Вращение плоскости поляризации

Некоторые вещества (например, из твердых тел — кварц, сахар, киноварь, из жидкостей — водный раствор сахара, винная кислота, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации (плоскость, проходящую через электрический вектор Е и световой луч).

Вращение плоскости поляризации можно наблюдать на следующем опыте (рис. 81). Вышедший из поляризатора плоскополяризованный свет пропускают через раствор сахара. Скрещенные поляризатор Р и анализатор А за кюветой с раствором гасят свет не полностью. Если А повернуть на угол <р, то наступает полное гашение света. Следовательно, свет после прохождения раствора сахара остается плоскополяризованным, но раствор поворачивает плоскость поляризации света на угол ф.

Угол поворота плоскости поляризации для оптически активных кристаллов и чистых жидкостей

Рис. 81

для оптически активных растворов

где d — расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе; а (|а|) — так называемое удельное вращение, численно равное углу поворота плоскости поляризации света слоем оптически активного вещества единичной толщины (единичной концентрации — для растворов); С — массовая концентрация оптически активного вещества в растворе, кг/м3.

Удельное вращение зависит от природы вещества, температуры и длины волны света в вакууме.

Все вещества, оптически активные в жидком состоянии, обладают таким же свойством и в кристаллическом состоянии. Однако если вещества активны в кристаллическом состоянии, то не всегда активны в жидком (например, расплавленный кварц). Следовательно, оптическая активность обусловливается как строением молекул вещества (их асимметрией), так и особенностями расположения частиц в кристаллической решетке.

Исторически направление вращения плоскости поляризации устанавливается для наблюдателя, к которому направлен луч света. Если плоскость поляризации поворачивается по часовой стрелке, то вещество называют правовращающим (или положительным), если — против часовой стрелки, то левовращающим (или отрицательным).

Основы теории вращения плоскости поляризации заложены Френелем (1817): в оптически активных веществах скорость распространения света различна для лучей, поляризованных по правому и левому кругу. Для правовращающих веществ v > Ч,ев (ипр < Ллсв)> для левовращающих веществ V < V (п > п ).

пр лев 4 пр лев7

Эта гипотеза была подтверждена с помощью опытов на составной призме из «правого» и «левого» кварца (рис. 82). Оптические оси всех призм, изображенные на рисунке стрелками, направлены параллельно падающему лучу. Так как для правовращающего кварца ппр < плсв, а для левовращающего ппр > ппев, то на границе раздела призм / и 2 пучок плоскополяризованного света раздваивается, а на границе призм 2 и 3 пучки разойдутся еще больше. Из призмы 3, как показал Френель, выходят действительно два цирку- лярно поляризованных в разные стороны луча света.

Явление вращения плоскости поляризации и, в частности, формула (50.1) лежат в основе точного метода определения концентрации растворов оптически активных веществ, называемого поляриметрией (сахариметрией). Для этого используется установка, показанная на рис. 81. По найденному углу поворота плоскости поляризации ф и известному значению [а) из (50.1) находится концентрация растворенного вещества.

Рис. 82

Впоследствии М. Фарадеем было обнаружено вращение плоскости поляризации в оптически неактивных веществах, возникающее под действием магнитного поля. Это явление получило название эффекта Фарадея (или магнитного вращения плоскости поляризации). Оно имело огромное значение для науки, так как было первым явлением, в котором обнаружилась связь между оптическими и электромагнитными процессами.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >