Файл: FP_Opt_i_at_f_2.pdf

с – концентрация раствора.

Для объяснения вращения плоскости поляризации Френель предположил, что в оптически активных веществах световые волны, поляризованные по кругу вправо и влево, распространяются с неодинаковой скоростью.

Плоскополяризованный свет можно представить как суперпозицию двух

поляризованных по кругу волн, правого и левого вращения, с одинаковыми

амплитудами и частотами. На рис. 1 а обозначены: Е 1 - световой вектор

левой составляющей, Е 2 - правой, рр – направление суммарного вектора Е.

Если скорости распространения обоих волн неодинаковы, то по мере прохождения через

вещество один из векторов,

результирующий вектор Е будет поворачиваться в

сторону более «быстрого»

вектора Е 2 , и займет

положение QQ. Угол поворота будет равен φ.

Различие в скорости распространения света с разными направлениями круговой поляризации обусловлено асимметрией молекул. Молекулы право и левовращающих веществ являются зеркальным отображением друг друга. Модели зеркально-симметричных молекул яблочной кислоты показаны на рис.2.

Эти молекулы нельзя совместить ни поворотом,

ни перемещением.

В зависимости от пространственной структуры молекул одно и

то же вещество может

вращать плоскость поляризации по часовой стрелке (вправо), или против часовой стрелки

(влево).

Кроме естественной оптической активности, вещество может обладать искусственной оптической активностью, которая возникает в нем под

36

влиянием внешних воздействий, например, при внесении вещества в магнитное поле (эффект Фарадея).

Эффект Фарадея заключается в том, что оптически неактивные вещества приобретают способность вращать плоскость поляризации света, распространяющегося вдоль магнитного поля, в которое помещено вещество.

Опыт ставится по схеме (рис. 3): между скрещенными поляризатором и анализатором вводится оптически неактивное вещество, помещенное внутри катушки с большим числом витков. При включении электрического тока внутри катушки благодаря большому числу витков возникает сильное продольное магнитное поле. При этом наблюдатель видит посветление поля зрения прибора. Вращением анализатора можно убедиться, что

действительно имеет место поворот плоскости поляризации на некоторый угол φ.

Угол φ оказывается пропорциональным величине напряженности магнитного поля Н и длине исследуемого вещества l

Φ=VHl

Коэффициент V наз. постоянной Верде и зависит от рода вещества и длины волны света.

В последнее время эффект Фарадея широко используется в научных исследованиях.

Описание оборудования

Вращение плоскости поляризации нашло широкое применение для различных целей, в частности для определения процентного содержания сахара в растворах.

Вданной работе для этих целей используется прибор, называемый поляриметром. Устройства, предназначенные для исследования сахара, называются сахариметрами.

Вращение плоскости поляризации нашло широкое применение для различных целей, в частности, для определения процентного содержания сахара в растворах.

Вданной работе для этих целей используется прибор, называемый

поляриметром. Часто приборы, предназначенные для измерения

37

концентрации сахара, называют сахариметрами.

Основные части поляриметра: два николя П (поляризатор) и А (анализатор), расположенные в корпусе прибора, поддерживаемом штативом.

На поляризатор П падает естественный луч от осветителя. После поляризатора луч проходит исследуемый раствор, залитый в стеклянную трубку, помещенную в корпус прибора. Луч, прошедший через раствор, затем проходит через анализатор и попадает в окуляр. Анализатор может поворачиваться при помощи кремальеры. Угол поворота анализатора отсчитывается при помощи нониуса по разделенному на градусы лимбу.

Установить николи в положение перекрещивания по наблюдению изменения интенсивности прошедшего через них света с большой точностью очень трудно. Поэтому для повышения точности наблюдений, применяется полутеневой поляризатор, отличающийся от обычного специальной конструкцией поляризатора и анализатора. Поле зрения в таком поляриметре кажется разделенным на две половины. Анализатор необходимо вращать до тех пор, пока обе половины поля зрения не окажутся одинаково затемненными (рис.4 )

Часть стенки

корпуса прибора

представляет собой

крышку, которая может

откидываться на петлях. Во внутреннюю часть корпуса помещают поочередно трубки с исследуемыми растворами сахара.

Длина стеклянной трубки в нашем приборе – 2 дм.

Порядок выполнения работы

1.Включить источник света.

2.Открыв крышку и убедившись, что из прибора вынута трубка с раствором сахара, смотрят в нижний окуляр и вращением кремальеры устанавливают анализатор так, что обе половины поля зрения окуляра будут затемнены одинаково.

3.В верхнем окуляре наблюдают лимб с нониусом. При правильной

установке угол φ будет равен нулю, т.е. против нуля верхней шкалы (нониуса) стоит нуль нижней (лимба).

