> Техника, страница 33 > Вращение плоскости поляризации
Вращение плоскости поляризации
Вращение плоскости поляризации, постепенный поворот плоскости колебаний светового вектора по мере распространения поляризован, света в некоторых телах, называемых оптически активными. Тела, не активные в естественном состоянии, обнаруживают В. п. п. в магнитном поле. Твердые оптически активные среды могут быть двух родов: в одних — вращательная способность определяется строением кристаллич. решетки (например в кри-сталлич. кварце, в к-ром Арого впервые и открыл В. п. п.; плавленный кварц не активен), в других—В. п. п. вызывается асимметричным строением самих молекул (например в сахаре, вращающем в кристаллическом, стеклообразном и растворенном состоянии). Жидкие и газообразные активные тела относятся ко второму роду. В растворах вращательная способность может зависеть от природы растворителя и от t°.
В. п. п. происходит по направлению движения часовой стрелки или по направлению обратному (вправо или влево), в зависимости. от пространственной структуры молекулы или решетки. Угол В. п. п. а пропорционален числу молекул, встречаемых световым пучком, соответственно чему приняты следующие определения удельного вращения: для чистых веществ
, Ί сс 100а г,
[«]=-jj ; для растворов [а]=—, где [а]—
удельное вращение, а—наблюдаемый угол 13. π. π., I—толщина слоя активного вещества (выражаемая для жидкостей на практике в дм), d—плотность; для растворов с— концзнтрация активного вещества в г на 100 см·3 раствора. Произведение мол. в на[а] называется молекулярным вращением. Относительно точных методов определения к см. Поляриметры. а является ф-ией длины световой волны λ (вращательная дисперсия). Во всех изученных случаях справедлива следующая ф-ла:
где под знаком суммы находится несколько членов, соответствующих различным собствен. колебаниям данного вещества. Обычно эти колебания, характеризуемые вол нами λη, находятся в ультрафиолетовой или инфракрасной области спектра. По измерениям Лоури (Lowry) и Кед-Адамса (Cud-Adams, 1927 год) В. п. п. весьма совершенного образца левовращающего кварца выражается, со всей доступной точностью, в широком интервале длин волн от 200 ηιμ до 3 μ следующей формулой:
„ _ 9,5639 2,3113
λ2-0,0127493 λ!-0,000974
-0,1905.
Для λ » λη формула вращательной дисперсии принимает простой вид: α= ~ (закон Био);
наоборот, для λ, очень близких к λη, ход В. п. п. становится очень сложным (аномальная вращательная дисперсия), и а может приобретать огромное значение (например 30 000° на миллиметров в нек-рых жидких крист). Вращательная дисперсия неразрывно связана с обычной дисперсией света (смотрите).
Если поместить сильно вращающее тело, например пластинку кристаллического кварца, вырезанную перпендикулярно оптическ. оси, между двумя поляризующими призмами и осветить систему сложным (наприм. белым) светом, то, благодаря различному вращению для различных цветов, цвета будут проходить через вторую призму в иной пропорции, чем в падающем свете, и поэтому выходящий свет будет окрашен. В зависимости от угла поворота призм окраска меняется. При подходящем подборе источника света и толщины пластинки можно получить весьма пеструю смену цветов, что иногда применяется для театральных световых эффектов, а также для получения непрерывно изменяющихся светофильтров. При помощи очень толстой пластинки кварца можно повернуть на 90° плоскости колебаний двух близко расположенных спектральных линий (например линий Ώ натрия) и получить так. обр. весьма однородный свет (Вуд).
Формальная элементарная теория В. п. п., данная Френелем, сводится к следующему. Луч с линейно поляризованными колебаниями всегда можно представить как результат сложения двух лучей, поляризованных по кругу (с вращениями вправо и влево). По Френелю, эти два луча распространяются в теле с различными скоростями, что и выражается постепенным поворотом плоскости поляризации суммарного луча по мере прохождения света в кристалле. Это положение, являющееся в сущности ма-тематич. следствием самого факта В. п.п., может быть иллюстрировано наличием особого двойного лучепреломления (с лучами, поляризованными по кругу) в оптически активных крист и жидкостях. По идее Гиббса, более общая формальная теория В. п. п. может быть построена на предположении, что диэлектрическое смещение в активном теле зависит не только от компонентов напряженности поля (X, Т, Ζ), но и от производных их по координатам. Волновое уравнение для такой среды (для компонента X) имеет следующий вид:
где с—скорость света, ε—диэлектрическая постоянная и f—постоянная, зависящая от природы вещества. Формальная теория вполне описывает явления В. п. п. и устанавливает связь вращательной и обычной дисперсии, однако характер исходного ур-ия и постоянная f остаются в этой теории необоснованными. Физическая теория В. п. п. дана за последние годы Озееном и Борном. Она является следствием последовательной и строгой теории дисперсии света, в которой учитывается: 1) наличие связи между молекулами, 2) соизмеримость размеров молекулы с длиной световой волны. Поскольку построение молекул еще мало известно, постоянная f и в этой теории сохраняет эмпирический характер. Только для кристаллов NaCl Герману удалось произвести достаточно полный теоретич. расчет для f в удовлетворительном согласии с опытом.
Лит.: Хвольсон О. Д., Курс физики, т. 2, Берлин, 1923; Wood R. W., Researches in Physical Optics, L., 1920; For sterling R., Rota-tionspolarisation, Handbuch d. physikalischen Optilc,
B. 1, p. 901, Lpz., 1927; Born M., Atomtheorie
d. festcn Zustandes, 2Aufl., Leipzig, 1923; Born M., Enzyklopadie der mathematischen Wissenschaften,В.5, T. Ill, Η. IV, Lpz., 1923. С. Вавилов.