13) Магнітне обертання площини поляризації.

Деякі речовини (наприклад, з твердих тіл – кварц, цукор, кіновар, з рідин – водні розчини цукру, глюкози, скипидар, винна кислота), які називали оптично активними, мають властивість обертати площину поляризації.

Обертання площини поляризації можна спостерігати на такому досліді (рис.24).

Якщо між схрещеними поляризатором Р і аналізатором А, які дають темне поле зору, розмістити оптично активну речовину (наприклад, кювету з розчином цукру), то поле зору аналізатора просвітлюється. При обертанні аналізатора на деякий кут φ, можна знову отримати темне поле зору. Кут φ і є кутом, на який оптично активна речовина обертає площину поляризації світла, що проходить крізь поляризатор. Оскільки обертанням аналізатора можна отримати темне поле зору, то світло, що проходить крізь оптично активну речовину, можна вважати плоскополяризованим.

Досліди показують, що кут обертання площини поляризації для оптично активних кристалів і чистих рідин дорівнює φ = αd,

для оптично активних розчинів φ = [α]Cd, (37)

де α([α]) – так зване питоме обертання, яке чисельно дорівнює куту оберту площини поляризації світла шаром оптично активної речовини одиничної товщини (для розчинів – одиничної концентрації); С – об’ємно-вагова концентрація оптично активної речовини в розчині, кг/м3; d – товщина шару оптично активної речовини, який пройдений світлом.

Питоме обертання площини поляризації і ,зокрема, формула (37) лежить в основі дуже точного методу швидкого визначення концентрації розчинів оптично активних речовин, який називають поляриметрією. Для цього використовують установку, що показана на рис. 24. Вимірявши кут оберту площини поляризації φ та знаючи [α] з формули (37), можна визначити концентрацію розчиненої речовини.

14) Дисперсія світла. Області нормальної і аномальної дисперсії

Дисперсією світла називається залежність показника заломлення n речовини від частоти (довжини хвилі ) світла або залежність фазової швидкості світла в середовищі від його частоти .

Дисперсію світла подають у вигляді залежності n = f( ).

Наслідком дисперсії є розклад у спектр пучка білого світла при проходженні його через призму.

Такий дослід вперше виконав у 1672 р. Ньютон. Схема досліду наведена на рис. 148. Промінь світла від Сонця проходить через малий круглий отвір у ставні вікна, потім заломлюється в скляній призмі і падає на аркуш білого паперу.

При цьому кругле зображення отвору розтягується в кольорову смугу , яку Ньютон назвав спектром.

Здебільшого показник заломлення зростає при збільшенні частоти. Це зростання називають нормальною дисперсією. Аномальна дисперсія — зменшення показника заломлення при збільшенні частоти — виникає в спектральних областях, близьких до частот інтенсивного поглинання.

Розглянемо дисперсію світла у призмі. Нехай монохроматичний пучок світла падає на призму з показником заломлення n під кутом (рис. 149), – заломлюючий кут призми.

Кут відхилення зв’язаний із заломлюючим кутом призми співвідношенням ,

тобто кут відхилення променів призмою тим більший, чим більший заломлюючий кут призми. Оскільки кут відхилення залежить від величини n-1, а n є функцією довжини хвилі, то промені різних довжин хвиль після проходження призми виявляються відхиленими на різні кути.

Величину ,що відповідає постійному значенню кута падіння , називають кутовою дисперсією призми.

За допомогою призми, як і за допомогою дифракційної ґратки, розкладаючи світло у спектр, можна визначити його спектральний склад.

Розглянемо відмінності в дифракційному і призматичному спектрах:

а) дифракційна ґратка розміщує падаюче світло безпосередньо по довжинах хвиль, тому за виміряними кутами можна обчислити довжину хвилі.

Розклад білого світла в призмі відбувається за значеннями показника заломлення, тому для визначення довжини світла треба знати залежність n = f( ).

У дифракційному спектрі кольори розміщуються за порядком зростання довжини хвилі, а в дисперсійному – навпаки. Дифракційною ґраткою червоні промені, що мають більшу довжину хвилі, ніж фіолетові, відхиляються сильніше.

На рис. 150 наведені залежності показника заломлення n від довжини хвилі для скла 1, кварцу 2 і флюориту 3. Як видно із рис. 150, показник заломлення монотонно зростає зі зменшенням довжини хвилі . Отже, призмою червоні промені, що мають менший показник заломлення, ніж фіолетові промені, відхилюються на менший кут , ніж фіолетові промені

б) дисперсійний спектр білого світла стиснутий у червоній області і розтягнутий у фіолетовій, тому що показник заломлення скла в області коротких хвиль при зміні довжини хвилі випромінювання змінюється швидко, а в області довгих хвиль – повільно. Дифракційний спектр рівномірно розтягнутий на всіх своїх ділянках.

Величина – дисперсія речовини, показує, як швидко змінюється показник заломлення з довжиною хвилі.

Дисперсію світла в середовищі називають нормальною, якщо із зростанням частоти абсолютний показник заломлення n середовища також зростає:

Така залежність показника заломлення n від буде в тих областях частот, для яких середовище прозоре. Наприклад, звичайне скло прозоре для видимого світла і в цьому інтервалі частот має нормальну дисперсію.

Дисперсію світла в середовищі називають аномальною, якщо із зростанням частоти абсолютний показник заломлення середовища зменшується:

Аномальна дисперсія буде в області частот, які відповідають смугам інтенсивного поглинання світла речовиною. Для скла ці смуги лежать в ультрафіолетовій й інфрачервоній частині спектра. Аномальній дисперсії відповідає інтервал довжин хвиль від до (рис. 151), або інтервал частот від до (рис. 152)