8 – окуляр.

Мал. 2.

Вимірювання проводяться за градусною шкалою (рис. 3), яка складається з нерухомого лімба (верхні 20 поділів праворуч і ліворуч) та рухомого ноніуса (нижні поділки). Ціна поділу лімбу 10, ціна поділу ноніуса 0,10.

Нуль ноніуса показує цілі значення в градусах на лімбі, десяті градуси знімають по штриху ноніуса, що збігається з будь-яким штрихом лімба. У разі (рис. 3) значення дорівнює 3,5 0 .

Мал. 3.

Переміщенням окулярів зорової труби та відлікової лупи домогтися різкого та чіткого зображення ліній розділу поля зору та відлікового пристрою. Обертанням аналізатора можна зрівняти яскравості частин поля при більших і менших яскравостях, але вимірювання проводити тільки при чутливому положенні аналізатора, яке характеризується тим, що частини поля зрівняні примінімальних яскравостях. Незначне обертання аналізатора викликає різке порушення рівності яскравостей різних частин поля.

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Яка світлова хвиля називається плоскополяризованою?

2. Чим відрізняється природне світло від плоскополяризованого?

3. Що називається площиною поляризації?

4. Яке світло - природне чи поляризоване - випромінюють окремі атоми?

5. Що таке світловий вектор?

6. Що таке поляризатор? Що таке аналізатор?

7. Сформулюйте та запишіть закон Брюстера.

8. Запишіть та сформулюйте закон Малюса.

9. Внаслідок яких явищ може спостерігатися плоска поляризація світла (часткова чи повна)?

10. У чому поява подвійного променезаломлення?

11. Який промінь називається звичайним?

12. Який промінь називається незвичайним?

13. Що таке оптична вісь кристала?

14. Які площини у кристалі називаються головними?

15. У чому проявляється подібність і відмінність звичайної світлової хвилі та незвичайної світлової хвилі?

16. Що являє собою призма Ніколя?

17. Поясніть хід променів у призмі Ніколя.

18. У чому явище дихроїзму і навіщо воно використовується?

19. Які речовини називають оптично активними? Що до них належать? Для чого використовується їхня основна властивість?

20. Сформулюйте та запишіть закон Біо.

21. Що називається питомою постійною обертання речовини? У яких одиницях вона вимірюється? Від чого залежить?

22. Для якої мети під час роботи з поляризованим променем застосовується джерело монохроматичного світла чи встановлюється світлофільтр?

23. Яке призначення поляриметра?

ПЛАН ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Послідовність дій	Спосіб виконання завдання
1. Вивчення влаштування поляриметра.	1. Розгляньте оптичну схему медичного поляриметра, знайдіть основні вузли приладу.
2. Підготовка поляриметра до роботи. Визначення нульового відліку приладу без кювети.	1. Протріть усі оптичні деталі приладу серветкою, промийте кювету та покривне скло. 2. За допомогою освітлювача, дзеркала та окуляра налаштуйте прилад на максимальну різкість та яскравість шкали ноніусів та поля, розділеного на 2 частини. 3. Поверніть муфти аналізатора (6), щоб досягти рівності яскравостей частин поля зору (у чутливому положенні). 4. Зробіть відлік показань n0. Значення n0 знімати щонайменше 5 разів. За справжнє значення прийняти середнє n0.
ЗАВДАННЯ № 1
3. Дослідження оптичної активності дистильованої води.	1. Наповніть кювету дистильованою водою (вливати рідину у вертикальному положенні) до появи опуклого меніска. За допомогою покривного скла накрити меніск, уникаючи появи повітряних бульбашок, нагвинтити кришку кювети, уникаючи пошкодження покривного скла. 2. Вставити кювету у прилад. 3. Дивлячись в окуляр, зробіть висновок про оптичну активність дистильованої води, порівнюючи картину нульового положення та отриманого з кюветою.
ДОДАТОК. У разі порушення різкості зображення муфтою аналізатора (6) відновіть чітке зображення.
ЗАВДАННЯ № 2
4. Дослідження оптичної активності розчинів глюкози.	1. Заповніть кювету розчином глюкози будь-якої концентрації. 2. Вставте кювету у пристрій. 3. Налаштуйте на різкість. 4. Зробіть висновок про активність речовини, порівнявши картинки.
ЗАВДАННЯ № 3
5. Визначення концентрації розчинів глюкози.	1. Здійснити вимірювання для всіх розчинів відомої концентрації за схемою ООД, п. 4. 2. Занести результати в таблицю, провести розрахунок концентрацій за середнім значенням за формулою:

С% №	n1	n2	n3	n4	n5	nср.
2%
4%
6%

3. Здійснити вимір розчину невідомої концентрації, провести розрахунок концентрації.