Giáo trình tổng hợp những hướng dẫn cơ bản về hiện tượng lưỡng chiết phần 2 ppsx

n = n e - n o = C λ H 2 C là một hằng số tùy thuộc bản chất của chất lỏng, độ dài sóng ( của ánh sáng và nhiệt độ và có thể âm hay dương. Một trong hai phương chấn động ưu đãi song song với phương của từ trường. Ta có thể giải thích hiện tượng lưỡng chiết từ, tương tự hiện tượng lưỡng chiết điện, bằng thuyết định hướng phân tử. PHÂN CỰ C QUAY TỰ NHIÊN SS.26. Thí nghiệm về phân cực quay. Năm 1811, Arago đã thực hiện thí nghiệm sau về hiện tượng phân cực quay tự nhiên. H.59 Chiếu một chùm tia sáng song song, đơn sắc, đi qua một hệ thống gồm hai nicol P và A đặt chéo góc. Mắt đặt tại 0 dĩ nhiên không thấy ánh sáng. Sau đó đặt trong khoảng hai nicol P và A một bản thạch anh hai mặt song song, có trục quang học thẳng góc với hai mặt và song song với phương truyền của tia sáng (để tránh hiện tượng chiết quang kép đã nói ở các phần trên) : Mắt lại nhận được ánh sáng ló ra khỏi A. Quay nicol phân tích A một góc (, cùng chiều kim đồng hồ hay ngược chiều tùy thuộc đặc tính của bản L, ánh sáng lại hoàn toàn bị A chặn lại. Từ thí nghiệm này, người ta suy ra rằng : Bản thạch anh L có tính chất làm quay mặt phẳng chấn động của chùm tia sáng truyền qua nó. Ánh sáng tới có mặt phẳng chấn động là Q thì khi ló ra khỏi bản L, mặt phẳng chấ n động sáng là Q’ hợp với mặt phẳng Q một góc (. Chiều quay cũng như trị số của ( tùy thuộc các tính chất của bản L. Chính vì vậy khi ta quay nicol phân tích A một góc ( thì mặt phẳng chính của A thẳng góc với mặt phẳng chấn động Q’ nên ánh sáng bị chặn lại. Hiện tượng trên được gọi là phân cực quay tự nhiên hay triền quang. Các tính chất có tính chất làm quay mặt phẳng chấn động sáng như vậy được gọi là các ch ất quang hoạt. Ta cần phân biệt môi trường quang hoạt và môi trường dị hướng. Thạch anh vừa có tính dị hướng vừa có tính quang hoạt nhưng đá băng lan chỉ có tính dị hướng mà không có tính quang hoạt, ngược lại nhiều chất đẳng hướng lại có tính quang hoạt như một số lớn các chất hữu cơ. Có những chất chỉ có tính quang hoạt khi ở trạng thái rắn, thí dụ thạch anh, khi các chất này chuyể n sang một trạng thái khác (lỏng, hơi, dung dịch) thì tính quang hoạt mất. Sự kiện này chứng tỏ, với các chất trên, tính quang hoạt là một thuộc tính do sự sắp xếp các nguyên tử hay phân tử trong tinh thể. Khi sự sắp xếp này không còn (môi trường chuyển sang trạng P α L Q Q’ A Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m thái lỏng hay hơi) thì tính quang hoạt cũng mất theo. Ngược lại, có nhiều chất khác như đường, acid tartric Có tính quang hoạt ở mọi trạng thái, kể cả trạng thái dung dịch, với các chất này, tính quang hoạt là một thuộc tính nằm ngay trong bản thân các phân tử nên tính đó vẫn tồn tại dù môi trường thay đổi trạng thái. Thí nghiệm cho thấy có hai loại môi trường quang hoạt, sự phân biệt tùy theo chiều quay của mặt phẳng chấn động sáng đối v ới mắt quan sát viên. Các chất quang hoạt làm mặt phẳng chấn động sáng quay theo chiều kim đồng hồ (đối với mắt quan sát viên) được gọi là chất hữu triền (hình 