Лекция 3

1. Поляризация света. Закон Малюса.

2. Вращение плоскости поляризации. Оптически активные вещества.

Свет, излучаемый отдельным атомом, представляет собой э/м волну, т.е. совокупность двух поперечных взаимно перпендикулярных волн – электрической (образ. Колебаниями вектора напряженности электрического поля Е) и магнитной (образ. колебаниями вектора напряженности магнитного поля Н), идущих вдоль общей прямой r, называемой световым лучом.

Свет, у которого электрические колебания совершаются все время в одной и только одной плоскости, называется поляризованным светом.

Опыт показывает, что химическое, физиологическое и другие виды воздействия света на вещество обусловлены электрическими колебаниями. Поэтому плоскость, в котрой они совершаются, будем называть плоскостью световых колебаний

А)-естественный свет

Б) частично поляризованный

В)- поляризованный

Естественный свет можно получить, пропуская его через анизотропную среду. Физическая сущность процесса поляризации света при прохождении через кристалл состоит в следующем. Согласно электромагнитной теории Максвелла переменное электрическое поле световой волны вызывает в кристаллическом диэлектрике переменный поляризационный ток, т.е.переменное смещение заряженных частиц, составляющих кристаллическую решетку. Поляризационный ток выделяет джоулево тепло, т.е. в кристалле происходит превращение световой энергии в теплоту. Вследствие анизотропии кристалла из электрических колебаний света через кристалл проходят только те, которые совершаются в плоскости, соответствующей минимуму поляризации тока.

Если за пластинкой 1 помещена вторая пластинка турмалина 2, ориентированная так, что ее оптическая ось перпендикулярна оптической оси пластинки 1, то через вторую пластинку луч не пройдет.

Если же оптические оси пластинок 1 и 2 составляют угол , отличный от 90º, то луч проходит через пласт. Амплитуда световых колебаний Е, прошедших через пластинку, будет меньше Е₀, падающего на нее:

Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды световых колебаний,то

закон Малюса

I₀-интенсивность света, падающего на пластинку

I - интенсивность света,, прошедшего через пластинку

3. Некоторые вещества, называемые оптически активными, поворачивают (вращают) плоскость электрических колебаний поляризованного света, не изменяя при этом амплитуды колебаний. Это явление называется вращением плоскости поляризованного света.

К оптически активным веществам относится ряд твердых тел (кварц, киноварь, сахар и т.д.) и многие жидкости (скипидар, водный раствор сахара, никотин и т.д.)

Вещества, поворачивающие плоскость колебаний по часовой стрелке, называются правовращающими, а вещества, поворачивающие эту плоскость в противоположном направлении-левовращающими.

Угол поворота плоскости колебаний поляризованного света пропорционален толщине l слоя вращающегося вещества, через который проходит свет; ; в случае раствора этот угол пропорционален еще и концентрации раствора с;

Коэффициент , называемый удельным вращением, характеризует вращательную способность вещества (для расвора+равен углу, на который поворачивается плоскость колебаний поляризованного света, проходящего через слой раствора единичной толщины и единичной концентрации)

На вращении плоскости колебаний поляризованного света основан простой и весьма точный метод определения концентрации растворов оптически активных веществ.

Примеры решения задач

1. Чему равен угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если интенсивность света, прошедшего через поляризатор и анализатор, уменьшилась в 4 раза? Поглощением света пренебречь.

Решение:

При прохождении света через поляризатор интенсивность света уменьшается вдвое. Поэтому , где I^* -интенсивность естественного света, I₀-интенсивность света, прошедшего через поляризатор.

При прохождении света через анализатор интенсивность света уменьшается по закону Малюса:

По условию задачи I=I^*/4, поэтому

откуда , а =45º.

Исследование биологических тканей в поляризованном свете.

Обычная микроскопия в ряде случаев не выявляет структуру биологических объектов. Поэтому для рассмотрения деталей объектов используется поляризационная микроскопия. В поляризационной микроскопии объект освещается поляризованным светом и рассматривается через анализатор.

При скрещивании поляризатора и анализатора поле зрения будет темным . Анизотропные объекты, каковыми являются мышечная, костная, нервная ткани, изменяют поле зрения; будут видны только те волокна, анизотропия которых изменяет поляризованный свет.

Поляризованный свет можно использовать в модельных условиях для оценки механических напряжений, возникающих в костных тканях. Этот метод основан на явлении фотоупругости, которое заключается в возникновении оптической анизотропии в первоначально изотропных твердых телах под действием механических нагрузок.

Кроме того, при изменении нагрузки на костную ткань можно делать выводы о возникновении механических напряжений, видимых в поляризованном свете.