20) Магнитное вращение плоскости поляризации

Все вещества по способности вращать плоскость поляризации делятся на оптически активные и неактивные. Вещества, не обладающие естественной способностью вращать плоскость поляризации, приобретают такую способность под влиянием магнитного поля. Это явление, называемое эффектом Фарадея, наблюдается только при распространении света вдоль направления магнитного поля (точнее – вдоль вектора намагниченности).Угол поворота фи плоскости поляризации пропорционален пути l, проходимому светом в веществе и напряженности магнитного поля H: (9)

Коэффициент V называется постоянной Верде или удельным магнитным вращением. Постоянная Верде зависит от длины волны лямбда падающего света

, (10)

где А и В – постоянные, зависящие от свойств вещества и температуры.

Направление вращения определяется по отношению к направлению магнитного поля. Вещества, поворачивающие плоскость поляризации вправо относительно направления силовых линий магнитного поля, называются правовращающими или положительными. Соответственно, вещества, поворачивающие плоскость поляризации влево, называются левовращающими или отрицательными. Причем знак угла вращения фи не зависит от направления луча. Следовательно, если, отразив луч зеркалом, заставить его пройти через намагниченное вещество еще раз в обратном направлении, то поворот плоскости поляризации удвоится.

Вращение плоскости поляризации обусловлено возникающей под действием магнитного поля прецессией электронных орбит атомов вещества, вследствие чего скорость вторичных электромагнитных волн с различным направлением круговой поляризации становится неодинаковой, в результате плоскость поляризации поворачивается. В данной работе в качестве вещества, поворачивающего плоскость поляризации под воздействием магнитного поля, используется дистиллированная вода.

21)В прозрачных аморфных телах, а также в кристаллах кубической системы может возникать двойное лучепреломление под влиянием внешних воздействий. В частности, это происходит при механических деформациях тел. Мерой возникающей оптической анизотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. Опыт дает, что эта разность пропорциональна напряжению сигма в данной точке тела (т. е. силе, приходящейся на единицу). Поместим стеклянную пластинку между скрещенными поляризаторами Р и Р’’ .Пока стекло не деформировано, такая система света не пропускает. Если же пластинку подвергнуть сжатию, свет через систему начинает проходить, причем наблюдаемая в прошедших лучах картина оказывается испещренной цветными полосами. Каждая такая полоса соответствует одинаково деформированным местам пластинки. Следовательно, по расположению полос можно судить о распределении напряжений внутри пластинки. На этом основывается оптический метод исследования напряжений. Возникновение двойного лучепреломления в жидкостях и в аморфных твердых телах под воздействием электрического поля было обнаружено Керром в 1875 г. Это явление получило название эффекта Керра. В 1930 г. этот эффект был наблюден также и в газах. и в газах. Схема установки для исследования эффекта Керра в жидкостях ; показана на рис. 140.2. Установка состоит из ячейки Керра, помещенной между скрещенными поляризаторами Р и Р'. Ячейка Керра представляет собой герметичный сосуд с жидкостью, в которую введены пластины конденсатора. При подаче на пластины напряжения между ними возникает практически однородное электрическое поле. Под его действием жидкость приобретает свойства одноосного кристалла с оптической осью, ориентированной вдоль поля.

Возникающая разность показателей преломления п0 и пе про-

порциональна квадрату напряженности поля Е:

no—ne = rE^2 На пути между обыкновенным и необыкновенным лучами возникает разность хода или разность фаз Это выражение принято записывать в виде

где В — характерная для вещества величина, называемая постоянной Керра. Из известных жидкостей наибольшей постоянной Керра обладает нитробензол (C6H5NO2). Постоянная Керра зависит от температуры вещества и от длины волны света. Эффект Коттона — Мутона (или эффект Фохта) — явление возникновения под действием магнитного поля в оптически изотропных средах двойного лучепреломления. Назван в честь обнаруживших его в 1907 году французских физиков А. Коттона и Г. Мутона. При распространении света поперек вектора индукции магнитного поля поляризация остается линейной, то есть наблюдается обычное двойное лучепреломление, в отличие от эффекта Фарадея: при распространении света вдоль магнитного поля возникают две волны, поляризованные по кругу и имеющие разные показатели преломления, то есть наблюдается двойное круговое лучепреломление. Исследования эффекта Коттона — Мутона позволяют получить информацию о структуре молекул, образовании межмолекулярных агрегатов и подвижности молекул. Электрооптическим аналогом эффекта Коттона — Мутона является эффект Керра.

