Поляризация света. Двойное лучепреломление. Поляризационные устройства: Призма Николя, поляроиды

Электромагнитную волну, в которой векторы напряжённости электрического Б и магнитного Н полей колеблются в определённых и взаимно перпендикулярных плоскостях, которые с течением времени не изменяют своего положения в пространстве, называют плоско поляризованной.

Плоскость проходящая через электрический вектор Е в направлении распространения электромагнитной волны, называется плоскостью колебаний, а плоскость, проходящая через вектор напряжённости магнитного поля И в направлении распространения электромагнитной волны - плоскостью поляризации. Плоско поляризованную волну излучает отдельный атом.

Солнце и большинство искусственных источников света излучают естественный свет - свет в котором вектор Б колеблется во всевозможных плоскостях, перпендикулярных направлению распространения света.

■

Графическое изображение света

Устройство, позволяющее получить поляризованный свет из естественного, называют поляризатором. Он пропускает только составляющую вектора Е и соответственно Н на некоторую плоскость - главную плоскость поляризатора.

Поляризатор, который используется для анализа поляризованного света называется анализатором

Двойное лучепреломление

В 17 веке было обнаружено, что некоторые кристаллы обладают свойством двойного лучепреломления: при попадании света на кристалл луч раздваивается. Для одного из лучей выполняются законы преломления и поэтому этот луч называется обыкновенным, для другого

законы преломления света не выполняются и луч называют необыкновенный.

е- необыкновенный поляризованный луч. о - обыкновенный поляризованный луч.

Лучи о и е лежат во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

Двойным лучепреломлением обладают кристаллы: исландский шпат (СаСОз X кварц, турмалин и др. Эти кристаллы обладают оптической анизотропией. Показатель преломления и скорость распространения лучей зависят от плоскости в которой распространяется луч по отношению к самому кристаллу. Так для исландского пшата п«-1,666.,п,= 1,49-1,666.

Призма Николя

Используется для получения поляризованного света. Она представляет собой призму из исландского шпата, разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом. Для него п — 1,550, это значение лежит меэкду показателями преломления обыкновенного и необыкновенного лучей исландского шпата и позволяет обеспечить полное отражение обыкновенного луча на границе с канадским бальзамом.

о обыкновенный луч; в - необыкноветидй луч.

Необыкновенный луч идёт параллельно нижней грани и является плоско поляризованным. Обыкновенный луч может выводиться из кристалла или поглощаться нижней гранью, которая делается зачерченной.

Полнронды

Эхо тоже поляризующие устройства. Они изготавливаются из кристаллов турмалина или герапатита, которые выкладываются на целлулоидной плёнке определённым образом. Для этого используется электрическое поле. Эти кристаллы обладают не только двойным лучепреломлением, но и дихроизмом, т.е. могут поглощать один из поляризованных лучей больше, чем другой. Так, в пластинке турмалина толщиной 1мм обыкновенный луч практически полностью поглощается, а необыкновенный луч - плоско поляризованный.

Применение поляризаторов

Призма Ннколя и поляроиды применяются в приборах, получивших название поляризаторов. Поляризаторы применяются для определения концентрации оптически активных веществ в растворах.

Оптически активными веществами называются вещества, способные вращать плоскость поляризации поляризованного света.

Литература: Ремизов А.Н., Медбиофизика,-1987, с.439-442; лекции.

Оптическая активность шкцеств. Устройство и пришлю действия поляриметра и сахариметра. Дисперсия оптической активности. Закон Био. Поляризационный микроскоп

Вещества, которые обладают свойством вращать плоскость поляризации поляризованного света называются оптически активными. Примеры оптически активных веществ:

а) Неорганические вещества - кварц, киноварь, сернистая ртуть.

б) Органические вещества - углеводы, сахара, белки, гормоны.

Свойства оптически активных веществ

Оптически активные вещества бывают двух типов: левовращаюшне и правовращающие. Физические и химические их свойства идентичны, но данные вещества оказывают различное физиологическое действие на организм. Например, левовращающий хлормицетин (левомнцетнн) является активным антибиотиком. В то же время правовращающий хлормицетин совершенно неактивен.

Оптическая активность жидкостей и растворов

Некоторые чистые жидкости обладают оптической активностью, например, скипидар. В то же время некоторые оптически активные вещества сохраняют оптическую активность в растворе, например, раствор сахара в воде.

Для растворов установлен количественный закон: утя поворота (ф) плоскости поляризации прямо пропорционален концентрации оптически активною вещества (с) и толщине слоя раствора (1):

где

oar коэффицнелгг пропорциональности, который попучиа название удельного вращения. Он зависит от природы вещества и длины волны (Я); С - концентрация оптически активного вещества; I - толщина раствора.

Дисперсия вращения плоскости поляризации

Используя свет различной длины волны, была обнаружена дисперсия вращения плоскости поляризации т.е. зависимость угла поворота от длины воины.

Закон Бно

Удельное вращение обратно пропорционально квадрату длины волны:

Данный закон лежит в основе метода измерения конценграции растворенных оптически активных веществ. Этот метод получил название поляриметрин, а приборы поляриметров.

Метод определения сахара в растворах получил название сахариметрии.

К А

.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое голография? Получение и восстановление голограммы точки (ответ пояснить рисунками). Применение голографии s медицине,

2. Естественный и поляризованный свет. Плоскость поляризации. Явление двойного лучепреломления (ответы пояснить рисунками). Понятие опти­ческой анизотропии.

3. Устройство и принцип действия призмы Николя.Ход лучей в призме Николя. Поляризационные фильтры (поляроиды). Принцип действия поляроидов. Достоинства и недостатки поляроидов.

4. Явление вращения плоскости поляризации поляризованного света.
Привести формулу для определе­ния угла поворота плоскости поляризации поляризованного света. Дисперсия оптической активности. Закон Био.

Основная литература

1. Курс физики: Учебник для вузов / А.Н. Ремизов, А.Я. Потапенко- 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004.--720 с.: ил.

2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, изд. 3-е, испр. М.: Высшая школа, 1987. -- 643 с.

3. Анисимов "Основы медицинской кибернетики", с. 3-54, 98-150.

Дополнительная литература

Кириллов С.К., Клементьев В.Н., Адамов П.Г., Козлова Е.К. Медицинская и биологическая физика с основами медицинской электроники (Учебное пособие для студентов первого курса СГМА по подготовке к экзамену по медицинской и биологической физике). Смоленск, 2004.—155с.

Поиск по сайту: