Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 2 - Phân cực ánh sáng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Vật lý đại cương 2" Chương 2 - Phân cực ánh sáng, được biên soạn với mục tiêu giúp các bạn học có thể trình bày được phân cực ánh sáng khi truyền qua bản Turmalin dày; Hiểu được sự phân cực do phản xạ và phát biểu được định luật Brewster; Trình bày được hiện tượng phân cực quay; Trình bày được định luật Biot; Nêu ứng dụng của hiện tượng phân cực quay;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 2 - Phân cực ánh sáng

CHƯƠNG 2 PHÂN CỰC ÁNH SÁNG Mục tiêu học tập 1. - Trình bày được phân cực ánh sáng khi truyền qua bản Turmalin dày - Trình bày được định luật Malus. 2. - Hiểu được sự phân cực do phản xa và phát biểu được định luật Brewster 3. -Trình bày được hiện tượng phân cực quay - Trình bày được định luật Biot 4. -Nêu ứng dụng của hiện tượng phân cực quay 5. -Vận dụng được đ/luật Malus và Biot để giải các bài tập cơ bản.
PHÂN CỰC ÁNH SÁNG Sơ lược lịch sử phát hiện và nghiên cứu Từ xa xưa nguời ta đã phát hiện ra nhiều loại khoáng chất trong suốt có đặc tính lý thú: Hình ảnh của một vật khi nhìn qua các tinh thể này trông như là có hai vật Lăng kính phân cực Nicol Tinh thể đá Băng lan (CaCO3)
Mô hình nghiên cứu Dựa trên lý thuyết sóng điện từ
§3.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực 1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực Ánh sáng tự nhiên: là AS trong đó vectơ cường độ điện trường dao động một cách đều đặn theo tất cả mọi phương vuông góc với tia sáng. E Môi trường bất đẳng hướng về quang học - Tinh thể Turmaline - Silicoborat - Tinh thể đá băng lan – CaCO3 Ánh sáng tự nhiên - Tinh thể thạch anh – SiO2
 AS trong đó vectơ cường độ điện trường chỉ dao động theo một phương nhất định được gọi là AS phân cực thẳng hay AS phân cực toàn phần. AS trong đó vectơ cường độ điện trường dao động theo mọi phương, nhưng có phương mạnh, phương yếu, gọi là AS phân cực một phần E E E AS phân cực hoàn toàn AS tự nhiên (AS phân cực thẳng) AS phân cực một phần
2. Một vài khái niệm Mặt phẳng phân cực là mặt phẳng chứa tia sáng và vuông góc với mặt phẳng dao động.  AS phân cực thẳng có 1 mp dao động.  AS phân cực 1 phần và tự nhiên có vô số mp dao động.
§ 3.2. Sự phân cực ánh sáng do truyền qua bản Turmalin dày. Định luật Malus 1. Sự phân cực ánh sáng do truyền qua bản Turmalin dày  Tinh thể Turmalin (hợp chất silicoborat aluminium) có tính chất biến ánh sáng tự nhiên  phân cực. Trong tinh thể có 1 phương đặc biệt  quang trục . Nếu có E tới tinh thể. Phân E E1 y tích E thành E1x và E1y. E E1 y E 1x Thành phần E1y // 1 thì truyền qua T1. 1 Thành phần E1x  1 thì T1 bị T1 hấp thụ  không Như vậy, sau Tuamalin là AS qua được. phân cực thẳng Tính trung bình, cường độ as còn lại là I0/2
2. Định luật Malus E E1 E1 y E1 y E 2 yÉtienne-Louis Malus  E 1x E 2x E2y (1809) S 1 1  2 T1(P) T2(A) Chiếu một chùm ánh sáng tự nhiên truyền qua 2 bản Tuamalin dày, có các quang trục 1 và 2 hợp với nhau một góc . Gọi A1 & A2 là biên độ dao động tương ứng của E1y và E2y Ta có: A2 = A1 cos Nên: I2 = A22 = A12 cos2  I2 = I1cos2   = 0, nghĩa là 1 // 2, thì I2max = I1, sau T2 sẽ thấy sáng nhất   = 90o, nghĩa là 1  2, thì I2min = 0, sau T2 sẽ thấy tối hoàn toàn
E E1 y E1 y E1  E2y E 1x E 2x E2y S 1 1  I0 I1=I0/2 2 I2 = I1cos2 T1(P) T2(A) Định luật Malus: Khi chiếu một chùm ánh sáng tự nhiên truyền qua 2 bản Tuamalin dày, có các quang trục 1 và 2 hợp với nhau một góc , thì cường độ của ánh sáng nhận được sau 2 bản đó sẽ tỷ lệ thuận với cos2. I2 = I1cos2
§ 3.3. Sự phân cực ánh sáng do phản xạ. Định luật Brewster Chiếu 1 chùm AS chưa phân cực tới mặt phân cách 2 môi trường với góc tới i. Tại mặt phân cách có 2 tia: tia phản xạ (góc phản xạ là i’) và tia khúc xạ (góc khúc xạ r). AS phản xạ (phân cực 1 phần) AS tới chưa phân cực Sir David Brewster (1781- 1868) Với góc tới i bất kỳ thì: AS khúc xạ (phân cực 1 phần) - tia phản xạ - tia khúc xạ là AS phân cực 1 phần 10
§ 3.3. Sự phân cực ánh sáng do phản xạ. Định luật Brewster - tia phản xạ là AS phân cực thẳng (chỉ còn E  với mp tới). - tia khúc xạ là chùm tia phân cực 1 phần mạnh nhất (Các E // mp tới dao động mạnh hơn nhiều E  mp tới). Khi có iB xảy ra thì tia phản xạ và khúc xạ vuông góc nhau. Biểu thức (*) là biểu thức định luật Brewster, iB là góc Brewster. VD: + AS đi từ không khí (n1=1) vào thủy tinh (n2= 1,53) thì khi góc tới iB= 56,830 thì tia phản xạ là AS phân cực phẳng. 11 Vì tg iB= n2/n1= 1,53  iB= 56,830
§3.4. Hiện tượng phân cực quay. Ứng dụng 1. Hiện tượng phân cực quay S P (Polarizer) T A (Analyzer) Chiếu 1 as tự nhiên đơn sắc qua T1 và T2 đặc chéo nhau: 1 2, mắt sau T2 thấy tối. Đặt giữa T1 và T2 1 bản thạch anh T thì mắt thấy sáng. Bản thạch anh T làm quay Gọi là hiện tượng phân cực quay mặt phẳng dao động của ánh sáng phân cực đi một góc . Thay thạch anh= saccarose, glucose, camphor,… Chất các tác dụng làm quay mặt phẳng dao động của ánh áng sáng gọi là chất quang hoạt (optical activity).
