Краткая теория. Изучение вращения плоскости поляризации и определение концентрации сахарных растворов при помощи сахариметра.

Лабораторная работа №6

Изучение вращения плоскости поляризации и определение концентрации сахарных растворов при помощи сахариметра.

Цель: Изучение явления поляризации света и его применение в технике.

Принадлежности: сахариметр СМ, сахариметр универсальный СУ-1, набор поляриметрических трубок, растворы сахара с известными концентрациями, раствор сахара с неизвестной концентрацией.

Краткая теория

В основе устройства полутеневых поляриметров лежит явление вращения плоскости колебаний поляризованного света. Вещества, обладающие свойством вращать плоскость поляризации света, называются оптически активными. К их числу принадлежат ряд жидких и твердых органических веществ, а также некоторые минералы – кварц, киноварь и др. Различают «правое» и «левое» вращения. Если поворот плоскости колебаний вектора Е для наблюдения, смотрящего на встречу лучу, совершается по часовой стрелке – правовращающим, если против часовой стрелки - левовращающим. В случае твердого вещества угол вращения пропорционален толщине проходимого светом слоя, а в случае раствора угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине слоя и концентрации раствора : , где -удельное вращение вещества.

Величина зависит от состава растворенного вещества, от выбора растворителя и от длины волны света.

Следует заметить, что определение угла с помощью простейшей установки из поляризатора и анализатора на темноту довольно неточно. Поэтому применяются полутеневые поляриметры, устанавливаемые на равное освещение двух половин поля зрения в монохроматическом свете. Оптическая схема сахариметра приводится на рис.1, где - источник света, Ф – желто-зеленый светофильтр, Об – объектив, после которого параллельный пучок лучей проходит через трубку Т с раствором, ПП и ПА – поляризатор и анализатор, представляющие собой поляроиды, Об и Ок – объектив и окуляр зрительной трубы, К – кварцевая пластинка, вырезанная из кварца параллельно его оптической оси.

С введением кварцевой пластинки поле зрения поляриметра оказывается разделенным на три части: две крайние части, освещаемые поляризованным светом, прошедшим через ПП, и средняя часть поля зрения, освещаемая светом, прошедшим через ПП и кварцевую пластинку.

На рис.2 сплошными стрелками показаны направления амплитуд световых колебаний в указанных выше частях поля зрения. С помощью анализатора ПА можно добиваться одинакового затемнения всех частей поля зрения.

Рис.2.

Это будет, если плоскость световых колебаний, пропускаемых анализатором ПА, будет перпендикулярна биссектрисе угла между направлениями колебаний в средней и крайней частях поля зрения. При этом амплитуды колебаний света будут для всех частей поля зрения одинаковыми. Таким образом, в этом сахариметре роль установки на темноту играет установка всех частей поля зрения на одинаковую яркость. Поляриметры такого типа называются полутеневыми поляриметрами. Если после установки анализатора на одинаковую яркость всех полей зрения плоскости поляризации будут повернуты на один и тот же угол . В результате этого яркости средней и крайних частей поля зрения перестанут быть одинаковыми. Для восстановления равенства яркостей частей поля зрения, достаточно повернуть анализатор ПА на угол, равный . Это делается вращением головки фрикционного колесика Н, поворачивающего ПА (рис.3).

Затем делаются отсчеты по лимбу, разделенному на градусы, с помощью верньера (кругового нониуса) М. Верньер дает возможность отсчитывать углы поворота ПА с точностью до 0, 5˚. Если при установке угла поворота ПА окажется, что, например, 17-ое деление верньера совпадает с одним из делений лимба, то это значит, что к отсчету целых градусов по лимбу нужно добавить .

Рис.3.