Далее: 5.2.  Описание установки Вверх: 5.  Лабораторная работа №20. Назад: 5.  Лабораторная работа №20.

5.1.  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. Такое явление называется вращением плоcкоcти поляризации.

Вещества, обладающие способностью вращать плоcкоcть поляризации, называются оптически активными.

На опыте установлено, что существует два направления вращения плоскости поляризации. Если поворот плоскости колебаний вектора $\vec{E}$ для наблюдателя, смотрящего навстречу проходящему лучу, совершается по часовой стрелке, то вещество называется правовращающим, 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 считал, что вращение плоскости поляризации связано с особым типом двойного лучепреломления. При взаимодействии света с молекулами оптически активных веществ возникают два вида кругополяризованных лучей с одинаковым периодом и частотой лучей, поляризованных по правому и левому кругам. $v_{\displaystyle\text{п}}$ и $v_{\displaystyle\text{л}}$ -- скорости распространения этих лучей в веществах. Для одних веществ $v_{\displaystyle\text{п}}>v_{\displaystyle\text{л}}$, для других $v_{\displaystyle\text{п}}<v_{\displaystyle\text{л}}$.

Пусть в месте входа волны в слой активного вещества плоскость колебания вектора $\vec{E}$ совпадает с направлением $AA_{\displaystyle 1}$ (рис.2.17). Вектор амплитуды колебаний этой волны в каждой точке можно представить как сумму двух векторов $\vec{E}_{\displaystyle\text{п}}$ и $\vec{E}_{\displaystyle\text{л}}$ амплитуд колебаний право- и левокругополяризованных волн. Предположим, что $v_{\displaystyle\text{п}}>v_{\displaystyle\text{л}}$. Так как левая волна распространяется с меньшей скоростью, то до некоторой точки среды она дойдет с отставанием по фазе по сравнению с правой. В рассматриваемой точке электрический вектор $\vec{E}_{\displaystyle\text{п}}$ правой волны будет повернут вправо на больший угол, чем повернут влево вектор $\vec{E}_{\displaystyle\text{л}}$ левой волны (рис.2.18). Следовательно, плоскостью, относительно которой симметрично расположены оба вектора, будет плоскость $BB_{\displaystyle 1}$. Таким образом, результирующее плоское колебание направлено по $BB_{\displaystyle 1}$, что соответствует повороту плоскости поляризации вправо на угол $\varphi$. Если $v_{\displaystyle\text{л}}>v_{\displaystyle\text{п}}$ , то плоскость колебания вектора $\vec{E}$ повернется влево. Угол ($\varphi$) поворота плоскости поляризации для оптически активных растворов зависит от толщины слоя раствора $\ell$ и концентрации раствора $C$ следующим oбразом:

$$\varphi=[\alpha_{\displaystyle o}]\ell C ,$$ (21)

где $[\alpha_{\displaystyle o}]$ -- постоянная вращения. Она зависит от природы вещества, длины волны света и температуры.

Рис. 2.17 

Рис. 2.18 

Зависимость угла поворота плоскости колебаний плоскополяризованного света от концентрации оптически активных растворов позволяет быстро и надежно определять их концентрацию. Приборы, применяемые для этой цели, называются поляриметрами или сахариметрами.

Метод определения концентрации оптически активного раствора заключается в следующем: между скрещенными поляризатором и анализатором (установленными так, что колебания не проходят) помещают трубку с раствором активного 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 и угол поворота, то концентрацию легко рассчитать по формуле (21).

Для более точного отсчета угла поворота в поляриметрах используется полутеневое устройство, действие которого основано на выравнивании освещенности двух или трех участков поля зрения, что дает возможность довести точность измерений угла до $0,01^{\circ}$.

Далее: 5.2.  Описание установки Вверх: 5.  Лабораторная работа №20. Назад: 5.  Лабораторная работа №20.