Поляризация при абсорбция

Един от източниците на поляризирана светлина са филмите, които използват ефект, наречен дихроизъм, т.е. свойството да поглъща един от лъчите по-силно.

В турмалинова пластина с дебелина 1 mm обикновеният лъч се абсорбира почти напълно, а излъчената светлина е плоско поляризирана. Такива устройства, наречени полароиди, могат да действат като поляризатори. Поляризаторът може да се използва и като анализатор.

Ако върху анализатора пада плоска поляризирана светлина, интензитетът на светлината, напускаща анализатора, е равен на интензитета на падащата върху анализатора светлина, умножен по квадрата на косинуса на ъгъла между оптичните оси на анализатора и поляризатора.

Законът на Малус:

I0 е интензитетът на падащата светлина върху анализатора,

I - интензитет на светлината, излизаща от анализатора,

j е ъгълът между равнините на поляризатора и анализатора.

Когато равнинно поляризиран лъч преминава през оптично активни вещества, поляризационната равнина се върти.

В общия случай въртенето на равнината на поляризация се подчинява на закона на Био.

a0 - специфична константа на въртене,

c е концентрацията на веществото,

l е дебелината на слоя разтвор,

За да се елиминира явлението ротационна дисперсия, т.е. зависимостта на ъгъла на въртене от дължината на вълната, устройствата използват светлинен филтър. Тогава

където a0 е специфичната константа на въртене, равна на ъгъла на въртене на поляризационната равнина, увеличен с коефициент 100 със слой разтвор с дебелина 1 dm при концентрация на веществото 1 g на 100 cm 3 от разтвора, температура 20 0 C и дължина на светлинната вълна l = 589 nm.

Полученото съотношение е в основата на метода за измерване на концентрацията на оптически активни вещества. Този метод (поляриметрия или захариметрия) се използва широко в медицината за определянеконцентрации на захар в урината, при биофизични изследвания и в хранително-вкусовата промишленост.

КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП НА РАБОТА НА УСТРОЙСТВОТО

Поляриметърът (фиг. 1) се състои от анализаторна глава (6) с еталонна лупа (8), поляризатор (2) с огледало (1) и стойка (9).

В участъка на тръбата (7), свързваща главата на анализатора с поляризационното устройство, е монтирана кювета за разтвори (3). Телескопът се използва за наблюдение на двойно поле и се състои от обектив (5), окуляр (6), гилза на анализатора (4).

Фиг. 1.

Фигура 2 показва оптичната система на поляриметъра: 1 - огледалото насочва светлинния лъч от източника на светлина към оптичната система; поляризационното устройство се състои от светлинен филтър 2 и поляриметър 3; 4 - кварцова плоча с диафрагма, подчертаваща средната област на лъча; 5 - кювета; 6 - анализатор на полароиден филм; 7 - леща; 8 - окуляр.

Фиг. 2.

Измерванията се извършват по градусна скала (фиг. 3), която се състои от неподвижен крайник (горни 20 деления отдясно и отляво) и подвижен нониус (долни деления). Цената на делението на лимба е 1 0 , цената на деленето на нониуса е 0,1 0 .

Нулата на нониуса показва цели стойности в градуси на крайника, десети от градуса се отстраняват от хода на нониуса, който съвпада с всеки удар на крайника. В този случай (фиг. 3) стойността е 3,5 0 .

Фиг. 3.

Чрез преместване на окулярите на телескопа и референтната лупа се постига остър и ясен образ на разделителните линии на зрителното поле и четящото устройство. Чрез завъртане на анализатора е възможно да се изравни яркостта на частите от полето при по-висока и по-ниска яркост, но измерването трябва да се извършва само при чувствителна позиция на анализатора, която се характеризира с това, че частите от полето се изравняват приминимална яркост. Леко завъртане на анализатора води до рязко нарушаване на еднаквостта на яркостта на различните части на полето.

