ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.01.2021
Просмотров: 1059
Скачиваний: 1
21
раствора
,
к
толщине
слоя
и
концентрации
раствора
.
Таким
образом
,
в
слу
-
чае
раствора
этот
угол
пропорционален
еще
и
концентрации
c
раствора
:
φ
= [
α
] ·
l · c.
(3)
В
отличие
от
удельного
вращения
α
кристаллов
этот
коэффициент
для
рас
-
творов
обозначается
через
[
α
].
Удельное
вращение
зависит
от
длины
волны
света
.
Поэтому
одно
и
то
же
активное
вещество
поворачивает
плоскость
колебаний
волн
различ
-
ной
длины
на
различные
углы
.
Обычно
φ
возрастает
с
уменьшением
α
.
Это
явление
называется
вращательной
дисперсией
.
Простейшая
установка
для
измерения
угла
вращения
плоскости
колеба
-
ний
состоит
из
источника
монохроматического
света
S,
поляризатора
П
,
кюве
-
ты
К
с
исследуемым
веществом
и
анализатора
А
(
рис
. 4).
Очевидно
,
что
при
скрещенных
поляризаторе
и
анализаторе
и
отсутствии
раствора
свет
будет
полностью
гаситься
.
Если
кювету
К
наполнить
раствором
оптически
активно
-
го
вещества
,
то
вследствие
вращения
плоскости
колебаний
наступит
просвет
-
ление
поля
зрения
.
Угол
,
на
который
нужно
повернуть
анализатор
для
полного
затемнения
,
будет
равен
углу
вращения
плоскости
колебаний
вектора
Е
®
.
Явление
вращения
плоскости
колебаний
находит
широкое
примене
-
ние
в
промышленности
для
измерения
и
контроля
концентрации
оптически
активных
растворов
.
Зная
удельное
вращение
α
данного
вещества
и
длину
трубки
l
,
можно
,
измерив
угол
поворота
φ
,
определить
по
формуле
(3)
кон
-
центрацию
раствора
c
.
Приборы
,
служащие
для
исследования
растворов
(
преимущественно
сахарных
),
вызывающих
вращение
плоскости
колеба
-
ний
,
носят
название
сахариметров
.
В
поляриметрах
вращение
анализатора
измеряется
в
угловых
граду
-
сах
,
а
в
сахариметрах
сразу
указывается
процентное
содержание
сахара
в
растворе
.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
УДЕЛЬНОГО
ВРА
Щ
ЕНИЯ
КВАРЦА
С
ПОМО
Щ
ЬЮ
ПОЛЯРИМЕТРА
Приборы
и
принадлежности
:
поляриметр
,
кварцевые
пластинки
.
Устройство
и
принцип
работы
поляриметра
Поляриметр
предназначен
для
измерения
оптической
активности
твердых
и
жидких
веществ
в
угловых
градусах
.
П
S
А
К
О
1
По
ле
зр
ения
Рис
. 4
О
О
22
Ввиду
того
что
глаз
более
чувствителен
к
сравнению
освещенностей
,
чем
к
абсолютному
их
измерению
,
поле
зрения
в
поляриметре
делится
на
три
равные
части
(
рис
. 5)
с
помощью
до
-
полнительной
тонкой
кварцевой
пластин
-
ки
.
Опуская
подробное
описание
работы
поляриметра
,
можно
отметить
,
что
отсчет
угла
поворота
плоскости
колебаний
век
-
тора
Е
®
оптически
активного
вещества
ос
-
нован
на
уравнивании
яркости
трех
частей
поля
зрения
:
средней
и
двух
бо
-
ковых
.
Работа
с
поляризатором
состоит
в
следующем
.
Вращением
анализа
-
тора
устанавливают
его
в
положение
,
при
котором
освещенность
трех
час
-
тей
поля
зрения
будет
одинаковой
(
рис
. 5
в
).
Записывают
полученное
зна
-
чение
угла
φ
0
,
соответствующее
исходному
положению
анализатора
.
Затем
в
поляриметр
помещают
оптически
активное
вещество
.
При
этом
равномерность
освещения
частей
поля
зрения
нарушается
.
Дальней
-
шим
поворотом
анализатора
вторично
добиваются
равномерной
освещен
-
ности
всего
поля
зрения
и
отсчитывают
угол
поворота
φ
1
.
Искомый
угол
φ
вращения
плоскости
колебаний
находится
по
разности
φ
=
φ
1
–
φ
0.
На
рис
. 6
приведен
внешний
вид
поляриметра
.
Источником
света
в
поляриметре
является
лампа
накаливания
1.
Свет
от
лампы
попадает
на
ба
-
рабан
2,
в
котором
имеется
четыре
све
-
тофильтра
–
красный
,
оранжевый
,
зеленый
,
синий
.
Пройдя
све
-
тофильтр
,
свет
попа
-
дает
на
входную
го
-
ловку
прибора
3,
где
находится
конденсор
,
поляризатор
и
квар
-
цевая
пластинка
.
