Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 135
Текст из файла (страница 135)
Наблюдаются и значительно более сложные картины расщепления мультиплетов. Такие расщепления называются аномальным или сложным эф(рентам Эеемана. Предпочтителен термин ксложный эффект», так как именно сложный, а не простой эффект является правилом, а не исключением. Объяснение сложного эффекта Зеемана дала квантовая теория, да и то после того, как был открыт спин (т. е.
собственный момент количества движения) и связанный с ним магнитный момент электрона. В случае синглетных спектральных линий квантовая теория приводит к тем же результатам, что и простая теория Лорентца, Мы вернемся ко всем этим вопросам в пятом томе нашего курса. й 93. Понятие об эффекте Штарка Как было показано в з 91, однородное электрическое поле не меняет собственную частоту ь», гармонического осциллятора.
Однако при учете ангармоничности такое изменение должно происходить. Если ограничиться линейными членами по внешнему полю Е„то оно будет выражаться формулой (91.1), из которой следует Льм» = = — (!еЕ /(ть»1). В этом приближении внешнее поле Е не вызывает расщепления спектральных линий, а только производит небольшое смещение их в сторону, пропорциональное напряженности поля Е,, При учете членов высших степеней можно ожидать расщепления спектральных линий с расстояниями между компонентами, пропорциональными квадрату поля Е„а именно бь» 1е7(тв»»)) Е,'. На возможность такого расщепления указывал Фохт (1850— 1919).
Однако из-за экспериментальных трудностей ему не удалось наблюдать ожидаемое явление. Трудность состояла в том, что для наблюдения эффекта требуются электрические поли Е, порядка 100 000 В7см. В обычных же газоразрядных трубках,'излучающих узкие спектральные линии (например, водородной серии Бальмера), такие сильные поля создавать и поддерживать невозможно из-за сильной ионизации газа в трубках. Штарк (!874 †19) в 1913 г. преодолел эту трудность, создавая сильное электрическое поле за катодом в узком зазоре ( -1 мм) между Е и К (рис. 315), в котором непрерывной откачкой поддерживался высокий вакуум, так что в этом зазоре практически не происходило ионизации частиц из-за столкновений между ними.
Возбуждение свечения атомов газа происходило в другой части трубки, как в обычной газоразрядной трубке. Светящиеся атомы эФФект штАРкА 571 (каналовые лучи) проникали через отверстия (каналы) в катоде и попадали в пространство между р и К, где и подвергались воздействию внешнего электрического поля.
С помощью такой установки Штарку удалось наблюдать расщепление спектральных линий в электрическом поле. Это явление было названо его именем, Оио оказалось совсем не похожим на то, что ожидал Фохт. Штарк исследовал расщепление спектральных линий водородной серии Бальмера. В видимой области спектра она содержит четыре линии: Н„ (Х = 656,285 нм), На (Х = = 486,132 нм), Н (Х =- 434,046 нм), Нв (7 = 410,173 нм). Расщепление в водороде, а также в случае всех'одноэяектронных ионов оказалось пропорциональным не второй степени восо мэсв в электрического поля, а первой, т, е. значительно более сильным. По этой при- ! п.пь чине такое расщепление стали называть линейным я эффектом Штарка.
' Картина расщепления Л оказалась довольно сложнай и рааличНОй для раз- яппрпэееппе певемэепее личных спектральных ли- Рис. З!5. ний. Каждая спектральная линия водорода расщеплялась на несколько компонент. Для линии Н„было найдено расщепление на 16 компонент, для Нз на 20, для Н на 28 и для Не на 32 компоненты. В электрическом поле Е„== 104 000 В/см для расстояния между крайними компонентами Штарк нашел 2,3; 3,88; 5,88 и 7,5 нм для линий Н„, Нз, Н„, Нв соответственно. Эти расстояния довольно велики по сравнению 'с соответствующими расстояниями между крайними компонентами простого триплета Зеемана.
(В поле В = 104 000 Гс для указанных линий зеемановские расщепления составляли бы соответственно 0,42; 0,23; 0,18 и 0,16 нм.) При наблюдении поперек поля Еп компоненты поляризованы линейно, причем часть из них является и-компонентами (у которых электрическое поле параллельно внешнему полю Е,), а часть о-компонентами (у которых электрическое поле перпендикулярно к внешнему полю Е,). При наблюдении вдоль поля Е, я-компоненты не появляются, а о-компоненты не поляризованы. Более сильные и-компоненты в общем случае лежат снаружи, а более сильные о-компоненты — внутри. Расщепление и поляризация у водорода по обе стороны от первоначальной линии симметричны; у других атомов часто встречается несимметричное расположение.
