Оптикалық актив заттар. Поляризация жазықтығының бұрылуы.

Поляризация жазықтығының бұрылуы мен магниттік айналуы.

Сахариметр. Кейбір заттар ішінде таралған жарықтың поляризациялану жазықтығын белгілі бұрышқа бұрады. Осындай қабілеті бар заттар оптикаша актив заттар деп аталады. Оларға көптеген кристалдар (мысалы, кварц, қант т.т.), кейбір сұйықтар (мысалы, скипидар, шарап қышқылы т.т.) жатады. Бұл құбылысты былай байқауға болады. Ұлы қималары өзара перпендикуляр екі никольдың аралығына (1-сурет) оптикалық осіне перпендикуляр қырқылған кварц пластинка қойып, монохромат жарық түсірілсе, көру өрісі жарық тартады, демек N2 никольдан жарық өтеді. Одан соң мысалы N2 никольдан бір белгілі бұрышқа бұрса, қайтадан көру өрісі қараңғы болады, жарық сөнеді. Бұдан кварц пластинкадан өткен жарықтың бұрынғыша жазықша поляризацияланған екендігі, бірақ оның поляризациялану жазықтығы белгілі бұрышқа бұрылғандығы байқалады. Тəжірибеге қарағанда поляризациялану жазықтығының бұрылу бұрышы ϕ оптикаша актив қатты заттың қалыңдығына l тура пропорционал, яғни

ϕ =α ⋅l (4.1)

мұндағы а — алынған затты сипаттайтын тұрақты шама. Ол қалыңдығы 1мм зат поляризациялану жазықтығын қанша градусқа бұратындығын көрсетеді. Ол заттан өткен жарық толқынының ұзындығына байланысты. Демек оптикаша актив заттан өткенде толқын ұзындықтары əр түрлі сəулелердің поляризациялану жазықтықтары түрліше бұрышқа бұрылады. Сондықтан 1-суретте кескінделген тəжірибеде ақ жарық пайдаланылса, көру өрісі түрлі түсті болады. Кристалдардың ішінде кварц поляризациялану жазықтығын едəуір бұрады.

Мысалы, қалыңдығы 1 мм кварц пластинка толқын ұзындығы 589 нм сары сəуленің поляризациялану жазықтығын 21,7°-қа, толқын ұзындығын 404,7 нм күлгін сəуленің поляризациялану жазықтығы 48,9°-қа бұрады. Бір ескеретін нəрсе кристалл кварцтың бір түрі сəуле бағытына қарсы қарағанда поляризациялану жазықтығын сағат тілі бағыты бойынша бұрады, мұндай кварц оңға бұратын кварц (оң кварц) делінеді; екінші түрі — поляризациялану жазықтығын сағат тіліне қарсы бағытта бұрады, ондай кварц солға бұратын кварц (теріс кварц) деп аталады. Оптикаша актив заттардың кварцтан басқа да оңға жəне солға бұратындары бар. Оптикаша актив ерітіндіде таралған жарықтың поляризациялану жазықтығының бұрылу бұрышы (ϕ) ерітілген актив заттың концентрациясы (с) мен ерітінді қалыңдығына (l) тəуелді, атап айтқанда:

Мүндағы [а]—заттың бұру тұрақтысы деп аталады, ол жарықтың толқынының ұзындығына жəне температурасына байланысты. Бір белгілі монохромат жарық сəулесі үшін заттың бұру тұрақтысы [а] мəлім болса, оның поляризация жазықтығын бұру бүрышын (ϕ) өлшеп тауып, (4.2) формула бойынша сол заттың концентрациясын анықтауға болады. Əдетте [а] шамасы градуспен, l— дециметрмен,с-г/см3 пен өлшенеді Мысалы, температура 20°С жарық толқыны ұзындығы 489 нм болса, қант ерітіндісінің бұру тұрақтысы [а] = 66,46°. Сонда (4.3) формуланы былай жазуға болады:

𝝍=66.46cl

Осы формуланы пайдаланып, егер lбелгілі болса,ϕ -ді өлшеп тауып, қант концентрациясын білуге болады. Осындай өлшеулер жүргізілгенде сахариметр делінетін прибор қолданылады. 2-суретте ең қарапайым сахариметр схемасы келтіріліген. Мұнда да ұлы қималары өзара перпендикуляр екі никольдың аралығына кювета қойылған, оның қарама-қарсы əйнекке жазық параллель шыныдан жасалған. Егер кюветаның ішінде сұйық болмаса, N2 никольдан жарық өтпейді, көру өрісі қараңғы болады. Егер кюветаға қант ерітіндісі кұйылса, көру өрісі жарық тартады. Енді өткен жарықты сөндіру үшін N2 никольды белгілі бұрышқа бұру керек. Осы бұрыш қант ерітіндісі əсершең поляризация жазықтығының бұрылу бұрышы ϕ болып табылады. Оны білген соң қант концентрациясын (4.3) формула

