Оптикалық актив заттар.Поляризация жазықтығының бұрылуы.

Поляризация жазықтығының бұрылуы мен магниттік айналуы.Сахариметр. Кейбір заттар ішінде таралған жарықтың поляризацияланужазықтығын белгілі бұрышқа бұрады. Осындай қабілеті бар заттар оптикашаактив заттар деп аталады. Оларға көптеген кристалдар (мысалы, кварц, қантт.т.), кейбір сұйықтар (мысалы, скипидар, шарап қышқылы т.т.) жатады. Бұлқұбылысты былай байқауға болады. Ұлы қималары өзара перпендикуляр екіникольдың аралығына (1-сурет) оптикалық осіне перпендикуляр қырқылған кварцпластинка қойып, монохромат жарық түсірілсе, көру өрісі жарық тартады, демек N2 никольдан жарық өтеді. Одан соң мысалы N2 никольдан бір белгілі бұрышқабұрса, қайтадан көру өрісі қараңғы болады, жарық сөнеді. Бұдан кварцпластинкадан өткен жарықтың бұрынғыша жазықша поляризацияланғанекендігі, 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 1ммзат поляризациялану жазықтығын қанша градусқа бұратындығын көрсетеді. Олзаттан өткен жарық толқынының ұзындығына байланысты. Демек оптикаша активзаттан өткенде толқын ұзындықтары əр түрлі сəулелердің поляризацияланужазықтықтары түрліше бұрышқа бұрылады. Сондықтан 1-суретте кескінделгентəжірибеде 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 сарысəуленің поляризациялану жазықтығын 21,7°-қа, толқын ұзындығын 404,7 нм күлгінсəуленің поляризациялану жазықтығы 48,9°-қа бұрады. Бір ескеретін нəрсекристалл кварцтың бір түрі сəуле бағытына қарсы қарағанда поляризацияланужазықтығын сағат тілі бағыты бойынша бұрады, мұндай кварц оңға бұратынкварц (оң кварц) делінеді; екінші түрі — поляризациялану жазықтығын сағат тілінеқарсы бағытта бұрады, ондай кварц солға бұратын кварц (теріс кварц) депаталады. Оптикаша актив заттардың кварцтан басқа да оңға жəне солғабұратындары бар. Оптикаша актив ерітіндіде таралған жарықтың поляризацияланужазықтығының бұрылу бұрышы (ϕ) ерітілген актив заттың концентрациясы (с)мен ерітінді қалыңдығына (l) тəуелді, атап айтқанда:

Мүндағы [а]—заттың бұру тұрақтысы деп аталады, ол жарықтың толқыныныңұзындығына жəне температурасына байланысты.Бір белгілі монохромат жарық сəулесі үшін заттың бұру тұрақтысы [а] мəлімболса, 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/см3пен өлшенеді Мысалы, температура20°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, қантконцентрациясын білуге болады. Осындай өлшеулер жүргізілгенде сахариметрделінетін прибор қолданылады. 2-суретте ең қарапайым сахариметр схемасыкелтіріліген. Мұнда да ұлы қималары өзара перпендикуляр екі никольдың аралығынакювета қойылған, оның қарама-қарсы əйнекке жазық параллель шыныданжасалған. Егер кюветаның ішінде сұйық болмаса, N2 никольдан жарық өтпейді, көруөрісі қараңғы болады. Егер кюветаға қант ерітіндісі кұйылса, көру өрісі жарықтартады. Енді өткен жарықты сөндіру үшін N2 никольды белгілі бұрышқа бұрукерек. Осы бұрыш қант ерітіндісі əсершең поляризация жазықтығының бұрылубұрышы ϕ болып табылады. Оны білген соң қант концентрациясын (4.3) формулабойынша есептеп табуға болады.Бұл баяндалған сахариметр дəл өлшеулер жүргізуге жарамайды, өйткеніанализаторды көру өрісін қараңғы етіп дəл орналастыру мүмкін емес. Сондықтанпрактикада жұмыс істеу принципі көру өрісін қараңғы етуге негізделмегенсахариметрлер қолданылады.

