МУ-О-25 (1003774), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В жидкокристаллическом состоянии молекулы взаимно параллельны, но беспорядочно сдвинуты вдоль своих осей.В смектических жидких кристаллах степень упорядоченности выше, молекулы сгруппированы в слои, внутри слоя сохраняется их параллельная ориентация. Между слоямивзаимодействие ослаблено, поэтому смектики на ощупь мылоподобные, скользкие.Наиболее сложно устроены холестерики. Их молекулы также вытянуты, но на конце имеютотросток из нескольких атомов, торчащих сбоку. Из-за выступающих частей молекул при ихупаковке происходит закручивание структуры.Для того, чтобы вещество проявляло себя как жидкий кристалл, необходима не тольковытянутая форма молекул, но и специфический характер сил молекулярного взаимодействия.Жидкокристаллическое состояние существует в определенном для каждого вещества интервале температур.
Он может быть и очень малым (∆Т≈0,01 К) и достаточно широким (∆Т≈100К). Температуры перехода из твердого в жидкокристаллическое состояние различны: от-20°С до +400°С.В устройствах отображения информации применяются нематические жидкие кристаллы. Обычно ориентация молекул нематика распространяется не на весь объем вещества,а лишь на небольшие его области - домены. На границе раздела доменов происходит изменение направления ориентации молекул и связанное с этим изменение показателя преломления. Здесь происходит отражение и преломление света, а так как домены малы, то нематикиоказываются мутными, малопрозрачными.Существуют способы сделать нематическую жидкость однодоменным и, следовательно, прозрачным кристаллом. Один из них заключается в том, что внутренние поверхности стеклянных пластин, между которыми удерживается нематик, легко полируют, протираястекло шерстяной тканью в выбранном направлении.
При этом на стекле образуются микроборозды глубиной и шириной в десятки нанометров. Длинные молекулы нематическогожидкого кристалла укладываются в эти бороздки, ориентируя и остальные молекулы. Чтобывлияние бороздок было достаточным, зазор между пластинами не превышает 0,1 мм.Если пластинки стекла с бороздками повернуть относительно друг друга на 90° вокруг оси,перпендикулярной их плоскости, то ориентация молекул в ближайших к пластинам слояхокажется взаимно перпендикулярной, а молекулы в объеме пленки из нематика, равняясь намолекулы, лежащие в углублениях борозд, совершат постепенный плавный разворот на 90°.В итоге структура нематика окажется закрученной («твист»-структура).Такая среда является оптически активной и может осуществить поворот плоскостиполяризации проходящего через нее линейно поляризованного света.В жидкокристаллической ячейке, используемой как индикатор, снаружи стеклянных пластинпомещают прозрачные!!" пленочные поляроиды со скрещенными направлениями разрешенныхколебаний вектора E .Если слой нематика с закрученной структурой поворачивает плоскость поляризациина 90°, то такая конструкция будет прозрачной для света.
Вытянутые молекулы нематика обладают заметным дипольным моментом, поэтому легко ориентируются по направлениюэлектрического поля, которое можно создать в пространстве между стеклянными пластинками. Для этой цели на наружные поверхности стекол наносят прозрачное проводящее покрытие (электроды) из двуокиси олова или окиси индия в форме сегментов цифры или буквы, накоторые подается напряжение.
Полярность напряжения не играет роли, можно подключать кэлектродам и переменное напряжение. Достоинством нематических жидких кристаллов является способность полностью ориентироваться по полю во всем объеме при низких напряжениях (1-5 В). Схема устройства и принципа действия жидкокристаллической ячейки приведена на рис. 23.Вывод электродаСветСветПоляроидСтеклоEСтеклоПоляроидВывод электродаС полем EБез поля EРис. 23Задание 12.
