А.Н. Матвеев - Оптика (1120557), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Аналогичным способом рвссматриваются лучи, лежащие в плоскости, перпендикулярной зйз плоскости рисунка. Лучи в этой плоскости пря той же исходной поляризации являются только обыкновенными. Из пластины выходит линейно поляризованный луч, который затем прохо- 144 дит через николь №, поскольку направление колебаний его вектора Е такое же, как и у необыкновенного луча, лежащего в перпендикулярной плоскости.
В результате возникает светлая полоса, перпендикулярная светлой полосе от необыкновенного луца. Совокупностью этих двух светлых полос образуется крест, который пересекает концентрические окрашенные окружности. ! 8 44 Врвшеви плоаикти полирнзнпнн Дастся фсиомсноногвчсскос онисаина сстаствсниой и аскусстаавной оатичсской активности нашеста.
Вращение плоскости гюляризашн~ в крнсталлическпх телшс. При прохождении линейно поляризованного луча вдоль оптической оси кварцевой пластинки (рис. 251) наблюдается поворот плоскости поляризации (Араго, 18! 1). Разделения луча на два при нормальном падении на пластинку, вырезанную перпендикулярно оптической оси, не происходит. Угол поворота плоскости поляризации определяется по взаимной ориентировке осей николей № (поляризатор) и )чт (анализатор). Установлено экспериментально, что угол поворота зависит от длины д луги и кристаллической пластине н от длины.
волны, т. е. имеется вращательная дисперсия: (44.1) где а — впащательнан с"особность. Эта величина выражается в радианах на метр (в СИ) нли в градусах иа миллиметр ("/мм). У кварца для красной области спектра ц 15'/мм„для зеленой а 27'/мм, фиолетовой — а 51'/мм. Эти данные показывают, что вращательная дисперсия у кварца весьма значительна Направление вращения плоскости поляризации изменяется при изменении направления распространения свети на обратное и может определяться пранилом винта. Экспериментально установлено, что существуют дне модификвдии кристаллов кварца— правовращающая и левовращающая.
Оии характеризуются различными направлениями вращения плоскости поляризации, которые определяются в соответствии с правилам правого или левого винта при распространении света вдоль оптической оси. Исторически сложилось так, что направление вращения плоскости поляризации устанавливается для наблюдателя, к которому направлен луч света, Поэтому '!Рвновращающая модификация кварца (рис.
252, а) обусловливает левонинтовое вращение плоскости поляризации, а лсвонращающая (рис. 252, б) — сравонинтовос. Установлено, что если кристалл вращает плоскость поляризации, то у него всегда существуют обе модификации, причем (44,2) (пмт1 =(а,,1 тле а и а вращательные слособцосш пранонращающей н яояонрнщанчцей молпфнкаг м,иа<1— пий крттсталлн (Будем в дальнейшем этн модификации называть соответственно правый и левый, кристалл.) Вращение тглосксстн поляризации в аморфных веществах. Во многих аморфных веществах, в том числе и н жидкостях (например, в скипидаре), также наблюдается вршцение плоскости поляризации, причем в ряде случаев довольно значительное (иапример, в никотине а~1,64"/мм для желтой области спектра).
зяз Аморфттые вещества также существуют в двух модификациях — право- и левовраща|ощей. Если вращающее плоскость а поляризации вещество находится в растворе, то угол поворота плоскости вращения при прохождении света через раствор определяется по закону Био (! 832): тр =по), (44.3) где 4 — концентрация распюра, ! — длина пути в растворе. Вращательная способность а зависит от длины волны и температуры раствора. Экспериментальное изучение этого явления показало, что зависимость а от температуры слабая, а от длины волны дается в грубом приближении соотношением а-1/)зг.
Вращение плоскости поляризации в аморфных веществах является молекулярным свойством. Молекуле можно соответствующим образом приписать определенную вращательную способность. которая не зависит от агрегатного состояния вещества. Кристаллическая струк~ура вещества также может обусловливать вращательную способность. Вещества, способные вращать плоскость поляризации, называются оптически активными. Фетюмеиплогттческют теория вращения илоскоспт поляризации. Линейно поляризованная волна может рассматриваться как суперпозиция двух циркулярно поляризованных волн с противоположными направлениями вращения электрического вектора [ач. (5.10) и (5.11) и рис.
19). В основе теории лежит предположение о различной скорости распространения циркулярно поляризованных волн с различными направлениями вращения электрического вектора (Френель, 1817). У входящего в кристалл луча, описываемого формулами (5.10) и (5.11), на выходе из кристалла между колебаниями векторов Е,и Ез возникает постоянная разность фаз, которая обусловливает поворот плоскости поляризации. Считая, что волна (см. рис.
19) распространяются в положительном направлении оси Е (к нам), и обозначая коэффициенты преломления циркулярно поляризованных волн с векторами Е, и Ег соответственно пт и иь можно на основании (5.10) н (5.11) для выходящих из кристалла, волн записать /рт 25) Вращение илосиеста веларнзапин при преиакиеиви светз через алестникг кварка алела еитическеа оси а б 222 Вращение нлескести иалнризеиии в вравеарвыаыыпе (а) а зсаеераыаыыем (б) каатме Ет = Ее сои(ют — анте!), Е,„= Ерзю (ют — йлесб, (444) Ег = Ео соз (ыт — Ьггзб, Егз = — Ее и!п (шт — )спят(), (44.5) где тг' — расстояние, пройденное волной во вращающей плоскость поляризации среде. Ясно, что теперь векторы Е, н Ег расположены симметрично не относительно линии у=0, как аа рис.