5.60a). Ngược lại các chất làm mặt phẳng chấn động sáng quay ngược chiều kim đồng hồ được gọi là các cất tả triền (hình 5.60b). SS.27. Định luật Biot. Các thí nghiệm cho thấy, với mỗi chất quang hoạt, góc quay ( của mặt ph ẳng chấn động sáng tỉ lệ với bề dày ( của môi trường quang hoạt mà ánh sáng đi qua. ( là một hằng số tùy thuộc bản chất của môi trường quang hoạt, độ dài sóng của ánh sáng, nồng độ nếu chất quang hoạt là dung dịch và tùy thuộc cả nhiệt độ. Ta thấy ( chính là góc quay ứng với một đơn vị bề dày. Nếu môi trường quang hoạt là một dung dịch của một chất quang ho ạt tan trong một dung dịch không có tính triền quang, các thí nghiệm cho biết, góc quay ( tỉ lệ với nồng độ C của dung dịch. Biot đã phát biểu định luật như sau : Với một độ dài sóng nhất định của ánh sáng, góc quay ( gây ra bởi một bề dày ( của một dung dịch quang hoạt thì tỉ lệ với nồng độ C của dung dịch Nồng độ C được định nghĩa là khối lượng chất quang hoạt hòa tan trong m ột đơn vị thể tích của dung dịch. [(] là một hằng số, độc lập đối với nồng độ C và được gọi là “năng suất triền quang riêng” của chất quang hoạt hòa tan. Trị số của [(] tùy thuộc độ dài sóng của ánh sáng nhưng thay đổi không đáng kể đối với nhiệt độ. Chiều dài ( thường được tính ra dm nên [(] chính là góc quay ứng với một cột dung dịch dài 1dm chứa 1g chất quang hoạt hòa tan trong m ỗi cm3 dung dịch. α = ζ l α = [ α ] . l C 2 a α α P’ P (a) (b) Hö õ u Ta û trie à n H.60 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Trong trường hợp dung dịch chứa nhiều chất quang hoạt hòa tan lần lượt có năng suất triền quang riêng [(1], [(2],[(3], và nồng độ c1, c2 góc quay ( gây ra bởi một bề dày ( của dung dịch là: α ≈ ( [ α 1 ] c 1 + [ α 2 ] c 2 + ) λ Với quy ước: các năng suất triền quang riêng [(1], [(2], được coi là dương nếu chất quang hoạt hòa tan có tính hữu triền, được coi là âm nếu có tính tả triền. Định luật Biot chỉ gần đúng và chỉ được dùng cho các dung dịch lỗng. SS.28. Lý thuyết về hiện tượng phân cực quay. Fresnel đã giải thích hiện tượng phân cực quay như sau : Chấn động thẳng OP có phương trình s = acos(t được coi là tổng hợp của hai chấn động tròn 1 OM uuuur và 2 OM uuuur , quay xung quanh O với cùng vận tốc gốc ω nhưng ngược chiều và có 12 2 a OM OM ==. Khi chưa đi vào mơi trường quang hoạt, hai chấn động tròn truyền đi với cùng vận tốc, nên chấn động tổng hợp ln ln là OP nằm trên trục Ox. Khi đi vào mơi trường quang hoạt. Hai chấn động tròn này truyền đi với các vận tốc V1, V2 khác nhau, ứng với các chiết suất n1, n 2 . Giả sử chấn động tròn OM1 là chấn động nhanh pha (V1>V2 hay n1 < n2). Các chấn động chiếu 12 ,OH OH uuur uuur xuống trục Ox là các chấn động sin thẳng, khi đi vào bản quang hoạt có dạng : x 1 = x 2 = 2 a cosωt Khi ra khỏi bản có dạng : Ta có : (1 < (2 Như vậy hai chấn độngĠ khi ra khỏi mơi trường quang hoạt khơng còn đồng pha nữa. () 11 cos 2 ϕω −= t a x () 22 cos 2 ϕω −= t a x λ π ϕ ln 1 1 2 = λ π ϕ ln .2 2 2 = với với x M 1 P M 2 o ωt ωt H 1 H 2 H.61 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m H.62 m cú mt hiu s