Nr ćwiczenia	Wyznaczanie grubości płytki kwarcowej i pomiar stężenia roztworu cukru przez pomiar kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji ( Polarymetr Laurenta )				Ocena przygotowania teoretycznego.
14
Nr zespołu	Nazwisko i imię					Ocena za sprawozdanie.
9	Bieszczad Paweł
Data	Wydział	Rok	Grupa			UWAGI:
22.02.2000	EAI i E	I	I

Cel ćwiczenia:

1. Wyznaczanie grubości płytki kwarcowej przez pomiar kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji.

2. Wyznaczanie stężenia roztworu cukru przez pomiar kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji.

Wiadomości teoretyczne:

Światło jest falą poprzeczną, w której drgania wektorów natężenia pola elektrycznego E i magnetycznego H odbywają się w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali. ( Światło niespolaryzowane ).

Światło spolaryzowane :

• całkowicie - drgania poprzeczne wektora E i H odbywają się w jednej płaszczyźnie

• częściowo - istnieje wyróżniony kierunek drgań, ale występują także drgania w innych zbliżonych kierunkach do wyróżnionego.

• liniowo - pole elektryczne drga wzdłuż lini prostej

• eliptycznie - koniec wektora pola elektrycznego porusza się po elipsie

• kołowo - koniec wektora pola elektrycznego porusza się po okregu ( jest to szczególny przypadek polaryzacji eliptycznej )

Światło spolaryzowane eliptycznie otrzymać możemy przepuszczając światło spolaryzowane liniowo przez dostatecznie cienką płytkę wykonaną z kryształu optycznie czynnego. W wiązce światła biegnącej w płytce można wyróżnić dwie składowe. Drgania obydwu składowych zachodzą we wzajemnie prostopadłych płaszczyznach. Wynik ponownego nakładania składowych po wyjściu światła z płytki zależy od prędkości składowych. Jeżeli te prędkości są różne to powstaje różnica faz i wypadkowe drganie jest drganiem eliptycznym ( w szczególnym przypadku kołowym ).

Do wytwarzania światła spolaryzowanego eliptycznie służy ćwierćfalówka. Jest to płytka krystaliczna o grubości tak dobranej, że pomiędzy promieniem zwyczajnym i nadzwyczajnym światła przechodzącego wytwarza się różnica dróg optycznych
.

Istnieje kilka sposobów polaryzacji światła, m.in.

• Polaryzacja przez odbicie.

• Przez przepuszczenie przez pryzmat Nicole'a.

• Przez przepuszczenie przez polaroid.

Polaroidy przepuszczają światło o określonej płaszczyźnie polaryzacji, a pochłaniają światło o polaryzacji prostopadłej do przepuszczanej.

Dwójłomność - padający promień na kryształ dwójłomny (np. kalcyt) załamuje się pod dwoma różnymi kątami. Dwie powstające związki są spolaryzowane w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych. Różnica pomiędzy kątami załamania jednej i drugiej wiązki jest wynikiem zależności współczynnika załamania od kierunku rozchodzenia się światła w krysztale i kierunku polaryzacji.

Pryzmat Nicole'a - wykorzystuje zjawisko dwójłomności i zależności współczynnika załamania, które wykorzystano do wyeliminowania, w wyniku wewnętrznego odbicia, jednej z wiązek.

Płaszczyzną polaryzacji nazywamy płaszczyznę prostopadłą do kierunku drgań wektora świetlnego, natomiast płaszczyzną drgań płaszczyznę drgań wektora pola elektrycznego E.

Polaryzator to urządzenie służące do otrzymywania światła spolaryzowanego.

Analizator to drugi polaryzator służący do badania światła spolaryzowanego.

Prawo Malusa:

Jeżeli przepuścimy wiązkę światła spolaryzowanego o natężeniu
przez analizator to natężenie światła przepuszczanego będzie zależało od kąta φ zawartego pomiędzy płaszczyzną polaryzacji polaryzatora a płaszczyzną polaryzacji analizatora. Polaryzator rozkład amplitudę fali E na składową równoległą do płaszczyzną polaryzacji i prostopadłą. Tylko składowa równoległa jest przepuszczana.

Składowa równoległa =

Wobec czego

Polarymetrami nazywamy przyrządy służące do pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji.

Te przyrząd, które stosowane są do roztworów cukru nazywamy sacharymetrami.

Zjawisko skręcenia płaszczyzny polaryzacji:

Liniowo spolaryzowane światło, przy przejściu przez niektóre kryształy oraz roztwory substancji tzw. optycznie czynnych, doznaje skręcenia płaszczyzny polaryzacji - płaszczyzna polaryzacji wychodzącego światła tworzy pewien kąt
z płaszczyzną światła wchodzącego.

Skręcenie właściwe - współczynnik (dla roztworów) proporcjonalności skręcenia zależny od

1. rodzaju rozpuszczonej substancji

2. rodzaju rozpuszczalnika

3. od długości fali światła

Prawo Biota

- skręcenie właściwe,
- kąt skręcenia,

c - stężenie roztworu, l - długość drogi promienia w roztworze (długość rurki)

Polarymetr Laurenta, i jego budowa:

Polarymetr ten jest tzw. przyrządem półcieniowym.

Działanie przyrządu półcieniowego.

Dla części światła nie przechodzącego przez ten ośrodek zaciemnienie obserwujemy dla kąta
. Część światła natrafia na ośrodek optycznie czynny np. płytkę kwarcu. Po przejściu światła przez płytkę jego kierunek polaryzacji jest skręcony o dodatkowy kąt
. Powoduje to, że w polu przysłoniętym płytką obserwujemy rozjaśnienie dla kąta
, a zaciemnienie tego pola widzimy przy kącie
.Równomierne zaciemnienie całego obrazu otrzymujemy przy kącie
.

Półcienie wykorzystuje się ponieważ oko ludzkie jest najbardziej wyczulone na najmniejsze różnice w zaciemnieniu obu części. Oko nie pozwala dokładnie określić pełnej jasności czy pełnego zaciemnienia, powierzchni.

Części składowe: żarówka, filtr monochromatyzujący, nikol, płytka Laurenta, analizator, lunetka, tarcza z podziałką.

Zdolność skręcająca dla kwarcu:

- skręcenie właściwe,
- kąt skręcenia, d - grubość płytki

Zdolność skręcająca zależy od długości fali użytego światła.

Dyspersja - zjawisko polegające na zależności współczynnika załamania od częstości.

Zdolność skręcania płaszczyzny polaryzacji wykazuje dyspersję normalną, zdolność skręcająca rośnie z malejącą długością fali światła. Tylko dla niektórych, charakterystycznych długości fali mamy dyspersję anormalną.

Pomiary:

Wnioski:

Ćwiczenie pokazało nam jak zachowuje się promień świetlny przepuszczony przez substancje optycznie czynne, obserwujemy skręcenie płaszczyzny polaryzacji.

Kąt skręcenia rośnie wprost proporcjonalnie do grubości płytki (w przypadku kwarcu) lub iloczynu stężenia procentowego roztworu i długości rurki (w przypadku roztworów cukru). Wnioskuję stąd, iż dla pewnych wartości kąt skręcenia będzie wielokrotnością kąta pełnego i nie zaobserwujemy żadnego efektu skręcenia płaszczyzny polaryzacji.

Skręcenie właściwe to stała charakterystyczna dla danej substancji.

Lepsza dokładność pomiarów możliwa była dzieki zastosowaniu urządzenia półcieniowego.

---