Вопрос. Вращение плоскости поляризации. Оптически активные вещества.

Некоторые вещества (например, из твердых тел — кварц, сахар, киноварь, из жидкостей — водный раствор сахара, винная кислота, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации. Вращение плоскости поляризации можно наблюдать на следующем опыте

Если между скрещенными поляризатором Р и анализатором Л, дающими темное поле зрения, поместить оптически активное вещество (например, кювету с раствором сахара), то поле зрения анализатора просветляется. При повороте анализатора на некоторый угол tp можно вновь получить темное поле зрения. Так как поворотом анализатора можно получить темное поле зрения, то свет, прошедший через оптически активное вещество, является плоскополяризованным.

Угол поворота плоскости поляризации для оптически активных кристаллов и чистых жидкостей

для оптически активных растворов:

196.1

где d— расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе; а ([а]) — так называемое удельное вращение, численно равное углу поворота плоскости поляризации света слоем

С— массовая концентрация оптически активного вещества в растворе, кг/м. Оптически активные в жидком состоянии, обладают таким же свойством и в кристаллическом состоянии. Однако если вещества активны в кристаллическом состоянии, то не всегда активны в жидком (например, расплавленный кварц). Следовательно, оптическая активность обусловливается как строением молекул вещества, так и особенностями расположения частиц в кристаллической решетке. Оптически активные вещества в зависимости от направления вращения плоскости поляризации разделяются на право- и левовращающие. В первом случае плоскость поляризации, если смотреть навстречу лучу, вращается вправо (почасовой стрелке), во втором — влево (против часовой стрелки). Вращение плоскости поляризации объяснено О.Френелем (1817 г.). Согласно теории Френеля, скорость распространения света в оптически активных веществах различна для лучей, поляризованных по кругу вправо и влево. Явление вращения плоскости поляризации и, в частности, формула (196.1) лежат в основе точного метода определения концентрации растворов оптически активных веществ, называемого поляриметрией (сахариметрией).

 

34.

Тепловое излучение — единственный вид излучения, которое является равновесным (излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с телами, имеющими определенную температуру)

 

35. Используя закон Кирхгофа, выражение для энергетической светимости

тела:

, где — энергетическая светимость чер-

ного тела (зависит только от температуры).

распределение энергии в спектре черного тела является неравномерным.

 

 

 

 

 

Квантовая гипотеза и формула Планка.

Правильное, согласующееся с опытны­ми данными выражение для спектральной плотности энергетической светимости чер­ного тела было найдено в 1900 г. немецким физиком М. Планком. Согласно выдвинутой Планком кван­товой гипотезе, атомные осцилляторы из­лучают энергию не непрерывно, а опреленными порциями — квантами, причем энергия кванта пропорциональна частоте колебания.e₀=hn=hc/l, (200.2)

где h=6, 625•10^-34 Дж•с — постоянная Планка. Так как излучение испускается порциями, то энергия осциллятора e мо­жет принимать лишь определенные дискретные значения, кратные целому чис­лу элементарных порций энергии e₀: e=nhn (n=0, 1, 2,...). В данном случае среднюю энергию < e> осциллятора нельзя принимать рав­ной kT. Вероятность, что осциллятор на­ходится в состоянии с энергией e_n, пропорциональна е^-en/kT , но при вычислении средних значений (при дискретных значе­ниях энергии) интегралы заменяются сум­мами. При данном условии средняя энер­гия осциллятора< e> =^hn^/(ehv/(kT)-1), а спектральная плотность энергетической светимости черного тела

Таким образом, Планк вывел для уни­версальной функции Кирхгофа формулу

которая блестяще согласуется с экспери­ментальными данными по распределению энергии в спектрах излучения черного те­ла во всем интервале частот и темпера­тур. Теоретический вывод этой формулы М. Планк изложил 14 декабря 1900 г. на заседании Немецкого физического общест­ва. Этот день стал датой рождения кванто­вой физики.

Оптичекая пирометрия Законы теплового излучения используют­ся для измерения температуры раскален­ных и самосветящихся тел (например, звезд). Методы измерения высоких темпе­ратур, использующие зависимость спек­тральной плотности энергетической свети­мости или интегральной энергетической светимости тел от температуры, называют­ся оптической пирометрией. Приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра называ­ются пирометрами. В зависимости от того, какой закон теплового излучения исполь­зуется при измерении температуры тел, различают радиационную, цветовую и яркостную температуры. 1. Радиационная температура — это

такая температура черного тела, при кото­рой его энергетическая светимость R_e (см. (198.3)) равна энергетической свети­мости R_T (см. (197.2)) исследуемого тела. В данном случае регистрируется энергети­ческая светимость исследуемого тела и по закону Стефана — Больцмана (199.1) вы­числяется его радиационная температура:

Радиационная температура Т_р тела всегда меньше его истинной температуры Т. Для доказательства этого предполо­жим, что исследуемое тело является се­рым. Тогда, используя (199.1) и (198.2), можно записатьR^c_T=A_TR_e=A_TsT⁴. С другой стороны, R^C_T=sT⁴_p.Из сравнения этих выражений вытека­ет, что

Так как А_T< 1, то Т_р< Т, т.е. истинная температура тела всегда выше радиаци­онной.

2. Цветовая температура. Для серых тел (или тел, близких к ним по свойствам) спектральная плотность энергетической светимостиr_{l, т}= а_тr_{l, t}, где A_T=const< 1. Следовательно, рас­пределение энергии в спектре излучения серого тела такое же, как и в спектре черного тела, имеющего ту же температу­ру. Поэтому к серым телам применим за­кон Вина (см. (199.2)), т.е., зная длину волны l_max, соответствующую максималь­ной спектральной плотности энергетиче­ской светимости R_{l, T} исследуемого тела, можно определить его температуруT_ц=b/l_max,

которая называется цветовой температу­рой. Для серых тел цветовая температурасовпадает с истинной. Для тел, которые сильно отличаются от серых (например, обладающих селективным поглощением), понятие цветовой температуры теряет смысл. Таким способом определяется тем­пература на поверхности Солнца (Т_ц»6500 К) и звезд.

3. Яркостная температура Т_я — это температура черного тела, при которой для определенной длины волны его спектраль­ная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энерге­тической светимости исследуемого тела,

r_{l, Tя}=R_{l, T}. (201.1)где Т — истинная температура тела. По закону Кирхгофа (см. (198.1)), для иссле­дуемого тела при длине волны К R_{l, T}/A_{l, T}=r_{l, T}, или, учитывая (201.1), A._{l, T}=r_{l, Tя}/r_{l, T}. (201.2) Так как для нечерных тел А< 1, то r_{l, Tя}< r_{l, T} и, следовательно, Т_я< Т, т.е. ис­тинная температура тела всегда выше яркостной.В качестве яркостного пирометра обычно используется пирометр с исчезаю­щей нитью. Накал нити пирометра под­бирается таким, чтобы выполнялось усло­вие (201.1). В данном случае изображение нити пирометра становится неразличимым на фоне поверхности раскаленного тела, т. е. нить как бы «исчезает». Используя проградуированный по черному телу мил­лиамперметр, можно определить яркостную температуру.Зная поглощательную способность A_{l, T} тела при той же длине волны, по яркостной температуре можно определить истин­ную. Переписав формулу Планка (200.3) в виде и учитывая это в (201.2), получим т. е. при известных А_{l, T} и l можно опреде­лить истинную температуру исследуемого тела.

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: