I. Теоретическое введение. Как известно, свет представляет собой электромагнитные волны

Как известно, свет представляет собой электромагнитные волны. Колебания электрического и магнитного векторов происходят во взаимно-перпендикулярных направлениях и перпендикулярно к направлению. распространения волны. Световые волны являются поперечными волнами.

У естественного луча плоскость колебаний электрического, (а следовательно и магнитного) вектора хаотически меняется. Если эта плоскость колебаний сохраняет неизменное положение, то луч света называется поляризованным.

Поляризованный луч может быть получен различными способами; наиболее распространенным является применение так называемой призмы Николя, изготовленной из кристалла исландского шпата. Если на такую призму падает естественный луч света, то из нее выходит поляризованный. Пусть поляризованный луч света, прошедший николь N₁ (поляризатор) падает на второй николь N₂ (анализатор), поставленный за первым (рис.1)

Если николь N₂ поставлен так, что плоскость колебаний луча проходящего, параллельна плоскости колебаний падающего поляризованного луча J₀, то последний пройдет через николь N₂ без ослабления.

Если николь N₂ поставлен так, что плоскость колебаний луча,

J₂ = J₀ cos² α (1)

Это соотношение выражает так называемый закон Малюса.

Если в пространство между двумя скрещенными николями (или поляроидами) поместить сосуд с раствором сахара, (рис. 1), то в монохроматическом свете наблюдается просветление поля, которое, однако, возможно вновь погасить, вращая анализатор на некоторый угол. Это явление объясняется способностью раствора сахара вращать плоскость поляризации и носит название вращения плоскости поляризации. Вещества, обладающие этим свойством, называют, оптически активными. К их числу принадлежит ряд жидких и твердых органических веществ: нефть, винная кислота, а также некоторые минералы – кварц, киноварь и другие.

Различают вращение правое или положительное, когда вещество вращает плоскость поляризации по стрелке часов для пучка света, падающего в глаз наблюдателя, и левое, или отрицательное, при вращении плоскости поляризации в обратном на­правлении. В случае твердого вещества угол вращения пропор­ционален толщине проходимого светом слоя, а в случае раствора кроме толщины слоя, он пропорционален еще концентрации активного вещества раствора. Кроме того, угол поворота зависит от длины волны падающего света.

α = к · С· d (2)

Здесь α – угол поворота,

d - толщина слоя,

С -концентрация раствора,

к - коэффициент, который определяет удельное вращение данного вещества. Данный коэффициент называется постоянной вращения.

к обратно пропорциональна квадрату длины волны (к~1/λ²).

Соотношение (2) носит название закона Био.

Пусть два николя N₁ и N₂ скрещены и не пропускают свет; поместим между ним слой раствора сахара (рис 1). Тогда плоскость колебаний поляризованного луча, вышедшего из николя N₁ при прохождении раствора сахара повернется на некоторый угол. Плоскость колебаний луча, проходящего через николь N₂ не будет уже перпендикулярна к плоскости колебаний падающего луча света, через николь будет проходить свет. Чтобы николи опять не пропускали свет, надо николь N₂ повернуть на некоторый угол вслед за повернутой плоскостью колебаний луча, проходящего через раствор сахара. Из формулы (2) можно определить концентрацию раствора сахара

- концентрация раствора (3)

Итак, для нахождения концентрации раствора сахара достаточно измерить угол вращения плоскости колебаний луча света, проходящего через слой этого раствора определенной толщины. Кроме того, необходимо знать значение коэффициента пропорци­ональности к.