Scopul teoretic al acestei lucråri de laborator este acela de a familiariza
studentul cu aspecte care ¡in de proprietå¡i ale undelor electromagnetice (în spe¡a
starea de polarizare a acestora), cu proprietå¡i pe care le pot manifesta anumite
materiale (anizotropia, activitatea opticå) ¿i cu utilizarea în scopul unor evaluari
cantitative a acestor proprietå¡i.
Scopul practic al acestei lucråri este acela de a måsura - cu ajutorul unui
instrument optic numit polarimetru — concentra¡ia unor solu¡ii optic active, prezente
în interiorul tuburilor plasate pe masa de lucru.
2. Teoria lucrårii
No¡iuni generale despre starea de polarizare a luminii ¿i metode
de modificare a acestei ståri
Lumina, ca orice radia¡ie electromagneticå, este - în conformitate cu ecua¡iile
Maxwell care descriu comportarea oricarui câmp de natura electromagneticå - o
undå transversalå. Asta înseamnå cå între direc¡iile de oscila¡ie ale vectorului
intensitate câmp electric E
r
, vectorului intensitate câmp magnetic H
r
¿i direc¡ia de
propagare (respectiv vectorul de undå k
r
) se formeazå un triedru drept (vezi
figura 1).
Fig. 1.
Planul format de vectorul E
r
¿i vectorul k
r
se nume¿te plan de oscila¡ie. Planul
format de vectorii H
r
¿i k
r
se nume¿te plan de polarizare. Cele douå plane astfel
definite sunt reciproc perpendiculare.
Deoarece toate fenomenele optice, care apar la interac¡iunea undelor electromagnetice
cu substan¡a, sunt datorate câmpului electric, planul de oscila¡ie este
singurul care prezintå importan¡a. Astfel, unda al cårei plan de oscila¡ie se men¡ine
(în timp ¿i în spa¡iu) este o undå plan (sau liniar) polarizatå.
Atomii surselor conven¡ionale de luminå emit complet necorelat, fiecare undå
elementarå emiså având o altå stare de polarizare. Prin urmare, lumina naturalå
(efectul prezen¡ei tuturor acestor trenuri de unde) este nepolarizatå.
Polarizarea luminii naturale se poate ob¡ine artificial, cu ajutorul unor
componente optice numite polarizori. La baza transformårii luminii naturale din
lumina nepolarizatå în luminå polarizatå stau urmatoarele fenomene fizice: reflexia
¿i refrac¡ia la suprafa¡a de separare a douå medii dielectrice ¿i izotrope,
birefringen¡a ¿i dicroismul, împrăştierea luminii, efectul Zeeman, etc.
Reamintim cå - la trecerea luminii printr-un mediu optic anizotrop - fasciculul
incident pe un asemenea mediu este, în general, descompus în douå fascicule dintre
care unul (fasciculul ordinar) se propaga în conformitate cu legile opticii geometrice
iar celalalt (fasciculul extraordinar) nu respectå aceste legi. Ambele fascicule
ob¡inute în aceste condi¡ii sunt polarizate liniar total, în planuri perpendiculare.
Acest fenomen, numit birefringen¡å (sau dublå refrac¡ie) apare la un numår mare
de substan¡e (cristaline sau amorfe) omogene, care sunt anizotrope pentru
fenomenele luminoase. Dintre numeroasele cristale birefringente, cel mai cunoscut
este carbonatul de calciu (CaCO3 ) cristalizat (calcit), cunoscut sub numele de spat
de Islanda (cristal izotrop uniax).
Prin lipirea (cu balsam de Canada) a douå jumatå¡i de spat de Islanda, tåiate la
un anume unghi, se ob¡ine o prismå Nicol. Avantajul pe care îl prezintå utilizarea
acestui dispozitiv în ansamblul unui montaj optic, este dat de faptul ca prisma Nicol
laså så treacå mai departe doar un fascicul total polarizat liniar în planul sec¡iunii
principale a nicolului (fasciculul extraordinar/raza extraordinarå).
Montajul experimental con¡ine douå prisme Nicol, una în scopul de a lucra cu
lumina polarizatå liniar (polarizor) iar cealaltå în scopul de a analiza rezultatul
ob¡inut (analizor).
Dacå între doi nicoli, unul polarizor ¿i celålalt analizor, care lucreazå în
extinc¡ie (au axele optice perpendiculare, deci ce trece de primul este total absorbit
de celalalt) se introduce o lamelå de cuar¡ tåiatå perpendicular pe axa sa opticå, se
observå apari¡ia luminii în câmpul nicolului analizor. Dacå înså se rote¿te analizorul
cu un unghi α, se constatå cå se regase¿te situa¡ia de extinc¡ie. Aceastå observa¡ie
dovede¿te cå lamela de cuar¡ a rotit planul de oscila¡ie al luminii liniar polarizate cu
exact acel unghi α. Descoperit experimental, fenomenul de rotire a planului de
oscila¡ie al luminii liniar polarizate poartå numele de polarizare rotatorie (vezi
figura 2) sau activitate opticå.
Substan¡ele care produc acest fenomen se numesc substan¡e optic active.
Exemple de substan¡e optic active sunt: unele cristale anizotrope (precum
cuar¡ul), diver¿i compu¿i organici (lactoza, zaharoza) ¿i evident solu¡ii ale acestora
precum ¿i unele gaze.
Unele din aceste substan¡e rotesc planul de oscila¡ie spre stânga
observatorului; ele se numesc levogire. Dacå efectul constå în rotirea planului de
oscila¡ie spre dreapta, substan¡ele optic active corespunzåtoare se numesc
dextrogire.
Documentul este oferit gratuit,
trebuie doar să te autentifici in contul tău.
