САХАРА САХАРИМЕТРОМ

Цель работы: Получение и исследование поляризованного света, ознакомление с явлением оптической активности

Задачи работы:

1. Изучение поляризационных приборов (сахариметра);

2. Определение концентрации раствора сахара.

Приборы и принадлежности: сахариметр, набор трубок различной длины с раствором сахара.

Теоретическое введение

С точки зрения электромагнитной теории свет – это поперечная электромагнитная волна. Электромагнитная волна представляет собой периодическое изменение в пространстве и во времени электрического и магнитного полей, распространяющихся во все стороны от той области пространства, где происходят электромагнитные колебания.

Бегущая электромагнитная волна описывается взаимно перпендикулярными векторами напряженности электрического Е и магнитного Н полей, изменяющимися синхронно (т.е. в одинаковой фазе) и перпендикулярными направлению скорости распространения волны.

Рисунок 1 - Поперечная электромагнитная волна

Вектор Е называется световым вектором, и все дальнейшие рассуждения мы ограничим рассмотрением этого вектора, так как он играет более важную роль в большинстве известных процессов взаимодействия света с веществом.

Если при распространении световой волны направление колебаний светового вектора бессистемно, хаотически изменяется и, следовательно, любые его направления равновероятны, то такой свет называется естественным.

                                                              Е

        Е             Е

                                                  Е                  Е

                                                      Е           Е

                                                                  Е

 Рисунок 2 - Колебания светового вектора Е в естественном свете

Большинство природных и искусственных источников света излучают именно такой свет.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора упорядочены каким-либо образом, называется поляризованным.

Если колебания вектора Е могут совершаться лишь в одном определенном направлении, то свет называется линейно или плоско поляризованным. (Рис 3а)

Если же колебания вектора Е совершаются так, что его конец описывает круг или эллипс, то свет называется соответственно поляризованным по кругу или эллиптически поляризованным (рис 3 б, в).

                                                                                Е

      Е                            Е                                  

            а)                 б)                            в)

Рисунок 3 - Колебания светового вектора Е в  поляризованном свете

Плоскость, в которой колеблется световой вектор (Е), называется плоскостью колебаний. Плоскость, в которой происходит колебание вектора Н, называется плоскостью поляризации. Эти понятия применимы для линейно поляризованных плоских волн. Для получения линейно поляризованного света применяются оптические приборы-поляризаторы.

Плоскость колебаний светового вектора в волне, прошедший через поляризатор, называется плоскостью поляризатора. Поляризатор можно использовать для исследования поляризованного света, т.е. в качестве анализатора. Найдем интенсивность I линейно поляризованного света после прохождения через анализатор.

                                                   Е

Рисунок 4 - Амплитуда выходящего из анализатора света

Пусть Е – амплитуда светового вектора, прошедшего поляризатор,  - плоскость анализатора. Амплитуду светового вектора Е можно разложить на две взаимно перпендикулярные составляющие  и , одна из которых  проходит через анализатор. Колебания, перпендикулярные к направлению , не проходят через анализатор. Из рис. 4 видно, что амплитуда выходящего из анализатора света

.

Так как интенсивность света I пропорциональна квадрату амплитуды, то

                                                 ,                                         (1)

где I₀ – интенсивность поляризованного света, вышедшего из поляризатора (падающего на анализатор);

I_a – интенсивность поляризованного света, вышедшего из анализатора;

- угол между плоскостью колебаний падающего на анализатор луча и плоскостью анализатора.

Соотношение (1) носит название закона Малюса.

Поставим на пути естественного луча два поляризатора (второй – анализатор), плоскости которых образуют угол . Из первого поляризатора выйдет плоскополяризованный луч, интенсивность которого I₀ составит половину интенсивности естественного света I_ест

.

Согласно закона Малюса из второго поляризатора (анализатора) выйдет свет интенсивности I, равной

Максимальная интенсивность, равная , получается при  (плоскости поляризатора и анализатора параллельны). При  интенсивность I_а=0 (скрещенные поляризатор и анализатор света не пропускают).