Явление дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсия. Электронная теория дисперсии

Оптически активные среды. Вращение плоскости поляризации. Эффект Фарадея.

Оптически активными веществами называют вещества, способные поворачивать плоскость поляризации, проходящего через них линейно поляризованного света. В основном это органические вещества. Типичными представителями активных веществ из твёрдых тел – кварц, из жидких – раствор сахара, никотин. Существуют право и левовращающие оптически активные вещества. Особенностью этих веществ является не симметричное строение их молекул.

, - длина пути, d –постоянная вращения.

Для растворов с концентрацией С –удельная постоянная вращения, т.е. вещества, равные углу поворота плоскости поляризации при прохождении световой волны единичной среды в растворе с единичной концентрацией, - оптически активные вещества.

Объяснение оптической активности предложи Френель, по теории которого линейно поляризованный свет можно представить в виде двух волн, поляризованных по правому и левому кругу.

При прохождении оптически активного вещества показатель преломления этих поляризованных волн различаются, следовательно, различаются и скорости. Между этими волнами возникает разность фаз, приводящая к повороту плоскости поляризации.

При прохождении световой волной одного и того же пути в прямом и обратном направлении положение плоскости поляризации восстанавливается.

Оптически неактивные вещества относятся оптически активными при приложении к ним магнитного поля (эффект Фарадея).

Для поворота плоскости поляризации B- индукция; d- путь волны; R-постоянная Верд е.

Объяснение этого явления связано с расщеплением энергетических уровней оптического вещества в магнитном поле (эффект Зеелака). При прохождении волны вдоль магнитного поля и обратно в точках Фарадея угол поворота удваивается.

Под явлением дисперсия понимают показательно преломления n от её длины волны λ. Явление дисперсии характеризуется величиной. Различают нормальную и аномальную дисперсию. Если с увеличением λ n уменьшится, то дисперсия нормальная.

Нормальная дисперсия наблюдается в области прозрачности вещества для λ.

В области сильного поглощения света наблюдается аномальная дисперсия света.

Элементарная классическая физика, объясняющая дифракцию, рассматривает взаимодействие света как электромагнитные волны со связанными электронами вещества. В основе теории лежит гипотеза Лоренса об электронах, связанных квази упругими силами с атомами. При проведении электронов из положения равновесия на их действует возвращающая сила F=-kx. Когда электромагнитная волна «заходит» в вещество, под действием электрического поля волны связанные электроны начинают совершать вынужденные колебания с w. Т.к. колебания – это движение с ускорением, то эти электроны начинают излучать электромагнитные волны с частотой w, при этом колебания затухают.

По второму закону Ньютона

т.к., то, разделив всё на m, имеем:

- частота собственных колебаний электрона. Для решения уравнения (1) воспользуемся комплексным представлением колебаний

Отсюда

Атом с колеблющимся электроном представляет собой переменный диполь. Его дипольный момент равен:

Электромагнитная волна вызывает переменную поляризацию сферы, характеристикой которой является параметр p – поляризованность, представляющий собой дипольный момент единицы объёма.

, N – концентрация атомов. Т.к., где - относительная диэлектрическая проницаемость., где 𝝒 – диэлектрическая восприимчивость.

=>. Отсюда – зависимость n от w, т.е. описывает дисперсию света.

Рассмотренная теория не учитывает затухание колебаний электронов в реальном случае:

Аномальные дисперсии наблюдаются в области собственной частоты колебания w_o. При совпадении w и w_o наблюдается резонанс, который состоит в резком увеличении амплитуды вынужденных колебаний электрона. В такой ситуации при большой амплитуде начинается колебаться и связанный с электроном атом, т.е. часть энергии электромагнитной волны превращается в колебания атома, т.е. в тепловую энергию. Наблюдается явление поглощения.

Дата добавления: 2014-01-06