Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
Mr = ZAiri. (84.17)
Произведение удельной рефракции на атомную массу называется атомной, а на молекулярную массу — молекулярной рефракцией. Таким образом, молекулярная рефракция химического соединения равна сумме атомных рефракций.
В книге Борна *) приведены обширные таблицы, подтверждающие формулу Лорентца — Лоренца и аддитивность атомной рефракции. Там же приведены примеры и значительных отступлений от этих правил.
8. Помимо дисперсии, связанной с вынужденными колебаниями электронов и ионов, существует другой вид дисперсии, на который обратил внимание Дебай. Она проявляется в средах с полярными молекула'ми, главным образом в жидкостях. Полярные — это такие молекулы, которые обладают «твердыми» дипольными моментами, обусловленными несимметричным распределением зарядов внутри молекулы. Полярные молекулы могут обладать и «индуцированными» дипольными моментами, возбуждаемыми внешним электрическим полем. Как правило, индуцированные моменты полярных молекул малы по сравнению с твердыми.
В отсутствие электрического поля дипольные моменты полярных молекул изотропной среды ориентируются в'пространстве по всем направлениям и притом хаотически. В этом случае среда никакой электрической поляризацией не обладает. При наложении электрического поля оно стремится ориентировать дипольные моменты молекул вдоль поля, причем эта ориентация постоянно нарушается из-за теплового движения. В результате в среде возникает электрическая поляризация (см. т. III, § 36). Если электрическое поле меняется во времени с частотой со, то с той же частотой будет меняться эта «ориентационная» поляризация и обусловленная ею диэлектрическая проницаемость среды. Амплитуды вынужденных вращений полярных молекул зависят от частоты со приложенного электрического поля. С этим связана дисперсия вращательной части диэлектрической проницаемости и показателя преломления.
Не входя в подробное количественное рассмотрение, ограничимся качественными замечаниями.
1I Макс Борн. Оптика. Государственное научно-техническое издательство Украины. Харьков, Киев, 1937, 538
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА
' [ГЛ. VIII
В полях низких частот успевает установиться такая же мгновенная поляризация среды, как и в статических полях. В такой области частот величины є и п практически постоянны, т. е. не зависят от и. Если дипольные моменты полярных молекул велики, как, например, у воды и спиртов, то в этой области частот значения е и п велики. Так, в случае воды є = 81, л = ]/е = 9.
В другом предельном случае очень высоких частот дипольные молекулы не успевают заметно поворачиваться за времена порядка периода световых колебаний. В этой области частот практически нет вынужденных вращений молекул, т. е. вращательные части е и п выпадают. Поэтому должна существовать промежуточная область частот, в которой величины є и п аномально сильно уменьшаются до тех значений, которые они принимают в оптической области спектра. Такая область частот у воды и спиртов лежит в диапазоне сантиметровых радиоволн. За пределами этой области (со стороны высоких частот) молекулы начинают вести себя так, как если бы они не были полярными. Этим объясняется резкое расхождение между показателем преломления воды п в оптической области спектра и значением У г в электростатике и области низкочастотных электромагнитных волн.
Этим же объясняется, почему в оптике магнитную проницаемость р, почти всегда можно считать равной единице для всех веществ. Действительно, механизм намагничивания — такой же, как и поляризации полярных диэлектриков. Он состоит в ориентации магнитных моментов атомов и молекул во внешнем магнитном поле. Но этот эффект не имеет места в высокочастотных полях, видимой и примыкающих к ней областях спектра.
9. Подводя итоги, дадим схематический обзор дисперсии во всем диапазоне частот электромагнитных волн. В области радиоволн длиннее примерно 1 см существенна только одна собственная частота со0 = 0, которой обладают свободные электроны или ионы. В указанном радиодиапазоие дисперсией практически могут обладать только ионизованные газы (см. § 86). Если свободных электронов или ионов нет, то в этом диапазоне пет и дисперсии.
В полярных диэлектриках дисперсия появляется примерно с сантиметрового диапазона радиоволн. Показатель преломления убывает с частотой, т. е. дисперсия аномальна, а поглощение велико.
По мере приближения к собственным частотам ионов дисперсия становится нормальной, а внутри самой полосы поглощения, обусловленной колебаниями ионов, — аномальной. После прохождения через инфракрасную область поглощения вдали от нее вынужденные колебания ионов практически прекращаются. Здесь, а также в видимой и ультрафиолетовой областях спектра дисперсия вызывается колебаниями только связанных оптических электронов. В прозрачной области (точнее, области слабого поглощения) она § 84] классическая теория дисперсии света
527
имеет нормальный, а в области сильного поглощения — аномальный характер. Полоса поглощения лежит обычно в области ультрафиолета, а иногда в видимой ббласти.
