Polarimetru

Scopul teoretic al acestei lucrari de laborator este acela de a familiariza

studentul cu aspecte care tin de proprietati ale undelor electromagnetice (in speta

starea de polarizare a acestora), cu proprietati pe care le pot manifesta anumite

materiale (anizotropia, activitatea optica) ?i cu utilizarea in scopul unor evaluari

cantitative a acestor proprietati.

Scopul practic al acestei lucrari este acela de a masura - cu ajutorul unui

instrument optic numit polarimetru -- concentratia unor solutii optic active, prezente

in interiorul tuburilor plasate pe masa de lucru.

2. Teoria lucrarii

Notiuni generale despre starea de polarizare a luminii ?i metode

de modificare a acestei stari

Lumina, ca orice radiatie electromagnetica, este - in conformitate cu ecuatiile

Maxwell care descriu comportarea oricarui camp de natura electromagnetica - o

unda transversala. Asta inseamna ca intre directiile de oscilatie ale vectorului

intensitate camp electric E

r

, vectorului intensitate camp magnetic H

r

?i directia de

propagare (respectiv vectorul de unda k

r

) se formeaza un triedru drept (vezi

figura 1).

Fig. 1.

Planul format de vectorul E

r

?i vectorul k

r

se nume?te plan de oscilatie. Planul

format de vectorii H

r

?i k

r

se nume?te plan de polarizare. Cele doua plane astfel

definite sunt reciproc perpendiculare.

Deoarece toate fenomenele optice, care apar la interactiunea undelor electromagnetice

cu substanta, sunt datorate campului electric, planul de oscilatie este

singurul care prezinta importanta. Astfel, unda al carei plan de oscilatie se mentine

(in timp ?i in spatiu) este o unda plan (sau liniar) polarizata.

Atomii surselor conventionale de lumina emit complet necorelat, fiecare unda

elementara emisa avand o alta stare de polarizare. Prin urmare, lumina naturala

(efectul prezentei tuturor acestor trenuri de unde) este nepolarizata.

Polarizarea luminii naturale se poate obtine artificial, cu ajutorul unor

componente optice numite polarizori. La baza transformarii luminii naturale din

lumina nepolarizata in lumina polarizata stau urmatoarele fenomene fizice: reflexia

?i refractia la suprafata de separare a doua medii dielectrice ?i izotrope,

birefringenta ?i dicroismul, imprastierea luminii, efectul Zeeman, etc.

Reamintim ca - la trecerea luminii printr-un mediu optic anizotrop - fasciculul

incident pe un asemenea mediu este, in general, descompus in doua fascicule dintre

care unul (fasciculul ordinar) se propaga in conformitate cu legile opticii geometrice

iar celalalt (fasciculul extraordinar) nu respecta aceste legi. Ambele fascicule

obtinute in aceste conditii sunt polarizate liniar total, in planuri perpendiculare.

Acest fenomen, numit birefringenta (sau dubla refractie) apare la un numar mare

de substante (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 doua jumatati de spat de Islanda, taiate la

un anume unghi, se obtine o prisma Nicol. Avantajul pe care il prezinta utilizarea

acestui dispozitiv in ansamblul unui montaj optic, este dat de faptul ca prisma Nicol

lasa sa treaca mai departe doar un fascicul total polarizat liniar in planul sectiunii

principale a nicolului (fasciculul extraordinar/raza extraordinara).

Montajul experimental contine doua prisme Nicol, una in scopul de a lucra cu

lumina polarizata liniar (polarizor) iar cealalta in scopul de a analiza rezultatul

obtinut (analizor).

Daca intre doi