§ 196. Вращение плоскости поляризации

Некоторые вещества (например, из твер­дых тел — кварц, сахар, киноварь, из жидкостей — водный раствор сахара, вин­ная кислота, скипидар), называемые опти­чески активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации.

Вращение плоскости поляризации можно наблюдать на следующем опыте (рис.285). Если между скрещенными по­ляризатором Р и анализатором А, дающи­ми темное поле зрения, поместить оптиче­ски активное вещество (например, кювету с раствором сахара), то поле зрения ана­лизатора просветляется. При повороте анализатора на некоторый угол j можно вновь получить темное поле зрения. Угол j и есть угол, на который оптически актив­ное вещество поворачивает плоскость по­ляризации света, прошедшего через поля­ризатор. Так как поворотом анализатора можно получить темное поле зрения, то свет, прошедший через оптически актив­ное вещество, является плоскополяризо­ванным.

Опыт показывает, что угол поворота плоскости поляризации для оптически ак­тивных кристаллов и чистых жидкостей

j=ad, для оптически активных растворов

j=[a]Cd, (196.1)

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

так называемое удельное вращение, чис­ленно равное углу поворота плоскости по­ляризации света слоем оптически активно­го вещества единичной толщины (единич­ной концентрации — для растворов), С — массовая концентрация оптически актив­ного вещества в растворе, кг/м³. Удельное вращение зависит от природы вещества, температуры и длины волны света в ва­кууме.

Опыт показывает, что все вещества, оптически активные в жидком состоянии, обладают таким же свойством и в кристаллическом состоянии. Однако если вещества активны в кристаллическом состоянии, то не всегда активны в жидком (например, расплавленный кварц). Следо­вательно, оптическая активность обуслов­ливается как строением молекул вещества (их асимметрией), так и особенностями расположения частиц в кристаллической решетке.

Оптически активные вещества в за­висимости от направления вращения плоскости поляризации разделяются на право- и левовращающие. В первом слу­чае плоскость поляризации, если смотреть навстречу лучу, вращается вправо (по часовой стрелке), во втором — влево (против часовой стрелки). Вращение плос­кости поляризации объяснено О. Френелем (1817 г.). Согласно теории Френеля ско­рость распространения света в оптически активных веществах различна для лу­чей, поляризованных по кругу вправо и влево.

Явление вращения плоскости поляри­зации и, в частности, формула (196.1) лежат в основе точного, метода определе­ния концентрации растворов оптически ак­тивных веществ, называемого поляриметрией (сахариметрией). Для этого исполь­зуется установка, показанная на рис. 285. По найденному углу поворота плоскости поляризации j и известному значению [а] из (196.1) находится концентрация растворенного вещества.

Впоследствии М. Фарадеем обнаруже­но вращение плоскости поляризации в оп­тически неактивных телах, возникающее под действием магнитного поля. Это явле­ние получило название эффекта Фарадея

 

 

316

(или магнитного вращения плоскости по­ляризации). Оно имело огромное значе­ние для науки, так как было первым явлением, в котором обнаружилась связь меж­ду оптическими и электромагнитными процессами.