Курс физики для вузов - часть 92

шего через анализатор. На пути  меж-
ду обыкновенным и необыкновенным

лучами возникает оптическая разность

хода

[с учетом формулы (195.1)] или соот-

ветственно разность фаз

где В — — — постоянная Керра.

X

Эффект Керра — оптическая ани-

зотропия веществ под действием элек-
трического поля — объясняется различ-

ной поляризуемостью молекул жидко-
сти по разным направлениям. Это яв-

ление практически безынерционно, т. е.

время перехода вещества из изотропно-
го состояния в анизотропное при вклю-

чении поля (и обратно) составляет при-

близительно

 с. Поэтому ячейка

Керра служит идеальным световым зат-
вором и применяется в быстропротека-
ющих процессах (звукозапись, вос-
производство звука, скоростная фото-
и киносъемка, изучение скорости рас-
пространения света и т.д.), в оптичес-

кой локации, в оптической телефонии
и т. д.

Искусственная анизотропия под

действием механических воздействий
позволяет исследовать напряжения,
возникающие в прозрачных телах.

В данном случае о степени деформации

отдельных участков изделия (напри-
мер, остаточных деформаций в стекле
при закалке) судят по распределению в
нем окраски. Так как применяемые
обычно в технике материалы (металлы)
непрозрачны, то исследование напря-
жений производят на прозрачных мо-
делях, а потом делают соответствую-
щий пересчет

 проектируемую конст-

рукцию.

§ 196. Вращение

плоскости поляризации

Некоторые вещества (например, из

твердых тел — кварц, сахар, киноварь,

из жидкостей — водный раствор саха-
ра, винная кислота, скипидар), называ-
емые оптически активными, облада-
ют способностью вращать плоскость
поляризации. Вращение плоскости по-

ляризации можно наблюдать на следу-

ющем опыте (рис. 288). Если между
скрещенными поляризатором Р  ана-
лизатором Л, дающими темное поле
зрения, поместить оптически активное

 (например, кювету с раство-

ром сахара), то поле зрения анализато-
ра просветляется. При повороте анали-
затора на некоторый угол

 можно

вновь получить темное поле зрения.

Угол

 и есть угол, на который опти-

чески активное вещество поворачива-
ет плоскость поляризации света, про-
шедшего через поляризатор. Так как

поворотом анализатора можно полу-

чить темное поле зрения, то свет, про-

шедший через оптически активное веще-
ство, является

Угол поворота плоскости поляриза-

ции для оптически активных кристал-
лов и чистых жидкостей

для оптически активных растворов

(196.1)

где d— расстояние, пройденное светом в
оптически активном веществе;  ([а]) —

так называемое удельное

численно равное углу поворота плоско-
сти поляризации света слоем оптически

Рис. 288

367

активного

 единичной толщи-

ны (единичной концентрации — для
растворов); С— массовая концентрация
оптически активного вещества в ра-
створе,

Удельное вращение зависит от при-

роды вещества, температуры и длины
волны света в вакууме.

Все вещества, оптически активные в

жидком состоянии, обладают таким же

свойством и в
янии. Однако если вещества активны в
кристаллическом состоянии, то не все-
гда активны в жидком (например, рас-

плавленный кварц).

 оп-

тическая активность обусловливается
как строением молекул вещества (их
асимметрией), так и особенностями
расположения частиц в кристалличес-
кой решетке.

Оптически активные вещества в

зависимости от направления вращения
плоскости поляризации разделяются на
право-

 левовращающие. В первом

случае плоскость поляризации, если
смотреть навстречу лучу, вращается
вправо

 стрелке), во втором —

влево (против часовой стрелки). Вра-
щение плоскости поляризации объяс-

нено О.Френелем (1817 г.). Согласно

теории Френеля, скорость распростра-
нения света в оптически активных ве-
ществах различна для лучей, поляризо-
ванных по кругу вправо и влево.

Явление вращения плоскости поля-

ризации и, в частности, формула (196.1)
лежат в основе точного метода опреде-
ления концентрации растворов опти-
чески активных веществ, называемого

поляриметрией (сахариметрией).

Для этого используется установка, по-

казанная на рис. 288. По найденному

углу поворота плоскости поляризации ф

и известному значению [а] из (196.1) на-
ходится концентрация растворенного
вещества.

Впоследствии М.Фарадеем было

обнаружено вращение плоскости поля-
ризации в оптически неактивных веще-
ствах, возникающее под действием маг-
нитного поля. Это явление получило

 эффекта Фарадея

 маг-

нитного вращения плоскости поля-

ризации). Оно имело огромное значе-

ние для науки, так как было первым яв-
лением, в котором обнаружилась связь
между оптическими и электромагнит-
ны

 процессами.

Контрольные вопросы

Возможна ли поляризация для продольных воли? Почему?

Что называется естественным светом?

 светом? частично поля-

ризованным светом? эллиптически поляризованным светом?

Как изменяется интенсивность света за поляризатором при его вращении вокруг пучка

естественного света?

Как практически отличить

 свет от естественного?

Чем замечателен угол

Покажите, что при выполнении закона Брюстера отраженный и преломленный лучи

взаимно перпендикулярны.

Интенсивность естественного света, пропущенного через два поляризатора, уменьши-

лась вдвое. Как ориентированы поляризаторы?

