Вращение плоскости поляризации в кристаллах и растворах.
Если в пространство между двумя скрещенными поляризаторами поместить какое-либо оптически активное вещество (см. Введение), то в монохроматическом свете вместо отсутствия освещенности поля зрения будет наблюдаться некоторая интенсивность прошедшего света, которую можно свести к нулю, поворачивая анализатор вправо или влево вокруг выходящего луча.
Явление вращения плоскости поляризации было открыто Араго (1811г.) при изучении эффекта двойного лучепреломления в кварце, в котором оно выражено весьма заметно [3]. Параллельный пучок естественного света от источника S, пройдя через светофильтр F, направлялся на оптическую систему (рис. 5). Между скрещенными николями N1 и N2 расположена пластинка из кристаллического кварца, оптическая ось которой совпадает с направлением луча. Так как вдоль оптической оси не происходит двойного лучепреломления, то при скрещенном положении николей свет не должен проходить через систему (согласно закону Малюса). Однако, как показал опыт, наблюдается прохождение света через пластинку. Поворачивая поляризатор N2 на некоторый угол, можно вновь добиться полного затемнения поля.
Рис.5. Схема наблюдения вращения плоскости поляризации в кристалле.
Это показывает, что в описанном опыте поляризованный свет, прошедший через кварц, не приобрел эллиптической поляризации, а остался линейно-поляризованным; при прохождении через кварц плоскость поляризации лишь повернулась на некоторый угол, измеряемый поворотом анализатора N2, необходимым для затемнения поля в присутствии кварца. Меняя светофильтр, легко обнаружить, что угол поворота плоскости поляризации для разных длин волн различен, т.е. имеет место вращательная дисперсия.
|
|
|
Для данной длины волны угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине пластинки. Вращательная способность твердых тел характеризуется величиной угла a, на который поворачивает плоскость поляризации пластинка толщиной 1мм. Таким образом:
, (1)
где φ –угол поворота, d – толщина пластинки в миллиметрах, α - коэффициент, зависящий от длины волны, природы вещества и температуры.
Для кварца в направлении оптической оси α 
15 град/мм в красной области спектра и 51 град/мм в фиолетовой. Конечно, явление вращения плоскости поляризации имеет место и тогда, когда свет направлен не вдоль оси кристалла, а под углом к ней. Но изучение его в этих условиях значительно труднее, т.к. явление частично маскируется обычным двойным лучепреломлением.
Наблюдения вращения в кварце обнаружили, что существуют два сорта кварца: правовращающий, или положительный, дающий поворот плоскости поляризации вправо (по часовой стрелке), и левовращающий, или отрицательный (поворот против часовой стрелки). Направление вращения принято устанавливать для наблюдателя, смотрящего навстречу световому пучку. Величина вращения в обоих случаях одинакова (
= 
).
|
|
|
Применение чувствительных методов исследования показало, что явление вращения плоскости поляризации весьма распространено и обнаруживается также многими некристаллическими телами (см. Введение). В настоящее время известны тысячи активных веществ, обладающих различной вращательной способностью, от едва заметной до очень большой (например, никотин в слое толщиной 10 см поворачивает плоскость поляризации желтого излучения на 164 градуса).
Для растворов Био (1831г.) установил на опыте следующие количественные законы: угол поворота плоскости поляризации φ прямо пропорционален толщине d слоя раствора и прямо пропорционален концентрации С вещества:
φ = [ α ] dC. (2)
Коэффициент пропорциональности [α], аналогично коэффициенту α для кристаллов, характеризует природу вещества и носит название постоянной вращения. Постоянная вращения зависит от длины волны и температуры, она может также меняться при изменении растворителя и притом довольно сложным образом.
|
|
|
Влияние длины волны на вращательную способность (вращательная дисперсия) может быть охарактеризовано лишь в общих чертах и для каждого случая должно быть изучено отдельно. Био установил, что вращательная способность примерно обратно пропорциональна квадрату длины волны:
~ 
(3)
Это правило передает зависимость не точно и может служить лишь в качестве грубо ориентировочной закономерности. Вообще говоря, [ α ] с увеличением λ убывает, но существуют вещества, для которых вращательная дисперсия аномальна.
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 27; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!