5.2.5 Властивості звичайного і незвичайного променів

1. Звичайний промінь підкоряється законам заломлення природного світла.

2. Для нього показник заломлення є величина постійна .

3. Показник заломлення незвичайного променя змінюється залежно від його напряму|направлення| .

4. Звичайний і незвичайний промені поляризовані у взаємно перпендикулярних площинах|плоскості|.

Відхилення незвичайного променя відбувається|походить| при нормальному падінні світла на грані кристалу.

Подвійне променезаломлення відбувається|походить| тільки|лише| в анізотропних середовищах|середі|. Анізотропними називаються середовища|середа| або речовини, властивості яких відмінні у різних напрямах|направленнях|.

Анізотропія пояснюється неоднаковими відстанню між атомами кристалічної решітки і їх взаємодією у різних напрямах|направленнях|.

Подвійне променезаломлення викликане|спричинене| неоднаковою швидкістю розповсюдження|поширення| світлових хвиль у різних напрямах|направленнях|. У точці падіння природного світла утворюється дві світлові хвилі (мал. 5.21).

Одна розповсюджується|поширюється| у кристалі за всіма напрямами з|із| однаковою швидкістю — це звичайний промінь (фронт хвилі сферичної). Інша, швидкість якої за напрямом|направленню| оптичної вісі кристала однакова зі|із| швидкістю у першій хвилі, а більша за напрямом|направленню|, що перпендикулярний оптичній вісі - це незвичайний промінь (фронт хвилі має еліпсоїдну форму).

Оптична анізотропія спостерігається і у|в,біля| органічних структур: наприклад, у|в,біля| м'язових, колагенових і нервових волокон. Дослідження скелетного м'язового волокна у поляризованому світлі показало, що темніші ділянки є|з'являються,являються| анізотропними і мають властивість подвійного променезаломлення, а світліші ділянки є|з'являються,являються| ізотропними, тому скелетні м'язи називають поперечносмугастими|. Колагенові волокна цілком анізотропні|, оптична вісь їх розташована|схильна| уздовж|вздовж,уподовж| вісі волокна. Нервові волокна суцільно|суспіль| анізотропні|, їх оптична вісь радіальна.

Малюнок 5.21-Подвійне променезаломлення

Для гістологічних досліджень застосовуються поляризаційні мікроскопи. Це біологічний мікроскоп, забезпечений двома поляризаційними пристроями|устроями|: один розташований|схильне| перед конденсором і служить поляризатором, другий — у тубусі між об'єктивом і окуляром і служить аналізатором. Наочний|предметний| столик обертається навколо|навкруг,довкола| подовжньої осі мікроскопа на 360°.

5.2.6 Способи отримання|здобуття| поляризованого світла

1. Призма Ніколя (мал. 5.22). Вона виготовлена з|із| кристала ісландського шпату. Розпилювання йде|чиниться| по площині|плоскості|, що є сполученням|поєднує,з'єднує| тупих кутів|роги,кутки| і склеюється канадським бальзамом (). При падінні світлового променя на грань призми, незвичайний промінь падає на площину|плоскість| склеювання під меншим кутом|рогом,кутком|, ніж граничний кут|ріг,куток| падіння для канадського бальзаму, і проходить|минає,спливає|, практично не змінюючи|зраджуючи| напряму|направлення|. Звичайний промінь падає під великим кутом|рогом,кутком|, випробовує|відчуває| повне|цілковите| внутрішнє віддзеркалення|відображення,відбиття| від площини|плоскості| склеювання і поглинається зачорненою стінкою призми.

Призма Ніколя дає повністю поляризоване і нефарбоване світло, але|та| є|з'являється,являється| порівняно дорогим|любим| пристроєм|устроєм|.

Малюнок 5.22-Призма Ніколя

2. Для отримання|здобуття| поляризованого світла використовують також поляроїди (поляризаційні світлофільтри).

Існують кристали, наприклад турмалін, які мають властивість дихроізму|, тобто різного поглинання світла залежно від орієнтування площини|плоскості| коливань світлової хвилі щодо|відносно| головної площини|плоскості| кристала. У такому кристалі звичайні промені майже повністю поглинаються, а незвичайні проходять|минають,спливають| наскрізь.

Поляроїди є прозорою плівкою, на яку нанесені|завдані| кристали дихроїчної речовини, наприклад, герапатита| (сірчанокислого йодохинину|). У процесі виготовлення плівки кристали орієнтуються так, щоб їх оптичні вісі були паралельні. Результатом є поляризоване світло з|із| коливаннями в одній певній площині|плоскості|.

