§ 151. Двойное лучепреломление, вызванное внешним воздействием

Как было сказано в начале главы, почти любая молекула обладает анизотропией поляризуемости. Оптически изотропное тело может быть построено из анизотропных молекул, если последние расположены беспорядочно. Напротив, если любым способом придать молекулам некоторую преимущественную ориентацию, то вектор поляризации — суммарный дипольный момент молекул — уже не

будет иметь одинаковые значения для разных направлений, тело приобретет анизотропию в значениях диэлектрической проницаемости, а значит, и оптическую анизотропию.

Такую анизотропию, выражающуюся в появлении двойного лучепреломления, можно вызвать почти всегда неоднородной деформацией твердого тела, у некоторых жидкостей — внесением их в электрическое поле (эффект Керра), а также созданием потока жидкостей тех веществ, молекулы которых имеют вытянутую форму. Двойное лучепреломление наблюдается в биологических объектах, высокополимерах, т. е. опять-таки в веществах, состоящих из длинных молекул, которые не могут уложиться в веществе полностью беспорядочным образом. Вообще говоря, в той или иной степени двойное лучепреломление присутствует почти всегда, так как крайне трудно создать в теле идеальную изотропию.

Если тело подвергнуть одностороннему сжатию или растяжению, то в нем возникает анизотропия осевого типа. Такое тело по оптическим свойствам подобно одноосному кристаллу. Наблюдение за возникающей оптической анизотропией удобнее всего вести между скрещенными николями. Легкое надавливание пальцами делает прозрачную пластмассу или стекло анизотропными — поле зрения сразу же просветляется. Неоднородная деформация создает различные значения разности в разных местах объекта.. Поэтому на теле, подвергнутом деформации, образуются полосы равной разности фаз 6. Форма этих кривых соответствует напряжениям, возникающим в теле. Анализируя ход кривых, удается получить отчетливое представление о распределении напряжений.

Каким же образом использовать столь ценный метод на практике, имея в виду, что он применим лишь к прозрачным телам? Путь здесь единственный — создание моделей из прозрачных пластмасс. Создавая модель моста, здания, элемента машины и нагружая модель в соответствующей пропорции, можно видеть картину возникающих напряжений. Количественная оценка напряжений оптическим способом носит название метода фотоупругости. Ее изложению посвящены специальные руководства.

При наблюдении в белом свете возникают причудливые цветные картины. Если деформации упругие, то после снятия нагрузки картина пропадает. Напротив, если напряжения не снимаются удалением нагрузки, то цветная картина фиксируется.

Остановимся теперь на оптической анизотропии жидкостей, помещенных в электрическое поле.

Электрическое поле оказывает ориентирующее действие лишь в том случае, если молекулы жидкости обладают постоянным жестким дипольным моментом. Тогда молекулы стремятся расположиться так, чтобы направление жесткого дипольного момента совпало с направлением поля. При этом жидкость приобретает свойства одноосного кристалла с оптической осью вдоль Е. Наблюдение эффекта удобнее всего производить, помещая жидкость с наложенным полем между скрещенными николями (рис. 179).

Опыт показывает, что разность возникающая в жидкости, пропорциональна квадрату напряженности электрического поля. Разность фаз равна где длина, пройденная световым лучом в жидкости, постоянная Керра, характерная для вещества.

Рис. 179.

Большим значением В выделяется нитробензол, имеющий большой жесткий дипольный момент, Бензол имеет постоянную Керра сероуглерод

Пример. Конденсатор длиной 10 см, заполненный нитробензолом, будет работать как пластинка в волны, если напряженность поля в нем будет В/см. Для этого, при расстоянии между пластинами к конденсатору надо приложить разность потенциалов 2660 В.

Эффект Керра дает возможность трансформировать колебания электрического поля в изменения интенсивности света. Инерция эффекта мала: время релаксации, связанное с занятием молекулами в электрическом поле надлежащего положения, есть величина порядка миллиардной доли секунды. Поэтому электрические колебания, модулированные звуком, могут быть превращены в изменения световой интенсивности. Это дает возможность записывать звук на фотопленку.