Вращение плоскости поляризации.

Естественное вращение. При прохождении линейно поляризованного света через некоторые вещества, называемые оптически активными, плоскость поляризации света поворачивается вокруг направления луча. К числу таких веществ принадлежат кристаллические тела (например, кварц, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин) и растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водные растворы сахара, винной кислоты и др.).

Если поставить на пути светового пучка два поляроида так, чтобы их оптические оси были перпендикулярны друг другу, то свет через эту систему поляроидов не пройдет: первый поляроид превратит естественный свет в линейно-поляризованный, который поглотиться во втором поляроиде (рис.20.3).

Если между двумя скрещивающимися поляроидами поместить оптически активное вещество, например кювету с раствором сахара, то мы увидим, что поле зрения просветлилось. Повернув поляроид вправо на некоторый угол, мы опять добьемся полного затемнения поля зрения.

Таким образом, можно сделать вывод, что при прохождении пучка линейно-поляризованного света через раствор сахара свет остался линейно-поляризованным, но плоскость колебаний и, соответственно, плоскость поляризации повернулась на некоторый угол.

Кристаллические вещества сильнее всего вращают плоскость поляризации в случае, когда свет распространяется вдоль оптической оси кристалла. Угол поворота φ пропорционален пути d, пройденному лучом в кристалле:

φ=α· d. (20.3.1)

Коэффициент α называют постоянной вращения. Эта постоянная зависит от природы вещества, температуры и длины волны света в вакууме.

Зависимость постоянной вращения от длины волны света в вакууме называется вращательной дисперсией.

В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути света в растворе d и концентрации активного вещества c:

φ=[α]cd. (20.3.2)

где [α] – величина, называемая удельной постоянной вращения.

В случае раствора, зная удельную постоянную вращения [α] данного вещества и длину d, можно, измерив угол поворота φ, определить по формуле (20.3.2) концентрацию раствора с. Такой способ определения концентрации применяется в производстве различных веществ, в частности в сахароварении (соответствующий прибор называется сахариметром).

Направление вращения (относительно луча) плоскости поляризации не зависит от направления луча. Поэтому, если луч, прошедший через оптически активный кристалл вдоль оптической оси, отразить зеркалом и заставить пройти через кристалл еще раз в обратном направлении, то восстанавливается первоначальное положение плоскости поляризации.

Все оптически активные вещества существуют в двух модификациях – правовращающей и левовращающей. При прохождении света через кристалл одной модификации, называемой правовращающей или положительной, плоскость поляризации поворачивается вправо, т.е. по часовой стрелке (для наблюдателя, смотрящего навстречу лучу). При прохождении света через кристалл другой модификации, называемой левовращающей, или отрицательной, плоскость поляризации поворачивается влево (против часовой стрелки). Значения удельного вращения для обеих модификаций одного и того же оптически активного вещества отличаются только знаком. То есть существуют правовращающий и левовращающий кварц, право- и левовращающий сахар и т. д. Молекулы или кристаллы одной разновидности являются зеркальным отражением молекул или кристаллов другой разновидности.

Магнитное вращение плоскости поляризации. Оптически неактивные вещества приобретают способность вращать плоскость поляризации под действием магнитного поля. Это явление было обнаружено Фарадеем и поэтому называется иногда эффектом Фарадея. Оно наблюдается только при распространении света вдоль направления намагниченности. Поэтому для наблюдения эффекта Фарадея в полюсных наконечниках электромагнита просверливают отверстия, через которые пропускается световой луч. Исследуемое вещество помещается между полюсами электромагнита.

Угол поворота плоскости поляризации φ пропорционален пути l, проходимому светом в веществе, и намагниченности вещества.

Направление вращения плоскости поляризации определяется направлением магнитного поля. От направления луча знак вращения не зависит. Поэтому, если, отразив луч зеркалом, заставить его пройти через намагниченное вещество еще раз в обратном направлении, поворот плоскости поляризации удвоится.

Оптически активные вещества под действием магнитного поля приобретают дополнительную способность вращать плоскость поляризации, которая складывается с их естественной способностью.