Поляроїди не дають повністю поляризованого і частково забарвленого|пофарбоване| світла, але|та| порівняно дешеві.

Плоска поляризація світла, особливо часткова (мал.5.23), вельми|дуже| поширене явище, проте|однак| око не відрізняє поляризоване світло від природного. Тому всі спостереження поляризації світла або пов'язаних з нею явищ проводяться|виробляються,справляються| тільки|лише| за допомогою спеціальних приладів.

Розглянемо|розгледимо| систему поляризатор — аналізатор (мал.5.23).

Якщо площини|плоскість| коливань поляризатора і аналізатора співпадають|збігаються|, то світло повністю проходить через систему.

Малюнок 5.23-Система поляризатор-аналізатор

Якщо площини|плоскість| перпендикулярні — світло повністю не проходить|минає,спливає|.

Якщо площини|плоскість| розташовані|схильні| під деяким кутом|рогом,кутком| один до одного, то світло проходить|минає,спливає| частково.

Ця залежність визначається законом Малюса:

Сила світла, що пройшло через аналізатор, пропорційна|пропорціональна| квадрату косинуса кута|рогу,кутка| між площинами|плоскістю| коливань аналізатора і поляризатора:

, де

—інтенсивність світла, що падає на аналізатор

—інтенсивність світла, що пройшло через аналізатор

—кут|ріг,куток| між площинами|плоскістю| коливань аналізатора і поляризатора.

Розчини багатьох органічних речовин (цукру, кислоти, алкалоїди і ін.), а також деякі чисті рідини володіють властивістю обертати площину|плоскість| коливань поляризованого світла. Такі речовини називають оптично активними. Розрізняють право — і лівообертаючі речовини.

Для розчинів оптично активних речовин кут|ріг,куток| обертання а залежить від довжини хвилі, поляризованого світла, від природи речовини, температури (t°), концентрації С|із| і довжини стовпа розчину—| L.

Якщо, то , де

—питомий кут|ріг,куток| обертання — це стократний кут|ріг,куток| обертання площини|плоскості| коливань для стовпа розчину завдовжки 1 дм| (10 см) при концентрації речовини 1г на 100 мл| розчину, при температурі 20°С і довжині світлової хвилі (жовта лінія парів натрію).

Залежність кута|рогу,кутка| обертання для даної речовини від довжини хвилі визначається законом Біо: , де

—постійна, залежить від природи речовини.

Дослідження, пов'язані з обертанням площини|плоскості| коливань поляризованого світла (метод поляриметрії), проводяться|виробляються,справляються| в монохроматичному світлі, яке одержують|отримують| за допомогою відповідних світлофільтрів. При використанні білого поляризованого світла, аналізатор при повороті пропускатиме по черзі промені різної довжини хвилі. Пляма на екрані відповідно мінятиме|змінюватиме,замінюватиме| колір|цвіт|.

Це явище називається обертальною дисперсією і використовується при вивченні структури речовини, а метод називається спектрополяриметрією|. Знаючи кут|ріг,куток| обертання, можна вирішити|розв'язати| зворотнє завдання|задачу| — визначити концентрацію речовини у розчині: . Це використовується в клінічній практиці, санітарії і т.п.

Прилади для таких досліджень називаються поляриметрами. Розглянемо|розгледимо| пристрій|устрій| напівтіньового поляриметра (мал. 5.24).

Світловий промінь проходить через оранжевий світлофільтр "СФ|", об'єктив "Об", кварцову пластинку|платівку| "КП|" і поляризатор "П". З|із| системи поляризатора промінь через кювету з|із| досліджуваним розчином проходить через аналізатор "А" і окуляр "ОК|" зорової труби, службовець для спостереження поля зору. Виходячи з того, що при установці поля зору на темноту|темряву| буває важко|скрутно| уловити абсолютне зникнення світла, поле зору розділяють на три частини|частки| і добиваються однакової яскравості цих частин|часток|. Кварцова пластинка|платівка| закриває|зачиняє| середню частину|частку| поля зору. Таким чином, площина|плоскість| світлових коливань у середній частині|частці| поля зору складає невеликий кут|ріг,куток| з|із| площиною|плоскістю| світлових коливань у бічних|бокових| ділянках. Аналізатор повертають так, щоб площина|плоскість|, у якій він пропускає світлові коливання, складала однаковий кут|ріг,куток| з|із| площинами|плоскістю| коливання центрального і бічних|бокових| ділянок. Тоді згідно з законом Малюса яскравість всіх трьох ділянок буде однакова. Таке положення|становище| береться за нульове.

Малюнок 5.24- Пристрій|устрій| напівтіньового поляриметра