Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 138
Текст из файла (страница 138)
Эти итальянские физики открыли его экспериментально в 1898 г., а затем Фохт дал теорию явления. Макалюзо и Корбино показали, что пары натрия в магнитном поле вызывают очень сильное вращение плоскости поляризации в непосредственной близости к гкелтым линиям Р, и Р,. Знак вращения одинаков по обе стороны этой двойной линии. Между полюсами электромагнита помещалось небольшое натровое пламя, через которое проходил пучок линейно поляризованного белого света в направлении магнитного поля.
На пути лучей ставился николь- анализатор, который при выключенном магнитном поле полностью тупшл свет. Прп включении тока в обмотке электромагнита поле зрения становилось освещенным ярким желтым светом: в спектроскопе были видны две желтые линии, симметрично расположенные по обе стороны линии Р. Дело в том, что свет с такими длинами волн испытывал в магнитном поле поворот плоскости поляризации на 90' и потому проходил через скрещенные поляризатор и анализатор. Поворачивая николь-анализатор сначала в одном направлении, а затем в другом, можно было убедиться, что по обе стороны полосы поглощения знак вращения был один и тот же.
Вуд усовершенствовал установку Макалюзо и Корбино, произведя опыты с парами натрия, заключенными в стальной трубе. В его опытах плотность паров натрия можно было варьировать в значительных пределах. При сравнительно малой плотности наблюдалась такая же картина, как и в опытах Макалюзо и Корбино. Разница состояла в том, что в опытах Макалюзо и Корбино двойная Р-линия натрия не разрешалась, а в опытах Вуда разрешалась'. Желтые линии появлялись по обе стороны как компоненты Р„так и компоненты Р,. При увеличении плотности паров натрия расстояние между наружными желтыми линиями увеличивалось и между ними появлялись новые линии, соответствующие вращению на 270', 450, 580' и т. д. Центр между линиями Р, и Р, последовательно становился то темным, то светлым. В некоторых случаях Вуд наблюдал до восьми таких перемен, что соответствует вращению на 1440'.
МАГИИТИОЕ ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗЯЦИИ 583 5. Изложенная теория основана на классической теории, т. е. на простом эффекте Зеемана. Полная теория должна учитывать сложный эффект Зеемана, т. е. быть квантовой. Кроме того, для объяснения отрицательного вращения плоскости поляризации необходимо учитывать парамаенелшзм атомов. На этих вопросах мы останавливаться не можем. ЗАДАЧИ 1. Между двумя николями )Ут н л?г (рис. 319), главные сечения которых повернуты относительно друг друга на 45', в продольном магнитном поле помещен слой вещества, вращающий плоскость поляризации. На какой угол этот слой должен вращать плоскость поляризации, чтобы система была опгличгским вгнжи. вгл, т.
е. свет проходил бы через нее только в одном направлении (например, от тела А к телу В), а в обратном направлении не проходил? О т в е т. На угол 45' + 180' ж (гп — целое число), 2. Как будет вести себя оптический вентиль, описанный в предыдущей задаче, если направление магнитного поля изменить на противоположное, оставляя Рис. 319. без изменения взаимное расположение николей и величину напряженности маг. нитного поля? О т в е т. Направление, в котором пропускается свет, изменится на противоположное.
3. Может ли установка, описанная в задаче 1, быть оптическим вентилем, если между николями поместить слой естественно-активного вга(всвыв бвз могниююго ловя? Ответ. Нет. 4. Разъяснить парадокс Вина, заключающийся в следующем. В адиабатической оболочхе помещены два одинаково нагретых тела А и В (рис. 319), а между ними световой вентиль. Свет, излученный телом А, падает на николь )Уы Половина падающей энергии Д т. е. Н2, проходит через николь, а другая половина, испытав полное отражение в николе, возвращается зеркалом Вд к телу А (применяя зеркало, можно не учитывать нагревание николя).
Другая половина энергии П2, пройдя через николь вм полностью пройдет через николь Уг и поглотится телом В. Свет же от тела д ие пройдет через вентиль. Половина излученной этим телом энергии /, равная ?!2, испытает полное отражение в николе Жг и после отражения от зеркала Вг вернется к телу В. Другая половина энергии, пройдя чеРез николь Фг и вРащающУю сРедУ, испытает повоРот плоскости поларизации на 45' и поэтомУ не сможет пРойти чеРез пииоль )Уг, а пРетеРпит в нем полное отражение. Добавочным зеркалом Вз эта часть энергии будет отражена обратно я после полного отражения в николе Фх вернется к телу В, Таким образом, тело А "З4 !гл уп! МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА получит энергию П2, а тело  — энергию Ы)2 и будет нагреваться в противоречии со вторым началом термодинамики, Р е ш е н и е.
Свет, излученный телом В !рис. 319) и возвращающийся к нему обратно после отражения от николя бы испытает при прохождении через вращающее вещество дополнительный поворот плоскости поляризации на 45' и поэтомУ не пРойдет чеРез николь Ага. Испытав в николе гчз полное отРажение, этот свет вернется !если поставить еще одно зеркало напротив Ве) к телу А.
Приведенное решение парадокса Вина было даво Рэлеем. й 96. Временная и пространственная дисперсия. Теория естественной оптической активности 1. Многие оптические' явления находят удовлетворительное объяснение в предположении, что связь между векторами Р и Е (а также между В и П) локальна во времени и пространстве, Это значит, что вектор Р в любой точке пространства к и в любой момент времени г' определяется значением вектора Е в той же точке и в тот же моменпг времени.
(То же отиосггтся к векторам В н гу. В целях сокращения подобные замечания в дальнейшем подразумеваются, а все изложение ведется для векторов Р и Е.) Однако для истолкования некоторых явлений предположения о локальной связи недостаточно. Пространственно-временную нелокальность можно разбить на чисто пространственнуго и чисто временную. Отвлечемся сначала от чисто пространственной нелокальности и учтем нелокальность временную.
Среда во всем дальнейшем предполагается однородной. 2. Временная нелокальность проявляется в оптической дисперсии среды. Действительно, для истолкования дисперсии необходимо учитывать инерционные свойства электронов, атомных ядер и ионов вещества. А такая инерционность и приводит к нелокальной связи по времени между Р и Е. Пренебрегая пространственной нелокальностью, будем рассуждать так, как если бы во всем пространстве электромагнитное поле было однородно и менялось только во времени. Действием магнитного поля будем пренебрегать. Рассмотрим сначала импульсные воздействия на среду.
Допустим, что от момента г = О в течение времени й! среда подверглась воздействию электрического поля Е, а по истечении этого промежутка поле в среде снова обратилось в нуль. Такое воздействие может рассматриваться как электрический толчок, возбуждающий регулярные колебания электронов, атомных ядер и ионов среды. Эти колебания не прекращаются после прекращения действия поля, но продолжаются дальше в силу конечности масс колеблющихся частиц.
В этом и проявляется временная нелокальность связи между отклонением частиц из положений равновесия и электрическим полем, а следовательно, между поляризацией Р или иидукцией Р среды и полем Е. В рамках линейной электродинамики поляризация среды й2Э, вызванная электрическим толчком, пропорциональна Е Ж. Пред- агаманнья и пеоствкнстаеннхя писпегсл!я полагая, что среда однородна н изотропна, для вектора дР в мо- мент времени 1 можно написать с(Р(1) =Г" (1) Е(0) Ю, (96.1) где функция ) (1) зависит только от свойств среды и от времени г, которое прошло с момента действия толчка до момента наблюдения. Функция 1 (1) должна обращаться в нуль прн 1 =-. О, так как из-за своей инерционности электроны, атомные ядра и ионы не могут мгновенно получить конечные смещения. Она должна обращаться в нуль и при 1 =- со, так как все реальные среды диссипативны, так что всякое свободное колебание в них должно в конце концов затухнуть, Если иоле Е действует в течение длительного промежутка времени, то этот промежуток можно разбить на бесконечно малые промежутки и таким путем свести воздействие электрического поля на среду к действию последовательных толчков.
Вклад в поляризацию среды в момент времени Г, внесенный более ранним электрическим толчком Е (Р) !(1', будет !(Р (1) = 1(1 — б) Е(1') с(г'. В линейной электродинамнке справедлив принцип свперпозиции, а потому полный вектор поляризации в момент времени 1 будет РЯ= ~ г(! — Р) Е(Р) Й', (96.2) или, вводя новую переменную интегрирования Ю = 1 — 1', Р (1) = ~ ~ (Ю) Е (1 — б) М.
о (96.3) Следовательно, Й(Г) = ЕЯ+4п ~ ~(б) Е(1 — 6) !И. ь (96.4) Интегрирование производится по времени, предшествующему рассматриваемому моменту Е Этого требует принцип причинности. В своей нерелятивистской форме он означает, что каждое событие определяется только прошедшими событиями, но не может зависеть от будущих.
Если Е = Е, ехр (!ь!!), то после подстановки этого выражения в (96.4) получится Ю (1) = а (ьз) Е (1), (96.5) где е (в) =1+ 4п ) /'(б) е-"ь!((). ь (96.6) Таким образом, для монохроматического поля'связь между вл и Е 586 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА [гл угн дЕ« д«Е« ~+ 7/~~ д + /~~" д~~ д~„+ ' ' ' (9б.7) Для общности предполагается, что среда аниэотпропна. Ее оптические свойства характеризуются тензорами е,„ ун , ..., являющимися функциями частоты «в. В соответствии с общепринятой тензорной символикой по дважды встречающимся координатным индексам подразумевается суммирование.
Как выяснено выше, если нулевой член ряда (96.7) принять за единицу, то последующие члены будут порядка а/Х, (а/Х)» н т. д. В случае плоской монохроматнческой волны Е Е, ехр ( (ь»/ — йп) днфференцнроввние по координате х„сводятся к умножению формально может быть записана в локальной форме с помощью' диэлектрической проницаемости как функции частоты ь». Оптиче- ская дисперсия, т. е. зависимость в от «ь, эквивалентна нелокальной связи по времени между Р (/) и Е (/). Поэтому такую дисперсию называют временной или частотной дисперсией, в отличие от про- странственной дисперсии, о которой говорится ниже.
3. Учтем теперь пространственную нелокальностпь. Если элект- рическое поле неоднородно, то для нахождения индуцированного дипольного момента молекулы недостаточно знать вектор Е в одной точке пространства, а требуется знание функции Е(г ) во всем объеме, занимаемом молекулой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
