Эксперимент с поляризацией света и магнитом (эффект Фарадея)

[Ilya Nemihin]

Приветствую!

Алексей Галахов выслал интересный опыт:

https://www.youtube.com/watch?v=XhU-nNiAgtI

"Эффект Фарадея (продольный магнитооптический эффект Фарадея) — магнитооптический эффект, который заключается в том, что при распространении линейно поляризованного света через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости поляризации света."

В конечном результате - от магнитного поля регулируется яркость света.

Демонстрация простая, но само явление не простое:

"Эффект Фарадея тесно связан с эффектом Зеемана, заключающимся в расщеплении уровней энергии атомов в магнитном поле. При этом переходы между расщеплёнными уровнями происходят с испусканием фотонов правой и левой поляризации, что приводит к различным показателям преломления и коэффициентам поглощения для волн различной поляризации. Грубо говоря, различие скоростей различно поляризованных волн обусловлено различием длин волн поглощаемого и переизлучаемого фотонов.

Строгое описание эффекта Фарадея проводится в рамках квантовой механики."

С уважением,

Илья

[Ilya Nemihin]

Да, и вот ещё пример, с сахаром растворенным в воде, он также осуществляет поворот плоскости поляризации света:

http://www.youtube.com/watch?v=yjTxGTFvdpw

[Alexey Galakhov]

Привет!

Мы этот опыт делали в лаборатории в университете - точнее, мы
количественно измеряли вращение поляризации. Эффекта добиться довольно
трудно.

Современный сильный магнит с подходящим веществом крутит поляризацию на
несколько градусов - достаточно, чтобы заметить. С электромагнитом
проще, там можно регулировать ток и смотреть, как меняется поляризация.
Секрет успеха - делать магнитное поле как можно сильнее. В лаборатории
у нас был соленоид 40 см длиной с током около 20 ампер.

Похожий эффект - эффект Керра. Наблюдается при приложении
электрического поля перпендикулярно лучу. Его получить сложнее, чем
эффект Фарадея, поскольку для него требуется напряжение несколько
киловольт, а жидкости обычно при таком напряжении уже пробивает. Но в
чем-нибудь вроде трансформаторного масла наблюдать его можно.

[Alexey Galakhov]

On Tue, 28 Jul 2015 16:34:49 +0600
Ilya Nemihin <nem...@gmail.com> wrote:

> Да, и вот ещё пример, с сахаром растворенным в воде, он также
> осуществляет поворот плоскости поляризации света:
> http://www.youtube.com/watch?v=yjTxGTFvdpw

А это уже совсем другое явление.

Поворот поляризации, точнее - преобразование линейной в круговую и
обратно, происходит во многих веществах. Это не только раствор сахара.
Простая полиэтиленовая пленка тоже так умеет. Полиэтилен, поликарбонат,
вообще большинство пластмасс имеют сильное двупреломление.

Эффекты Фарадея и Керра интересны тем, что они наводят двупреломление в
веществах, которые изначально никаким двупреломлением не обладали.

Простое описание на пальцах: двупреломление - следствие симметрии,
точнее, несимметрии кристалла. В кристаллах, в которых атомы
расположены не в виде кубиков, как в NaCl, а в косом порядке,
расстояния между атомами в каком-то одном направлении больше, чем в
другом. Это приводит к явлению АНИЗОТРОПИИ - свойства вещества различны
в разных направлениях. Анизотропия свойств приводит ко многим важным
явлениям. Это и различная прочность кристаллов по разным направлениям
(и, как следствие, интересная форма на разломе), это пьезоэффект
(деформация кристалла приводит к смещению электронов под углом к
направлению деформации, т.е. к появлению электричества, и наоборот), и
много-много других явлений. Двупреломление - одно из них: колебания
электрического поля в световой волне по-разному смещают электроны в
зависимости от того, под каким углом волна колеблется, отсюда разница в
оптических свойствах.

Наложение внешнего магнитного или электрического поля на симметричное
вещество приводит к появлению в нем асимметрии. Колебания электронов
становятся различными в зависимости от того, происходят ли они
параллельно или перпендикулярно полю. В эффекте Керра все очевидно, там
поле перпендикулярно свету. Эффект Фарадея хитрее, в нем надо помнить,
что магнитное поле в волне перпендикулярно электрическому, а связан он
с колебаниями электронов сродни прецессии. Вот так вот внешний фактор
способен нарушить ранее существовавшую симметрию и привести к явлениям,
которых не было.

В твердых телах аналогичный эффект можно получить просто механической
деформацией. Деформация тоже нарушает симметрию.

[Павел Серков]

>В твердых телах аналогичный эффект можно получить просто механической
>деформацией. Деформация тоже нарушает симметрию.

Явление фотоупругости, используется для поиска дефектов в прозрачных материалах. раньше даже делали модели деталей из оргстекла и нагружали их, сейчас вместо этого на компьютере считают

28 июля 2015 г., 18:25 пользователь Alexey Galakhov <agal...@gmail.com> написал:

--
Веб-адрес группы: https://groups.google.com/forum/?fromgroups#!forum/makeitlab
---
Вы получили это сообщение, поскольку подписаны на группу Makeitlab.

Чтобы отменить подписку на эту группу и больше не получать от нее сообщения, отправьте письмо на электронный адрес makeitlab+...@googlegroups.com.
Просмотреть это обсуждение в Сети можно по адресу https://groups.google.com/d/msgid/makeitlab/20150728152545.5d3b9376.agalakhov%40gmail.com.

Настройки подписки и доставки писем: https://groups.google.com/d/optout.

--

С уважением, Серков П.А.

[Alexey Galakhov]

On Tue, 28 Jul 2015 18:55:11 +0500
Павел Серков <pavel....@gmail.com> wrote:

> >В твердых телах аналогичный эффект можно получить просто механической
> >деформацией. Деформация тоже нарушает симметрию.
>
> Явление фотоупругости, используется для поиска дефектов в прозрачных
> материалах. раньше даже делали модели деталей из оргстекла и
> нагружали их, сейчас вместо этого на компьютере считают

У прозрачных пластмасс сильное собственное двупреломление, и там эффект
связан не с нарушением симметрии (ее и так нет), а с изменением толщины
пластика под нагрузкой. Чем толще пластмасса, тем сильнее
поворачивается поляризация. "Фотоупругость" в большинстве пластмасс -
это просто способ измерения изменений толщины с нанометровой точностью.