Заказ работы

Заказать
Каталог тем

Самые новые

Значок файла Моделирование электротехнических устройств и систем с использованием языка Си: Метод указ. /Сост. Т.В. Богдановская, С.В. Сычев (6)
(Методические материалы)

Значок файла Механическая очистка городских сточных вод: Метод. ука¬з./ Сост.: к.т.н., доц. А.М. Благоразумова: ГОУ ВПО «СибГИУ». – Ново-кузнецк, 2003. - 29 с (7)
(Методические материалы)

Значок файла Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине “Бухгалтерский управленческий учёт” / Сост.: Щеглова Л.П.: СибГИУ. – Новокузнецк, 2003. – 18с (6)
(Методические материалы)

Значок файла Исследование элементов, узлов и устройств цифровой. вычислительной техники: Метод. указ. / Составители: Ю.А. Жаров, А.К. Мурышкин:СибГИУ.- Новокузнецк, 2004. - 19с (7)
(Методические материалы)

Значок файла Операционные усилители: Метод. указ. / Сост.: Ю. А. Жаров: СибГИУ. – Новокузнецк, 2002. – 23с., ил (7)
(Методические материалы)

Значок файла Исследование вольт-амперных характеристик биполярных транзисторов: Метод. указ./ Сост.: О.А. Игнатенко, Е.В.Кошев: СибГИУ.- Новокузнецк, 2004.-11с., ил (4)
(Методические материалы)

Значок файла Знакомство со средой MatLab. Приемы программирования (7)
(Методические материалы)

