Способы получения поляризованного света.

1. Призма Николя.

Она изготовлена из кристалла исландского шпата. Распил делается по плоскости, соединяющей тупые углы и склеивается канадским бальзамом (n=1,66). При падении светового луча на грань призмы,

необыкновенный луч падает на плоскость склейки под меньшим углом, чем предельный угол падения для канадского бальзама, и проходит, практически не изменяя направления. Обыкновенный луч падает под большим углом, испытывает полное внутреннее отражение от плоскости склейки и поглощается зачерненной стенкой призмы. Призма Николя дает полностью поляризованный и неокрашенный свет, но является сравнительно дорогим устройством.

2. Для получения поляризованного света используют также поляроиды (поляризационные светофильтры).

Существуют кристаллы, например турмалин, которые обладают свойством дихроизма, т. е. различного поглощения света в зависимости от ориентировки плоскости колебаний световой волны относительно главной плоскости кристалла. В таком кристалле обыкновенные лучи почти полностью поглощаются, а необыкновенные проходят насквозь. Поляроиды представляют собой прозрачную пленку, на которую нанесены кристаллы дихроичного вещества, например гера-патита (сернокислого иодхинина). В процессе изготовления пленки, кристаллы ориентируются так, чтобы их оптические оси были параллельны. В результате они дают поляризованный свет с колебаниями в одной определенной плоскости.

Недостатком поляроидов является то, что они дают не полностью поляризованный и частично окрашенный свет, но сравнительно дешевы. Плоская поляризация света, особенно частичная (рис. 1.5.10 б), весьма распространенное явление, однако глаз не отличает поляризованный свет от естественного. Поэтому все наблюдения поляризации света или связанных с ней явлений производятся только с помощью специальных приборов. Если плоскости колебаний поляризатора и анализатора совпадают, то свет полностью проходит через систему. Если плоскости перпендикулярны — свет полностью не проходит. Если плоскости расположены под некоторым углом друг к другу, то свет проходит частично.

Эта зависимость определяется законом Малюса: Сила света, прошедшего через анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла между плоскостями колебаний анализатора и поляризатора.

J = J₀cos² α

Jo - интенсивность света, падающего на анализатор

J - интенсивность света, прошедшего через анализатор

α - угол между плоскостями колебаний анализатора и поляризатора.

Растворы многих органических веществ (сахара, кислоты, алкалоиды и др.), а также некоторые чистые жидкости обладают свойством вращать плоскость колебаний поляризованного света. Такие вещества называют оптически активными. Различают право — и левовращающие вещества. Для растворов оптически активных веществ угол вращения а зависит от длины волны А, поляризованного света, от природы вещества, температуры (t°), концентрации С и длины столба раствора — L.

Если λ = const, то α=[α] С • L

[а] - удельный угол вращения - это стократный угол вращения плоскости колебаний для столба раствора длиной 1 дм (10 см) при концентрации вещества 1г на 100 мл раствора, при температуре 20° С и длине световой волны Х=589 нм (желтая линия паров натрия). Зависимость угла вращения для данного вещества от длины волны определяется законом Био: α = а/λ ²

α - постоянная, зависящая от природы вещества.

Поэтому исследования, связанные с вращением плоскости колебаний поляризованного света (метод называется поляриметрией), производятся в монохроматическом свете, который получают с помощью соответствующих светофильтров. При использовании белого поляризованного света, анализатор при повороте будет пропускать поочередно лучи различной длины волны. Пятно на экране будет соответственно менять цвет. Это явление называется вращательной дисперсией и используется при изучении структуры вещества, а метод называется спектрополяриметрией. Зная угол вращения, можно решить обратную задачу - определить концентрацию вещества в растворе: С=α / ([α] • L). Это используется в клинической практике, санитарии и т. д. риборы для таких исследований называются поляриметрами. Световой луч проходит через оранжевый светофильтр "СФ", объектив "Об", кварцевую пластинку "КП" и поляризатор "П". Из системы поляризатора луч через кювету с исследуемым раствором проходит через анализатор "А" и окуляр "ОК" зрительной трубы, служащий для наблюдения поля зрения. В виду того, что при установке поля зрения на темноту бывает трудно уловить абсолютное исчезновение света, поле зрения разделяют на три части и добиваются одинаковой яркости этих частей. Кварцевая пластинка закрывает среднюю часть поля зрения. В виду этого, плоскость световых колебаний в средней части поля зрения составляет небольшой угол с плоскостью световых колебаний в боковых участках. Анализатор поворачивают так, чтобы плоскость, в которой он пропускает световые колебания, составляла одинаковый угол с плоскостями колебания центрального и боковых участков. Тогда по закону Малюса яркость всех трех участков будет одинакова. Такое положение принимается за нулевое.