Вопрос №23 Вращение плоскости поляризации. Принцип действия поляриметров и сахариметров. Эффект Фарадея.

Вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через них линейно-поляризованного света. К этим веществам относятся: кварц, скипидар, никотин, водные растворы сахара, винной кислоты и другие.

Кристаллические вещества сильнее всего поворачивают плоскость поляризации в том случае, когда свет распространяется вдоль оптической оси.

Угол поворота пропорционален пути , пройденному лучом в кристалле.

, (6.54)

где – постоянная вращения, зависящая от рода вещества, температуры и длины волны света (Закон Био). В растворах угол поворота плоскости поляризации зависит от концентрации оптически активного вещества С.

, (6.55)

где – удельная постоянная вращения,

– путь в водном растворе,

С – концентрация оптически активного вещества.

В зависимости от направления вращения плоскости поляризации оптически активные вещества делятся на право- и левовращающие.

Направление вращения зависит от направления луча, поэтому если луч, прошедший через оптически активный кристалл, отразить зеркалом и заставить пройти через кристалл еще раз в обратном направлении, то установится первоначальное положение плоскости поляризации.

Свойства поворачивать плоскость поляризации присущи веществам с винтообразной спиральной структурой молекул.

Скорость распространения этих волн в оптически активных средах различна, что и приводит к повороту плоскости поляризации. Для измерения угла поворота плоскости поляризации используют поляриметры. Если между скрещенным анализатором и поляризатором поместить оптически активное вещество, то такая система будет пропускать свет.

В случае раствора, зная величины , и измерив, угол можно определить концентрацию раствора (см. формулу (6.55)). Такой способ определения концентрации применяется в производстве различных веществ, в частности в производстве сахара, а соответствующий прибор называется сахариметром.

Эффект Фарадея.

О птически неактивные вещества приобретают способность вращать плоскость поляризации, проходящего через них линейно-поляризованного света под действием магнитного поля. Это явление называется эффектом Фарадея.

Поместим оптически неактивное вещество, например стеклянную пластину К, между скрещенными поляризатором и анализатором (рис. 6.36). При возникновении магнитного поля, направленного параллельно лучу света, анализатор пропустит свет. Таким образом, при прохождении луча через пластинку К, помещенную в магнитное поле, плоскость поляризации луча поворачивается. Угол поворота равен:

, (6.56)

где – толщина стеклянной пластинки (вдоль поля),

– напряженность магнитного поля,

– постоянная Верде или удельное магнитное вращение.

Удельное магнитное вращение зависит от длины волны.

Направление вращения плоскости поляризации в магнитном поле не зависит от направления распространения света, поэтому, увеличивая длину пути света в веществе за счет многократного отражения луча, можно увеличить угол поворота плоскости поляризации. Направление вращения плоскости поляризации в магнитном поле не зависит от направления распространения света, поэтому, увеличивая длину пути света в веществе за счет многократного отражения луча, можно увеличить угол поворота плоскости поляризации.

Вопрос №24

Дисперсией называется зависимость показателя преломления от частоты или длины волны света.

, (6.57)

(6.58)

Д исперсией также называют зависимость фазовой скорости волны от частоты. Дисперсия свойственна всем веществам. В вакууме дисперсии нет.

Пучок белого света, проходя через стеклянную призму, разлагается в дисперсионный спектр (рис. 6.37). Более всего преломляются фиолетовые лучи, менее всего – красные. Таким образом, с уменьшением длины волны показатель преломления увеличивается.

В тех областях спектра, в которых вещество прозрачно, показатель преломления увеличивается с ростом частоты, то есть (нормальная дисперсия).

Вблизи тех областей спектра, где вещество поглощает свет, происходит увеличение дисперсии, а в полосах поглощения наблюдается обратный ход дисперсии (аномальная дисперсия).

Поглощением света называется явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе. При этом часть энергии волны преобразуется во внутреннюю энергию вещества или в энергию вторичного излучения. Поглощение света может вызывать нагревание вещества, возбуждение и ионизацию атомов и молекул, фотохимические реакции и другие процессы.

Вопрос№25 Поглощением света называется явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе. При этом часть энергии волны преобразуется во внутреннюю энергию вещества или в энергию вторичного излучения. Поглощение света может вызывать нагревание вещества, возбуждение и ионизацию атомов и молекул, фотохимические реакции и другие процессы.

Поглощение света описывается законом Бугера, согласно которому интенсивность плоской волны монохроматического света уменьшается по мере прохождения через поглощающую среду по экспоненциальному закону.

, (6.60)

г де – интенсивности света на входе и на выходе из поглощающего слоя толщиной (рис. 6.39),

 – показатель или коэффициент поглощения.

Коэффициент поглощения  зависит от природы поглощающего вещества и от длины волны падающего света. Зависимость коэффициента поглощения  от длины волны определяет спектр поглощения данного вещества.

Р азряженные атомарные газы (пары металла) имеют линейчатые спектры поглощения (рис. 6.40). Твердые тела и жидкости имеют широкие полосы поглощения (рис. 6.41).

Вопрос №26 Рассеянием света называется явление преобразования света веществом, сопровождающееся изменением направления распространения света и проявляющееся как несобственное свечение вещества. Это свечение обусловлено вынужденными колебаниями электронов в атомах рассеивающей среды под действием падающего света. В оптически однородной среде вторичные волны, излучаемые колеблющимися электронами, при интерференции с падающей волной, гасят друг друга во всех направлениях, кроме направления распространения первичной волны.

Система электронов, совершающих вынужденные колебания в атомах частицы размером , эквивалентна одному колеблющемуся электрическому диполю. Частота колебаний диполя совпадает с частотой падающего света, а интенсивность излучаемого диполем света пропорциональна частоте в четвертой степени. Поэтому для рассеянного света справедлив закон Рэлея, согласно которому интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины световой волны:

Зако́н Бугера — Ламберта — Бера — физический закон, определяющий ослабление параллельногомонохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.

Закон выражается следующей формулой:

,

где I₀ — интенсивность входящего пучка, l — толщина слоя вещества, через которое проходит свет, k_λ — коэффициент поглощения (не путать с безразмерным показателем поглощения κ, который связан с k_λ формулой k_λ = 4πκ / λ, где λ - длина волны).

Показатель поглощения характеризует свойства вещества и зависит от длины волны λ поглощаемого света. Эта зависимость называется спектром поглощения вещества.