Ответы (1115942), страница 10
Текст из файла (страница 10)
1. Пьезоэлектрический эффект (фотоупругость): при приложении к изотропному твёрдому телу механического напряжения появляется оптическая анизотропия – это связано с искажением (растяжением или сжатием) кристаллической решётки, ведущем к возникновению оптических осей. Эффект линеен по напряжению: 
где k1 – упругооптическая постоянная (постоянная Брюстера); для стёкол 
Линейная зависимость выполняется только при не очень больших напряжениях. Эффект используют для изучения распределения механических напряжений в твёрдых телах.
2. Электрооптические эффекты: при помещении изотропного вещества в электрическое поле может возникнуть оптическая анизотропия. Существует два типа электрооптических эффектов: эффект Поккельса (линейный) и эффект Керра (квадратичный).
Эффект Поккельса наблюдается только в пьезоэлектрических кристаллах, то есть кристаллах, где сжатие или растяжение вдоль определённых направлений вызывает поляризацию (прямой пьезоэффект) или электрическое поле вызывает сжатие или растяжение по определённым направлениям (обратный пьезоэффект). Для эффекта Поккельса 
где k2 – постоянная Поккельса. Этот эффект наблюдается в таких веществах, как LiNbO3 (k2 = 3.7·10–10 м/В), KH2PO4, NH4H2PO4.
Эффект Керра наблюдается в жидкостях, стёклах и кристаллических веществах (не пьезоэлектриках). При приложении внешнего поля появляется оптическая ось, направленная вдоль поля. 
где k3 – постоянная Керра (для нитробензола k3 = 10–18 м2/В2). Физическая причина эффекта Керра состоит в ориентации молекул (или других структурных элементов вещества) и искажении электронных оболочек в электрическом поле. В первом случае наблюдается ориентационный эффект Керра (проявляется для веществ, состоящих из полярных частиц), во втором – поляризационный (для веществ, состоящих из неполярных, но легко поляризуемых молекул). Эффект Керра можно наблюдать, пропуская луч света через вещество, облучаемое лазером – в этом случае луч лазера влияет на распространение луча обычного света, то есть нарушается принцип суперпозиции.
Электрооптический эффект используется для изготовления оптических затворов – свет пропускают через скрещенные поляризаторы, между которыми расположена пластинка оптически изотропного вещества. В отсутствии внешнего электрического поля свет не проходит; при наложении поля определённой напряжённости пластинка превращается в пластинку в «полволны» и система пропускает свет. Такие устройства можно использовать для модуляции светового потока, необходимой в оптической передаче информации, – для этого больше подходят пьезоэлектрики, так как эффект линеен, а время релаксации очень мало по сравнению с релаксацией ориентированных молекул (возможна модуляция сигналов высоких частот).
3. Магнитооптический эффект (эффект Коттона-Мутона):
Данный эффект полностью аналогичен эффекту Керра; 
где k4 – постоянная Коттона-Мутона (наибольшие величины k4 = 10–6–10–7 Тл–2 для коллоидных растворов и жидких кристаллов). Малые значения постоянной не позволяют практически использовать данный эффект.
Замечание: постоянные Брюстера, Поккельса, Керра и Коттона-Мутона могут быть как положительными, так и отрицательными и зависят от длины волны света.
21. Оптическая активность кристаллов и молекул. Оптические антиподы и изомеры. Положительные и отрицательные оптически активные вещества. Закон Био. Гипотеза Френеля. Искусственная оптическая активность (эффект Фарадея).
1) Виды оптической активности:
Оптическая активность – явление поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света при прохождении через вещество.
Существует два вида оптической активности – одни вещества оптически активны в любом агрегатном состоянии (они образованы хиральными, то есть оптически активными молекулами – например, молочная кислота), другие – только в кристаллическом. В первом случае оптическая активность связана с отсутствием центра инверсии у молекул, во втором – с отсутствием центра инверсии в кристаллической структуре (при этом вещество может иметь немолекулярное строение; например, кварц).
Оптически активные молекулы могут существовать в виде двух форм – оптических изомеров. Оптические изомеры – это несовместимые друг с другом зеркальные изображения; они могут встречаться порознь, обусловливая оптическую активность жидкости, газа или твёрдого тела, а могут в равных количествах находиться в смеси, образуя рацемат. Для разделения оптических изомеров используют реакции с оптически активными реагентами или биохимические способы. Если оптическая активность обусловлена кристаллической структурой вещества, то соответствующие модификации называют оптическими антиподами.
Оптический изомер (или антипод) называют положительным, если он вращает плоскость поляризации вправо (для наблюдателя, смотрящего навстречу лучу); левовращающие изомеры называют отрицательными.
2) Количественные характеристики оптической активности:
Если оптическая активность обусловлена строением молекулы, то вещество сохраняет свою оптическую активность при растворении в неактивном растворителе; при этом угол поворота определяется соотношением (закон Био): 
где [] – удельная оптическая активность (удельное вращение), l – путь, пройденный лучом в растворе, с – концентрация. Удельная оптическая активность зависит от длины волны света и обычно указывается для жёлтой линии натрия (обозначается []D). Измерения оптической активности используют для определения строения оптически активных молекул (метод поляриметрии).
Для кристаллических веществ закон Био принимает форму 
Величина удельной оптической активности зависит от разных факторов – температуры, давления, растворителя.
3) Объяснение оптической активности:
Для объяснения оптической активности предложена гипотеза Френеля: предполагают, что в оптически активных веществах правый и левый циркулярно поляризованный свет распространяются с разными скоростями (что вполне объяснимо, например, для кварца, где оптическая активность обусловлена наличием осей 31 или 32; быстрее распространяется тот свет, в котором направление вращения совпадает с направлением закручивания оси симметрии). Плоско поляризованную волну можно рассматривать как результат наложения двух волн, циркулярно поляризованных в противоположных направлениях; амплитуда каждой из таких волн равна половине амплитуды результирующей волны. При попадании в оптически активное вещество две составляющие волны будут перемещаться с разными скоростями, поэтому к моменту выхода из вещества поворот вектора Е в одной из составляющих окажется больше на 
В результате суммарный вектор повернётся на угол 
Положительные значения соответствуют правовращающему веществу, отрицательные – левовращающему.
Таким образом, оптическая активность является примером оптической анизотропии и может быть вызвана искусственно – в магнитном поле. Такой эффект называют эффектом Фарадея – для поворота плоскости поляризации необходимо направить луч вдоль направления магнитного поля. 
где l – путь, пройденный в веществе; k5 – постоянная Верде (зависит от длины волны света и температуры). Возникновение оптической активности в магнитном поле характерно для всех веществ, однако обычно возникающий эффект чрезвычайно мал; хороший результат может быть получен в ферромагнетиках, внутри которых поле дополнительно усиливается.
Искусственное возникновение оптической активности обусловлено индуцированием кругового движения электронов в магнитном поле. В таком веществе быстрее распространяется свет, циркулярно поляризованный в направлении движения электронов (то есть направлении вращения электрического поля). Это направление определяется направлением магнитного поля, поэтому знак угла вращения плоскости поляризации не зависит от направления распространения луча, то есть для поворота плоскости поляризации можно использовать многократное отражение света от магнита.
39
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