бойынша есептеп табуға болады. Бұл баяндалған сахариметр дəл өлшеулер жүргізуге жарамайды, өйткені анализаторды көру өрісін қараңғы етіп дəл орналастыру мүмкін емес. Сондықтан практикада жұмыс істеу принципі көру өрісін қараңғы етуге негізделмеген сахариметрлер қолданылады. Енді қысқаша поляризация жазықтығының айналу теориясына тоқталайық. Бұл құбылыстың теориясын алғаш өрбіткен Френель болды. Оның болжауынша оптикаша актив заттың ішінде жазықша поляризацияланған жарық толқыны дөңгелек бойымен сағат тілі бағытынша жəне сағат тіліне қарсы бағытта поляризацияланған екі дөңгелек толқынға жіктеледі, олардың жылдамдықтары бірдей болмайды. Оңға бұратын актив затта оң дөңгелек толқын жылдамдығы (Vd), солға бұратын актив затта сол дөңгелек толқын жылдамдығы (Vg) зор болады. Сондықтан оптикаша актив затта өткінші жарық толқыны екі айырылады. Френель бұл пікірін - тəжірибе жасап тексерді. Оңға бұратын екі кварц призма мен солға бұратын бір кварц призмадан құрастырылғаң күрделі призмадан өткенде жазықша поляризацияланған толқын шынымен-ақ екі толқынға айырылды, олардың біреуі оң дөңгелек, екіншісі сол деңгелек бойымен поляризацияланған болып шықты. Жазықша поляризацияланған толқынды дөңгелек бойымен сағат тілі бағытынша жəне оған қарсы бағытта поляризацияланған тербеліс периодтары мен амплитудалары бірдей екі толқынға жіктеуге болатындығы механикадан мəлім. Осыған лайық егер оптикаша актив затқа түскен жазықша поляризацияланған жарық толқыны электр өрісінің векторы (E) мысалы, 00' бойымен (3-сурет) тербелетін болса, сонда оны Еd жəне Eg векторларына жіктеуге болады; Ed— сағат тілі бағытынша (оңға) Eg— сағат тіліне қарсы бағытта (солға) айналады.Қарастырылып отырған актив затта сағат тілі бағытынша поляризацияланған толқын шапшаңырақ таралатын: Vd>Vg онда оң дөнгелек толқынға тəн сыну көрсеткіштен (ng) кем (n0<ng) болады. Олай болса жарық оптикаша актив заттан өткенде оң деңгелек жəне сол дөңгелек толқындардың затта жүрген жолдары түсіндіру үшін оның геометриялық ұзындығы (l) бірдей болғанмен, олардың оптикалық жол ұзындықтары бірдей

болмайды. Жарық актив заттың екінші бетіне өткен кезде дөңгелек толқындардың фазаларының айырмасы мынадай болады:

- )l

мұндағы l — заттың қалындығы, λ— жарықтың вакуумдағы толқын

ұзындығы. Оптикаша актив заттан шығысымен оң дөңгелек жəне сол дөңгелек толқындары қосылады да қайтадан жазықша поляризацияланған жарық толқыны түзіледі. Енді бұл жарық толқынының электр векторымен бағыты алғаш зат бетіне түскен жарық толқыны өріс векторының бағытына дəл келмейді. Бұлардың арасындағы бұрыш (ϕ) сөз болып отырған екі дөңгелек толқын фазалары айырмасының жартысына тең болады, яғни

𝝍=𝞿/2= - )l

осы бір бұрышы — поляризация жазықтығының айналу бұрышы болып табылады. Сөйтіп жарық поляризация жазықтығының айналуы: заттың дөңгелек бойымен сағат тілі бағытынша жəне оған қарсы бағытта поляризацияланған жарыққа тəн сыну көрсеткіштері тең емес екендігінен болады. Оптикаша актив емес изотроп заттарға магнит өрісі əсер етсе, олардың ішінде таралған жарық поляризациялану жазықтығы белгілі бұрышқа бұрылады. Бұл құбылысты алғаш Фарадей (1846 ж.) ашқан; сондықтан Фарадей құбылысы немесе Фарадей-эффект деп аталады. Фарадей құбылысын 3-суретте кескінделгендей тəжірибе жасап бақылауға болады. Мұнда зерттелетін мөлдір дене К өзегінде жіңішке каналы бар электромагнит полюстарының аралығына қойылған. Ол денеге N2 никольдан өтіп жазықша поляризацияланған жарық түседі, жарық одан əрі N2 никольға барады. N1 жəне N2 никольдардың ұлы қималары өзара перпендикуляр, сондықтан магнит өрісі жоқ болса, көру өрісі қараңғы болады. N2 никольдан жарық өтпейді. Электромагнит обмоткасымен ток жүріп магнит өрісі қозғанда көру өрісі жарық тартады. Себебі: магнит өрісінде тұрған дене жарықтың поляризациялану

жазықтығын айналдырады. Енді N2 никольды бір белгілі бұрышқа бұрғанда ғана көру өрісі қараңғы болады, жарық өтпейді. Поляризациялану жазықтығының магнит өрісінде бұрылу бұрышы (ϕ) сол өріс кернеулігі (Н) мен жарықтың.зат ішіндегі lжолының үзындығына пропорциоңал болады: ϕ = ρ ⋅H ⋅l мұндағы ρ — алынған затқа тəн тұрақты, ол Верде тұрақтысы делінеді, оның сан мəні онша үлкен емес. Егер ψ минутпен lсантиметрмен, Н эрстедпен өлшенілсе, шынының ауыр флинт делінетін сортына тəн ρ =0,06-дан 0,09 болады. Көптеген заттарға тəн ρ мəні 0,01-ден 0,02-ге дейін болады. Егер табиғи актив зат магнит өрісіне қойылса, онда поляризациялану жазықтығы күштірек бұрылады, өйткені заттың поляризациялану жазықтығын табиғи айналдыру қабілетіне магнит өрісінде пайда болған айналдыру қабілеті қосылады. Поляризациялану жазықтығының магнит өрісінде бұрылу себебі: заттың атомдары мен молекулалары құрамындағы электрондар өріс əсерінен прецессия жасайды.Соның нəтижесінде заттың деңгелек бойымен сағат тілі бағытынша жəне оған карсы бағытта поляризацияланған толқындарға тəн сыну көрсеткіштері түрліше боллады. Осы жағдай поляризациялану жазықтығының айналуына себеп болады.

Дата добавления: 2015-10-29