physics_saveliev_3 (535941), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Поэтому знак разности (и, — и,), а также разности фаз Ь не изменяется при изменении направления поля. Из известных жидкостей наибольшей постоянной Керра обладает нитробензол (СзНзИОз). Лля него В = = 2,2 ° 1О-" см/в', При 1= 1О см н Е = 10000 в)см поформуле (33.3) получается для нитробензола Ь = 0,44я -" и/2. Эффект Керра объясняется оптической анизотропией молекул жидкости, т. е. различной поляризуемостью молекул по разным направлениям.
В отсутствие поля молекулы ориентированы хаотическим образом, поэтому жидкость в целом не обнаруживает анизотропии. Под действием поля молекулы поворачиваются так, чтобы в направлении поля были ориентированы либо их дипольные электрические моменты (у полярных молекул), либо направления наибольшей поляризуемости (у не- полярных молекул).
В результате жидкость становится анизотропной. Ориентирующему действию поля противится тепловое движение молекул. Этим обусловливается наблюдающееся на опыте уменьшение постоянной Керра В с повышением температуры. Время, в течение которого устанавливается (прн включении поля) или исчезает (при выключении поля) преимущественная ориентация молекул; составляет около 10-" сек. Таким образом, ячейка Керра, помещенная между скрещенными поляризаторами (см.
рис. 128), может служить практически безынерционным световым затвором. В отсутствие напряжения на пластинах конденсатора затвор будет закрыт. При включении напряжения затвор пропускает значительную часть света, падающего на первый поляризатор. В $4 отмечалось, что такие затворы были использованы для измерения скорости света в лабораторных условиях. $ 34. Вращение плоскости поляризации Естественное вращение.
При прохождении плоско- поляризованного света через некоторые вещества наблюдается вращение плоскости колебаний светового вектора или, как принято говорить, вращение плоскости !82 поляризации. Вещества, обладаюшие такой способностью, называются оптически активными, К их числу принадлежат кристаллические тела (например, кварц, киноварь), чистые мсидкости (скипидзр, никотин) и растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водные растворы сахара, винной кислоты и др.). Кристаллические вещества, например кварц, сильнее всего вращают плоскость поляризации в случае, когда свет распространяется вдоль оптической оси кристалла. Угол поворота ф пропорционален пути 1, пройденному лучом в кристалле: фя а1.
(34.1) Коэффициент и называют п о с т о я н н о й в р а щ е н и я. Ее принято выражать в угловых градусах на миллиметр. Постоянная вращения зависит от длины волны (дисперсия вращательной способности). Так, например, у кварца для желтых лучей (Х, = 0,5890 мк) и = 21,7 град1мм, а для фиолетовыъ лучей (Хе=0,4047 мк) а=48,9 град1мм. В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути луча в растворе 1 и концентрации активного вещества с: ф=(а)с1, (34.2) где [а) — величина, называемая удельной постоя иной вращения.
В зависимости от направления вращения плоскости поляризации оптически активные вещества подразделяются на и р а в о- и л е во в р а ш а ю ш и е. Если смотреть навстречу лучу, то в правовращающих веществах плоскость поляризации будет поворачиваться по часовой стрелке, в левоврашаюших — против часовой стрелки. Таким образом, направление луча и направление вращения образуют в правоврашаюшем веществе левовинтовую систему, а в левоврашающем веществе— правовинтовую систему. Направление вращения (относительно луча) не зависит от направления луча в оптически активной среде.
Поэтому, если, например, луч, прошедший вдоль оптической оси через кристалл кварца, отразить зеркалом и заставить пройти через кристалл еше раз в обратном направлении, то восстанавливается первоначальное положение плоскости поляризации, 1ЗЗ Е, Е / / 'Ъ / ! ! ! ! ! / ! / ! ч ! Рис поворачиваться относитель но первоначальной плоскости Р (рис.!29,б), Различие в скоростях света с разным направлени- у ем круговой поляризации обусловливается асимметрией / 7 молекул, либо аснмметрич- Ф 4 ным размещением атомов в кристалле. На рис. 130 приРис. !ЗО. веден пример асимметричной молекулы.
В центре тетраэдра помещается ятом углерода, в Вершинах — отличающиеся друг от друга атомы или группировки атомов (радикалы), обозначенные буквами Х, У, .3 н Т. Если смотреть на тетраэдр, изображенный на рис. 130,а, вдоль направления С/(, то при обходе по часовой стрелке будет иметь место чередова1с4 Для объяснения вращения плоскости поляризации Френель предположил, что в оптически активных веществах лучи, поляризованные по кругу вправо и влево, распространяются с Р неодинаковой скоро- стью.
