Контрольные вопросы
1. Какой свет называется плоскополяризованным, и чем он отличается от естественного?
2. Что такое плоскости поляризации и колебаний?
3. Какие вещества называются анизотропными?
4. В чем состоит явление двойного лучепреломления?
5. Что такое оптическая ось, главное сечение кристалла?
6. Какова роль поляризатора и анализатора?
7. Как выводится закон Малюса?
8. Устройство призмы Николя и других поляроидов.
9. В чем заключается закон Брюстера?
Библиографический список
1. Зисман, Г. А. Курс общей физики: в 3 т. / Г. А. Зисман, О. М. Тодес. М.: Наука, 1970. Т. 3.
2. Савельев, И. В. Курс общей физики: в 3 т. / И. В. Савельев. М.: Наука, 1968. Т. 3.
3. Яворский, Б. М. Курс физики / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. Т. 3. М.: Высш. шк., 1979.
Приложение
Вращение плоскости поляризации
В начале XIX столетия было установлено, что некоторые вещества при прохождении через них света поворачивают плоскость поляризации. Такие вещества назвали оптически активными.
О
бнаружить
это можно следующим образом: пропустим
пучок монохроматического света через
систему поляризатор–анализатор (рис.
15).
Установим анализатор
таким образом, чтобы освещенность на
экране Э отсутствовала. Угол между
плоскостями поляризации Р
и А
будет равен 90°. В этом случае говорят,
что Р
и А
«скрещены». Поставим между ними кварцевую
пластинку К,
вырезанную перпендикулярно к ее
кристаллографической оси
после чего обнаружим, что экран вновь
оказался освещен. Это указывает на то,
что плоскость
поляризации луча анализатора теперь
составляет не 90°, а 90 – ,
т. е. на угол
повернулась плоскость поляризации
светового луча при прохождении через
пластину К.
Ранее было показано, что если направление
светового луча совпадает с оптической
осью кристалла, то двойного лучепреломления
не происходит и структура прошедшего
через кристалл луча не меняется. Но, как
мы только что убедились, кварц в таком
состоянии способен поворачивать
плоскость поляризации светового луча.
Для того чтобы определить величину и
направление угла поворота плоскости
поляризации кварцевой пластинки,
необходимо вновь повернуть анализатор
до получения темноты на экране. Этот
поворот составит угол .
При этом существуют вещества, поворачивающие
плоскость поляризации влево. Такие
вещества называют левовращающими.
Существуют также вещества правовращающие.
Угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине оптически активного вещества:
где – постоянная вращения. Коэффициент зависит от рода вещества, его показателя преломления и длины волны света. Как показал Больцман, связана с следующим соотношением:
где a и b ― некоторые постоянные, характеризующие вещество.
Зависимость
от
приводит к наблюдаемой на опыте
поляризационной дисперсии. У кварца
для
мкм коэффициент
= 21,7 °/мм.
Наряду с кристаллическими веществами существуют жидкости, которые обладают значительной способностью вращать плоскость поляризации (раствор сахара, камфара, скипидар, многие масла).
Это обстоятельство приводит к широкому практическому применению явления поляризации, так как позволяет определить по углу поворота плоскости поляризации концентрацию раствора оптически активных веществ. При этом используется следующая зависимость:
где С – концентрация вещества в растворе.
Приборы, служащие для исследования растворов, называются поляриметрами.
Помимо определения концентрации поляризованный свет находит широкое применение в исследовательских целях и при решении различных технических задач. Рассмотрим некоторые из них.
Оптически изотропные вещества (стекло, жидкость) можно превратить в анизотропные, подвергая их односторонней деформации или помещая в электрическое поле. Схема установки для изучения искусственной анизотропии, возникающей в жидкости, созданной электрическим полем (эффект Керра), изображена на рис. 16.
П
ри
изменении разности потенциалов
приложенной к электродам, молекулы
жидкости, обладающие электрическим
моментом,
ориентируются вдоль поля, поэтому
электрические, а следовательно, и
оптические свойства жидкости становятся
различными
вдоль направления поля и перпендикулярно
ему. Жидкость уподобляется одноосной
оптически анизотропной среде, что
приводит к изменению интенсивности
света, прошедшего через поляризатор и
анализатор.
Если убрать внешнее поле, то тепловое движение разрушает упорядоченное расположение электрических осей молекул и жидкость вновь делается изотропной. Это исчезновение анизотропии происходит за 10–10 с, поэтому жидкость почти без инерции реагирует на все изменения внешнего поля. Это устройство нашло применение в кино в качестве быстродействующего оптического затвора, позволяющего фотографировать с экспозицией в 10–8 с.
