 |
Оптически активные вещества
|
|
|
|
Некоторые кристаллы и растворы органических соединений при прохождении сквозь них поляризованного луча поворачивают плоскость его поляризации. Это можно проследить на следующем опыте.
При наблюдении источника света сквозь два николя, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, поле зрения будет темное, так как второй николь не пропустит колебаний, прошедших через первый.
Поставим между николями тонкую кварцевую пластинку, вырезанную перпендикулярно оптической оси. Поле зрения станет светлее. Но поворотом одного из николей на некоторый угол поле зрения снова можно сделать темным.
Этот опыт показывает, что при прохождении сквозь кварцевую пластинку свет остался поляризованным, но плоскость его поляризации повернулась на некоторый угол φ. Само явление получило название вращение плоскости поляризации. Вещества, вращающие плоскость поляризации, называют оптически активными. К их числу принадлежит, например, раствор сахара.
В твердых телах угол φ поворота плоскости поляризации пропорционален длине пути светового луча ℓ в теле:
φ = [α] ℓ (22.3)
[α] — вращательная способность (удельное вращение), зависящая от рода вещества, температуры и длины волны].
Для растворов угол поворота плоскости поляризации равен
φ = [α] сℓ (22.4)
[[α] — удельное вращение; с — концентрация оптически активного вещества].
Величина α зависит от природы оптически активного вещества и растворителя, температуры и длины волны света. Явление вращения плоскости поляризации нашло применение для определения концентрации какого-либо активного вещества в растворе. Так как угол поворота пропорционален концентрации оптически активного вещества и толщине слоя ℓ, то, используя соотношение (22.4), можно определить концентрацию. На этом принципе основано устройство прибора для определения концентрации сахара – сахариметр.
|
|
|
Эффект Керра. Инженерные применения поляризации света
Еще один интересный пример — двойное лучепреломление в жидкостях. Рассмотрим жидкость, состоящую из длинных асимметричных молекул, которые несут вблизи своих концов распределенный положительный или отрицательный заряд, т. е. молекулы являются электрическими диполями. Сталкиваясь, молекулы в жидкости принимают любую ориентацию, причем какого-либо преимущественного направления ориентации не существует. Но если приложить электрическое поле, молекулы начнут выстраиваться вдоль поля и в этот самый момент жидкость становится двоякопреломляющей средой. Взяв два поляроида и прозрачную ячейку с жидкостью такого сорта, можно создать устройство, которое пропускает свет только при включении электрического поля. В результате мы получаем электрический переключатель для света, который называют ячейкой Керра (рис.22.9). А сам эффект, когда в жидкости возникает двойное лучепреломление под действием электрического поля, называется эффектом Керра. Эффект Керра широко используется в технике. Конденсатор Керра (ячейка Керра) применяется в качестве безинерционного светового затвора для модулирования света в звуковом кино, а также в ряде специальных устройств и для научных исследований. Безинерционность действия ячейки Керра объясняется тем, что время исчезновения анизотропии после выключения поля порядка 4·10-12 с.
Применение поляризованного света
- плавная регулировка освещённости с помощью двух поляроидов;
- для гашения бликов при фотографировании (блики гасят, поместив между источником света и отражающей поверхностью поляроид)
|
|
|
- для устранения слепящего действия фар встречных машин.
Примеры решения задач.
Задача 8. Луч света, идущий в воде, отражается от грани алмаза, погруженного в воду, показатель преломления воды n1 = 1,33. При каком угле падения отраженный луч максимально поляризован?
Решение.
| Дано | Согласно закону Брюстера |
| n1 = 1,33 |  ,
|
| n2 = 2,42 | 
|
| i1 | i1 = 61°15² |
Задача 9. Анализатор в два раза уменьшает интенсивность света, проходящего к нему от поляризатора. Определить угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора.
Решение.
| Дано | Согласно закону Малюса |
|  , имеем
|
| a | 
|
, a = 45°.
Задача 10. Угол поворота плоскости поляризации желтого света натрия при прохождении через трубку с раствором сахара j = 40°. Длина трубки l = 15 см. Удельное вращение сахара [a]= 66,5 град/(дм∙г/см3). Определить концентрацию сахара.
Решение.
| Дано | Угол поворота плоскости поляризации |
| j = 40° | монохроматического света в растворах |
| l = 1,5 дм | j = [a]Cl, отсюда |
| [a] = 66,5 град/(дм∙г/см3) | 
|
| C |  г/см3
|
|
|
|
