Простейшая схема поляриметра.

На пути пучка лучей естественного света ставится поляризатор П (призма Николя).

После прохождения через П получается поляризованный свет, колебания электрического вектора которого происходят в одной определенной плоскости (например, в вертикальной).

Рис.4 Прохождение поляризованного света через систему поляризатор- оптически активный раствор- анализатор.

Поляризованный свет проходит через трубку Т с раствором сахара, в котором плоскость поляризации поворачивается на угол, и попадает в анализатор и затем идет в глаз.

Анализатор - призма Николя, аналогичная поляризатору, пропускает только колебания, совпадающие с его главной плоскостью и позволяющая измерить угол поворота плоскости поляризации φ.

Прохождение поляризованного света через систему поляризатор-анализатор

Прохождение поляризованного света через систему поляризаторанализатор описывается законом Малюса:

где I – интенсивность плоскополяризованного света, вышедшего из анализатора,

I_o – интенсивность поляризованного света, падающего на анализатор,

φ- угол между главными плоскостями поляризатора П и анализатора А.

Если главные плоскости П и А совпадают, то свет полностью проходит через анализатор и освещает поле зрения (1).

Если главные плоскости П и А расположены под некоторым углом, свет проходит через анализатор, но ослабляется (2).

Если плоскости взаимно перпендикулярны, то свет полностью гасится анализатором. (3).

Рис.5 Прохождение поляризованного света через систему поляризатор-анализатор

 

В настоящее время в медицинский сахариметр (поляриметр) СМ вводится дополнительный светофильтр и за поляризатором тонкая кварцевая пластинка К, закрывающая среднюю часть поля зрения прибора.

Действие этой пластинки равносильно повороту в ней плоскости колебаний поляризованных лучей на небольшой угол. С введением кварцевой пластинки поле зрения поляриметра оказывается разделенным на 3 части разной освещенности. Вращением анализатора можно добиться установки всех частей поля зрения на одинаковую яркость.

Правильной установкой будет та, при которой поля уравниваются при меньшей яркости. Если поле анализатора установить на одинаковую яркость всех полей зрения, и поставить между поляризатором и анализатором трубку с раствором сахара, то яркость средней и нижних частей поля зрения перестанут быть одинаковыми. Для восстановления равенства яркости частей поля зрения достаточно повернуть анализатор на некоторый угол, который будет равен углу поворота плоскости световых колебаний в растворе сахара. А зная угол φ, можно определить его концентрацию С.

Ход работы

1. С помощью зеркала осветить поле зрения сахариметра и добиться отчетливой видимости при помощи вращения окуляра.

2. Определить нулевую точку прибора φ_о. Для этого три раза установить вращением анализатора равенство яркостей всех частей поля зрения. Записать значения показаний шкалы анализатора φ_о трижды в таблицу и найти φ _оср. среднее. Это и будет нулевая точка прибора.

5. Наполнить трубку раствором сахара неизвестной концентрации так, чтобы не было в трубке воздушных пузырьков. Поместить трубку в поляриметр. При этом освещенность поля зрения станет неравномерной. Определить угол вращения плоскости поляризации φ, для чего вращать анализатор до тех пор, пюка освещенность всех частей поля зрения не будет одинаковой. Измерения провести трижды для одного и того же раствора. Результаты занести в таблицу.

Таблица 1

Таблица для записи результатов измерений с помощью поляриметра

Нулевая точка	Среднее значение	Угол вращения плоскости поляри зации	Длина трубки	Концентрация раствора	Среднее	Абсол. Погрешность	Средняя абсол. погрешность.
φо	φоср	φ	(дм)	С	Сср	∆С	∆Сср
1.
2.
3.

6. Вычислить концентрацию раствора по формуле:

- длина трубки

С- концентрация раствора

[α] - угол удельного вращения (для белого света принять [α]=52,3)

φ- угол поворота плоскости поляризации
φ _о - нулевая точка прибора.

Определить

7. Найти абсолютную погрешность ∆С

∆С₁=(С ср-С₁); ∆С₂=(=(Сср-С₂); ∆С₃=(=(Сср-С₃);

Результат записать в виде С = С _ср ± ∆С_ср

8. При пользовании портативным сахариметром, при определении концентрации раствора сахара в процентах нужно разность между углом вращения плоскости поляризации и значением нулевой

точки удвоить. Проверить результаты работы по этому правилу.

Литература

1. Ремизов А.Н… Медицинская биологическая физика.М.:Дрофа, 2004, глава 20.

2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика,М,:ВШ, 1999,2003,Глава 25

3. Хитун В.А. Практикум по физике,М,:ВШ,1972 г. Работа 37.

4. Ливенцев А.М.Курс физики, М,:ВШ,1978г., Том 2,§ 142

4.

Контрольные вопросы.

1. В чем сущность явления двойного лучепреломления?

2. Каковы особенности эобыкновенного и необыкновенного лучей?

3. Какая волна называется плоскополяризованной?

4. Что такое волна: естественная, плоскополяризованная, неполяризованной, частично-поляризованная, электромагнитная.

5. Что такое плоскость поляризации?

6. Что такое поляризатор, анализатор?

7. Сформулировать закон Брюстера.

8. Закон Малюса.

9. Что такое явление анизотропии?

10. Что такое призма Николя? поляроиды, поляризационные светофильтры.?

11. Оптическая ось кристалла, главная плоскость кристалла

12. Оптическая схема поляриметра.

13. Угол поворота плоскости поляризации.

14. Угол удельного вращения, физический смысл.

15. От чего зависит угол поворота плоскости поляризации поляризованного луча в оптически активном растворе?

16. Оптически активные вещества, оптически активный раствор

17. Формула,по которой можно определить концентрацию раствора с

18. помощью поляриметра.

19. Что такое явление дихроизма?

20. Поляризационный микроскоп

 

Тестовые задания