Да
-
лее
свет
проходит
через
соединительную
трубу
4
со
шторкой
,
в
которую
помещается
иссле
-
дуемое
вещество
.
На
выходе
трубы
находится
устройство
анализатора
,
ко
-
торое
состоит
из
неподвижного
лимба
5
с
градусной
шкалой
от
0
о
до
360
о
,
двух
диаметрально
расположенных
вращающих
нониусов
,
приводимых
во
вращение
с
помощью
фрикциона
6,
и
зрительной
трубы
с
окуляром
7.
На
зрительной
трубе
имеется
муфта
8,
с
помощью
которой
устанавливается
резкое
видение
тройного
поля
зрения
.
Шкалу
лимба
и
нониусы
можно
рас
-
сматривать
через
расположенные
перед
ними
линзы
.
а
)
б
)
Рис
. 5
в
)
Рис
. 7
1
2
3
5
4
6
7
8
Рис
. 6
23
Выполнение
работы
1.
Включить
шнур
электропитания
поляриметра
в
сеть
.
2.
Вращением
барабана
установить
один
из
светофильтров
,
например
оранжевый
.
Без
исследуемого
вещества
и
с
закрытой
шторкой
соедини
-
тельной
трубы
4
перемещением
муфты
8
зрительной
трубы
установить
окуляр
7
на
резкое
изображение
разделяющих
линий
тройного
поля
.
По
-
сле
этого
вращением
фрикциона
6 (
т
.
е
.
вращением
анализатора
)
добиться
равномерного
затемнения
(
или
просветления
)
тройного
поля
зрения
.
По
одному
из
нониусов
сделать
отсчет
по
шкале
лимба
5
и
повторить
эти
из
-
мерения
не
менее
трех
раз
.
Среднее
значение
данного
отсчета
φ
0
будем
считать
«
нулевым
».
3.
В
соединительную
трубу
поместить
кварцевую
пластинку
,
кото
-
рая
,
как
известно
,
обладает
оптической
активностью
,
и
закрыть
шторку
.
При
этом
равенство
яркостей
частей
поля
зрения
нарушится
.
Поворотом
анализатора
необходимо
снова
установить
равномерное
затемнение
(
или
просветление
)
тройного
поля
зрения
и
по
тому
же
нониусу
сделать
отсчет
.
Этот
отсчет
также
необходимо
проделать
не
менее
трех
раз
и
определить
среднее
значение
φ
1
.
Разность
между
средним
конечным
и
средним
«
нуле
-
вым
»
значениями
равна
углу
вращения
плоскости
колебаний
плоскополя
-
ризованного
света
исследуемым
веществом
.
4.
Зная
толщину
кварцевой
пластинки
,
по
формуле
α
=
φ
/
l
опреде
-
лить
удельное
вращение
кварца
.
Составить
таблицу
и
результаты
экспери
-
мента
занести
в
эту
таблицу
.
В
работе
определяется
удельное
вращение
двух
кварцевых
пластин
:
пластина
№
59-1412,
l
= 0,66
мм
;
пластина
№
59-1372,
l
= 1,62
мм
.
Контрольные
вопросы
и
задания
1.
Что
такое
естественный
и
поляризованный
свет
?
2.
Укажите
способы
получения
поляризованного
света
.
3.
Что
называется
плоскостью
колебаний
и
плоскостью
поля
-
ризации
?
4.
Сформулируйте
и
объясните
закон
Малюса
.
5.
Какие
вещества
называются
оптически
активными
?
6.
Физика
явлений
в
сахариметре
(
поляриметре
).
РАБОТА
№
4 (6)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ПРЕЛОМЛЕНИЯ
ЖИДКОСТЕЙ
С
ПОМОЩЬЮ
РЕФРАКТОМЕТРА
Приборы
и
принадлежности
:
рефрактометр
типа
РДУ
,
растворы
NaCl
различной
концентрации
,
стеклянная
палочка
,
фильтровальная
бума
-
га
или
салфетка
,
дистиллированная
вода
.
24
Краткая
теория
В
различных
прозрачных
средах
свет
распространяется
с
различны
-
ми
скоростями
,
меньшими
скорости
света
в
вакууме
,
т
.
е
.
,
n
c
V
=
(1)
где
с
–
скорость
света
в
вакууме
,
n
–
абсолютный
показатель
преломления
.
Абсолютный
показатель
преломления
(
или
просто
показатель
пре
-
ломления
)
–
важная
оптическая
характеристика
среды
:
он
показывает
,
во
сколько
раз
скорость
света
в
вакууме
больше
скорости
света
в
данной
сре
-
де
.
Очевидно
,
что
абсолютный
показатель
преломления
вакуума
равен
1.
Среда
,
во
всех
точках
которой
скорость
распространения
света
оди
-
накова
,
называется
оптически
однородной
.
