10. Проверка закона Малюса

1. Поляризованный свет.

Если же направления колебания светового вектора каким-то образом упорядочены, то свет будет частично или полностью поляризованным

Свет, в котором колебания вектора Е (и Н, соответственно) происходят только в одном направлении, перпендикулярном направлению распространения световой волны, называется плоскополяризованным или линейно поляризованным.

Плоскость, образованная направлением колебаний светового вектора и направлением распространения волны называется плоскостью поляризации. Если Imax и Imin – максимальная и минимальная интенсивности света для двух взаимно перпендикулярных направлений колебаний вектора Е, то величина

P = Imax + Imin / Imax – Imin (6.1)

называется степенью поляризации. Для естественного света (Imax = Imin) Р = 0, для плоскополяризованного света (Imin = 0) Р = 1.

2. Закон Малюса

Пустим естественный свет нормально к поверхности пластинки из турмалина. При вращении пластинки вокруг направления светового луча, мы никаких изменений интенсивности прошедшего через пластинку света не обнаружим. Если же, однако, после первой пластинки ввести в пучок света вторую такую же пластинку турмалина, мы обнаружим, что интенсивность света, прошедшего через две пластинки, будет изменяться в зависимости от угла α между оптическими осями пластинок. Математически эта зависимость описывается законом Малюса:

I = I0cos2α, (6.2)

где I0 и I – интенсивности света, падающего на второй кристалл и прошедшего через него. При этом интенсивность света, падающего на второй кристалл, равна половине интенсивности естественного света, падающего на первый кристалл. В описанном опыте первая пластинка турмалина, которая превращала естественный свет в плоскополяризованный, называется поляризатором, а вторая, с помощью которой анализировался поляризованный свет, – анализатором, хотя они ничем друг от друга не отличались, и вторая пластинка могла с тем же успехом выполнять роль поляризатора, а первая пластинка – роль анализатора.

3. Оптическая активность и закон Био.

Некоторые вещества (кварц, сахар или его водный раствор, винная кислота, скипидар) способны вращать плоскость поляризации при прохождении через них света. Такие вещества называют оптически активными. Если между скрещенными поляризатором и анализатором, не пропускающими света, поместить такое вещество, то поле зрения анализатора просветляется. Поворачивая анализатор, можно найти такой угол поворота φ, при котором получается темное поле зрения. Этот угол показывает, как вещество повернуло плоскость поляризации света. Установлено, что для оптически активных кристаллов и чистых жидкостей

φ = αd, (6.5)

а для растворов оптически активных веществ

φ = [α]Cd, (6.6)

где d – расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе, α ([α]) – удельное вращение, равное углу поворота плоскости поляризации оптически активным веществом единичной толщины (единичной концентрации раствора), С – массовая концентрация оптически активного вещества в растворе, измеренная в кг/м3.

На этом основан метод поляриметрии (сахариметрии).