Плоскополяризо- Е ванный свет можно / и! и / ~, представить как суперпозицию двух поляризованных по кругу волн, правой и левой, с ! ! ! одинаковыми частота!! / ми и амплитудами. и и , Действительно, геометрическая сумма Е световых векторов Е! и Ез а) 4 поляризованных по кру- гу волн в каждый мо. !2э. мент времени будет ле- жать в одной и той же плоскости Р (рис. 129, а). Если скорости распространения обеих волн окажутся неодинаковыми, то по мере прохождения через вещество один из векторов, Е! или Ем будет отставать в своем вращении ог другого вектора, в результате чего плоскость Р', в которой лежит результирующий вектор Е, будет иие ХУТХ, а при обходе против часовой стрелки — ХТУХ.
То же самое наблюдается для любого из других направлений: СУ, СХ и СТ. Молекула, изображенная на рис. 130,"б, является зеркальным отражением молекулы, показанной на рис. 130,а. Чередование радикалов Х, У, Х, Т в молекуле б противоположно их чередованию в молекуле а. Поэтому, если, например, вещество, образованное молекулами а, правовращающее, то вещество, образованное молекулами б, будет левовращаюшим. Оказывается, что все оптически активные вещества существуют в двух разновидностях — правовращающей и левовращающей.
Таким образом, существуют правов левовращающий кварц, право- и левовращающий са; хар и т. д. Молекулы или кристаллы одной разновидности являются зеркальным отражением молекулы илн кристаллов другой разновидности (в кристаллографии две такие формы кристаллов носят название э н а н т и ом о р ф н ы х). Обе разновидности отличаются только направлением. вращения плоскости поляризации. Численное значение постоянной вращения у них одинаково.
Если между двумя скрещенными поляризаторами поместить оптически активное вещество (кристалл кварца илн прозрачную кювету с раствором сахара), то поле зрения просветляется. Чтобы снова получить темноту, нужно повернуть второй поляризатор на угол ~р, определяемый выражением (34.1) или (34.2). Зная удельную постоянную вращения (а) данного вещества и длину 1, можно, измерив угол поворота ~, определить по формуле (34.2) концентрацию раствора с.
Такой способ определения концентрации широко применяется в производстве различных веществ, в частности в сахароварении (соответствующий прибор называется с а х а р и- метром). Установка поляризатора на темноту не может быть осуществлена достаточно точно. Поэтому вместо обычного поляризатора применяются так называемые пол утеневые устройства, с помощью которых производится установка не на темноту, а на равенство освещенностей двух половин поля зрения. Простейшее полутеневое устройство представляет собой сочетание двух расположенных рядом друг сдругом поляризаторов, плоскости которых Р' и Р" образуют небольшой (порядка 5') угол (рис.
!3!). Если плоскость колебаний 1% ,//п / Е'/ / / / падающего света перпендикулярна к биссектрисе этого угла, то обе половины поля зрения будут освещены одинаково. При малейшем повороте плоскости колебаний равенство освещенностей сразу нарушится. Глаз очень чувствителен к нарушениям равенства освещенностей двух соседних полей. Поэтому с !Р' помощью полутеневого устрой/ / ства положение плоскости поля/ ризацни может быть установлено Ю с гораздо большей точностью,чем путем установки поляризатора на темноту.
Е На рис. 132 изображена схема простейшего сахариметра. Р— обычный поляризатор, Р' — полу- теневое устройство, К вЂ” кювета, в которую наливают исследуемый раствор. Полутеневое устройство устанавливается на равенство освещенностей обеих половин поля зрения дважды — до н после заливки раствора в кювету. Угол между обоими положениями устройства дает угол поворота плоскости поляризации раствором. На оправе полутеневого устройства наносится шкала, против делений которой отмечаются непосредственно значения концентрации.
Н. А. Умов создал очень эффектный демонстрационный опыт, основанный на вращении плоскости .поляризации (в и н т У м о в а). Цилиндрический стеклянный сосуд длиной 0,5 — 1 м и диаметром порядка 10 см Р' заполняется концентрированным раствором сахара и герметически закупоривается. Если через сосуд пропустить вдоль его оси плоскополяризо- Рис. 132. ванный белый свет, то прн наблюдении сбоку жидкость представляется заполненной навитыми вокруг оси сосуда радужно окрашенными лентами (рис. !33).
При вращении поляризатора Р вся картина смещается вдоль оси сосуда. Чтобы понять причины возникновения винта Умова, рассмотрим прохождение плоскополяризованного моно- 186 хроматического света через раствор сахара, заключенный в сосуде с плоскими стенками (рис. !34). При наблюдении сбоку мы будем видеть рассеянный свет.
Если бы раствор сахара не вращал плоскость поляризации, вынужденные колебания зарядов, обусловленные проходящим через раствор светом, совершались Р бы в одной плоскости, совпадающей с плоскостью // // // // // поляризатора Р. Вследствне направленности излучения элекрического диполя (см. т. П, рис. 246) интенсивность рассеянного света максимальна в направлении, перпендикулярном к плоскости Р, и равна нулю в направлениях, лежащих в этой плоскости. Оптическая активность сахара приводит к тому, что направление колебаний поворачивается по мере прохождения плоскополяризованного света через сосуд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