pha l = 2/ = 2 (n 2 n 1 )1 / Cng chớnh l gúc quay m chn ng trũn nhanh pha ) hn chn ng trũn chm pha ) khi lú ra khi mụi trng quang hot (hỡnh 62). Vỡ vy khi hai chn ng trũn ny hp li thỡ chn ng tng hp khụng cũn l na m lnm trờn trc Ox lm vi trc Ox mt gúc 2 = vaứ cuứng chieu vụựi : 21 ()nn = l Ta cú nhn xột : chiu quay ca mt phng chn ng sỏng l chiu quay ca chn ng trũn nhanh pha. SS.29. Kim chng thuyt Fresnel. Ta cú th kim chng thuyt Fresnel bng thớ nghim sau Ta dựng mt lng kớch bng thch anh, cú thit din thng l mt tam giỏc u ABC, trc quang hc thng gúc vi mt phng i xng ca lng kớnh (hỡnh 63). Chiu ti lng kớnh mt chựm tia sỏng song song, gi s dựng ỏnh sỏng vng ca Natrium, vi gúc ti cú lch cc tiu D. Thớ nghim cho thy ta c hai chựm tia lú, chng t khi i qua lng kớnh chựm tia sỏng ó b tỏch ra lm hai chựm tia ng vi hai chit sut khỏc nhau. Mt trong hai chựm tia ny song song vi ỏy lng kớnh khi i trong lng kớnh. Ngoi ra thớ nghim cng cho thy hai chựm ỏnh sỏng lú, l nhng ỏnh sỏng phõn cc trũn : mt trũn trỏi, mt trũn phi. Nu lng kớnh trờn bng thch anh t trin thỡ tia trờn (lch ớt) l ỏnh sỏng trũn trỏi (trong trng hp ny, trũn trỏi l chn ng nhanh pha : V ln, n nh nờn lch ớt), tia di l ỏnh x M 1 t- 1 M 2 o t- 2 (a) H 2 H 1 x M 1 =/2 M 2 o (b) B R 1 R 2 A D S C d D H.63 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m sáng tròn phải. Nếu lăng kính bằng thạch anh hữu triền thì ngược lại : tia trên là tròn phải, tia dưới là tròn trái. Hiệu số giữa hai chiết suất rất nhỏ. Thí dụ trong trường hợp thạch anh, với ánh sáng vàng Natri mỗi mm bề dày làm mặt phẳng chấn động sáng quay một góc 21o7. 21 5 21 () 21,7 0,589 :: 710 180 1000 nn x Suy ra n n n x x α λ αλ π − − = ∆−== ≈ l l Do đó độ lệch giữa hai chùm tia ló cũng rất nhỏ. Với lăng kính có góc ở đỉnh 60o như trong thí nghiệm trên thì độ lệch đó là dD(23(. Vì vậy, để tách rời hai chùm tia ló cho dễ quan sát, người ta phải ghép nhiều lăng kính với nhau sao cho độ lệch giữa hai chùm tia ló tăng dần lên khi đi từ lăng kính này qua lăng kính khác. Fresnel đã ghép một hệ thống gồm 3 lăng kính như hình vẽ 64. Các lăng kính P1, P2 bằng thạch anh hữu tiền, lă ng kính T bằng thạch anh tả triền. Các trục quang học như hình vẽ. SS.30. ĐƯỜNG KẾ. Đường kế là một loại triền quang kế, ứng dụng hiện tượng phân cực quay để đo nồng độ của một dung dịch đường. Sự cấu tạo của đường kế như hình vẽ 64. Lúc đầu, bỏ ống T ra. P 2 P 1 T H .64 P T A L H.65 Kính nhaém o y P A x P ’ (a) (b) H .6 6 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . Ta có thể giải thích hiện tượng lưỡng chiết từ, tương tự hiện tượng lưỡng chiết điện, bằng thuyết định hướng phân tử. PHÂN CỰ C QUAY TỰ NHIÊN SS .26 . Thí nghiệm về phân cực quay. Năm. dịch lỗng. SS .28 . Lý thuyết về hiện tượng phân cực quay. Fresnel đã giải thích hiện tượng phân cực quay như sau : Chấn động thẳng OP có phương trình s = acos(t được coi là tổng hợp của hai chấn. (1 < (2 Như vậy hai chấn độngĠ khi ra khỏi mơi trường quang hoạt khơng còn đồng pha nữa. () 11 cos 2 ϕω −= t a x () 22 cos 2 ϕω −= t a x λ π ϕ ln 1 1 2 = λ π ϕ ln .2 2 2 = với với