Мета роботи: вивчити природне повертання площини поляризації світлової хвилі оптично активними речовинами і штучне повертання цієї площини магнітним полем.
Прилади і матеріали: сахариметр СУ – 4; досліджувані рідини; соленоїд; випрямляч ВС – 24М.
Теоретичні відомості
Світло, в якому напрями коливань впорядковані певним чином, називається поляризованим. Прилади за допомогою яких здійснюється поляризація світла, називаються поляризаторами. Найбільш поширеними є поляризаційні призми, поляроїди, діелектричні дзеркала. Призма Ніколя може служити і для виявлення поляризованих променів і в цьому випадку називається аналізатором. При цьому використовується та її властивість, що дві призми розміщені одна за одною, пропускають світло, якщо їх оптичні осі паралельні, і зовсім не пропускають світла, якщо їх оптичні осі перпендикулярні – схрещені ніколі.
Будь – яка площина, що проходить через оптичну вісь, називається головним перерізом або головною площиною кристала.
1. Природне повертання площини поляризації
Проходження поляризованого світла через деякі речовини супроводжується повертанням площини поляризації в результаті взаємодії електричного поля світлової хвилі з молекулами і атомами речовини. Речовини, які повертають площину поляризації, називаються оптично активними. Вони характеризуються або асиметрією молекул, або асиметричним гвинтовим розміщенням атомів в кристалі.
Для оптично активних розчинів кут повертання площини поляризації
(1) , де [(] – коефіцієнт, що називається сталою повертання, С – концентрація розчину, l – довжин шляху світла в розчині.
2. Повертання площини поляризації світла в магнітному полі
Оптично активні речовини набувають властивості повертати площину поляризації під дією магнітного поля. Це явище називається ефектом Фарадея. Воно спостерігається тільки при поширенні світла уздовж напряму намагніченості. Магнітне повертання площини поляризації обумовлене прецесією електронних орбіт в атомах речовин, яка виникає під дією магнітного поля. Кут повертання площини поляризації пропорційній довжині шляху світла в речовині і напруженості магнітного поля:
(2) , де v – коефіцієнт пропорційності, який називається сталою Верде, або питомим магнітним повертанням. Напруженість магнітного поля в соленоїді:
(3) , де N – повне число витків соленоїда, l – довжина соленоїда, І – сила струму, що протікає через соленоїд.
Якщо то підставляючи формулу (3) в формулу (2), отримаємо:
(4)
згідно з формулою (4) графік залежності ( від І повинен мати вигляд прямої лінії, з нахилу якої можна вирахувати сталу Верде: (5) , де V – виражається в кутових мінутах на ампер.
Хід роботи
Завдання №1. Визначення залежності кута повертання площини поляризації від концентрованого розчину.
Включити сахариметр в мережу. Закрити кришку кюветного відділення без установлення в ньому кювети. Включити освітлювач кнопкою 9.
Сфокусувати зорову трубку на виразне бачення.
Поворотною обоймою 6 ввести оранжевий фільтр.
Зрівняти яскравість полів порівняння повертанням рукоятки 4 клинового компенсатора. Переконатися в тому, що установку полів порівняння на однакову яскравість можна здійснювати при двох положеннях рукоятки 4, які відповідають світловому і темному полям.
Установити трубку з дистильованою водою в кювет не відділення і сфокусувати окуляр на чітке бачення межі розділу полів.
Поворотом рукоятки 4 старанно зрівняти яскравості полів і записати відповідний відлік по ноніусу. Якщо нуль ноніуса знаходиться правіше від нуля шкали, відліку приписується знак “+”, якщо нуль ноніуса знаходиться лівіше нуля шкали – знак “-”. Вимірювання виконувати не менше 3 разів. Середнє значення цих відліків дасть нульовий відлік:
, де к=3 – число відліків; алгебраїчна сума відліків;
аналогічні операції виконати з трьома розчинами цукру, з яких один з відомою концентрацією. А два інші – з невідомим концентраціями.
Вирахувати відповідні кути повороту площини поляризації: . Перерахувати в кутових градусах (одна поділка відлікової шкали лімба відповідає 0,3462().
Використовуючи значення ( для розчину з відомою концентрацією, за формулою (1) розрахувати [(]. Довжина трубок вказана на робочому місці.
Використовуючи значення [(] і значення (і для розчинів 1 і 2, за формулою (1) визначити концентрації цих розчинів.
Повторюючи вимірювання декілька разів, знайти похибки вимірювання фізичної величини.
Завдання №2. Вивчення повертання площини поляризації під дією магнітного поля.
Повторити пункти 5 і 6 завдання №1.
Помістити в кювет не відділення трубку, заповнену дистильованою водою, з намотаним на неї соленоїдом. Під’єднати кінці соленоїда до клем А і В випрямляча.
Повернути регулятор струму випрямляча в крайнє ліве положення і включити випрямляч в мережу. При не натиснутій конці С стрілка амперметра не повинна відхилятися.
При відсутності струму маховики 4 зрівняти яскравості полів порівняння і зробити відлік по шкалі. В залежності від того, в яку сторону переміщується нуль ноніуса, зробити висновок про праве чи ліве повертання площини поляризації. Зробити поправку на нуль і внести відлік в таблицю.
Тримаючи кнопку С в натиснутому стані, регулятором струму установити силу струму 2А. Зрівняти яскравості полів порівняння, зробити відлік і внести поправку на нуль. Значення записати в таблицю.
Змінюючи силу струму через 1А до 10А, виконати вимірювання, аналогічні попереднім. Увага! Щоб запобігти перегріву випрямляча, вимірювання слід проводити при включення кнопки С і з інтервалом більше 2хв. Заповнити таблицю. Число витків соленоїда вказане на робочому місці.
Побудувати графік залежності ( від сили струму І. З графіка визначити і за формулою (5) розрахувати сталу Верде.