I ZAGADNIENIA TEORETYCZNE

Światło jest poprzeczną falą elektromagnetyczną. Oko ludzkie i wiele urządzeń optycz-nych reaguje wyłącznie na pole elektryczne tej fali. Tak więc drgania świetlne możemy uwa-żać za drgania elektryczne i opisywać je równaniem falowym drgań elektrycznych. Zwykle światło jest falą bardzo złożoną, ponieważ występują równocześnie fale o różnych długoś-ciach, a drgania zachodzą we wszystkich płaszczyznach przechodzących przez kierunek rozcho-dzenia się. Celem uproszczenia sytuacji w wielu doświadczeniach stosuje się światło o dłu-gościach fal zawartych w bardzo małym przedziale od do +. Zakładamy wtedy, że jest to światło o jednej długości fali, czyli MONOCHROMATYCZNE. W niektórych doświadcze-niach ograniczamy drgania fali świetlnej do jednej płaszczyzny. Mówimy wtedy, że światło jest liniowo spolaryzowane. Płaszczyzną polaryzacji nazywamy płaszczyznę prostopadłą do płaszczyzny, w której zachodzą drgania. Równanie fali światła monochromatycznego o długości fali , spolaryzowanego liniowo w płaszczyźnie wyznaczonej kierunkami z, y przyjmuje szczególnie prostą postać:

Istnieje kilka metod polaryzacji światła:

1) przez podwójne załamanie,

2) przez odbicie lub wielokrotne załamanie,

3) przez dichroizm.

Ad. 1.

Na skutek zjawiska PODWÓJNEGO ZAŁAMANIA światło ulega rozszczepieniu na dwie wiązki: zwyczajną i nadzwyczajną. W kryształach jednoosiowych istnieje tylko jeden kierunek zwany osią główną, w którym nie występuje podwójne załamanie. Oś główna wyzna-cza jedynie kierunek w krysztale, stąd każda linia równoległa jest również osią główną. Każdą płaszczyznę równoległą do osi głównej nazywamy przecięciem głównym. Przekrojem głów-nym nazywamy płaszczyznę wyznaczoną przez promień padający i oś główną. Promień zwy-czajny jest spolaryzowany w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny przekroju głównego. Kąt jaki tworzą wiązki zwyczajna i nadzwyczajna jest zazwyczaj niewielki. Chcąc uzyskać światło spolaryzowane, jedną z tych wiązek musimy wyeliminować. Stosujemy w tym celu pryzmat Nicola (nikol) usuwający jedną z wiązek. Światło przechodzące przez nikol jest spo-laryzowane liniowo w płaszczyźnie prostopadłej do przecięcia głównego.

Ad. 2.

Do wytworzenia światła spolaryzowanego wykorzystuje się również zjawisko polary-zacji światła przez ODBICIE. Jeżeli kąt padania dobrany jest tak, by kąt między promieniem odbitym i załamanym wynosił 90, wtedy promień odbity jest całkowicie liniowo spolaryzo-wany w płaszczyźnie padania, a promień załamany spolaryzowany jest częściowo w płaszczy-źnie prostopadłej do płaszczyzny padania. To zjawisko można również wykorzystać do polary-zowania światła. Chcąc uzyskać całkowitą polaryzację światła załamanego musimy przepuścić je przez wiele równoległych płytek załamujących.

Ad. 3.

Obecnie do uzyskania światła spolaryzowanego najczęściej wykorzystuje się tzw. ZJAWISKO DICHROIZMU KRYSZTAŁÓW. Światło przechodzące przez kryształy jest częściowo pochłaniane. Kryształy dichroiczne wykazują różnicę współczynników pochłaniania promieni zwyczajnego i nadzwyczajnego. Stosuje się w tym celu kryształy heparytu (sól siar-czana jodochininy), które już przy grubości rzędu 0,3 mm pochłaniają całkowicie jeden z pro-mieni. Płytki heparytowe nazywamy polaroidami; wytwarzać je można na szkle lub przezro-czystej błonie.

Sprowadzenie drgań świetlnych do jednej płaszczyzny (polaryzacja liniowa) nie jest jedynym sposobem uporządkowania drgań świetlnych. Może również istnieć światło, w któ-rym koniec wektora natężenia pola elektrycznego zakreśla linię śrubową wokół kierunku rozchodzenia się. Mówimy wtedy o polaryzacji kołowej lub eliptycznej. Światło spolaryzo-wane kołowo lub eliptycznie otrzymać możemy przepuszczając światło spolaryzowane linio-wo przez cienką płytkę wykonaną z kryształu optycznie czynnego. Mówimy wówczas, że światło doznaje SKRĘCENIA PŁASZCZYZNY POLARYZACJI. Dzieje się to w kryształach jednoosiowych w przypadku, gdy światło biegnie równolegle do osi optycznej. Kierunek skrę-cenia płaszczyzny polaryzacji jest różny dla różnych kryształów. Skręcenie płaszczyzny pola-ryzacji tłumaczy się zgodnie z zasadą Fresnsla: światło spolaryzowane liniowo możemy uwa-żać za nałożenie dwóch spójnych kołowo spolaryzowanych drgań o równych okresach i amplitudach lecz o przeciwnych zwrotach.

Dla substancji optycznie czynnych, które doznają skręcenia płaszczyzny polaryzacji, wprowadza się tzw. właściwą zdolność skręcającą [], zdefiniowaną wzorem Biota:

gdzie: c - stężenie roztworu

l - długość drogi promienia w roztworze

W praktyce kąt mierzymy jako różnicę wskazań
i
analizatora w przypadkach: gdy roz-twór o stężeniu c skręca płaszczyznę polaryzacji o kąt
oraz gdy zamiast gdy zamiast roz-tworu na drodze promienia znajduje się czysty rozpuszczalnik, wtedy obserwowany kąt wynosi
. Skręcenie płaszczyzny polaryzacji jest więc równocześnie miarą stężenia roztworu. Jeżeli przez
oznaczymy skręcenie wywołane przez roztwór o nieznanym stężeniu, to otrzymamy:

Zakładając dodatkowo, że pomiary wykonujemy w tym samym naczyniu
, to otrzy-mamy:
.

Do pomiaru skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła w substancjach optycznie czyn-nych służy polarymetr. Polarymetr do pomiaru stężenia cukru to sacharymetr.

II OPRACOWANIE WYNIKÓW

[V]

[rad]

Stężenie roztworu x wyznaczam na podstawie średnich wartości
i
:

.

---