16.Вращение плоскости поляризации. Эфф Фарадея

Разместим между скрещенными поляризатором и анализатором кристалл кварца так, чтобы направление ГОО было параллельно световому лучу (рис. 27.12). При этом двойное лучепреломление не возникает, однако плоскость поляризации луча, повернется на некоторый угол. В результате поле зрения полярископа просветляется и для его затемнения необходимо повернуть анализатор в противоположном направлений на угол, равный углу поворота плоскости поляризации. Было установлено, что такое явление наблюдается не только для кристаллических тел, но и для некоторых жидкостей и растворов, откуда сле­дует, что механизм, обеспечивающий вращение плоскости поляризации, связан с особенностей молекулярного строения.


Рис. 27.12
Вещества обладающие свойством вращать плоскость поляризации, называют оптически активными. Большинство из них имеет две модифика­ции — левовращающие и правовращающие. У правовращающей модификации поворот плоскости поляризации происходит по часовой стрелке, у левовращающей — против ча­совой стрелки. Молекулы или кристаллы одной модификации являются зер­кальным отражением молекул или кристаллов другой модификации. 

Угол поворота плоскости поляризации определяется формулой

а для растворов

(27.6)

где k₁ и k₂ — коэффициенты, зависящие от рода вещества; l — длина пути в оптически активном веществе; С — концентрация оптиче­ски активного вещества в растворе.
 Фарадей обнаружил, что некоторые оптически неактивные вещества, помещенные в магнитное поле, становятся оптически активными, т.е. вращают плоскость поляризации (эффект Фарадея). Схема наблюдения эффекта Фарадея показана на рис. 27.13. Направление светового луча должно быть параллельно вектору магнитной индукции В, а угол по­ворота плоскости поляризации определяется формулой

где V — постоянная (постоянная Верде), зависящая от рода вещества; l — длина пути световых лучей в магнитном поле.



Рис. 27.13
 Преимущество эффекта Фарадея состоит в возможности использования низких напряжений, поскольку магнитная индукция B определяется значением силы тока. 
 

Интересными и полезными оптическими свойствами характеризуются вещества, находящиеся в особом жидкокристаллическом состоянии, проме­жуточном между упорядоченным (кристаллическим) и неупорядоченным (жидким). Жидкие кристаллы обладают текучестью, не имеют сдвиговой упругости, характерной для твердых тел, но обладают дальней ориентационной упорядоченностью молекул, определяющей их оптические свойства.

По характеру ориентационной упорядоченности выделяют следующие типы жидких кристаллов.

1. Нематики, у которых имеется выделенное направление длинных осей молекул, но нет упорядоченности в расположении их центров масс. По оптическим свойствам нематики представляют собой одноосные кристаллы, причем направление главной оптической оси совпадает с выделенным направлением длинных осей молекул. Значение оптической анизотропии n_о–n_е для жидких кристаллов велико и обычно значительно пре­вышает такие значения для кристаллических веществ. Положением главной оптической оси жидкокристаллического образца можно управлять сравни­тельно небольшими внешними воздействиями, что открывает ряд важных практических возможностей.

2. Смектики, которые характеризуются не только существованием вы­деленного направления длинных молекулярных осей, но и упорядоченностью в расположении центров масс молекул, т.е. последние располагаются слоями. Смектики могут быть оптически двуосными, однако обладают зна­чительной вязкостью и вследствие этого значительным временем отклика на внешние воздействия, что существенно сужает возможности их приме­нения.

3. Холестерики, которые имеют особый тип упорядоченности — они характеризуются упорядоченностью слоистого типа, но направление ориен­тации длинных осей молекул закономерно изменяется от слоя к слою, т.е. их структура имеет упорядоченность спирального типа. По оптическим свойствам холестерики — это оптически активные вещества, причем кон­станта вращения плоскости поляризации для них значительно превосходят значения аналогичных констант для кристаллов и растворов.