P P’ : gọi là góc quay cực  P: mặt phẳng dao động lúc đầu P’: mặt phẳng dao động lúc sau.
Chất quang hoạt tồn tại dưới 2 dạng: * Chất quay phải (chất hữu tuyền= Dextrorotatory): kí hiệu là D hay (+): là những chất làm quay mặt phẳng dao động về bên phải (theo chiều kim đồng hồ) với người quan sát mắt đặt sau kính phân tích. VD: (S)-2-Bromobutane, D-Glucose, D-Sucrose, D-Lactose, Camphor, Penicillin V, Progesterone,… * Chất quay trái (chất tả tuyền = Levorotatory): kí hiệu là L hay (-): là những chất làm quay mặt phẳng dao động về bên trái (ngược chiều kim đồng hồ) với người quan sát mắt đặt sau kính phân tích. VD: (R)-2-Bromobutane, D-Fructose, Cholesterol, Taxol A,… Điều kiện cần và đủ để một chất có tính hoạt quang là phân tử phải bất đối xứng.
2. Định luật Biot Năm 1815 Biot tìm ra định luật. Thực nghiệm chứng tỏ rằng, đối với 1 AS đơn sắc nhất định thì góc quay cực  tỷ lệ với chiều dài của chất mà AS đi qua, với khối lượng riêng  (đối với tinh thể hay chất lỏng nguyên Jean-Baptiste Biot chất) và với nồng độ C (đối với dung dịch). (1774- 1862) Đối với tinh thể hay chất lỏng nguyên chất: Đối với dung dịch (chất rắn tan trong dung môi): Đối với dung dịch nhiều chất tan (ko tương tác nhau): Lấy dấu (+) với chất quay phải và dấu (-) với chất quay trái.  là góc quay cực (rotation angle) (độ),  là khối lượng riêng 15 (g/cm3), d là độ dài (dm), C là nồng độ dung dịch.
2. Định luật Biot + Thông thường góc quay cực tăng khi  giảm: như ở 436 nm thì gấp đôi, ở 365 nm thì gấp 3 ở 589 nm.
+ Nếu ko có hướng dẫn riêng, thì  được xác định ở 200C, với tia sáng đơn sắc có bước sóng với vạch D (589,3nm) của đèn Natri qua lớp chất lỏng hay dung dịch có bề dày 1dm. Ví dụ: + Ampicillium (C16H19N3O4S) là acid có góc quay cực riêng từ +2800 đến +3050 tính theo chế phẩm khan. + Cocaini hydrochoridum (C17H21NO4.HCl) có góc quay cực riêng từ - 700 đến -730 (tính theo chế phẩm đã làm khô).
3. Phân cực nghiệm và ứng dụng Phân cực nghiệm là phương pháp phân tích dựa vào việc nghiên cứu sự quay mặt phẳng phân cực của chất khảo sát.  Cho dung dịch:  20  D l.C Trong đó:  là góc quay cực đo được (đơn vị: 0), d, l là chiều dài ống đo (tính dm), C là nồng độ chất thử rắn trong dung dịch (g/ml). 18
VD: Trong Dược điển 4 có ghi như sau:  Định lượng: Dựa vào định luật Biot, khi biết chiều dài d của ống đo và năng suất cực quay [], đo góc quay cực  của dung dịch  nồng độ C (g/l) hoặc nồng độ % (kl/kl) của chất thử trong dung dịch.   C(g / l)  .1000 C (%kl / kl)  .100 l. D l. 20 . D 20 20 Trong đó: 20 là KLR (g/cm3) của dung dịch ở 200C. Trong đó M là phân tử lượng (g/mol), góc quay cực phân tử có đơn vị là: độ.dm-1.cm3.mol-1.
Một số ảnh về máy phân cực (Polazimeter) Phân cực kế Kruss: Thang đo 0-1800 (chia 10), du xích 0,050, đèn chiếu 589 nm. Ống đựng dung dịch (Polazimeter Tubes) POLAX-2L Polarimeter, Atago: Thang đo 1800, chỉ số nhỏ nhất 0,050, độ chính xác 0,10, đèn chiếu 590 nm. Ống đựng dung dịch (Polazimetry cell): dài từ 50  200 mm. 20