19, а относительно другой линии, которая и определяет поворот плоскости колебаний результирующего вектора Е, + +Ег. Чтобы найти положение этой плоскости, определим положения векторов Ет и Ег в иекоторьпт момент времени, например т = Ьг~т//то. Тогда [см. (44.4) и (44.5)) яаэ К рас мтт Гела иееереза нлескес т и иаларнзааиа Ф Врощаннв плосиости поли рмаацмн ояьаснавтса раз. пмчнвя скоростью цмркрпирно полирмаовоннык волн с пров ын и левым вращинмвн.
Ещ= Ещ Е„=О, Ез = Ео со5 [И(лз — Рзз)], (44.6) (44Л) Езз = — Еп 5)п ()сг)(в — лз)). 254 Эксперийевт, леквзмввмщкя су- мссзвоввпвс лнркулврмз оолери- юввнвых лучей в оптически вк- На рнс 225 изображено положение этих векторов для случая (пз — пз) л О. Если (л! — лг) < О, то вектор Е повернут относительно Е| в другом направлении. Линия, относительно которой, векторы Е, и Е, расположен)а симметрична, является гипотенузой угла между' этими векторами, обозначенного 2зр на рис. 253, и, следовательно, плоскость поляризации поворачивается на угол юввьм всзисстввк зр = й(лз — лз) 42.
(44.8) 255 Нрнствллм лревоз о в левого иввр- ке 255 Зерквльеп-снмметрпчнмс.малек лм О Что такое зеркальные квакеры! Приведите лрннеры пространственной структуры нолекул. евппющиксв зеркальныни нзонерани. Существуют лн в живов природе прововращающие н левоврощающие зеркальные изонеры! Какие существуют! Поскольку направление вращения вектора Е в циркулярно поляризованной волне принято характеризовать со стороны наблюдателя, к которому луч направлен, то л, является показателем преломления волны с левой круговой поляризацией, а лз— с правой. Отсюда заключаем, что для правовращающих веществ лз > из, а для левовращающих и! <пз.
Справедливость теории подтверждается экспериментами по преломлению циркулярно поляризованных волн (рис. 254). В ре)ультате различного соотношения между скоростями волн с правой и левой круговой поляризацией в право- и леаовращаюших средах на границе между ними происходит двойное луче- преломление, причем от падающей линейно поляризованной волны возникают две циркулярно поляризованные волны, которые можно пространственно разделить (рис. 254). Эксперименты показали, что эти лучи действительно циркулярно поляризованы, а преломление на границах между средами проясхолнт в соответствии с построением Гюйгенса, проведенным лля скоростей на основе анализа вращенця плоскости поляризации. Таким путем феноменологическая теория вращения плоскости поляризации была подтверждена 'экспериментально. Оптическая изпмерия.
Правые и леные кристаллы имеют одинаковый химический состав, но различную форму. Они являются зеркальным отражением друг друга. На рис. 255 изображена часть граней правого и левого кристаллов кварца. Аналогичное различие наблюдается у молекул аморфных оптически активных веществ. На рис. 256 показаны две молекулы, в которых атомы А и С различного сорта. Ясно„что эти молекулы являются как бы зеркальным отображением друг друга. Они называются оптическими изомерами. Никакими пространственными лвижениями предмет не может быть совмещен си своим зеркальным отражением. Пнзтоьзу правые н лсвые кристаллы. правые н левые молекулы сушествунл в природе раздельно друг от друга В частности, молекулы аминокислот, входящие в состав живых систем на Земле, оптически активны и все лево- Схема ивблмлепвп врыпеивв ило- екоети волибиэвпвв пзв лемелмиии овтвиееии мвотввивто вешеетвв в мвтивтиое поле (44.9) где И вЂ” ПОСтсаииаа ВЕРДЕ. характеризующая свойспи вещества и зависящая ст частоты света н температуры; и„-- проекция вектора напраженности магнитного полн на направление распространения света.
Формула (44.9) описывает угол поворота плоскости поляризации в пара- и диамагнитных материалах. Углы поворота л невелики. Для большинства твердых тел при напряженности поля порялка ! МА/м н /~мб,! м угол поворота составляет ! — 2', для газов — еще меньше. В ферромагнитных материалах вращение плоскости поляризации принато выражать не через напряженность магнитного поля, а через намагниченность Х При этом величина Н в формуле (44.9) заменяется на л, а постоянная Верне И вЂ” напостоянв)зо Купззта.
значение которой приводится в таблицах. Направление вращения плоскости поляризации принято определять для наблюдателя, смотрящего в направлении вектора напрюкенности магнитного поля (а в ферромагнетияах— вектора намагниченности). Большинспю веществ является правовращающими. Такие вещества называют положительнымн.,К ним относятся все диамагнетики. Имеются и отришзтельные вещества, которые обязательно содержат парамагнитные атомы. Направление вращения плоскоспз поляризашв~ в ита~ нп~ ном поле зависит только о~ направления рлспрострапсппя свеи.
Зто отличает врашеппс плоскос п1 полирпзлипн в магнитном но ю от естественной оптической активности н показывает, чзо оно ооусловлено действием ма1 пп о ното ноля на всшешво. Постоянная Верде выражается законом Бно у = Л/Хт + В/),е где А н В слабо зависят от температуры. (44.! О) вращающие. Поскольку строение молекул, особенно органических веществ, очень сложно, возникают возможности образования многих различных пар оптических изомеров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