4. Определяют постоянную. Прибора следующим образом: заливают в стеклянную трубку раствор сахара известной концентрации и измеряют длину трубки в дециметрах, затем помещают трубку в корпус прибора, закрывают крышку и смотрят в нижний окуляр. Вращением кремальеры добиваются того, чтобы обе половины поля зрения были одинаково затемнены, как это было при начальной установке прибора.

38

Глядя в верхний окуляр, определяют угол поворота плоскости поляризации φ0.

5. Подставляя найденное значение φ0, известное значение с0 и измеренную длину трубки l в дм, из формулы

φ=κlс0

находят постоянную прибора к:

к= φ0/ lс0 (град/дм %).

6. Измерения угла φ делают 3 раза и находят три соответствующих значения к, из которых вычисляют среднее значение кср.

7.Выливают известный раствор, моют трубку, споласкивая

дистиллированной водой, и заливают раствор неизвестной концентрации с1. Помещают трубку в прибор и определяют угол φ1.

8.Подставляя φ1, кср, l в формулу: φ1= кср l с определяют концентрацию с1 (%)

9.То же самое проделывают со вторым раствором.

10.Все данные заносят в таблицу.

Контрольные вопросы

1.Явление вращения плоскости поляризации. Оптически активные вещества.

2.Гипотеза Френеля о вращении плоскости поляризации.

3.От чего зависит угол поворота плоскости поляризации? Как его измерить?

ЛИТЕРАТУРА:

1.И.В.Савельев. Курс общей физики, т2.- М.: «Наука», 1978, с.440-442.

2.Т.И.Трофимова. Курс физики, М.: «Высшая школа», 2002г., с.365-

367.

3. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. Курс физики, т.3. – М.: «Высшая школа», 1979г., с.162-165.

39

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА ПРИ ПОМОЩИ

ОПТИЧЕСКОГО ПИРОМЕТРА

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Электромагнитное излучение обусловлено колебаниями электрических зарядов, в частности зарядов, входящих в состав атомов и молекул вещества. Так, например , колебательное и вращательное движение молекул и атомов создает инфракрасное излучение , определенные перемещения электронов в атоме создают видимое и ультрафиолетовое излучение , торможение свободных электронов создает рентгеновское излучение и т.д.

Самым распространенным в природе видом излучения является тепловое излучение ; оно совершается за счет внутренней энергии вещества , и поэтому ведет к охлаждению излучающего тела .

Тепловое излучение присуще всем телам при любой температуре, отличной от нуля Кельвина . Оно имеет сплошной спектр , однако , распределение энергии в нем существенно зависит от температуры : при низких температурах тепловое излучение является преимущественно инфракрасным ( с длиной волны от 0,76 до 2000 мкм , при высокой температуре некоторую долю излучения составляют видимые световые лучи ( от 0,4 мкм до 0,76 мкм ) и невидимые ,ультрафиолетовые лучи.

Всякое тело, излучая энергию, вместе с тем поглощает часть энергии, излучаемой другими (окружающими) телами. Процесс поглощения ведет к нагреванию тела. Очевидно, что, теряя энергию путем испускания и в то же время получая энергию путем поглощения, данное тело, в конце концов, должно прийти в состояние теплового равновесия, при котором потеря энергии за счет испускания компенсируется энергией за счет поглощения. Температура, соответствующая этому состоянию, называется температурой теплового равновесия.

Тепловое излучение - единственное, которое может находиться в равновесии (термодинамическом) с излучающим телом.

Характеристики теплового излучения.

Для количественной оценки процессов теплового излучения и поглощения вводят следующие характеристики.

Энергической светимостью (излучательностью) тела называется физическая величина εт , численно равная энергии электромагнитных волн всевозможных частот ( или длин волн ) от 0 до ∞ , излучаемых за единицу времени с единицы площади поверхности тела .

40

(спектральной плотностью излучательности) тела называется физическая величина , числено равная отношению энергии dW, излучаемой за единицу времени с единицы площади поверхности тела посредством

электромагнитных волн в узком интервале частот от до d (или длин волн в вакууме от до d ) , к ширине этого интервала .

Поглощательной способностью (монохроматическим коэффициентом поглощения) тела называется безразмерная величина a ,T , показывающая ,

какая доля энергии электромагнитных волн с частотами от до d , падающих на поверхность тела , им поглощается:

a ,T dW погл. 1

dW пад.

Значение a ,T зависит от частоты , температуры , рода вещества и

состояния поверхности тела .

Тело, целиком поглощающее падающее на него излучения, т.е. тело, у которого коэффициент поглощения a ,T =1, называется абсолютно черным

телом .

В природе абсолютно черных тел

нет , близкими к абсолютно черному телу

является платиновая чернь , сажа , черный

бархат и др.

Моделью абсолютно черного тела может служить замкнутая полость с

41