22)Законы поглощения света .При распространении света в веществе энергия электромагнитных волн уменьшается. Это явление называется поглощением света в веществе или абсорбцией света. О поглощении света веществом принято судить по изменению его интенсивности в зависимости от пройденного расстояния.

Бугер (1729 г.) экспериментальным путем, а Ламберт (1760 г.) теоретически установили связь между интенсивностью света входящего в вещество I0 и интенсивностью света I выходящего из вещества:

I = I0 e -kd, (1)

где k – коэффициент поглощения, зависящий от длины волны падающего света и вида вещества, d – толщина поглощающего слоя, знак «минус» указывает на убывание интенсивности. Закон справедлив, когда падающий поток монохроматичен. Коэффициент поглощения не зависит от интенсивности света и от толщины слоя d. Из уравнения (1) следует, что коэффициент поглощения численно равен величине, обратной толщине слоя вещества, при прохождении через который интенсивность уменьшается в е = 2,72 раз. Продифференцировав соотношение(1) получим: Из этого выражения следует, что убыль интенсивности на пути dl пропорциональна длине этого пути и значению самой интенсивности. Коэффициентом пропорциональности служит коэффициент поглощения. Из При прохождении световой волны через вещество часть энергии волны затрачивается на возбуждение колебаний электронов. Частично эта энергия вновь возвращается излучению в виде вторичных волн, порождаемых электронами; частично же она переходит в энергию движения атомов, т. е. во внутреннюю энергию вещества. Поэтому интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается — свет поглощается в веществе. Вынужденные колебания электронов, а следовательно, и поглощение света становятся особенно интенсивными при резонансной частоте.

23) С классической точки зрения процесс рассеяния света заключается в том, что свет, проходящей через вещество, вызывает колебания электронов в атомах . Колеблющиеся электроны возбуждают вторичные волны, распространяющиеся по всем направлениям. Это явление, казалось бы, должно при всех условиях приводить к рассеянию света. Однако вторичные волны являются когерентными, так что необходимо учесть их взаимную интерференцию. Соответствующий расчет дает, что в случае однородной среды вторичные волны полностью гасят друг друга во всех направлениях, кроме направления распространения первичной волны. Поэтому перераспределения света по направлениям, т. е. рассеяния света, не происходит. Вторичные волны не погашают друг друга в боковых направлениях только при распространении света в неоднородной среде. Световые волны, дифрагируя на неоднородностях среды, дают дифракционную картину, характеризующуюся довольно равномерным распределением интенсивности по всем направлениям. Такую дифракцию на мелких неоднородностях называют рассеянием света. Среды с явно выраженной оптической неоднородностью носятназвание мутных сред. К их числу относятся: 1) дымы, т. е. взвеси в газах мельчайших твердых частиц; 2) туманы — взвеси в газах мельчайших капелек жидкости; 3) взвеси или суспензии. ным. Свет, рассеяный на частицах, размеры которых значительно меньше длины волны , оказывается частично поляризованным. В результате рассеяния света в боковых направлениях интенсивность в направлении распространения убывает быстрее, чем в случае одного лишь поглощения. Поэтому для мутного вещества в выражении , наряду с коэффициентом поглощения и, должен стоять добавочный коэффициент x’ обусловленный рассеянием: Постоянная х' называется коэффициентом экстинкции. Если размеры неоднородностей малы по сравнению с длиной световой волны (не более ~0,1 лямбда )интенсивность рассеянного света I оказывается пропорциональной четвертой степени частоты или обратно пропорциональной четвертой степени длины волны:

Эта зависимость носит название закона Рэлея. Ее происхождение легко понять, если учесть, что мощность излучения колеблющегося заряда пропорциональна четвертой степени частоты и, следовательно, обратно пропорциональна четвертой степени длины волны (см. формулу A09.5)). Если размеры неоднородностей сравнимы с длиной волны, электроны, находящиеся в различных местах неоднородности, колеблются g заметным сдвигом по фазе. Это обстоятельство усложняет явление и приводит к другим закономерностям— интенсивность рассеянного света становится пропорциональной всего лишь квадрату частоты (обратно пропорциональной квадрату длины

волны).