Енді қысқаша поляризация жазықтығының айналу теориясына тоқталайық. Бұл құбылыстың теориясын алғаш өрбіткен Френель болды. Оның болжауыншаоптикаша актив заттың ішінде жазықша поляризацияланған жарық толқыныдөңгелек бойымен сағат тілі бағытынша жəне сағат тіліне қарсы бағыттаполяризацияланған екі дөңгелек толқынға жіктеледі, олардың жылдамдықтарыбірдей болмайды. Оңға бұратын актив затта оң дөңгелек толқын жылдамдығы(Vd), солға бұратын актив затта сол дөңгелек толқын жылдамдығы (Vg) зорболады. Сондықтан оптикаша актив затта өткінші жарық толқыныекі айырылады. Френель бұл пікірін - тəжірибе жасап тексерді.Оңға бұратын екі кварц призма мен солға бұратын бір кварцпризмадан құрастырылғаң күрделі призмадан өткенде жазықшаполяризацияланған толқын шынымен-ақ екі толқынға айырылды,олардың біреуі оң дөңгелек, екіншісі сол деңгелек бойыменполяризацияланған болып шықты. Жазықша поляризацияланған толқынды дөңгелек бойымен сағат тілібағытынша жəне оған қарсы бағытта поляризацияланғантербеліс периодтары мен амплитудалары бірдей екі толқынғажіктеуге болатындығы механикадан мəлім. Осыған лайық егероптикаша актив затқа түскен жазықша поляризацияланған жарық толқыны электрөрісінің векторы (E) мысалы, 00' бойымен (3-сурет) тербелетін болса, сонда оныЕd жəне Eg векторларына жіктеуге болады; Ed— сағат тілі бағытынша (оңға) Eg—сағат тіліне қарсы бағытта (солға) айналады.Қарастырылып отырған актив заттасағат 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 солдөңгелек толқындардың затта жүрген жолдары түсіндіру үшін оның геометриялықұзындығы (l) бірдей болғанмен, олардың оптикалық жол ұзындықтары бірдейболмайды. Жарық актив заттың екінші бетіне өткен кезде дөңгелек толқындардыңфазаларының айырмасы мынадай болады:

- )l

мұндағы l — заттың қалындығы, λ— жарықтың вакуумдағы толқынұзындығы. Оптикаша актив заттан шығысымен оң дөңгелек жəне сол дөңгелектолқындары қосылады да қайтадан жазықша поляризацияланған жарықтолқыны түзіледі. Енді бұл жарық толқынының электр векторымен бағытыалғаш зат бетіне түскен жарық толқыны өріс векторының бағытына дəл келмейді.Бұлардың арасындағы бұрыш (ϕ) сөз болып отырған екі дөңгелек толқынфазалары айырмасының жартысына тең болады, яғни

𝝍=𝞿/2= - )l

осы бір бұрышы — поляризация жазықтығының айналу бұрышы болыптабылады. Сөйтіп жарық поляризация жазықтығының айналуы: заттың дөңгелекбойымен сағат тілі бағытынша жəне оған қарсы бағытта поляризацияланғанжарыққа тəн сыну көрсеткіштері тең емес екендігінен болады.Оптикаша актив емес изотроп заттарға магнит өрісі əсер етсе, олардыңішінде таралған жарық поляризациялану жазықтығы белгілі бұрышқа бұрылады.Бұл құбылысты алғаш Фарадей (1846 ж.) ашқан; сондықтан Фарадей құбылысынемесе Фарадей-эффект деп аталады.Фарадей құбылысын 3-суретте кескінделгендей тəжірибе жасап бақылауғаболады. Мұнда зерттелетін мөлдір дене К өзегінде жіңішке каналы барэлектромагнит полюстарының аралығына қойылған. Ол денеге N2 никольданөтіп жазықша поляризацияланған жарық түседі, жарық одан əрі N2никольға барады. N1 жəне N2 никольдардың ұлы қималарыөзара перпендикуляр, сондықтан магнит өрісі жоқболса, көру өрісі қараңғы болады. N2 никольдан жарықөтпейді. Электромагнит обмоткасымен ток жүріп магнит өрісі қозғанда көру өрісіжарық тартады. Себебі: магнит өрісінде тұрған денежарықтың поляризацияланужазықтығын айналдырады. Енді N2 никольды бір белгілі бұрышқа бұрғанда ғанакөру өрісі қараңғы болады, жарық өтпейді.Поляризациялану жазықтығының магнит өрісінде бұрылу бұрышы (ϕ) солөріс кернеулігі (Н) мен жарықтың.зат ішіндегі lжолының үзындығынапропорциоңал 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 эрстедпенөлшенілсе, 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 жазықтығыныңайналуына себеп болады.