Определение концентрации сахарного раствора с помощью полутеневого сахариметра

Согласно теории электромагнитного поля свет - электромагнитная волна, представляющая собой совместно распространяющиеся в пространстве колебания электрического и магнитного полей. Векторы напряженностей этих полей перпендикулярны к направлению распространения световой волны и совершают колебания в плоскости, перпендикулярной к этому направлению (рис. 1). Поэтому световые волны являются поперечными.

В случае поперечных волн, в отличие от продольных, колебания в них могут совершаться в некоторых преимущественных направлениях. Такую асимметрию совершаемых колебаний характеризуют понятием поляризация. Вследствие поперечности световой волны к ней также применимо это понятие.

Поляризованным называют свет, в котором направления колебаний векторов упорядочены каким-либо образом.

Физиологическое, фотохимическое и другие действия света вызываются колебаниями электрического вектора. В соответствии с этим при рассмотрении световой волны говорят о световом векторе, подразумевая под ним вектор напряженности электрического поля. При этом не следует забывать о векторе напряженности магнитного поля, с которым происходит то же, что и со световым вектором, но в перпендикулярной плоскости.

Естественный источник света состоит из множества атомов, излучающих электромагнитные волны. Световая волна, распространяющаяся в любом, произвольно выбранном направлении, есть результат сложения этих волн, в которых плоскость колебаний ориентирована произвольным образом. Поэтому в результирующей волне колебания различных направлений представлены с равной вероятностью (рис. 2). Так как нет преимущественного направления колебаний светового вектора, то естественный свет будет неполяризованным.

Если в световой волне вектор описывает эллипс, то её называют эллиптически поляризованной, если вектор описывает окружность, волну называют поляризованной по кругу. Если же колебания вектора происходят вдоль одного направления, то такая волна называется плоско поляризованной или линейно поляризованной (см. рис. 3). При этом плоскость, проходящая через вектор напряженности магнитного поля и волновой вектор, определяющий направление распространения волны, называется плоскостью поляризации, а перпендикулярная ей плоскость, в которой лежит вектор - плоскостью колебаний.

Линейно поляризованный свет можно получить несколькими способами: при отражении от поверхности диэлектрика под углом Брюстера; при преломлении и рассеянии (частичная поляризация); при двойном лучепреломлении в кристалле.

Явление двойного лучепреломления обусловлено различием оптических свойств кристалла в разных направлениях и состоит в том, что естественный луч АВ, падающий на грань кристалла, дат не один, а два преломленных луча- ВCD и ВC₁D₁, (рис. 4).

В общем случае в кристалле имеется два направления, в которых не происходит двойного лучепреломления (слюда). Эти направления называют оптическими осями. У некоторых кристаллов оба направления совпадают, Такие кристаллы называются одноосными (исландский шпат, кварц).

Плоскость, проходящая через оптическую ось кристалла и данный луч, называется главным сечением кристалла относительно данного луча.

Оба преломленных луча, полученные при прохождении света через кристалл, полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Объяснение явления двойного лучепреломления следующее. Скорости распространения лучей в кристалле зависят от угла между направлением колебаний светового вектора и оптической осью кристалла. Колебания светового вектора одного из лучей оказываются перпендикулярны плоскости главного сечения и, следовательно, оптической оси. Поэтому скорость рассматриваемого луча не зависит от направления (угол равен 90°)и он подчиняется закону преломления света в изотропной среде. Этот луч называют обыкновенным (е). У второго луча колебания светового вектора совершаются в главной плоскости. Поэтому при изменении направления распространения луча меняется и угол между оптической осью и направлением колебаний светового вектора в нем. Следствием этого является зависимость его скорости распространения и показателя преломления от направления распространения в кристалле и преломляться в кристалле он будет иначе, чем преломляются в изотропных средах. Вот почему этот луч называют необыкновенным (е). Таким образом, падающий луч, световой вектор которого ориентирован под некоторым углом к главной плоскости, можно считать состоящим из двух лучей. Световой вектор одного из лучей лежит в главной плоскости (необыкновенный луч), а другого — перпендикулярен к ней (обыкновенный луч), из-за различия их преломления на выходе из кристалла получается два плоско поляризованных луча.

Для получения плоско поляризованного света с помощью явления двойного лучепреломления имеется много конструкций поляризационных призм. Рассмотрим устройство одной из них - призму Николя или николь. Из кристалла исландского шпата вырезается призма, продольные ребра которой в 3,65 раз длиннее поперечных (рис. 5). По плоскости АА¢, перпендикулярной к главному сечению, призма разрезается и склеивается канадским бальзамом, показатель преломления которого n₀ удовлетворяет условию n₀ > n_d > n_e

Здесь n₀ - показатель преломления обыкновенного луча, n_e - показатель преломления необыкновенного луча.

Падающий луч распадается в первой части призмы на два, из которых обыкновенный луч (О) падает на слой канадского бальзама под углом больше предельного и испытывает полное внутреннее отражение.

Необыкновенный луч (е) проходит слой канадского бальзама как через тонкую плоскопараллельную пластину и попадает во вторую часть призмы. Таким образом, через николь проходит лишь необыкновенный луч, полностью поляризованный.

Электрические колебания необыкновенного луча лежат в плоскости главного сечения кристалла, Два николя можно поставить так, чтобы плоскости их главных сечений были параллельны, т. е. чтобы были параллельны плоскости колебаний поляризованных лучей, которые могут проходить через каждый из николей. В этом случае свет проходит через два николя так, как и через один николь, При этом говорят, что николи поставлены "параллельно" (или на освещение). Если же плоскости главных сечений двух николей перпендикулярны, то свет через них не пройдет, николи поставлены "скрещено" (или на темноту).

Первый николь, поляризующий естественный луч, называется "поляризатором", а второй - "анализатором", так как с его помощью можно исследовать или анализировать луч.