Определение нулевого угла

 

φ01	φ02	φ03	. φ0 ср

 

Результаты измерений концентрации растворов

 

№ трубки	Длина трубки l,дм	φ0	φ /	φ= φ /- φ0	φср	Концентрация раствора С,%

Контрольные вопросы

 

1. Чем отличается естественный свет от плоскополяризованного?

2. Могут ли продольные волны быть плоскополяризованными? Почему?

3. Что называется плоскостью поляризации?

4. От чего зависит угол поворота плоскости поляризации при прохождении света через оптически активное вещество?

 

Литература

 

1. Кортнев А.В. и др. Практикум по физике. М.: Высшая школа, 1965, раб.35.

2. Физический практикум: В 2-х т. /Под ред. В.И.Ивероновой. М.: Наука, 1968, т.2, задача 147.

3. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3-х т. М.: Наука, 1982, т.3

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8

МАГНИТНОЕ ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ

СВЕТА

 

Ц е л ь р а б о т ы :

1. Ознакомиться с явлением магнитного вращения плоскости поляризации

2. Установить зависимость угла поворота плоскости поляризации от длины волны света;

3. Определить зависимость угла поворота плоскости поляризации от напряженности магнитного поля;

4. Определить постоянную Верде.

О б о р у д о в а н и е : Поляриметр полутеневой с электромагнитом, трансформатор, выпрямитель, амперметр.

 

 

Теоретические сведения

 

Существует ряд веществ, которые способны поворачивать плоскость поляризации проходящего через них света. Такие вещества получили название оптически активных. Причем одни из них обладают этим свойством в обычных условиях (естественное вращение плоскости поляризации), а другие приобретают его в магнитном поле. Явление вращения плоскости поляризации впервые наблюдалось Фарадеем.

В целом магнитное вращение обусловлено возникновением ассиметрии оптических свойств вещества под действием магнитного поля. Эта асиметрия вызвана в свою очередь прецессией вращения зарядов, имеющихся в теле.

Предположим, что на некоторое тело, находящееся в магнитном поле, падает плоскополяризованный свет. Колебания вектора , имеющегося в плоскополяризованной волне, можно разложить на два вращательных движения, совершаемых в противоположных направлениях.

Таким образом, плоскополяризованная волна может быть разложена на две волны, поляризованные по кругу, одна из которых будет левоциркулярной, другая – правоциркулярной. В силу отмеченной выше прецесии вращения зарядов в магнитном поле скорости распространения волн, поляризованных по часовой стрелке и против нее, оказываются в этой среде различными. Различными окажутся и коэффициенты преломления для правоциркулярной и левоциркулярной волн. Поэтому при прохождении в данном веществе равного геометрического пути lобе волны в действительности пройдут разный оптический путь, благодаря чему между этими волнами возникает разность фаз:

,

где n_н - коэффициент преломления волны правоциркулярной;

n_л - коэффициент преломления волны левоциркулярной;

l(n_н - n_л) – оптическая разность хода обеих волн.

На выходе из оптически активного вещества этот сдвиг фаз сохраняется, что и обуславливает поворот плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации света определяется соотношением

,

где l - длина пути света параллельно силовым линиям в образце,

H - напряженность магнитного поля, в котором находится вещество,

- постоянная Верде (величина, показывающая на сколько угловых минут повернет плоскость поляризации активное вещество длиной 1 м при напряженности магнитного поля 1 А/м).

Зависимость поворота плоскости поляризации от длины волны света является вращательной дисперсией. В первом приближении угол вращения обратно пропорционален квадрату длины волны (закон Био):

 

 

Рис.15

 

Направление вращения плоскости поляризации зависит от природы вещества и направления магнитного поля.

Если свет распространяется в направлении силовых линий (от N к S ) и плоскость поляризации вращается по часовой стрелке от наблюдателя, смотрящего огт источника света, то направление вращения является положительным.

Блок- схема установки приведена на рис.15. Из источника 1 (лампа накаливания) свет направляется на сменные светофильтры и далее в объектив 2. Из объектива узкий параллельный пучок попадает в поляризатор 3, на выходе которого мы имеем плоскополяризованный пучок света. Далее пучок входит в соленоид 4 параллельно магнитным силовым линиям.

Внутри соленоида в специальной кювете расположен кристалл FeCl₂ . пройдя через кристалл 5. Свет попадает в анализатор и далее через окуляр в глаз наблюдателя.