Что называется оптической осью кристалла? Чем отличаются двухосные кристаллы от

Чем обусловлено двойное преломление в оптически анизотропном одноосном кристал-

ле?

368

• Чем отличаются отрицательные кристаллы от

 построение

волновых поверхностей для о-  е- лучей.

• Какие поляризационные приборы вы знаете? В чем

 принцип их

• Что называется пластинкой в четверть волны? в полволны?
• На поляризатор падает

 поляризованный свет с интенсивностью

 Какова

интенсивность света за поляризатором?

• Как, используя пластинку в четверть волны и поляризатор, отличить циркулярпо поля-

ризованный свет от естественного?

• Каково будет действие пластинки в

 па естественный свет? па

зованный свет, плоскость поляризации которого составляет угол 45° с оптической осью

пластинки?

• Объясните действие светового затвора ячейки

 в

 с поляризатором и

анализа тором. Что такое эффект Ксрра? Какова физическая причина его возникновения?

• Какие вещества называются оптически активными?
• В

 отличие оптической активности от двойного лучепреломления?

ЗАДАЧИ

25.1. Определите, во сколько раз уменьшится интенсивность естественного света, про-

шедшего через два поляризатора, расположенные так,

 угол между их главными плоско-

стями равен 45°. а в каждом из

 теряется 5% интенсивности падающего

 него

света. [В 4,43 раза]

25.2.

 угол полного отражения для пучка света па границе кристалла камен-

ной соли с воздухом равен 40,5°. Определите

 Брюстера при падении света из воздуха

на поверхность этого кристалла. [57°]

25.3.

 свет, длина волны которого в вакууме X =

 падает

на пластинку исландского шпата перпендикулярно его оптической осп. Принимая показате-
ли преломления исландского шпата для обыкновенного и необыкновенного лучей соответ-
ственно  — 1,06 и

 = 1,49, определите длины волн этих лучей в кристалле.

 =

 им,

 =

25.4. Определите наименьшую толщину кристаллической пластинки в полволпы для

X = 589 им, если разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лу-

чей для данной длины волны

 -

 — 0,17. [1,73 мкм]

25.5. Естественный монохроматический свет падает на систему из двух скрещенных

николей, между которыми находится кварцевая пластинка толщиной 4 мм, вырезанная пер-
пендикулярно оптической оси. Во сколько раз уменьшится интенсивность света, прошед-
шего через эту систему, если удельное вращение кварца равно 15 угл. град/мм? [В 2,67 раза|

Глава 26

КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ

§ 197. Тепловое излучение обусловленное нагреванием,

и его характеристики

 тепловым (температурным) из-

лучением. Тепловое излучение, явля-

Тела, нагретые до достаточно высо- ясь самым распространенным в

ких температур, светятся. Свечение тел, де, совершается за счет энергии тепло-

369

вого движения атомов и молекул веще-
ства (т. е. за счет его внутренней энер-
гии) и свойственно всем телам при тем-
пературе выше О К.

Тепловое излучение характеризует-

ся сплошным спектром, положение мак-
симума которого зависит от температу-
ры. При высоких температурах излуча-
ются короткие (видимые и ультрафио-
летовые) электромагнитные волны,
при низких — преимущественно длин-
ные (инфракрасные).

Тепловое излучение —

единственный вид излучения, которое
является равновесным. Предположим,
что нагретое (излучающее) тело поме-
щено в полость, ограниченную идеаль-
но отражающей оболочкой. С течением
времени, в результате непрерывного об-
мена энергией между телом и излуче-
нием, наступит равновесие, т. е. тело в
единицу времени будет поглощать столь-
ко же энергии, сколько и излучать.

Допустим, что равновесие между те-

лом и излучением но какой-либо при-
чине нарушено и тело излучает энер-
гии больше, чем поглощает. Если в еди-

ницу времени тело больше излучает,
чем поглощает (или наоборот), то тем-
пература тела начнет понижаться (или
повышаться). В результате будет ос-
лабляться (или возрастать) количе-
ство излучаемой телом энергии, пока,
наконец, не установится равновесие.

Все другие виды излучения неравно-
весны.

Количественной характеристикой

теплового излучения служит спект-

ральная плотность энергетической

светимости
тела — мощность излучения с едини-
цы площади поверхности тела в интер-
вале частот единичной ширины:

 энергия электромагнит-

ного излучения, испускаемого за едини-
цу времени (мощность излучения) с
единицы площади поверхности тела в
интервале частот от

 +

 dv.

Единица спектральной плотности

энергетической светимости

 ~

джоуль на метр в квадрате (Дж/м

2

).

Записанную формулу для

но представить в виде функции длины
волны:

Так как с = \v, то

где знак « —» указывает на то, что с воз-
растанием одной из величин

 или X)

другая величина убывает. Поэтому в
дальнейшем знак « —» будем опускать.

Таким образом,

(197.1)

С помощью формулы (197.1) мож-

но перейти от

 наоборот.

Зная спектральную плотность энер-

гетической светимости, можно вычис-

лить интегральную энергетическую

светимость (интегральную излуча-

тельность) (ее называют просто энер-
гетической светимостью тела). Для это-
го следует просуммировать спектраль-
ную плотность энергетической свети-
мости по всем частотам:

(197.2)

Способность тел поглощать падаю-

щее на них излучение характеризуется

спектральной поглощательной спо-

собностью

370