Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 137
Текст из файла (страница 137)
Оптические оси всех трех призм были параллельны основанию АР. Падающий луч, параллельный оптической оси, на грани АВ не испытывал преломления, но разлагался внутри призмы АВМ на два луча, поляризованные по кругу. Луч с правой поляризацией, как показывают формулы (94.5), имел меньший, а луч с яевой поляризацией — больший показатель преломленич (и" к. и ). В левовращающей призме АМР соотношение между этими показателями преломления было обратным (и" ) и').
Поэтому на грани АМ лучи испытывали разное преломление: правый луч приближался к основанию АР, а левый удалялся. Угол расхождения между лучами еще больше увеличивался при преломлении на гранях РМ и СР. В результате из призмы выходили два луча: один отклонялся вниз, а другой вверх, угол расхождения между которыми составлял около 4' (см. задачу к этому параграфу). Исследование с помощью параллелепипеда Френеля или пластинки Х!4 показало, что луч, отклонившийся вниз, был поляризован по правому, а вверх — по левому кругу.
Френель предлагал проверить свою гипотезу и для жидкостей путем комбинации большого ряда призм, попеременно наполненных. жидкостями, вращающими плоскость поляризации вправо и влево. Позднее такой опыт был осуществлен и показал, что и в оптически МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА [ГЛ. Чпг активных жидкостях также могут существовать две волны с различной круговой поляризацией: правой и левой. Существование двойного кругового лучепреломления в кварце можно обнаружить и с помощью одной призмы, вырезанной так, что ее оптическая ось перпендикулярна к плоскости, делящей по. полам двугранный преломляющий угол.
При наименьшем отклонении луч внутри призмы идет параллельно оптической оси, не испытывая обычного двойного преломления. Если падающий свет естественный или поляризован линейно и содержит только одну спектральную линию, то в минимуме отклонения при выходе из призмы спектральная линия расщепляется на две линии, из которых одна поляризована по правому, а другая по левому кругу. Таким образом, Френель доказал экспериментально, чта при вступлении в оптически активную среду луч света испьгтывает двойное круговое лучепреломление: лучи, поляризованные по правому и левому кругу, идут внутри оптически активной среды с различными фазовыми скоростями. Если падагощий свет был поляриэсван линейно, то при выходе из такси среды эти волны складываются снова в линейно гголяризованную волну, нр с повернутой плоскостью поляризации.
Тем самым задача объяснения вращения плоскости поляризации была сведена к задаче объяснения кругового двойного лучеп реломления. Поляризованные по кругу в противоположных направлениях волны в окрестности полос или линий поглощения могут отличаться не только скоростями распространения, но и коэффициентами поглощения. Тогда они выйдут с различными амплитудами. Если падающий свет был поляризован линейно, то выходящий будет поляризозаи эллиптически. Это явление называется круговым дихроизмом. Оно впервые (1847 г.) было замечено Гайдннгером (1795— 1871) на аметисте и подробно изучено (1895 г.) Котготгом (1869— 1951) на растворах солей винной кислоты. ЗАДАЧА Пользуясь данными, приведенными в тексте, вычислить угол расхожде- ния бф между лучамн, поляризованными по правому н левому кругу, вышедшими из призмы АВС0 в опыте Френеля (рис.
3!6). Зная обыкновенный показатель преломления кварца (и„= 1,344 для ь = 389,3 им), найти угловое расхождение между теми же лучами б,ф после преломления на плоскости АМ и Ь,ф после по- следующего преломлевия на плоскости МВ, О т в е т. бф = — 1и — = 3,92", бай = — = 1,27'! бзф = — = 2,54', 4 да М, бф, бф и 2 ' ' 2ло ' по 9 95. Магнитное вргщение плоскости поляризации 1, В 1846 г.
Фарадей обнаружил, что естественна-неактивиое вещество, помещенное в постоянное сильное магнитное поле, вращает плоскость поляризации, когда свет распространяется вдоль МАГНИТНОЕ ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАПИИ 579 $951 магнитного поля. Для наблюдения явления можно воспользоваться электромагнитом, вдоль оси которого просверлен цилиндрический канал, как это показано схематически на рис. 312. Электромагнит помещается между скрещенными николями, исследуемое вещество вводится между полюсами электромагнита, Если наблюдатель смотрит в направлении магнитного поля, то вращение вправо условились считать положительнь)м, а влево — отрицагпельным. В первом случае вращение происходит в ту же сторону, куда течет ток по виткам электромагнита, во втором — в противоположную сторону.
Фарадей наблюдал только положительное вращение. Таким вращением обладает большинство веществ. Из диамагнитных веществ единственным исключением является хлористый титан. Среди парамагнитных веществ встречается значительное число отрицательно вращающих, например соли железа и редких земель, К С Г407 КСГ04 И др Опыты самого Фарадея, а затем более точные опыты Верде (1824 — 18ББ) показали, что угол поворота плоскости поляризации пропорционален длине пути 1 света в веществе и напряженности внешнего магнитного полл, т.
е. магнитной индукции В в веществе: Х=ВВ, 195.1) где коэффициент Р называется постоянной Верде или магнитной вращательной способностью. Этот коэффициент зависит от рода вещества, его физического состояния и длины волны. В табл, 1О приведены характеристики магнитного вращения для некоторых веществ. Таблица !О Вещество А=656 им ~ 5=589 ем 6=-486 им На 1 см длвиы луча в поле 1 Гс 0,0130' О,ОП 5' 0,0166' 0,0197' 0,0667' 0,0250' 0,0102' 0,0319' 0,0136' Вода (25 'С) Сероуглерод (25 'С) Кварц При давл, 1 ат иа 1 см длины луча в поле 104 Гс 0,559' 0,537' 0,862' 0,721' 0,805' 0,286' Кислород Водород Углекислота 0,484' 0,430' 0,69 Н На 10 а см в поле 15000 Гс Железо Никель '217' 92' !954 75' 145' 64' В ферромагнитных металлах угол поворота )( не пропорционален В,ио в сильных магнитных полях с возрастанием В возрастает очень медленно, приближаясь асимптотически к предельному зна- Л10ЛЕКУЛЯРИАЯ ОПТИКА !ГЛ.