Каталог бесплатных ресурсов

Изучение вращения плоскости поляризации света оптически активным веществом

ИЗУЧЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫМ ВЕЩЕСТВОМ 1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1 Наблюдение явления вращения плоскости поляризации света рас-твором сахара. 2 Определение концентрации сахара в растворах по углу поворота плоскости поляризации света. 2 БИБЛИОГРАФИЯ 1 Савельев И.В. Курс физики: Учеб. пособие для студентов втузов.- [В 3-х т.].- Т.2: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.- М.: Наука, 1989.- 496 с. 2 Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: Высш. шк., 1998.- 542 с. 3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ Рисунок 1 Свет представляет собой поперечную электромагнитную вол-ну, которая характеризуется напряженностями электрического и магнитного полей. Векторы и колеблются во взаимно перпендикулярных направлениях в одинаковой фазе, а скорость распространения волны перпендикулярна векторам и (рисунок 1). Поэтому для описания закономерностей поляризации света достаточно знать поведение лишь одного вектора ( или ). Обычно выбирают вектор , называя его световым вектором, так как физиологическое, фотохимическое и фотоэлектрическое действия света вызываются колебаниями именно этого вектора. Световая волна складывается из множества независимых световых излучений отдельных атомов, поэтому различные направления колеба-ния вектора в ней равновероятны. Свет со всевозможными равнове-роятными ориентациями вектора называется естественным. Свет, в котором колебания светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Если колебания светового вектора проис-ходят только в одной плоскости, то это плоскополяризованный свет. Плоскость в которой колеблется вектор , называется плоскостью ко-лебаний. Плоскостью поляризации называется плоскость, в которой колеблется вектор . Если вектор меняется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу, то свет является эллиптически поляризованным, если круг - по-ляризованным по кругу. Рисунок 2 Поляризованный свет получают с по-мощью поляризаторов, пропускающих ко-лебания только определенного направления (кристаллы исландского шпата, турмалина, кварца, поляроиды). Поляризаторы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, называемой плоскостью поляризатора, и полностью задерживают перпендикулярные к ней. Колебания с амплитудой А, совершающиеся в плоскости, образующей угол ? с плоскостью по-ляризатора, можно разложить на два колебания с амплитудами (рисунок 2). Первое колебание пройдет через прибор, а второе будет задержано. Интенсивность прошедшей волны . В естественном свете все значения ? равновероятны, поэтому доля света, прошедшего через поляризатор, будет равна среднему значению = 1/2. При вращении поляризатора вокруг направления естест-венного луча интенсивность прошедшего света не изменяется, а ме-няться будет лишь ориентация плоскости его колебаний. Если на поляризатор падает плоскополяризованный свет амплитуды А0 и интенсивности I0 , то пройдет составляющая колебания с амплиту-дой A =A0 cos ? и интенсивность прошедшего света равна . Это соотношение называется законом Малюса. При на-личие двух поляризаторов, плоскости поляризации которых образуют угол ?, и падении на первый естественного света, из первого выйдет свет интенсивности , а из второго – I = . При ???????Imax = Iест., при ???? ??Imin= 0 - поляризаторы скрещены. При вращении второго поляризатора вокруг направления луча будем на-блюдать изменение интенсивности света от Imax до Imin . Рисунок 3 Поляризованный свет можно получить и при падении ес-тественного света на границу раздела двух диэлектриков (на-пример, на поверхность стек-лянной пластинки). Если угол падения отличен от нуля, то отраженный и преломленный лучи будут частично поляризо-ваны. Степень поляризации зависит от угла падения. Д. Брюстер установил, что при угле падения, определяемом соотно-шением tg i = , отраженный луч полностью поляризован (содержит только колебания перпендикулярные плоскости падения), а преломленный - частично (рисунок 3). Отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Степень поляризации преломленного луча можно увеличить, пропустив его через набор параллельных стеклянных пла-стинок, называемый стопой. Рисунок 4 Все прозрачные кристаллы (кро-ме имеющих кубическую решетку) обладают способностью двойного лучепреломления, обнаруженного впервые Э. Бартолином в кристалле исландского шпата. Двойное луче-преломление заключается в том, что в кристалле луч света разделяется на два: обыкновенный (о) и необыкновенный (е) (рисунок 4). Обыкно-венный подчиняется всем законам геометрической оптики, а необык-новенный не лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к границе раздела сред и для него отношение не остается посто-янным при изменении угла падения i1. Однако, в кристалле есть на-правление, вдоль которого лучи распространяются с одинаковой ско-ростью, не разделяясь. Любая прямая, параллельная данному направ-лению, является оптической осью кристалла. Плоскость, проходящая через луч и оптическую ось кристалла, называется главной плоско-стью. Оба луча плоскополяризованы, причем необыкновенный в глав-ной плоскости, а обыкновенный перпендикулярно к ней. Кристаллы бывают одноосные и двуосные. Для получения поляризованного света обычно применяют призмы и поляроиды. Призмы делятся на поляризационные, дающие только плоско поляризованный луч и двоякопреломляющие, дающие два луча, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Примером поляризационной призмы может служить призма Николя, представ-ляющая собой две призмы из исландского шпата, склеенные канадским бальзамом (смолообразное вещество, получаемое из канадской пихты, с n = 1,55) (рис.5). Обыкновенный луч на границе АВ испытывает пол-ное внутреннее отражение (n0=1,66) и поглощается зачерненной боко-вой поверхностью СВ. Необыкновенный выходит параллельно падаю-щему лучу, незначительно сместившись. Рисунок 5 Двоякопреломляющие кристал-лы обладают свойством дихроиз-ма, то есть различного поглощения света в зависимости от ориентации вектора . Например, пластинка турмалина толщиной 1 мм поглощает обыкновенный луч, пропуская только необыкновенный. Различие в поглощении зависит и от длины волны, что дает различную окраску кристалла по разным направлениям при освещении его белым светом. Дихроичные кристаллы применяются при изготовлении поляроидов. Примером поляроида может служить тонкая пленка из целлулоида, в которую вкраплены кристаллики герапатита (сернокислого йодхинина). Такая пленка при толщине около 1 мм полностью поглощает обыкновенные лучи в видимой области спектра. Поляроиды могут иметь большую площадь, но они менее прозрачны и термостой-ки, чем призмы. Оптическую анизотропию можно получить и искусственно. Опти-чески изотропные вещества становятся анизотропными под действием: 1) одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической системы, стекла); 2) электрического поля (жидкости, аморфные тела, газы); 3) магнитного поля (жидкости, стекла, коллоиды). Некоторые вещества (например, кварц, сахар, киноварь, винная ки-слота, скипидар) обладают способностью поворачивать плоскость по-ляризации и называются оптически активными. Они разделяются на право- и левовращающие. Вращение плоскости поляризации было объ-яснено О.