В отсутствии магнитного поля FeCl₂ не обладает оптической активностью. Анализатор 6 и окуляр 7 жестко соединены между собой и могут поворачиваться вокруг оси ОО^¢ относительно других частей прибора. Угол поворота может быть определен по лимбу, на котором нанесены деления в градусах. Кроме того, имеется нониус, позволяющий снимать показания с точностью до 0,1°. Вращение подвижной системы (анализатор-окуляр) производится с помощью ручки окуляра.

Питание электромагнита осуществляется от сети переменного тока 220 В через выпрямитель. ..регулировка тока выполняется реостатами, а величина тока контролируется по амперметру. С помощью перекидного ключа можно менять направление тока в обмотке электромагнита.

 

Для подготовки прибора к работе необходимо:

1. Подключить установку к сети 220 В и установить соответствующий светофильтр.

2. Вращая ручку окуляра, добиться минимальной освещенности поля зрения.

3.После выполнения указанных мероприятий можно приступить к выполнению лабораторной работы.

 

Измерение и обработка результатов:

1. Определение нулевого отсчета j₁ на лимбе. Найти показания на лимбе, соответствующие наименьшей освещенности при токе I₀=0 и зеленом светофильтре.

Вращая ручку окуляра, найдите такое положение, при котором поле зрения имеет наименьшую освещенность. Снимите показания на лимбе (с учетом нониуса) и занесите в таблицу 7.

 

 

 

Таблица 7

№ пп	Показания на лимбе j1	Среднее значение

 

Окончательный результат измерений:

2. Зависимость угла поворота плоскости поляризации от длины волны l Между источником свет а и объективом установите светофильтр, перекидной ключ поставьте в положение (+), ток в электромагните плавно поднимается до +I_maх. Вращая ручку окуляра, добейтесь минимальной освещенности поля зрения. Плавно уменьшите величину тока до нуля, ключ поставьте в положение (- ) и снова ток поднимите до +I_maх. Результаты занесите в таблицу 2. Измерения выполните для всех светофильтров.

Постройте график. По оси абсцисс отложите длину волны в , а по оси ординат - суммарный угол поворота плоскости поляризации при измерении тока от +I_maх до -I_maх. Для светофильтров приняты следующие значения: красный - l = 700 , зеленый - l = 5500 , синий - l = 4700 .

 

Таблица 2

Длина волны l ( )	№ измерения	Угол поворота j	Суммарный угол поворота
При +I maх	При – Imaх
Красный 7700
Зеленый 5500
Синий 4700

3. Зависимость угла поворота плоскости поляризации от напряженности магнитного поля H. Для использованного в настоящей работе электромагнита связь с силой тока I можно выразить соотношением

, k = 70,

где - магнитное поле, А/м; I - сила тока в обмотке, А; k - постоянный коэффициент. Установив светофильтр и поставив ключ в положение (+), поднимите ток до I₁ и, вращая ручку окуляра, добейтесь минимума освещенности. Данные занесите в таблицу 3. Измерения повторите для токов I₂ и +I_maх при положении ключа (+). При каждом изменении тока измерения угла проведите три раза. Измерение повторите при положении ключа (+).

 

Таблица 3

№ измерения	l	Направление тока	Угол поворота плоскости поляризации при
I1	I2	Imaх
		+
		_

 

 

4. Вычисление постоянной Верде для кристалла FeCl₂. Используя данные предыдущих задач, вычислить постоянную Верде.

Длину кристалла принять равной l = 7,0 см.

Примечания:

1. Наблюдаемые в опыте углы поворота плоскости поляризации малы по абсолютной величине. Поэтому процедура измерений требует особого внимания и каждый отсчет необходимо повторять не менее трех раз.

2. При токе I_maх обмотка электромагнита нагревается. В этом случае необходимо измерения производить достаточно быстро.

 

Контрольные вопросы

 

1. Какой свет называется поляризованным?

2. Какие вещества называются оптически активными?

3. Что называется плоскостью поляризации?

4. В чем заключается явление Фарадея?

5. Какая картина будет наблюдаться. Если через соленоид пропускать переменный ток?

6. Объясните физический смысл постоянной Верде?

 

 

Литература

 

 

1. Кортнев А.В. и др. Практикум по физике. М.: Высшая школа, 1965, раб. 76.

2. Физический практикум: В 2-х т. /Под ред. В.И.Ивероновой. М.: Наука, 1968, т.2, задача 148.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9