Далее: 3.  Описание установки Вверх: Лабораторные работы Назад: 1.  Вопросы для подготовки

2.  Краткая теория

При прохождении плоскополяризованного света через некоторые кристаллы и растворы органических соединений, таких как камфора, кокаин, никотин, сахаристые вещества, плоскость колебания вектора $\vec{E}$ поворачиваетcя. Вещества, обладающие способностью вращать плоcкоcть колебаний, называются оптически активными. На опыте установлено существование двух направлений вращения плоскости колебаний. Если поворот плоскости колебаний вектора $\vec{E}$ для наблюдателя, смотрящего навстречу проходящему лучу, совершается по часовой стрелке, то вещество называется правовращающим, а против часовой стрелки -- левовращающим. Почти все оптически активные вещества существуют в двух модификациях: правовращающие и левовращающие.

Объяснение явления вращения плоскости поляризации было дано Френелем. Он предположил, что вращение плоскости поляризации связано с особым типом лучепреломления. При взаимодействии света с молекулами активных веществ возникают два вида кругополяризованных волн с одинаковым периодом и частотой, но разными скоростями распространения в веществе. Это волны, поляризованные по правому и левому кругам. Для одних веществ $v_{\text{п}}>v_{\text{л}}$, для других $v_{\text{п}}<v_{\text{л}}$.

Рис.  1.	Рис.  2.

Пусть в месте входа волны в активное вещество плоскость колебания вектора $\vec{E}$ совпадает с направлением $AA_1$ (рис.1). Векторы амплитуды колебаний этой волны в каждой точке можно представить как сумму двух векторов $\vec{E}_{\text{п}}$ и $\vec{E}_{\text{л}}$ -- амплитуд колебаний право- и левокругополяризованных волн. Предположим, что $v_{\text{п}}<v_{\text{л}}$. Так как левополяризованная волна распространяется с большей скоростью, то до некоторой точки среды она дойдет с отставанием по фазе по сравнению с правополяризованной. В рассматриваемой точке электрический вектор $\vec{E}_{\text{п}}$ правой волны будет повернут на больший угол вправо, чем повернут влево вектор $\vec{E}_{\text{л}}$ левой волны (рис.2). Следовательно, плоскостью, относительно которой симметрично расположены оба вектора, будет плоскость $BB_1$, что соответствует повороту плоскости поляризации вправо на угол $\varphi$. Если $v_{\text{п}}>v_{\text{л}}$, то плоскость колебания вектора $\vec{E}$ повернется влево.

Угол $\varphi$ поворота плоскости поляризации для активных растворов зависит от толщины $\ell$ слоя раствора и его концентрации $c$ следующим oбразом:

$$\varphi=\alpha_o\ell c ,$$ (1)

где $\alpha_o$ -- постоянная вращения, зависящая от природы вещества, длины световой волны и температуры.

Зависимость угла поворота плоскости колебаний поляризованного света от концентрации оптически активных растворов дает возможность быстро и надежно определять их концентрацию. Метод определения заключается в следующем. Между скрещенными поляризатором и анализатором (установленными на темноту)помещают трубку с раствором вещества. В результате поворота плоскости поляризации поле зрения просветляется. Для определения угла поворота надо повернуть анализатор до получения первоначального состояния поля зрения. Если известны постоянная вращения $\alpha_o$ и угол поворота $\varphi_o$, то концентрацию легко рассчитать по приведенной выше формуле (1). Приборы, применяемые для определения концентрации оптически активных растворов, называются поляриметрами (частный случай -- сахариметрами).

Далее: 3.  Описание установки Вверх: Лабораторные работы Назад: 1.  Вопросы для подготовки