Поляриметрический метод исследования оптически активных сред

Лабораторный вариант                                                     01.09.2020

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет

Кафедра общей и технической физики

общая физика

Лабораторная работа №7

ПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СРЕД

Методические указания к лабораторной работе

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2020

ПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ

 ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СРЕД

Цель работы

Экспериментально исследовать явление оптической активности сахарного раствора: определить угол поворота плоскости поляризации монохроматического света, удельное вращение и концентрацию раствора.

Теоретические сведения

Видимый свет представляет собой электромагнитные волны с длинами от 4⋅10–7 м до 7⋅10–7 м. В электромагнитной волне векторы напряженности электрического поля [pic 1] и магнитного поля [pic 2] взаимно перпендикулярны и одновременно перпендикулярны направлению распространения волны [pic 3] (рис. 1). Плоскость, проведенную через направления [pic 4] и [pic 5], называют плоскостью колебаний электрического вектора.

Для полной характеристики волны задают ее длину λ, модули векторов [pic 6] и [pic 7] а также ориентацию в пространстве плоскости колебаний электрического вектора. Если для некоторого пучка света плоскость колебаний электрического вектора не изменяет положение в пространстве, то такой свет называют линейно-поляризованным.

[pic 8]

Естественный или неполяризованный свет можно рассматривать как наложение многих электромагнитных волн, распространяющихся в одном и том же направлении, но со всевозможными ориентациями плоскостей колебаний. Таким образом, для неполяризованного света нельзя указать даже плоскость преимущественного расположения вектора [pic 9]. Все его ориентации равновероятны. Если же имеется какое-либо преимущественное направление ориентации вектора [pic 10], то световой пучок называют частично-поляризованным.

Если в световом пучке вектор [pic 11] имеет составляющие как по оси х, так и по оси у, причем [pic 12] и [pic 13], где ω – частота световой волны, то в каждый момент времени t эти составляющие складываются. Результирующий вектор, оставаясь постоянным по величине, вращается с частотой ω, а его конец описывает окружность. В этом случае говорят, что свет имеет круговую поляризацию.

Если составляющие вектора [pic 14] по осям х и у колеблются с одинаковыми частотами, но имеют либо разные амплитуды, либо разность фаз колебаний отличается от [pic 15] и т.д., то конец электрического вектора будет описывать эллипс и в этом случае говорят об эллиптической поляризации светового пучка. Таким образом, имеется пять типов поляризованного света:

∙ естественный или неполяризованный свет;

∙ частично-поляризованный свет;

∙ линейно- или плоско-поляризованный свет;

∙ свет, поляризованный по кругу (циркульно);

∙ эллиптически-поляризованный свет.

Пусть на поляризатор падает линейно-поляризованное излучение интенсивностью I0 (рис. 2). Разложим вектор [pic 16] на две составляющие, лежащие в главной плоскости поляризатора: Е|| = Е0cosϕ, и перпендикулярную составляющую E⊥ = E0sinϕ, где ϕ – угол между плоскостью колебаний электрического вектора, падающего на поляризатор излучения, и главной плоскостью поляризатора. Поскольку поляризатор пропускает излучение только с составляющей вектора [pic 17] лежащей в главной плоскости, то выходящее излучение имеет интенсивность