Френелем. Плоскополяризованный свет можно рассматри-вать, как наложение двух лучей с одинаковой частотой и скоростью распространения, но поляризованных по кругу вправо и влево. Вслед-ствие наложения световых векторов обоих колебаний результи-рующий вектор в каждой точке поля располагается в одной плос-кости. В оптически активной среде скорость распространения лучей, поляризованных по кругу вправо и влево, различна. В таких средах ре-зультирующий вектор отклоняется относительно на угол тем больший, чем больше длина пути света в данной среде. Для величины угла поворота плоскости поляризации раствором экспериментально установлена следующая закономерность: , где -удельная постоянная вращения, с - концентрация раствора, l- длина пути луча в растворе. Измерив , l и зная , можно определить концентрацию раство-ра. 4 ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ 1 Сахариметр универсальный. 2 Поляриметрическая трубка. 3 Растворы сахара различной концентрации. 5 ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ Оптическая схема универсального сахариметра представлена на ри-сунке 6. Рисунок 6 Здесь 1 - электрическая лампочка; 2 - светофильтр; 3 - матовое стекло; 4 - конденсорная линза; 5 - поляризатор (призма Николя); 6,7 - трубка с раствором сахара; 8 - неподвижный кварцевый клин; 9,10 - подвижные кварцевые клинья. Кварцевые клинья 8, 9, 10 образуют компенсатор. Клин 8 сделан из левовращающего кварца, а клинья 9, 10 - из право-вращающего. Меняя на пути луча толщину клина 10, можно поворачи-вать плоскость поляризации света вправо на различные углы. 11- ана-лизатор, обнаруживающий поворот плоскости поляризации. Для большей точности результатов в сахариметрах используют "полутеневые" анализаторы. Для изготовления такого анализатора обычный Николь режут вдоль диагонали, проходящей через тупые уг-лы и у каждой половины сошлифовывают по небольшому клинообраз-ному слою, а затем эти половины склеивают. Колебания, пропускае-мые правой и левой половинами такого анализатора, составляют меж-ду собой небольшой угол. Если плоскость колебаний вектора пер-пендикулярна плоскости склеивания половинок призмы, то эти поло-винки анализатора освещены равномерно. При повороте плоскости ко-лебаний падающего луча однородность освещения нарушается. 12, 13 - линзы объектива зрительной трубы; 14 - окуляр зрительной трубы. Зрительная труба дает увеличенное изображение линии раздела поля зрения прибора. 15 - отражательная призма, поворачивающая луч света от лампочки на угол 900 для освещения шкалы прибора. 16 - защитное стекло, рассеивающее свет. 17 - шкала, 18 - нониус. 19, 20 - лупа, со-стоящая из двух линз. Шкала 17 связана с подвижным кварцевым кли-ном, поэтому смещение клина пропорциональное углу поворота плос-кости поляризации, передается на шкалу и отсчитывается при помощи лупы. Основными частями прибора являются узел измерительной головки и осветительный узел, соединенные между собой траверсой, на кото-рой укреплена камера для поляриметрических трубок. В нижней части измерительной головки находится рукоятка кремальерной передачи для перемещения подвижного кварцевого клина и шкалы. В сахариметре применяется шкала Вентцке. Сахариметр показывает 100, когда в поляриметрическую трубку длиной 200 мм при 200 С на-лит раствор, содержащий в 100 см3 26,026 г химически чистой сахаро-зы. Отсюда следует, что для получения концентрации раствора нужно отсчитанные по шкале градусы умножить на 0,26026. 6 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТА-ТОВ НАБЛЮДЕНИЯ 1 Включить сахариметр в сеть. 2 Отрегулировать окуляры по глазу наблюдателя так, чтобы четко была видны вертикальная линия, разделяющая поле зрения на две по-ловинки, штрихи и цифры шкалы. 3 Проверить установку прибора на нуль. Половинки поля зрения должны быть одинаково освещены при совмещении нулей шкалы и нониуса, если в камере отсутствует поляриметрическая трубка. 4 В камеру прибора поместить поляриметрическую трубку с одним из растворов. При этом нарушается одноцветность половинок зрения. Вращая рукоятку кремальерной передачи добиться одинаковой осве-щенности поля зрения. Произвести отсчет показаний с точностью до 0,1 деления шкалы (при помощи нониуса). Измерения повторить три раза. 5 Измерить по три раза углы поворота плоскости поляризации все-ми растворами сахара и данные занести в таблицу 1. 6 Для каждого раствора найти среднее значение и по формуле определить концентрацию в кг/м3. 7 По формуле вычислить удельную постоянную вращения. 8 Определить среднее значение . 9 Найти абсолютные погрешности и среднюю абсолютную погрешность . 10 Результат записать в виде 11 Определить концентрацию неизвестного раствора . 12 Построить график зависимости Z = f (?) и найти по нему кон-центрацию в процентах для неизвестного раствора. 13 По формуле найти плотность раствора. 14 Полученные результаты занести в таблицу 1. Таблица 1 № Z, % ?•103, кг/м3 ????i, 0Втц , 0Втц C, кг/м3 ?0i, 0Втц•м2/кг , 0Втц•м2/кг ??0i, 0Втц•м2/кг 7 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1 Какой свет называется поляризованным по кругу и эллипсу впра-во и влево, плоскополяризованным? 2 Какими методами можно получить плоскополяризованный свет? В чем заключается явление двойного лучепреломления? 3 Каковы свойства необыкновенного луча? 4 Как устроена призма Николя? 5 Сформулируйте законы Малюса и Брюстера. 6 Как устроен полутеневой анализатор? 7 Какие вещества называются оптически активными? 8 Как устроен сахариметр и в чем заключается принцип его дейст-вия?

Размер файла: 193.5 Кбайт
Тип файла: doc (Mime Type: application/msword)
Заказ курсовой диплома или диссертации.

Горячая Линия


Вход для партнеров