Вращение плоскости поляризации в магнитном поле.

Оптически неактивные вещества под действием магнитного поля становятся активными. Это явление вращения плоскости поляризации в магнитном поле называется эффектом Фарадея и является доказательством прямой связи оптических и электромагнитных процессов.

При распространении света вдоль силовых линий магнитного поля угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути d, проходимому светом в веществе, и индукции магнитного поля В:

j = R×d×B (6)

где R - постоянная Верде, зависящая от типа вещества и длины волны распространяющегося света.

Направление вращения в одном и том же веществе не зависит от направления распространения света (по полю или против поля), а определяется лишь направлением магнитного поля, т.е. вектора В. Если вращение плоскости поляризации происходит вправо (при наблюдении вдоль вектора В), то вещества называются положительными.

Явление магнитного вращения плоскости поляризации связано с расщеплением уровней энергии атомов и молекул во внешнем магнитном поле или эффектом Зеемана, строгая теория которого рассматривается в рамках квантовой механики. Для качественного понимания этого явления можно воспользоваться более простой классической электронной теории вещества, в основе которой лежит гипотеза Лоренца о том, что электроны удерживаются в атомах квазиупругими силами (см. Лабораторную работу №1 “Дисперсия света”). Будучи выведены из равновесия, такие электроны начнут колебаться, излучая электромагнитные волны. С точки зрения электронной теории причиной расщепления спектральных линий во внешнем магнитном поле является изменение частоты собственных колебаний электронов w_о в веществе в плоскости перпендикулярной полю. Эти колебания можно разложить на движение по правому и левому кругу. При включении магнитного поля частоты вращения электронов по правому и левому кругу изменяются в различные стороны относительно первоначального значения в зависимости от того, увеличивает или уменьшает сила Лоренца центростремительную силу, действующую на электрон. Т.е. становятся равными w_о+Dw и w_о-Dw, соответственно. Опыт показывает, что излучению электронов (как вторичных источников), колеблющихся с наименьшей из частот, соответствует электромагнитная волна, поляризованная по левому кругу, а с наибольшей - по правому кругу.

Линейно поляризованный свет, распространяющийся в веществе с частотой w, как упоминалось ранее, также можно представить в виде совокупности двух волн с той же частотой w, поляризованных по правому и левому кругу.

Так как показатель преломления световой волны зависит от близости частоты данной волны w к собственным частотам электрона w_о+Dw и w_о-Dw, то, следовательно, под действием магнитного поля для волн, поляризованных по правому и левому кругу, показатели преломления принимают разные значения (n _п и n _л). Различие в показателях преломления для волн, поляризованных по правому и левому кругу (и, следовательно, различие их фазовых скоростей при распространении в данном веществе), и приводит к вращению плоскости поляризации в соответствии с формулой (5).