Файл: Большанина М.А. Распространение света в анизотропных средах.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.07.2024
Просмотров: 122
Скачиваний: 0
- 159 -
Теорив для дипольных веществ дал Борт (I9I6-I9I8 г .г .) .
В кратких чертах эти теории заключаются в следующем. : Если :
мрлекула не обладает постоянным дипольным моментом, то под дей
ствием внешнего поля в ней'возникает индуцированный электрический
момент, направленный вдоль поля. Таким образом, среда-делается анизотропной .с осью анизотропии, совпадающей с направлением элек трического поля.
Если колебания электрического вектора световой, волны направ лены вдоль поля, то электрический момент и поляризуемость будет наибольшей, диэлектрическая проницаемость такіе оказывается мак симальной.
Отсюда следует, что скорость необыкновенной волны будет Наимень шей , а.показатель преломления П іг наибольшим.
Для колебаний, перпендикулярных электрическому полю, Ко тем хе соображениям показатель преломления будет минимальных.
Следовательно,
_ п е > п 0 и.
константа Еерра Ь >0 . а среда ведет себя как одноосйхй по
ложительный кристалл.
Такова была в основных чертах теория Ланжевена. Она не мог
ла объяснить отрицательных значений постоянных.Еерра.
Борн дал общую теорию явления. Еерра, учтя наличие диПМЬных
моментов у молекул. При этом удалось объяснить отрицательный |
“ |
значения постоянной Еерра и зависимость ее от температуры. ОПит |
|
показывает, что ß<0 наблюдается в случае дипольных молекул« |
|
Дипольные молекулы ориентируются вдоль поля своими электрическ |
|
ий дипольными моментами и все происходит так, как описано выше, |
|
У многих двухатомных молекул главные оси диэлектрической стати* |
|
ческой проницаемости совпадают с главными оптическими осями. |
|
- 160 -
Однако, у анизотропных молекул направление дипольного-мо мента .монет не совпадать с направлением наибольшей поляризуемости.
Примером .могут служить две молекулы: хлористого метила щ с г и
хлороформа сисе, , структура которых изобранена на рис.55.
н «
Н
Хлороформ
----. Рис. 55
Электрические моменты молекул направлены по с - и , c - c t . Эти
ми направлениями молекулы ориентируются вдоль электрического поля.
Но направления ңаиболыпей поляризуемости |
cb |
- у |
них,, различные. |
|||
У хлористого |
метила ось наибольшей поляризуемости’ совпадает |
с |
||||
направлением |
дипольного момента. Поэтому |
для |
него |
& |
. |
У хло |
роформа же ось наибольшей поляризуемости перпендикулярна*.дипольно му аоме'йту из-за .сильной поляризуемости и взаимодействия атомовC,t •
По направлению дип.ольного момента ориентирована ось наименьшей поляризуемости. Поэтому скорость волны с колебаниями вдоль поля
(вдоль^наименьшей поляризуемости), т .е . скорость необыкновенной
волны будет больше, а показатель |
преломления меньше, чем для вол- |
|
ны с колебаниями в направлении |
наибольшей аолярйзуекости, т .е . |
|
перпендикулярными полю. |
|
- |
Следовательно, |
|
|
n e * f l 0 |
U |
/2. ^ — /2-е, |
З н а ч и т ^ < 0 '
- I 6 I -
Для большинства веществ направление наибольшей поляризуемости совпадает с направлением наибольшей длины молекулы и направлением
дипольного момента. Для них ß ^ O .
Зная знак постоянной Керра и направление дипольного момента, можно судить о строении молекулы..
Очень важной чертой явления Керра является его малая инерці онность. Для наблюдения продолжительности установления и исчезно вения явления Керра Абрагам: и Лемуан (1899 г .) предложили метод, •'схема которого изрбражева на рис. 56.
Принцип работы заключается в том, что электрическое поле в конденсаторе Керра в течение короткого1промежутка времени падает до нуля благодаря искровому разряду, а световой импульс запазды вает. Изменяя величину запаздывания, можно добиться исчезновения эффекта Керра, а, следовательно,измерить длительность его исчез новения, т .е . инерцию.
Рис. 56
Напряжение от трансформатора Т подано на конденсатор
Керра К ' и искровой промежуток. $ |
. В момент достижения |
- 162 -
пробивного напряжения проскакивает искра и падает наполнение на конденсаторе. Анизотропия нитробензола в конденсаторе нонет сох раняться некоторое время. Для определения этого времени релаксации следует свет.для обнаружения двойного лучепреломления пустить с некоторый запаздыванием; Для этого свет искры заставляют пройти
дополнительный |
путь j U t A i M s M « |
. Если вреі:л, необходимое |
|
для прохожденья |
светом |
этого пути, окажется меньше времени релак- |
|
сац._л, то поле |
зрения скрещенных николей будет просветляться. Пос |
||
тепенно увеличивая путь |
М , Л и Л І ^ М ь , можно добиться отсут |
||
ствия просветления. Это значит,, что время прохождения пути светом |
|||
равно или больше времени релакс.ации. Время релаксации оказалось |
|||
равным 1,3*10 |
с .*•Дальнейшие исследования показали, что оно не |
||
превышает ІС Р ^ с .
Такая малая инерционность явления Керра нашла интересные
научные и технические применения. |
|
||||
Благодаря |
этой |
особенности явление Керра можно использовать |
|||
для высокочастотной |
модуляции интенсивности |
света, подавая на кон |
|||
денсатор Керра ( |
ячейку |
Керра) высокое |
высокочастотное напря |
||
жение. |
Такой высокочастотный модулятор широко применяется в теле |
||||
виде ни:. |
и кино. |
|
|
|
|
Каролу^ (1925 |
г . ) |
применил две ячейки Керра внесто»зубчатого |
|||
колеса в методе Физо для определения скорости света: Высокая час
тота прерываний |
света (до 10*^ в |
с) поз воли-а сократить путь све |
|
тового луча до |
15 к |
вместо 8,6 |
км у Физо и И6 км у Перротена, |
ботавшего также |
по |
методу механических прерываний света. |
|
Другим важным применением явления Керра•являемся измерение длительности флюоресценции, впервые предложенное Вудом в 1921 тл
„ дальнейшем метод Вуда' подвергся значительным усовершенствова ниям- (например, флворометр Гавиола) и успешно’ работает.
- * 6 3 -
Явление Керра находит множество других практических применений.
§30. Демонстрация_двойного луче,преломления санти метровт_элект£оцагнитных волн._
1
Явления двойного лучепреломления в оптической области дос- I
таточно сложны и с трудом воспринимаются.
Перкальскис (13) предложил ряд очень наглядных демонстраций по двойному лучепреломлению сантиметровых электромагнитных волн в дре весине, описанием которых мы закончим нашу книгу.
Преимущество этих опытов перед оптическими заключается в сле дующих двух моментах. Во-первых, использование клкстронных передат
чика и приемника- с рупорными антеннами позволяет наглядно устано вить направление колебаний в электромагнитной волне. Во-вторых,
древесина обладает хорошо видной и всем известной анизотропией.
Она ведет себя как одноосный кристалл с оптической осью, параллель ной волокнам. Так как волокна хорошо видны, то направление оси вполне очевидно. Такая наглядность явлений делает их легко пони маемыми.
Перкальскйс пользовался длиной волны в 3,3 см. Амплитуда вос
принимаемых приемником колебаний регистрировалась при помощи осцил лографа с выключенной разверткой.
Антенны располагались перпендикулярно друг другу ("николи ■ скрещены"). Если вырезать деревянную пластину параллельно волокнам,
то она будет вести себя как одноосная кристаллическая пластинка,
вырезанная параллельно оптической оси, описанная в § 25.
Перкальскйс сделал пластинки в четверть волны, в полволны,
компенсатор Бабине, компенсатор Солейля. Им изготовлены из древе сины призмы Волластона, Рошона й Сенармона. Все эти приборы очень наглядны, Так как везде видны направления оптических осей.
ш-
Иы предложен также метод определения показателей преломления обык-
невеннрго и необыкновенного лучей при помощи деревянных призм-.
Эти превосходные опыты очень полезно использовать при преподава нии
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ |
|
|
1. |
Э.Парселл. Электричество и магнетизм. Изд-во "Наука", |
1971 |
г . |
2 . |
Дк.Най. Физические свойства кристаллов. Изд-во "Мир", |
1967 |
г . |
3. П.Друде. Оптика. 0Н1И, 1935. |
|
|
|
4. |
Р.Вуд. Физическая оптика. ОНТИ, 1936. |
|
|
5. |
Р.Дитчберн. Физическая оптика. Изд-во "Наука", 1965. |
|
|
6 . |
Г.С.Ландсберг. Оптика. ГИТТП, 1952. |
|
|
7 . М.Борн. Оптика. ГОНТИ Украины..'арьков-Киев, 1937.
8. Н.Е.Кочин. Векторное исчисление и начало тензорного исчисления.
И.1965.
9.А.В.Шубников. Основы оптической кристаллографии. Изд-во АН СССР,
М. 1958.
10.Л.ДЛандау и Е.ЫЛиюшиц. Электродинамика сплошных сред. ГИТТЛ,
М.І957.
11. |
Шефер К. Теоретическая физика. т.Ш ч .2 . |
ГОНТИ, |
U.I938. |
12. |
У.Шерклифф. Поляризованный свет. Изд-вр |
"Мир", |
У.1965. |
13.Перкальскис Б.Ш. Использ,ование современных научных средств в физических демонстрациях. Изд-во "Наука", U ., 1971.
Распространение света в анизотропных средах
Мария Александровна Болыланина
Томск, Изд. ТГУ, 1973 г. 168 с.
Редактор издательства |
Р.М. |
Боженко. |
|
|
||
КЗ.КЗІрт |
|
|
|
|
|
» |
|
Подписано к печати . Л .l7.9TOftw.i-e7Sr |
|||||
Формат 60x90 |
5/ і б ; |
п.л. 10,5 ; уч.-изд. л. |
£$8; уел.п.л.Іо ,5 |
|||
Заказ |
3W ......... |
Тираж 500. |
Цена 70 |
коп. |
||
Издательство- |
ТГУ., |
Томск - |
10, пр. |
Ленина, |
36. |
|
РОТАПРИНТ ТГУ, НИКИТИНА 17
Ь V i
м
f
- 53 -
3 = О
|
|
|
|
|
|
|
О. |
Получается |
круг |
с радиусом |
О? и овал |
|
|||
|
|
|
|
|
/ і |
= ё г |
|
|
ъ*=/3х? |
|
|
|
- < м > |
||
полуоси овала равны: |
во оси X, - |
|
|
и по оси |
Х^ —‘О/ |
||
э |
* * = |
° |
с радиусом |
Л |
_ |
/ |
|
Получается |
круг |
х |
- |
^ и овал |
|
||
|
> 1 * = ё № + Я * \ . |
|
( 5 5 ) |
||||
|
|
(Рис.9,ю,и) |
|||||
Лзобраз ,аг полученные .результаты |
графически |
||||||
Пусть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к.е. 5,>£27 £.ä. |
|||
Рассмотрим последовательные |
сечения |
|
|||||
1) |
X , = О |
|
|
|
|
|
|
