книги из ГПНТБ / Нечаева Н.Н. Волновая оптика

рота a-t . рассчитанный на I мм. толщины пластинки, т. е.

где <р—угол поворота, а 1 —толщина пластинки в мм. Направление, в котором поворачивается плоскость поляризации,

уразных активных веществ неодинаково: если поворот происходит

внаправлении движения, стрелки часов (для наблюдателя, смот­ рящего навстречу лучу, то вещество называют правовращаю­ щим; если поворот плоскости поляризации происходит против стрелки часов, то вещество называют левовращающим,

Многие вещества бывают в двух модификациях (вправо- и левовра­ щающие, причем, абсолютная величина удельного вращения в обо­ их случаях одинакова. К таким веществам можно, например, отне­ сти кварц, сахар (сахар свекловичный и тростниковый — правовра­ щающие, а фруктовый — левовращающий).

Наблюдать вращение плоскости поляризации можно, поместив активное вещество между скрещенными поляризатором и анализа­ тором (плоскости поляризации взаимно перпендикулярны). При та­ ком взаимном расположении поляризатора и анализатора, как ука­ зывалось выше, без активного вещества свет не пройдет, но при внесении активного вещества, наступит просветление поля.

Если освещение производить монохроматическим светом, то по­ воротом анализатора можно снова добиться затемнения поля. Ве­ личина угла, на который при этом надо повернуть анализатор, рав­ на углу, на который повернулась плоскость поляризации.

Если освещение производить белым светом, то ни при каком по­ ложении анализатора не произойдет полного затемнения поля, так как плоскость поляризации волн, различной длины повернется на разные углы. В этом случае поворотом анализатора можно погасить волны только одной длины, а, следовательно, вращение анализато­ ра будет приводить к изменению цвета пропускаемых лучей, ко­ торый будет дополнительным по отношению к погашенным лучам.

§ 8. Сахариметр.

Явление вращения плоскости поляризации используется для оп­ ределения концентрации растворов активных веществ. Для этой цели служат приборы—поляриметры и в частности приборы, пред-

79

Рис. 43. Векторная диаграмма для световых лучей, проходящих через сахариметр

рис. 43 изображено расположение амплитудных значений электри­ ческого вектора в колебаниях, прошедших через поляризатор Р (вектор Е„) и ТОЛЬКО через призму Николя N (вектор Е^) со­

ответственно у правой и левой половинах светового поля.

Через анализатор А (рис. 42), который пропускает колебания, происходящие в плоскости АА (рис. 44), пройдут слагающие векто­

ров Ел и En, т. е. Е„д и Е^д, которые, вообще говоря, не будут

равны, а это значит, что правая и левая части светового поля бу­ дут’освещены неодинаково. В частном случае, изображенном на рис. 44, проекции вектора Е п на направлении АА меньше, чем про­

екция вектора , т. е.

EnA<ENA

Следовательно левая половина светового поля будет светлее пра­ вой (рис. 44а).

82

Поворотом анализатора можно добиться равенства векторов Е„л иЕ^д.т. е. обе половины светового поля будут освещены оди­

наково (рис. 45).

Рис. 44. Векторная диаграмма для лучей, проходящих через сахариметр

Если теперь на пути светового луча поставить вращающий рас­ твор, то оба вектора (Е „ и Е^)повернутся на угол а . Следова­

тельно, для достижения равенства освещения правой и левой поло-

83

угол поворота плоскости поляризации активным раствором.

Рис. 45. Векторная диаграмма для лучей, проходящих через сахариметр

81

ГЛАВА VI. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.

§ 1. Общее понятие.

Всякое излучение связано с излучением энергии, которое может происходить либо за счет внутренней энергии излучающего тела, либо за счет энергии, получаемой телом извне. Так например, све­ чение фосфора происходит при медленном окислении кислородом воздуха, свечение разреженного газа под действием электрического разряда происходит за счет энергии электронов, нагреваемое тело светится за счет тепловой энергии, поступающей извне, и т. п.

Излучение и поглощение электромагнитных волн связано с ко­ лебаниями заряженных частиц в атомах и молекулах, соответст­ вующих разным частотам, как в видимой, так и в невидимой частях спектра.

Полную картину механизма излучения и поглощения света мож­ но составить только при рассмотрении процессов взаимодействия заряженных частиц атомов и молекул с электромагнитным излуче­ нием. Этот процесс не может быть полностью описан с точки зре­ ния классической электродинамики, т. к. носит более сложный ха­ рактер. Однако процессы являющиеся результатом взаимодействия заряженных частиц и электромагнитного излучения, могут быть рассмотрены с энергетической точки зрения, т. е. термодинамически.

Тепловое излучение, т. е. излучение, происходящее за счет теп­ ловой энергии, наиболее распространенное в природе, по своему характеру существенно отличается от других видов излучения. Так, если нагретое тело, дающее тепловое излучение, поместить в изоли­ рованную систему, например, в замкнутую полость, с идеально от­ ражающими стенками, то излученная телом энергия в некотором количестве будет вновь поглощаться этим телом. Когда количество энергии излучаемой и поглощаемой телом за один и тот же проме­ жуток времени уравняются, наступит, как принято говорить, рав­ новесное состояние. Указанное равновесное состояние бу­ дет устойчивым, так как в случае его нарушения, равновесие снова восстановится: например, если каким-либо способом увели­ чить количество энергии, излучаемой телом за единицу времени, то соответственно увеличится и количество энергии, находящейся в виде электромагнитного излучения, которое, отражаясь от стенок

времени. Это будет происходить до тех пор, пока количество излу­ чаемой и поглощаемой энергии за одно и то же время не уравня­ ются, что приведет к восстановлению прежнего равновесного энер­ гетического состояния системы.

85

Таким образом, для более полной характеристики излучатель­

ной способности тела, надо указать, к какому участку спектра от­ несено значение испускательной способноти тела. Пусть этот уча­ сток заключен между длинами волн Хи'/- + dA . Чем меньше этот

участок, тем более точно охарактеризована испускательная спо­ собность тела для данной длины волны X.

Рассмотрим теперь процесс поглощения энергии, являю­ щийся обратным процессом по отношению к процессу излучения.

Если на каждую единицу поверхности падает поток энергии

то часть его, равная ©X т , будет поглощена. Отношение количе­

ства энергии, поглощенной телом, к количеству энергии, падающей на тело, за тот же промежуток времени, т. е.

д _ АХт

принято называть поглощательной способностью тела в рассматриваемом диапазоне длин волн.

Как показывает опыт, величина А зависит не только от X , но и от температуры тела, что и отмечено соответствующими индек­ сами: (А^т). Абсолютная величина этого отношения должна, по

принятому определению, выражаться правильной дробью, с предель­

ным, максимальным значением — единица.

Тело, для которого А ут = 1 для всех значений длин волн и тем­

ператур, Кирхгоф назвал абсолютно черным телом.

Сравнивая испускательную и поглощательную способность раз­ личных тел, Кирхгоф установил, что величина отношения испуска­ тельной способности тела к его поглощательной способности, при равных X и Т, не зависит от природы тела, т. е. отношение

" ЕХт

АХт

есть величина одинаковая для всех тел.

Обозначив испускательную способность абсолютно черного тела

рая равна единице), будем иметь:

87