ВЪПРОСИ ЗА САМОПРОВЕРКА

1. Каква светлинна вълна се нарича плоско поляризирана?

2. Каква е разликата между естествената светлина и плоската поляризирана светлина?

3. Какво се нарича равнина на поляризация?

4. Какъв вид светлина - естествена или поляризирана - излъчват отделните атоми?

5. Какво е светлинен вектор?

6. Какво е поляризатор? Какво е анализатор?

7. Формулирайте и запишете закона на Брустър.

8. Запишете и формулирайте закона на Малус.

9. В резултат на какви явления може да се наблюдава плоска поляризация на светлината (частична или пълна)?

10. Какво представлява явлението двойно пречупване?

11. Какъв лъч се нарича обикновен?

12. Какъв лъч се нарича необикновен?

13. Каква е оптичната ос на кристала?

14. Какви равнини в кристала се наричат основни?

15. Каква е приликата и разликата между обикновена светлинна вълна и необичайна светлинна вълна?

16. Какво е призма на Никол?

17. Обяснете хода на лъчите в призмата на Никол.

18. Какво представлява явлението дихроизъм и за какво се използва?

19. Какви вещества се наричат оптически активни? Какво се отнася за тях? За какво се използва основната им собственост?

20. Формулирайте и запишете закона на Био.

21. Какво се нарича специфична константа на въртене на вещество? В какви единици се измерва? От какво зависи?

22. За каква цел при работа с поляризиран лъч се използва монохроматичен източник на светлина или се монтира светлинен филтър?

23. Какво е предназначението на поляриметъра?

РАБОТЕН ПЛАН

Секвениране	Как да изпълним задачата
1. Изследване на устройството на поляриметъра.	1. Помислете за оптичната схема на медицинския поляриметър, намерете основните компоненти на устройството.
2. Подготовка на поляриметъра за работа. Определяне на нулевото показание на уреда (без кювета).	1. Избършете всички оптични части на инструмента със салфетка, изплакнете кюветата и покривното стъкло. 2. С помощта на осветител, огледало и окуляр настройте уреда на максимална острота и яркост на скалата на нониуса и полето, разделено на 2 части. 3. Завъртете ръкава на анализатора (6), за да постигнете еднаква яркост на частите от зрителното поле (в чувствителна позиция). 4. Отчетете n0. Стойността на n0 се взема поне 5 пъти. Вземете средната стойност n0 като истинска стойност.
ЗАДАЧА №1
3. Изследване на оптичната активност на дестилирана вода.	1. Напълнете кюветата с дестилирана вода (изсипете течността във вертикално положение), докато се появи изпъкнал менискус. Използвайте покривно стъкло, за да покриете менискуса, като избягвате появата на въздушни мехурчета, завийте капачката на кюветата, като избягвате повреда на покривното стъкло. 2. Поставете кюветата в инструмента. 3. Поглеждайки в окуляра, направете заключение за оптичната активност на дестилираната вода, като сравните картината на нулевата позиция и тази, получена с кюветата.
ПРИЛОЖЕНИЕ. Ако ръкавът на анализатора (6) наруши остротата на изображението, възстановете ясното изображение.
ЗАДАЧА №2
4. Изследване на оптичната активност на глюкозни разтвори.	1. Напълнете кюветата с разтвор на глюкоза с всякаква концентрация. 2. Поставете кюветата в инструмента. 3. Настройте фокуса. 4. Направете заключение за активността на веществото, като сравните снимките.
ЗАДАЧА №3
5. Определяне на концентрацията на глюкозни разтвори.	1. Извършете измерване за всички разтвори с известна концентрация съгласно ООД схемата, параграф 4. 2. Въведете резултатите в таблица, изчислете концентрациите от средната стойност по формулата:

° С%#	n1	n2	n3	n4	n5	нав.
2%
4%
6%

3. Измерете разтвор с неизвестна концентрация, изчислете концентрацията.