Головна

теоретичне введення

  1. I. Вступ
  2. I. Вступ
  3. I. ВСТУП
  4. I. Вступ.
  5. I. Вступ.
  6. I. Вступ.
  7. I. Вступ.

Світло є поперечної електромагнітної хвилею. Природне світло являє собою сукупність хвиль, випромінюваних безліччю атомів незалежно один від одного. Тому природне світло не поляризоване. Якщо ж напрямку коливань світлового вектора  якимось чином впорядкувати, то світло буде поляризованим. Якщо коливання вектора  відбуваються в одній площині, то світло називається плоско-поляризованим.

Поляризоване світло можна отримати з природного за допомогою поляризатора (призма Ніколя, поляроїд і ін.). Він пропускає коливання, паралельні тільки однієї (головної) площині, і повністю затримує коливання, перпендикулярні цій площині.

Щоб дослідити, чи є світло після проходження поляризатора дійсно плоско-поляризованим, на шляху променів ставлять другий поляризатор, який називають аналізатором. Нехай коливання вектора  поляризованої світлової хвилі відбуваються в площині, що становить кут ? з головною площиною аналізатора. Амплітуду Е цих коливань можна розкласти на дві взаємно перпендикулярні складові: Е1 - Збігається з головною площиною аналізатора і Е2 - Перпендикулярну їй (рис. 4.1):

,  . (4.1)

 Перша складова коливань пройде через аналізатор, друга буде затримана ім. Інтенсивність світла пропорційна квадрату амплітуди, отже, інтенсивність світла, що пройшло через аналізатор, пропорційна  (Закон Малюса):

 , (4.2)

де  - Інтенсивність поляризованого світла, що падає на аналізатор; ? - кут між площиною коливань падаючого світла і головною площиною аналізатора.

Якщо головні площини поляризатора і аналізатора паралельні (? = 0, ?; cos? = ± 1), то екран, поміщений за аналізатором, буде максимально освітленим. Якщо ? = ? / 2, т. Е. Cos? = 0 (поляризатор і аналізатор схрещені), то екран буде темним.

Серед явищ, що виникають при взаємодії світла з речовиною, важливе місце і в принциповому, і в практичному відношенні займає явище, відкрите Д. Араго в 1811 р при вивченні подвійного променезаломлення в кварці: при проходженні поляризованого світла через деякі речовини наблюдаетсявращеніе площини поляризації. Такі речовини називаються оптично активними. До їх числа відносяться кристалічні тіла (кварц, кіновар та ін.), Чисті рідини (скипидар, нікотин і ін.) І розчини деяких речовин (водні розчини цукру, винної кислоти і ін.). Вимірювання обертання площини поляризації стало популярним аналітичним методом в ряді промислових областей.

Кристалічні речовини, наприклад, кварц, найсильніше обертають площину поляризації в разі, коли світло поширюється вздовж оптичної осі кристала. Кут повороту ? пропорційний шляху l, Пройденого променем в кристалі:

?= ? l. (4.3)

Коефіцієнт ? називають постійній обертання.

Для розчинів Ж. біо (1831 г.) виявив наступні закономірності: кут ? повороту площини поляризації пропорційний шляху l променя в розчині і концентрації С активної речовини в розчині:

?= [?]Сl, (4.4)

де [?] - питоме обертання. Воно характеризує природу речовини, залежить від природи речовини і температури. Питоме обертання обернено пропорційно квадрату довжини хвилі:  , Тому при пропущенні поляризованого світла через розчин оптично активної речовини площини поляризації хвиль різної довжини будуть повертатися на різні кути. Залежно від положення аналізатора через нього проходять промені різного забарвлення. Це явище називається обертальної дисперсією.

При 20 ° С і ? = 589 нм питоме обертання цукру одно: [?] = 66.5 град.см3/ (Г.дм) = 0.665 град.м2/ Кг. Постійна обертання кварцу для жовтих променів (? = 589 нм): ? = 21.7 град / мм, а для фіолетових (? = 404.7 нм) ? = 48.9 град / мм.

Дослідження показали, що пояснення явища обертання площини поляризації світла в природно-активних речовинах можна отримати, розглядаючи загальну задачу взаємодії електромагнітної світлової хвилі з молекулами або атомами речовин, якщо тільки взяти до уваги кінцеві розміри молекул і їх структуру. Це завдання дуже складна. Свого часу О.Френель (1817 г.) представив опис цього явища, звівши його до особливого типу подвійного променезаломлення. В основі міркувань Френеля лежить гіпотеза, згідно з якою швидкість поширення світла в активних речовинах різна для хвиль, поляризованих по лівому і по правому колу. Уявімо плоско-поляризовану хвилю як суперпозицію двох хвиль, поляризованих по колу вправо і вліво з однаковими амплітудами і періодами. Якщо обидва вектори и  обертаються з однаковою швидкістю, то геометрична сума їх в кожен момент часу буде лежати в одній і тій же площині Р (Рис. 4.2, а).

 Якщо швидкості поширення обох хвиль виявляться неоднаковими, то в міру проходження через речовину один з векторів,  або  , Відставатиме в своєму обертанні від іншого вектора, в результаті чого площину P ', в якої лежить результуючий вектор  , Буде повертатися щодо початкової площини Р (Рис. 4.2, 6).

 Різниця в швидкостях світла з різним напрямком кругової поляризації обумовлюється асиметрією молекул, або асиметричним розміщенням атомів в кристалі. На рис. 4.3 наведено приклад асиметричною молекули. У центрі тетраедра поміщається атом вуглецю, в вершинах - відрізняються один від одного атоми або угруповання атомів (радикали), позначені буквами X, Y, Z и V. Молекула, зображена на рис.4.3, б, є дзеркальним відображенням молекули, показаної на рис. 4.3, а. У них немає ні центру симетрії, ні площині симетрії, і вони не можуть бути просторово поєднані один з одним ніякими поворотами і переміщеннями. Фізичні та хімічні властивості чистих оптичних ізомерів абсолютно однакові. Але якщо, наприклад, речовина, утворене молекулами а, Правовращающих, то речовина, утворене молекулами б, Буде Лівообертальна. Значення питомої обертання для обох модифікацій відрізняються тільки знаком.

Крім того, фізіологічне і біохімічне дію оптичних ізомерів часто зовсім по-різному. Так, в живій природі білки будуються з лівих оптичних ізомерів амінокислот (19 з 20 життєво важливих амінокислот оптично активні). Білки, синтезовані штучним шляхом з правих амінокислот, не засвоюються організмом; а лівий нікотин в кілька разів ядовитее правого. Дивний феномен переважної ролі лише однією з форм оптичних ізомерів в біологічних процесах може мати фундаментальне значення для з'ясування шляхів зародження і еволюції життя на Землі.

 



Порядок виконання роботи | опис установки

біпрізме Френеля | опис установки | Порядок виконання роботи | теоретичне введення | Дифракція на щілині | дифракційна решітка | Методика вимірювань | Порядок виконання роботи | теоретичне введення | опис установки |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати