И.В. Савельев - Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм, волны, оптика (1115514), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Такие две окраски назывсчотся д о п о л н и т е л ь и ы м и. При вращешш одного из поляризаторов окраска непрерывно меняется, переходя за каждую четверть оборота от одного дополнительного цвета к другому. Смена окраски наблюдается и при ч,, отличном от Ы4 (ио не равном нулю илп Ы2), только цвета оказываются менее насьпценными. Разность фзз б зависит от толщины пластинки. Поэтому, если двоякопреломляющая прозрачная пластинка, помещенная между поляризаторами, имеет в разных местах неодинаковую толщину, этн места при наблюдении со стороны поляризатора Р' будут представляться окрашенными в различные цвета. При вращении поляризатора Р' эти цвета изменяются, причем каждый из них переходит в дополнительный цвет. Поясним это следующим примером.
На рис. 139.3, а изображена помещенная между поляризаторами пластинка, у которой нижняя половина толще верхней. Пусть свет, проходящий через пластинку, содержит излучение только двух длин волн: Лг и Л«. На рис. 139.3, б дан «вид» со стороны поляризатора Р'. По выходе из кристаллической пластинки каждая пз сос- 4 ыо. искэсственнов двоинов лэчепгвломлвнив 44т тавляющих излучения будет, вообще говоря, поляризована по эллипсу. Ориентация и эксцентриситет эллипсов для длин волн Хт и Х„а также для разных половин пластинки будут различны.
При установке плоскости поляризатора Р' в положение Р; в излучении, прошедшем через Р'-, будет преобладать в верхней половине пластинки длина волны Хь в нижней половине — Х,. Поэтому обе половины будут иметь разную окраску. При установке поляризатора Р' в положение Р; окраска верхней половины будет определяться излучением с длиной волны Х„нижней половины — нз лучением с длиной волны Хь Таким образом, при повороте поляризатора Р' на 90' обе половины пластинки как бы обмениваются окраской. Разумеется, так будет обстоять дело лишь при определенном соотношении толщин обеих частей пластинки.
$140. Искусственное двойное лучепреломление В прозрачных аморфных телах, а также в кристаллах кубической системы может возникать двойное лучепреломление под влиянием внешних воздействий. В частности, это происходит при механических деформациях тел. Мерой возникающей оптической анизотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. Опыт дает, что эта разность пропорциональна напряжению а в данной точке тела (т. е. силе, приходящейся на единицу площади; см, 4 14 1-го тома): и,— п,=йо (140. 1) (к — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств вещества). Поместим стеклянную пластинку Я между скрещенными поляризаторами Р и Р' (рис.
140.1). Пока стекло не деформировано, такая система света не пропускает. Если же пластинку подвергнуть сжатию, свет через систему начинает проходить, причем наблюдаемая в прошедших лучах картина оказывается испещренной цветными полосами. Каждая такая полоса соответствует одинаково деформированным местам пластинки. Следовательно, по расположению полое можно судить о распределении напряжений внутри пластинки. На этом основывается оптический метод исследования напряжений. Изготовленная из прозрачного изотропного материала (например, из плексигласа) модель какой-либо детали или конструкции помещается мшкду скрещенными поляризаторами.
Модель подвергается действию нагрузок, подобных тем, какие будет испытывать само изделие. Наблюдаемая при этом в проходящем белом свете картина позволяет определить распределение напряжений, а также судить об их величине. Возникновение двойного лучепреломлення в жидкостях и в аморфных твердых телах под воздействием электрического поля ГЛ. Х!Х.
ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА было обнаружено Керром в 1875 г. Это явление получило назва- ' ние эффекта К е р р а. В 1930 г. этот эффект был наблюден также и в газах. Схема установки для исследования эффекта Керрз в жидкостях ' показана нз рис. 140.2.Установка состоит из я ч ей к и Ке р р а, помещенной между скрещенными поляризаторами Р и Р'. Ячейка Керрз представляет собой герметичный сосуд с жидкостью, в которую введены пластины конденсатора.
При подаче на пластины напряжения между ними возннкает практически однородное электрическое поле. Под его действием жидкость приобретает свойства Ряс. 140.1. Рис. 140АЬ одноосного кристалла с оптической осью, ориентированной вдоль поля. Возникающая разность показателей преломлении п, и па пропорциональна квадрату напряженности поля Е: п,— и, = йЕа. (140.2) На пути 1 между обыкновенным и необыкновенным лучами возникает разность хода Ь = (и„— и,) 1 = Ы Е* или разность фаз б = — 2я = 2П вЂ” 1Е'.
Ха аа Это выражение принято записывать в виде 6=2ПВ1Е'., (140.3) где  — характерная для вещества величина, называемая п оотоянной Керра. Иэ известных жидкостей наибольшей постоянной Керра обладает нитробенэол (С,НаМОа). Постоянная Керра зависит от температуры вещества и от длины волны света. Эффект Керра объясняется различной поляризуемостью молекул по разным направлениям.
В отсутствие поля молекулы ориентированы хаотическим образом, поэтому жидкость в целом не обнару- $141. ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЭАЦИИ живает анизотропии. Под действием поля молекулы поворачиваются так, чтобы в направлении поля были ориентированы либо их дипольные электрические моменты (у полярных молекул), либо направления наибольшей поляриэуемости (у неполярных молекул). В результате жидкость становится оптически анизогропной. Ориентирующему действию поля противится тепловое движение молекул. Этим обусловливается уменьшение постоянной Керра с повышением температуры.
Время, в течение которого устанавливается (при включении поля) или исчезает (при выключении поля) преимущественная ориентация молекул, составляет около 1О " с. Поэтому ячейка Керра, помещенная между скрещенными поляризаторами, может служить практически безынерционным световым затвором. В отсутствие напряжения на пластинах конденсатора затвор будет закрыт. При включении напряжения затвор пропускает значительную часть света, падающего на первый поляризатор. й 141. Вращение плоскости поляризации Естественное вращение. Некоторые вещества, называемые о пт и ч ее к и а к т и в ны м и, обладают способностью вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через ннх плоскополяризоваиного света.
К числу таких веществ принадлежат иристаллические тела (например, кварц, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин) и растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водиые растворы сахара, винной кислоты и др.). Кристаллические вещества сильнее всего вращают плоскость поляризации в случае, когда свет распространяется вдоль оптической оси кристалла.
Угол поворота ф пропорционален пути 1, пройденному лучом в кристалле: ф=а1. Коэффициент а называют постоянной вращения. Эта постоянная зависит от длины волны (дисперсия вращательной способности) . В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути света в растворе 1 и концентрации активного вещества гх ф=!а! с1.
(141.2) Здесь !а! — величина, называемая удел ь н о й п о с то я иной вращения. В зависимости от направления вращения плоскости поляризации оптически активные вещества подразделяются на и р а в о. и л е в о в р а щ а ю щ и е. Направление вращения' (относительно ГЛ. Х!Х. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА луча) не зависит от направления луча. Поэтому, если луч, прошедший через оптически активный кристалл вдоль оптической оси, отразить зеркалом и заставить пройти через кристалл еще раз в обратном направлении, то восстанавливается первоначальное положение плоскости поляризации. Все оптически активные вещества существуют в двух разновидностях — правовращающей и левовращающей. Существуют правок левовращающий кварц, право- и левовращающий сахар и т. д.
й!олекулы нли кристаллы одной разновидности являются зеркальным отражением молекул или кристаллов другой разновидности (рис. 141.1). Букпазш С, Х, У, Я и Т обозначены отличающиеся друг от друга атомы или группировки ато- Х мов (радикалы). Молекула б является зеркальным отражением молекулы а. Если смотреть на тетраэдр, изображенный на рис. 141.1, вдоль направления СХ, то при обходе по часовой стрелке будет иметь место че- ® У а~ ф редование Х'гТТ, для молекулы а и Рис. !4пп УТУШИ для молекулы б. То же самое наблюдается для любого из направлений СГ, СЛ и СТ.
Чередование радикалов Х, г', Л, Т в молекуле б противоположно их чередованию в молекуле а. Поэтому, если, например, вещество, образованное молекулами а, пранонращающее, то вещество, образованное молекулами б, будет левовращающим. Если между двумя скрещенными поляризаторами поместить оптически активное вещество (кристалл кварца, прозрачную кювету с раствором сахара и т. п.), то поле зрения просветляется. Чтобы снова получить темноту, нужно повернуть один из поляризаторов на угол ф, определяемый выражением (141.1) или (141.2).
В случае раствора, зная удельную постоянную вращения (а) данного вещества и длину 1, можно, измерив угол поворота ф, определить по формуле (141.2) концентрацию раствора с. Такой способ определения концентрации применяется в производстве различных веществ, в частности в сахароварении (соответствующий прибор называется сахариметром).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
