Polarymetr

Światło jest falą elektromagnetyczną o określonej długości. Ruch fal elektromagnetycz­nych polega na rozchodzeniu się w przestrzeni okresowo zmiennych pól: elektrycznego o natę­żeniu E i magnetycznego o natężeniu H. Wektory E i H są zawsze prostopadłe do siebie i do kierunku rozchodzenia się fali, czyli do wektora prędkości światła v

Światło niespolaryzowane - drgania wektora świetlnego odbywają się prostopadle do kierunku rozchodzenia się światła ale we wszystkich możliwych płaszczyznach, w których ten kierunek leży. Inaczej mówiąc: w świetle niespolaryzowanym wektor świetlny ma wiele płaszczyzn drgań

Światło spolaryzowane liniowo to światło, w którym wektor świetlny E ma jedną płaszczyznę drgań
spolaryzowane kołowo – to światło, którego koniec wektora świetlnego E obraca się wokół kierunku promienia nie zmieniając swojej długości.
spolaryzowane eliptycznie to światło, którego koniec wektora opi­suje.
częściowo spolaryzowanym to światło, którego drgania wektora świetlnego odbywają się w wielu płaszczyznach, tak jak w świetle niespolaryzowanym, ale amplituda drgań jest różna.

Światło liniowo spolaryzowane otrzymuje się poprzez:
1. podwójne załamanie - występuje w ośrodkach anizotropowych optycznie. Przy przejściu światła przez taki ośrodek np. kryształ (z wyjątkiem kryształów należących do układu regularnego takich jak NaCl) powstają dwa promienie załamane - stąd nazwa zjawi­ska. Kryształy, w których zachodzi zjawisko podwójnego załamania nazywa się kryształami dwójłomnymi. Po przejściu światła przez kryształ dwójłomny otrzymuje się dwa promienie załamane. Jeden leżący w tej samej płaszczyźnie co promień padający i prosta prostopadła do powierzchni kryształu w punkcie padania. Promień ten ma stały współczynnik załamania nie­zależnie od kąta padania. Podlega on zwykłym prawom załamania i przyjęto go nazywać promieniem zwyczajnym. Drugi promień - nadzwyczajny na ogół nie leży w płaszczyźnie padania. Jego współczynnik załamania i prędkość nie mają stałej wartości, a zależą od kierunku rozchodzenia się promienia w krysztale
2. odbicie od dielektryka - Jeżeli promień światła niespolaryzowanego pada na powierzchnię rozgraniczającą dwa ośrodki przezroczyste np. powietrze i szkło, wówczas i promień odbity i załamany są czę­ściowo spolaryzowane. W promieniu odbitym przeważają drgania wektora E prostopadłe do płaszczyzny padania, w promieniu załamanym - leżące w płaszczyźnie padania. Płasz­czyzna padania jest to płaszczyzna, w której leży promień padający i prosta prostopadła do powierzchni rozgraniczającej ośrodki wystawiona w punkcie padania promienia.

n = tg α_B
Kąt padania α_B przy którym promień odbity jest całkowicie liniowo spolaryzowany nazwany jest kątem Brewstera lub kątem całkowitej polaryzacji. Drgania wektora E w promieniu odbitym odbywają się prostopadle do płaszczyzny padania. Promień załamany z przewagą drgań w płaszczyźnie padania jest spolaryzowany częściowo.

3. wielokrotne załamanie w dielektryku - polega na przepuszczeniu promienia załamanego przez szereg równoległych płytek z dielektryka np. szklanych

Po przejściu przez każdą kolejną płytkę, w promieniu załamanym będzie coraz mniej drgań prostopadłych do płaszczyzny padania, a więc będzie on coraz bardziej spolaryzowany.

Natężenie tego światła jest znacznie większe od natężenia światła odbi­tego również całkowicie spolaryzowanego, lecz o drganiach wektora E prostopadłych do płaszczyzny padania.
4. Dichroizm - Zjawisko to polega na niejednakowym pochłanianiu promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego przez dany kryształ dwójłomny. Można tak dobrać grubość kryształu, że po jego przejściu jeden z promieni ulega całkowitemu pochłonięciu, a wychodzi pozostały promień o mniejszym natężeniu lecz całkowicie spolaryzowany liniowo. Zjawisko dichroizmu zachodzi m.in. w tur­malinie i herapatycie.

Pryzmat Nicola (zwany nikolem) – rodzaj polaryzatora. Polaryzacja światła zachodzi wskutek dwójłomności oraz całkowitego wewnętrznego odbicia jednej ze składowych polaryzacyjnych światła. Pryzmat polaryzujący jest utworzony z romboedrycznego kryształu szpatu islandzkiego (odmiany kalcytu, CaCO₃), odpowiednio oszlifowanego, przeciętego na dwie części o kątach 22, 68 i 90° i sklejonego balsamem kanadyjskim.  Promień światła po wejściu do kryształu rozszczepia się na dwa promienie spolaryzowane w kierunkach wzajemnie prostopadłych: zwyczajny i nazwyczajny. Oba promienie biegną w krysztale po tej samej drodze, ale z inną prędkością.

Skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła liniowo spolaryzowanego występuje przy przejściu tego światła przez niektóre kryształy i roztwory tzw. substancji optycznie czynnych (cukier, terpentyna, nikotyna). W przypadku roztworów kąt skręcenia α jest proporcjonalny do długości l warstwy roztworu oraz do jego stężenia a. Zależność tę wyraża wzór:

α = k a l
gdzie: k jest współczynnikiem proporcjonalności zależnym od rodzaju rozpuszczonej substan­cji i rozpuszczalnika oraz od długości fali światła.

Polarymetr działanie: Zasada działania polarymetru polega na obrocie analizatora o kąt jakiemu uległa skręce­niu płaszczyzna polaryzacji światła po przejściu przez roztwór substancji optycznie czynnej, którą wprowadzono pomiędzy nikole. Światło monochromatyczne odpowiadające długości fali linii D światła sodowego przechodzi przez soczewkę kolimatora i jako wiązka równoległa tra­fia na polaryzator. Światło spolaryzowane przechodzi przez rurkę zawierającą roztwór sub­stancji optycznie czynnej do analizatora sprzężonego z kątomierzem z noniuszem. Dwie lupki zamontowane przy okularze ułatwiają odczyt z dokładnością do 0,05 stopnia. Pole widzenia w polarymetrze podzielone jest na trzy części, które w zależności od położenia analizatora mają różny stopień zaciemnienia:

Należy tak ustawić analizator aby pole widzenia było jednolite i możliwie najciemniej­sze. Kąt odczytany na kątomierzu jest zerem polarymetru. Po wstawieniu do polarymetru rurki z roztworem obraz zmienia się, ponieważ roztwór spowodował skręcenie płaszczyzny polary­zacji. Pokręcając tarczą obrotową doprowadza się pole widzenia do znów jednolitego zaciem­nienia trzech części pola widzenia. Różnica między kątem odczytanym w tym położeniu, a zerem polarymetru jest równa kątowi skręcenia α. Znając ten kąt oraz k i l można obliczyć koncentrację roztworu, znając objętość roztworu - masę substancji rozpuszczonej.