3.5. Применение поляризованного света
Фотоупругость
Оптическая разность хода ΔL, возникающая в разных точках деформированной пластинки, зависит от разности показателей преломления (nо–nе), которая, в свою очередь, зависит от величины напряжения σ в этой точке (формула 3.6).
Таким образом, условие максимума интерференции в любой точке пластинки запишется следующим образом:
.
Отсюда можно найти:
,
где k - порядок интерференционной полосы.
При наблюдении деформированной пластинки в монохроматическом свете на ее поверхности видна система темных и светлых полос. Каждая светлая полоса - геометрическое место точек, имеющих одинаковое напряжение σ = const. При освещении пластинки белым светом она приобретает причудливую разноцветную окраску. Каждая интерференционная линия одного цвета (изохромата) соответствует при этом одинаково деформированным местам пластинки.
Следовательно, по расположению интерференционных полос можно судить о распределении напряжений и их величине внутри пластинки. На этом основывается оптический метод исследования напряжений. Для этой цели изготавливают модели из плексигласа, целлулоида или другого прозрачного изотропного вещества, измеряют на них напряжения, а затем делают соответствующий пересчет на проектируемую конструкцию.
Ячейка Керра
Возникновение двойного лучепреломления в газах, жидкостях и в аморфных твердых телах (диэлектриках) под воздействием сильного однородного электрического поля называется эффектом Керра. Это явление впервые было обнаружено шотландским физиком Д. Керром в 1875 году.
Схема установки для исследования эффекта Керра в жидкостях изображена на рис. 3.8. Установка состоит из ячейки Керра, помещенной между скрещенными поляризатором и анализатором.
Ячейка Керра представляет собой сосуд с жидкостью, в которую введены пластины конденсатора. При подаче на пластины напряжения между ними возникает практически однородное электрическое поле. Под его действием жидкость приобретает свойства одноосного кристалла с оптической осью, ориентированной вдоль поля.Возникающая разность показателей преломления пропорциональна квадрату напряженности поля Е:
, (3.8)
где c2 – коэффициент пропорциональности.
На пути l (длина пластины конденсатора) между обыкновенным и необыкновенным лучами возникает оптическая разность хода
, (3.9)
где В - постоянная Керра, зависящая от природы вещества, его температуры и длины волны света в вакууме.
Эффект Керра объясняется различной поляризуемостью молекул вещества по различным направлениям. Это явление практически безинерционно, т.е. переход вещества из изотропного состояния в анизотропное при включении поля (и обратно) происходит приблизительно за 10-10 с. Поэтому ячейка Керра служит идеальным световым затвором и применяется в быстропротекающих процессах (в звукозаписи, воспроизводстве звука, скоростной фото- и киносъемке и т.д.), в оптической локации, связи и т.д.
Вращение плоскости поляризации
Некоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации проходящего через них плоскополяризованного света. К таким веществам принадлежат твердые тела (кварц, сахар, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин, винная кислота) и растворы оптически активных веществ (сахара, спирта и т.д.).
Вращение плоскости поляризации можно наблюдать на следующем опыте.
Если между скрещенными поляризатором и анализатором, не пропускающими свет, поместить оптически активное вещество (например, кювету с раствором сахара), то поле зрения анализатора просветляется. При повороте анализатора на угол φ можно вновь получить темное поле зрения. Следовательно, φ - угол, на который оптически активное вещество поворачивает плоскость поляризации света, вышедшего из поляризатора.В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути света в растворе l и концентрации активного вещества С:
, (3.10)
где [φ0] - величина, называемая удельным вращением. Удельное вращение численно равно углу поворота плоскости поляризации света слоем раствора оптически активного вещества единичной толщины при единичной концентрации раствора. Оно зависит от природы вещества, температуры и длины волны света в вакууме.
В оптически активных кристаллах и чистых жидкостях угол φ поворота плоскости поляризации света пропорционален толщине слоя вещества, пройденного светом:
φ = [φ0]l. (3.11)
Коэффициент φ0, численно равный углу поворота плоскости поляризации света слоем оптически активного вещества единичной толщины, называется удельным вращением.
Оптически активные вещества в зависимости от направления вращения плоскости поляризации подразделяются на право- и левовращающие (вращение по часовой стрелке или против часовой стрелки для наблюдателя, смотрящего навстречу лучу).
Явление вращения плоскости поляризации в растворах (формула (3.12)) лежит в основе сертификации продуктов. Это явление используется, например, для точного определения концентрации растворов оптически активных веществ (поляриметрия).
Оптически неактивные вещества приобретает способность вращать плоскость поляризации под действием магнитного поля. Это явление было обнаружено М. Фарадеем и получило название эффекта Фарадея. Этот эффект имеет огромное значение для науки, так как в нем обнаруживается связь между оптическими и электромагнитными процессами.
Еще по теме 3.5. Применение поляризованного света:
- Примеры применения
- § 9.5. ПРИМЕНЕНИЕ НАСОСОВ
- О ПРИМЕНЕНИИ КОНТРОЛЬНО-КАССОВОЙ ТЕХНИКИ АДВОКАТАМИ И НОТАРИУСАМИ
- § 18. 1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ФУНКЦИИ КОМПРЕССОРНЫХ МАШИН
- §4.11. ПРИМЕНЕНИЕ ФОРМУЛ ПОДОБИЯ.
- ГЛАВА 18. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПРЕССОРОВ
- 1. Назначение и порядок применения товарной номенклатуры (ТН)
- О практике применения судами законодательства, обеспечивающего право на защиту в уголовном судопроизводстве
- О применении судами норм Уголовно-процессуального кодекса Российской Федерации
- О применении судами особого порядка судебного разбирательства уголовных дел
- § 11.3. ПРИМЕНЕНИЕ ОБЪЁМНОГО ГИДРОПРИВОДА В БУРОВОМ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОМ ОБОРУДОВАНИИ
- О некоторых вопросах применения судами Кодекса административного судопроизводства Российской Федерации
- 2.2.5. Область создания и применения средств и механизмов информационной безопасности
- Применение обобщенной методики при анализе свойств системы
- Применение обобщенной методики моделирования и анализа свойств системы
- О практике применения судами законодательства о мерах пресечения в виде заключения под стражу, домашнего ареста и залога
- ТЕМА 9. НОМЕНКЛАТУРА ДЕЛ, МЕТОДИКА ЕЕ СОСТАВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ В ПРАКТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
- О практике применения судами законодательства об исполнении приговора Постановление от 20 декабря 2011 г. № 21