Материал: Бодунов Физика учебник

лучает. По направлению отраженного луча ОВ распространяется свет, генерируемый только электронами, направления колебаний которых перпендикулярныплоскостипадения(точки). ПоэтомулучОВполностьюполяризован.

Двойноелучепреломление. Явлениераздваиваниясветовогопучкапри прохождении прозрачного анизотропного кристалла называется двойным лучепреломлением (рис. 1.34). Классическим примером анизотропного кристалла является исландский шпат, его химическая формула CaCO3.

Два вышедших из кристалла луча пространственно разделены, параллельны друг другу и падающему лучу. При повороте кристалла относительно направления падающего на него луча поворачиваются и оба прошедших луча. Даже при нормальном падении луча на кристалл преломленный луч разделяется на два: один, называемый обыкновенным (о), является продолжением падающего луча, второй, называемый необыкновенным (e), отклоняется

(рис. 1.34, б).

В оптически анизотропных кристаллах имеется направление, распространяясь вдоль которого луч света не испытывает двойного лучепреломления. Это направление называется оптической осью кристалла. Имеется в виду именно направление, а не прямая линия, проходящая через какую-либо точку кристалла. (Анизотропные кристаллы бывают одноосными и двуосными, т. е. имеют одну или две оптические оси, к первым относится исландский шпат). Для всех направлений колебаний напряженности электрического поля E, перпендикулярных оптической оси, диэлектрическая проницаемость ε постоянна, а для колебаний в направлении оптической оси она имеет другое значение.

M

Рис. 1.34

Как показывают исследования, два вышедших из кристалла луча плоско поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Плоскость, проходящая через направление луча света и оптическую ось кристалла, называ-

ется главной плоскостью, или главным сечением, кристалла. Луч, в котором колебания светового вектора Е происходят перпендикулярно главной плос-

45

кости (и, следовательно, перпендикулярно оптической оси), является обыкновенным. В необыкновенном луче вектор Е колеблется в главной плоскости (рис. 1.34, б), и поэтому может иметь отличную от нуля проекцию на оптическую ось.

Это обусловливает различие показателей преломления для обыкновенного (no) и необыкновенного (ne) лучей. При любом направлении обыкновенного луча колебания вектора Е в нем перпендикулярны оптической оси кристалла, поэтому показатель преломления no для этого луча есть величина постоянная, и обыкновенный луч распространяется по всем направлениям с одинаковой скоростью vo = c/no. Для необыкновенного луча угол между направлением колебаний вектора Е и оптической осью отличен от прямого и зависит от направления луча, поэтому показатель преломления пe необыкновенного луча является переменной величиной, зависящей от его направления, и необыкновенные лучи распространяются в разном направлении с разными скоростями ve = с/пe.

Так как показатель преломления no обыкновенного луча есть величина постоянная, он подчиняется закону преломления (поэтому называется обыкновенным), для необыкновенного луча этот закон не выполняется. После выхода из кристалла оба луча не отличаются друг от друга, если не учитывать их поляризации.

Если луч света распространяется вдоль оптической оси, то в нем вектор Е перпендикулярен оптической оси, и, следовательно, no = ne, vo = ve. Для всех других направлений ve ≠ vo, что и приводит к двойному лучепреломлению света в одноосных кристаллах.

Вращение плоскости поляризации. Вещества, поворачивающие плос-

кость поляризации проходящей через них плоскополяризованной волны, называют оптически активными. К их числу относятся кристаллы (кварц, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин), растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водные растворы сахара, винной кислоты).

Причиной вращения плоскости поляризации является асимметрия строения молекул вещества. Плоскополяризованный свет можно разложить на две волны круговой поляризации: правую (вектор напряженности электрического поля ЕР этой волны вращается по часовой стрелке вокруг направления распространения волны) и левую (вектор ЕL вращается против часовой стрелки). В оптически неактивных средах скорости этих волн одинаковы, поэтому при распространении в среде ориентация плоскости колебания светового вектора Е = ЕР + ЕL плоскополяризованной волны остается неизменной. Асимметричное строение молекул оптически активного вещества приводит к тому, что скорости волн круговой поляризации (левой и правой), как и их показатели преломления nP и nL, становятся неодинаковыми. В результате при

46

сложении векторов ЕР и ЕL после прохождения светом в веществе расстояния l плоскость колебания результирующего вектора Е поворачивается на угол φ относительно первоначального направления, причем

1l,

где 1 2 (nP nL ) – постоянная вращения, зависящая от 0 – длины волны

0

падающего света и показателей преломления nP и nL.

В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорционален расстоянию l и концентрации активного вещества N:

[ ]Nl,

где [ ] – удельная постоянная вращения, характеризующая активное веще-

ство (угол поворота плоскости поляризации света единицей длины раствора при концентрации, равной единице).

В зависимости от направления вращения плоскости поляризации все оптически активные вещества подразделяются на правовращающие и левовращающие.

47

и связь между испускательными способностями, зависящими соответственно от переменных ν и λ, можно записать следующим образом:

r ,T c2 r ,T .

Энергетическая светимость тела (интегральная испускательная спо-

собность) – мощность излучения с единицы площади поверхности тела на всех частотах (или длинах волн). Ее получают интегрированием испускательной способности:

RT r ,T d r ,T d .

0 0

Мощность излучения RT зависит от температуры тела Т и измеряется в ваттах на метр в квадрате (Вт/м2).

Поглощательная способность тела означает, какая доля энергии электромагнитных волн, падающих на его поверхность в интервале частот от до + , поглощается этим телом:

Eпогл

a , .,T Еп,

Поглощательная способность – величина безразмерная, меньше или равная единице.

Величины r ,T и a ,T зависят от природы тела, его термодинамической температуры T и частоты излучения .

Абсолютно черное тело – тело, полностью поглощающее все падающее на него излучение любой частоты независимо от его температуры. Следовательно, поглощательная способность черного тела для всех частот и температуртождественно равна единице:

aч,T 1.

Абсолютно черных тел в природе не существует. Однако сажа, платиновая чернь и черныйбархатпо свойствамблизки к абсолютно черному телу.

Идеальной моделью абсолютно черного тела является небольшое отверстие в замкнутой полости, внутренняя поверхность которой зачернена. Луч света, проникая через отверстие внутрь такой полости, многократно отражается от стенок, в результате чего интенсивность вышедшего из отверстия излучения оказывается практически равной нулю. Опыт показывает, что если размер отверстия меньше 0,1 диаметра полости, падающее излучение полно-

49