Рассмотрим
,
исходя
из
волновой
теории
,
явление
преломления
моно
-
хроматического
света
на
плоской
границе
раздела
двух
различных
оптиче
-
ски
однородных
сред
.
Для
этого
воспользуемся
принципом
Гюйгенса
,
со
-
гласно
которому
каждая
точка
,
до
которой
доходит
световое
возбуждение
,
является
в
свою
очередь
центром
вторичных
волн
.
Поверхность
,
огибающая
в
неко
-
торый
момент
времени
эти
вторичные
волны
,
указывает
к
этому
моменту
по
-
ложение
фронта
распространяющейся
волны
.
Для
вывода
закона
преломления
предположим
,
что
плоская
волна
(
фронт
волны
–
плоскость
АВ
),
распро
-
страняющаяся
в
среде
с
показателем
преломления
n
1
вдоль
направления
I,
падает
на
границу
раздела
со
средой
,
показатель
преломления
которой
n
2
.
Скорости
световой
волны
в
этих
средах
соответственно
равны
V
1
и
V
2
(
рис
. 1).
Пусть
время
,
затрачиваемое
волной
для
прохождения
пути
ВС
,
равно
D
t
.
Тогда
ВС
= V
1
D
t
.
За
это
же
время
фронт
волны
,
возбуждаемый
точкой
А
в
среде
со
скоростью
V
2
,
достигнет
точек
полусферы
,
радиус
ко
-
торой
А
D = V
2
D
t
.
Положение
фронта
преломленной
волны
в
этот
момент
времени
в
соответствии
с
принципом
Гюйгенса
задается
плоскостью
D
С
,
а
направление
ее
распространения
–
лучом
II.
Из
рис
. 1
следует
,
что
,
sin
sin
2
1
i
AD
i
BC
AC
=
=
т
.
е
.
2
2
1
1
sin
sin
i
t
V
i
t
V
D
=
D
,
или
.
sin
sin
2
2
1
1
i
V
i
V
=
Учитывая
формулу
(1),
закон
преломления
можно
записать
в
виде
.
sin
sin
2
2
1
1
i
n
i
n
=
(2)
Из
симметрии
выражения
(2)
вытекает
обратимость
световых
лучей
.
Если
обратить
луч
II (
рис
. 1),
заставив
его
падать
на
границу
раздела
под
D
Рис
.1
А
В
С
D
Рис
. 1
25
углом
i
2
,
то
преломленный
луч
в
первой
среде
будет
распространяться
под
углом
i
1
,
т
.
е
.
пойдет
в
обратном
направлении
вдоль
луча
I.
Если
свет
распространяется
из
среды
с
большим
показателем
пре
-
ломления
n
1
(
оптически
более
плотной
)
в
среду
с
меньшим
показателем
преломления
n
2
(
оптически
менее
плотную
) (
n
1
> n
2
),
например
из
стекла
в
воду
,
то
согласно
выражению
(2)
1
sin
sin
2
1
1
2
>
=
n
n
i
i
и
преломленный
луч
удаляется
от
нормали
,
а
угол
преломления
i
2
больше
,
чем
угол
падения
i
1
(
рис
. 2
а
).
С
увеличением
угла
падения
увеличивается
угол
преломления
i
2
(
рис
. 2
б
,
в
)
до
тех
пор
пока
при
некотором
угле
паде
-
ния
(
i
1
=i
пр
)
угол
преломления
не
окажется
равным
90
о
.
Угол
i
пр
называется
предельным
углом
,
при
углах
падения
i
1
> i
пр
весь
падающий
свет
полно
-
стью
отражается
(
рис
. 2
г
).
По
мере
приближения
угла
падения
к
предель
-
ному
,
интенсивность
преломленного
луча
уменьшается
,
а
отраженного
растет
.
Если
i
1
= i
пр
,
то
интенсивность
преломленного
луча
обращается
в
нуль
,
а
интенсивность
отраженного
равна
интенсивности
падающего
.
Таким
образом
,
при
углах
падения
в
пределах
от
i
пр
до
90
о
луч
не
преломляется
,
а
полностью
отражается
в
первую
среду
.
Причем
интенсив
-
ности
отраженного
и
падающего
лучей
одинаковы
.
Это
явление
называет
-
ся
полным
отражением
.
Предельный
угол
i
пр
можно
определить
из
формулы
(2)
при
подста
-
новке
в
нее
i
2
=
90
о
.
Тогда
2
21
1
sin
.
пр
n
i
n
n
=
=
(3)
Уравнение
(3)
удовлетворяет
значениям
угла
i
пр
при
n
2
£
n
1
.
Следовательно
,
явление
полного
отражения
имеет
место
только
при
падении
света
из
сре
-
ды
оптически
более
плотной
в
среду
оптически
менее
плотную
.
Величина
n
21
называется
относительным
показателем
преломления
второй
среды
относительно
первой
.
а
б
в
г
Рис
. 2