Skrecenie plaszczyzny polaryzacji swiatla

Mariusz Konsek

Marcin Kujawa

Marcin Sikora

Część teoretyczna

Światło wychodzące z jakiegokolwiek naturalnego źródła jest niespolaryzowane. Każde źródło składa się z olbrzymiej liczby promieniujących atomów, z których każdy wysyła ciągi fal liniowo spolaryzowanych tj. drgających w jednej płaszczyźnie. Kierunki drgań tych źródeł są rozmieszczone najzupełniej przypadkowo, nie ma więc żadnej wyróżnionej płaszczyzny, w której drgania fal byłyby intensywniejsze. Dopiero gdy jakiś czynnik zewnętrzny zmusi chaotyczne drgania do tego, by odbywały się w jednej płaszczyźnie lub według jakiegoś innego porządku, mówimy o polaryzacji światła. Najczęstszym przypadkiem polaryzacji jest polaryzacja liniowa, czyli taka, w której drgania odbywają się ściśle w jednej płaszczyźnie. Element porządkujący drgania w jednej płaszczyźnie nazywany jest polaryzatorem, a tę płaszczyznę płaszczyzną polaryzacji. Drugi taki sam element pozwalający stwierdzić, czy drgania wychodzące z polaryzatora są spolaryzowane, czy też nie - nazywany jest analizatorem. Obracając analizator wokół osi stanowiącej kierunek promienia stwierdzamy zanik fali, gdy kierunki drgań polaryzatora i analizatora są do siebie prostopadłe. Natomiast gdy są równoległe fala przechodzi przez oba elementy.

Znamy dwa rodzaje zjawisk, w których światło ulega polaryzacji liniowej:

• odbicie od powierzchni dielektryka,

• załamanie w pewnych substancjach o budowie krystalicznej.

W praktyce użyteczne do otrzymywania swiatła spolaryzowanego jest ten drugi rodzaj zjawisk. Promień światła naturalnego (niespolaryzowanego) padając na powierzchnię kryształu pod dowolnym kątem ulega podwójnemu załamaniu tzn. rozkłada się na dwa promienie spolaryzowane liniowo, drgające w płaszczyznach prostopadłych do siebie, a mianowicie na tak zwany promień zwyczajny z i nadzwyczajny n. Oba te promienie rozchodzą się w krysztale z różnymi prędkościami, mają więc różne współczynniki załamania n1 i n2.

Każdy z tych promieni jest spolaryzowany liniowo ale w innej płaszczyźnie. Uzyskanie światła spolaryzowanego w jednej płaszczyźnie sprowadza się do wyeliminowania jednego z promieni; albo zwyczajnego, albo nadzwyczajnego. Osiąga się to przez zastosowanie pryzmatu Nicola.

Jeśli ustawimy 2 pryzmaty Nicola lub filtry polaryzujące tak (pierwszy - polaryzator, drugi - analizator), aby ich płaszczyzny polaryzacji były do siebie prostopadłe, to promień światła zostanie całkowicie wygaszony. Po wstawieniu między te pryzmaty probówki z roztworem cukru następuje rozjaśnienie pola widzenia i dla ponownego wygaszenia konieczny jest obrót analizatora o okreslony kąt, zwany kątem skręcenia płaszczyzny polaryzacji. Wartość tego kąta zależy od rodzaju substancji przez którą fala przechodzi, grubości jej warstwy oraz długości fali przechodzącej przez substancję.

Przyczyną tego zjawiska jest niesymetryczność w budowie cząsteczki substancji. W przypadku cieczy kąt skręcenia jest proporcjonalny do grubości warstwy tej cieczy oraz do stężenia roztworu.

Przyrządy i pomoce

• polarymetr;

• waga laboratoryjna i odważniki;

• cukier w kostkach;

• filtry: czerwony i niebieski;

• zlewka i mieszadło;

Przebieg ćwiczenia

Nalać do rury 250ml wody, sprawdzić czy woda nie skręca płaszczyzny polaryzacji (czy przy maksymalnym zaciemnieniu żarówki wskazówka pokazuje zero, jeśli nie dokonać korekty kręcąc dolnym polaryzatorem).

Roztwór przelać do zlewki, zważyć kostkę cukru i rozpuścić ją w wodzie; następnie patrząc przez filtr czerwony odczytać kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji (przy maksymalnym zaciemnieniu); odczytać kąt patrząc przez filtr niebieski.

Czynności z punktu 2 powtórzyć, dodając po jednej kostce aż do 9-10 kostek cukru.

---