Ознакомиться с работой жидкокристаллического индикатора.Элементы индикатора на жидких кристаллах заключены в круглую пластмассовуюкассету с разъемами для подключения переменного напряжения (прибор №8). Индикатор работает в проходящем свете. При отсутствии электрического поля в объеме нематика, заключенного между стеклянными пластинами (выключено напряжение питания кассеты), ячейкаполностью прозрачна.Включив трансформатор, питающий низким напряжением 0<U<5В электроды жид-кокристаллической ячейки, можно увидеть непрозрачные символы, причем контраст изображения зависит от величины напряжения, регулируемого потенциометром на блоке питания.Зарисовать темные символы жидкокристаллической ячейки.7.
ПОЛЯРИЗАЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА. ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА(Задания 13, 14)1. В газовом (гелий-неоновом) лазере излучение многократно проходит через стеклянныеокна под углом Брюстера ("окна Брюстера"). При этом компонента, поляризация которойперпендикулярна плоскости падения, частично отражается и частично проходит. Послебольшого числа прохождений через окна она почти полностью удаляется из пучка благодаряотражениям. С другой стороны, компонента с поляризацией, параллельной плоскости падения, полностью проходит, так как при угле Брюстера коэффициент отражения для этой компоненты равен нулю. В конечном итоге половина света пропадает, а вторая половина выходит из лазера полностью линейно поляризованной (рис.24).НульНульСтеклоВоздух100%Рис.
24Задание 13. Определение состояния поляризации лазерного излучения.ВНИМАНИЕ! По технике безопасности не допускается попадание прямого или зеркальноотраженного луча в глаз.С помощью учебного мастера включить лазер, имеющийся в лаборатории. Поставить поляроид на пути лазерного луча. Вращая поляроид, наблюдать изменение яркости пятна на экране.
Какой вывод можно сделать из этого наблюдения?Задание_14. Наблюдение деполяризации при отражении света от матовой поверхности.В результате взаимодействия поляризованного света со средой в ряде случаев наблюдаетсяуменьшение степени поляризации. Это явление называется деполяризацией света. Причиныдеполяризации могут быть различные. К деполяризации приводит, например, рассеяние света в мутной среде или на матовой поверхности.Для наблюдения деполяризации при диффузном отражении держите поляроид перед глазоми, вращая поляроид, рассматривайте лазерное пятно на экране или белой бумаге.Контрольные вопросы.1.
В чем заключается свойство поперечности электромагнитных волн?2. В таком случае говорят, что свет имеет линейную поляризацию?3. Как на опыте можно определить, имеет ли исследуемый свет линейную поляризацию?4. Что такое круговая, эллиптическая поляризация?5. Какие физические явления используются для получения линейно поляризованного света?6. Как получить циркулярно поляризованный свет?7. Как отличить циркулярно поляризованный свет от естественного?8. Под каким углом падает солнечный свет на поверхность воды (n=1,33), если отраженныйлуч имеет степень поляризации p=1?9.
Что такое оптическая активность?Литература1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 2.2. Ландсберг Г.С. Оптика.3. Александров А.Я., Ахметзянов М.Х. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела, М., 1973.ПРИЛОЖЕНИЕСОСТАВ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ(порядковые номера нанесены на приборы и принадлежности).Приборы:1. Демонстрационный прибор.2. Установка для изучения закона Малюса.3. Фотоприемник.4. Источники питания фотоприемника и лампы накаливания в установке 2.5. Прибор для демонстрации поляризации света при отражении от диэлектрика.6. Прибор для измерения угла Брюстера.7.
Прибор для измерения угла вращения плоскости поляризации (поляриметр П-161М).8. Индикатор на жидком кристалле.9. Понижающий трансформатор (с 220 В до 5 В) для индикатора.Принадлежности:10. Поляроид (на пластине 70x70 для прибора I).11. Поляроид (в пластмассовой оправе, снабженной ручкой).12. Поляроид (в круглой оправе из алюминия для прибора 2).13. Стопа стеклянных пластинок в оправе.14. Кристалл исландского шпата в оправе.15. Пластинка в четверть длины волны (λ/4), 2 шт.16. Пленка «скотч» на стеклянной пластинке 50x50 мм.17.
а,б,в Детали из оргстекла.Кюветы с раствором сахара.Лупа.Светофильтры..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