ЧП! чению. Согласно Кундту, угол )( пропорционален намагниченности магнетика I =- (р — 1) В!(4п)л), где )л — магнитная проницаемость. Этот угол определяется выражением (95.2) Х= д!! 1С! и! )(= — (и — и ) =-- Гп — и„.) 2с + 2 (95.3) где через и, и и обозначены показатели преломления соответственно для волн с собственными частотами ю, и сь . При выборе знака учтено, что положительные вращения плоскости поляризации в случае естественного и магнитного вращения в рассмотренном нами случае принято выбирать противоположно. Формулу (95.3) удобно исследовать графически.
На рис. 317 пунктирными линиями представлены графики для показателей преломления и и и, как функций частоты света сь. Их разность представлена сплошйой линией. Как видно из рисунка, вне интервала где К вЂ” так называемая постоянная Кундта. При В = 15 000 Гс ферромагнетик можно считать намагниченным до насыщения. 2. Физическая природа магнитного вращения плоскости поляризации была выяснена после открытия явления Зеемана и объяснения его, данного Лорентцом.
Допустим для простоты, что в отсутствие магнитного поля вещество испускает только одну спектральнрпо линию, т. е. обладает одной собственной (резонанснои) частотой ыс. При внесении в магнитное поле В у осцилляторов вещества появляются две новые резонансные частоты ю, + Й и сь, — Й (где Й вЂ” ларморовская частота), соответствующие круговйм вращениям электрона (см. 2 92). Эти собственные частоты проявляются не только в испускании (прямой аффект Зеемана), но и в поглощении света (обратный вффект Зеемана).
Прежняя резонансная частота ы, проявляется только при распространении света поперек магнитного поля и под углом к нему. Нормальные волны, которые могут распространяться вдоль магнитного поля, поляризованы по кругу. Когда направления распространения света и магнитного поля совпадают, большей собственной частоте ю, = сь, + Й соответствУет вРащение по, а меньшей ы = ьтс — Й вЂ” пРотив часовой стрелки, если смотреть в направлении магнитного поля (рис. 313). Поскольку собственные частоты сь, и сь различны, скорости распространения обеих поляризованных по кругу волн также различны. Этим принципиально дано объяснение магнитного вращения плоскости поляризации, так как, согласно Френелю, при сложении таких поляризованных по кругу волн получается волна с вращающейся плоскостью поляризации.
Угол поворота плоскости поляризации найдется из формулы (94.6). Она дает $951 МАГНИТНОЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛГРНЗАННН 88! (а, а,) разность и — п„а с ней и вращение плоскости поляризации положительны, а внутри этого интервала — отрицательны. Во всех случаях направления ларморовского вращения 11, а следовательно, и вращения плоскости поляризации определяются только направлением магнитного лола В и не зависят от направления распространения света. Прн изменении на противоположное направления распространения света направление вращения плоскости поляризации не изменяется, в противоположность тому, что происходит при естественном вращении. Этим воспользовался Фарадей для усиления магнитного вращения плоскости поляризации.
Он увеличил расстояние 1, проходимое светом в веществе, Рис. 318. Рис. 317. заставив луч многократно отразиться от концов исследуемого образца (рис. 318). Для этого концы образца серебрились (за исключением мест входа и выхода светового луча). 3. Вне интервала (а, а,) вдали от резонансных частот в и в, поглощением можно пренебречь и воспользоваться для показателей преломления л и и, формулой Зельмейера (34.9), заменив в ней а, на а и а, для показателей преломления и и и, соответственно. Согласно этой формуле, и и и, являются одной и той же функцией аргументов (а' — а") и (в' — а,'-').
Такой же функцией, но от аргумента (а' — а,'-',) выражается и показатель преломления л вещества в отсутствие магнитного поля. Следовательно, и — ив = л (аз — а' ) — и (в' — а+) = Вл (в~+ в ) (ал — в ) Ва Вращение плоскости поляризации имеет заметную величину только не очень далеко от полосы поглощения, а потому можно принять, что а, + в = 2а. Кроме того, а, — а = 2Я = еВ/(тс). Следовательно, еВ св еВ Вл и — и„= — — = — — У вЂ”. тс Вв 2лтсз ВХ ' Подстановка этого значения в (95.3) приводит к формуле (95.1), причем для постоянной Верде получается выражение (95.4) 552 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА 1ГЛ ЮИ Нелишне напомнить, что здесь е означает заряд электрона по абсолюп1ной величине. Формулу (95.4) обычно называют формулой Бек; кервля (1852 — ! 908). 4.
Перейдем теперь к исследованию магнитного вращения плоскости поляризации в области полосы поглощения вещесп1ва. Здесь показатель преломления, а также коэффициент поглощения меняются с частотой быстро и аномально. Поэтому магнитное вращение плоскости поляризации велико и носит также анол1альнь1й Ат оак1пер. Кроме того, внутри самой полосы поглощения между резонансными частотами ы и ть, знак вращения отрицателен, как это видно из рис. 317. Такое аномальное поведение плоскости поляризации называется эффгктоги Макалюзо и Корбино.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