Расстояния (в шкале частот) компонент от,первоначальной линии оказались нратными наименьшему возможному расстоянию между 572 [гл. чн! МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА компонентами, причем опыты показали, что последнее одно и то же для всех линий бальмеровской серии водорода. В сильных полях (превосходящих примерно 100 000 В!см) были обнаружены отступления от линейной зависимости между расщеплением и напряженностью внешнего поля Е,, Линии атомов или ионов, содержащих более одного электрона, дают не линейный, а квадратичный эффект Штарка, в котором расщепление пропорционально квадрату электрического поля Ем Классическая теория не дает объяснения эффекта Штарка, как и всякого явления, связанного с излучением н поглощением спектральных линий, Его теория — существенно квантовая и не может быть изложена в этом томе.
9 9$. Вр!щение плоскости поляризации 1. Если линейно поляризованный свет проходит через плоско- параллельный слой вещества, то в некоторых случаях плоскость поляризации света оказывается повернутой относительно своего исходного положения. Это явление называется вращением плоскости поляризации или оптической активностью.
Если вещество не находится во внешнем магнитном поле, то оптическая активность и вращение плоскости поляризации называются есте.твенными. В противоположном случае говорят о магнитном вращении плоскости поляризации или эффекте Фарадея. Естественная активность была открыта в 1811 г. Араго на пластинках кварца, вырезанных перпендикулярно к оптической оси.
В 18!5 г. Био подробно исследовал это явление, а также обнаруженное им вращение плоскости поляризации в растворах сахара. Затем естественное вращение плоскости поляризации было найдено у многих других тел. К концу прошлого века число известных естественно-активных веществ превышало 700. Теперь их известно гораздо больше, хотя для большинства веществ, где обнаружено это явление, оно выражено очень слабо. Для наблюдения явления можно установить на оптической скамье два скрещенных николя. Такая система не пропускает свет. Однако, если между николями ввести пластинку кварца, вырезанную перпендикулярно к оптической оси, или слой какого-либо другого оптически активного вещества, то свет через систему будет проходить.
Но его можно погасить вращением одного из николей. Отсюда следует, что после прохождения через активное вещество свет остается линейно поляризованным, но его плоскость поляризации оказывается повернутой. Для успеха опыта падающий свет, если он белый, необходимо монохроматизировать, пропустив его через светофильтр, так как угол поворота плоскости поляризации зависит от длины волны.
Кварц — одноосный кристалл. В описанном опыте свет распространяется вдоль оптической осн, когда кварц ВРАШЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ зтз ведет себя как изотропное тело, не давая обычного (линейного) двойного лучепреломления. В зависимости от взятого вещества естественное вращение плоскости поляризации может происходить вправо или влево, причем эти два направления условились относить к наблюдателю, к которому свет приближается.
В соответствии с этим различают правов левовращающие вещества. Вращение вправо считается положигпельным, а влево — отрицательным. 2. Явление вращения плоскости поляризации указывает на определенную дисимметрию, свойственную оптически активным средам. Она выражается в том, что в таких средах направления вращение по и против часовой стрелки физически не эквивалентны. Поэтому в среде не может быть плоскости симметрии, проходящей через направление нормали к фронту волны.
Иначе, как это следует из общих соображений симметрии, плоскость' поляризации света не могла бы вращаться, если бы она совпадала с любой из плоскостей симметрии. В то же время естественно-активные среды, если они жидкие, полностью изотропны, т. е. все направления в них совершенно эквивалентны. Зто проявляется, в частности, в том, что естественно-активная жидкость вращает плоскость поляризации в одну и ту же сторону, независимо от направления распространения света.
Поэтому естественно-активную жидкость можно охарактеризовать как дисимметрично-изотропную среду. В кристаллах нет изотропии, но в одноосных кристаллах всякие два взаимно противоположные направления оптической оси также эквивалентны, по крайней мере в оптическом отношении. Отмеченная дисимметрия напоминает дисимметрию винтовой спирали. Будем смотреть на один из торцов спирали. Пусть по спирали движется точка, вращаясь по часовой стрелке. Если при этом точка удаляется от нас, то спираль называется правой (в противоположном случае она называется левой). Если посмотреть на спираль с противоположного торца, то вращение той же точки будет происходить против часовой стрелки, но в этом случае точка будет приближаться к нам.
Чтобы она удалялась, надо направление вращения изменить на противоположное. Таким образом, свойство спирали быть правой или левой не зависит от того, с какого торца на нее смотреть. Так и свойство естественно-активной среды быть право- или левовращающей не зависит от того, в каком из двух прямо противоположных направлений распространяется свет. Таким образом, если плоскость поляризации в естественно- активной среде врону»ется, например, вправо, то при изменении направления распространения света на противоположное она попрежнаиу будет вращаться вправо.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
