Фарадея эффект

ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ

заключается во вращении плоскости поляризации линейно поляризованного света. распространяющегося в веществе вдоль постоянного магн. поля, в котором находится вещество.

Под влиянием магн. поля заряженные частицы вещества приобретают вращат. движение в плоскости, перпендикулярной направлению поля. У вещества появляется наведенный магн. момент. Поскольку электрич. и магн. индукции в веществе зависят от наличия магн. момента и магн. поляризации среды под влиянием поля, то эта зависимость проявляется в том, что у световой монохроматич. волны, распространяющейся в направлении поля и поляризованной по кругу, возникает сдвиг фазы, причем знак сдвига зависит от направления круговой поляризации. В результате для любой волны, представляющей собой суперпозицию двух компонент — волн, поляризованных по кругу в противоположных направлениях,- меняется соотношение фаз компонент. В частности, линейно поляризованный свет, представляющий собой линейную комбинацию с равными весами лево- и правополяризованных по кругу волн, переходит вновь в линейно поляризованный, но с повернутой (на угол a) относительно направления распространения волны плоскостью поляризации. Такое изменение фаз эквивалентно различию показателей преломления вещества (или, что то же, скорости распространения световой волны) для лево- и правополяризованных волн.

В области не очень сильных магн. полей угол вращения α плоскости поляризации определяется формулой:

α = V(w,T)∙l∙B,

где V(w,T) — постоянная Верде, зависящая от свойств вещества, частоты w монохроматич. излучения и температурыT; l — оптич. длина пути, напр., длина кюветы, в которой находится вещество; В — магн. индукция постоянного магн. поля. Для раствора концентрации с величину l надо заменить на сl. Постоянная Верде V_M для моля вещества определяет молярное вращение чистого вещества: V_M= VM/ρ (M — молекулярная масса, ρ — плотн. вещества) или молярное вращение вещества в растворе: V_M = V/c.

Знак угла вращения (X принимается положительным для вращения плоскости поляризации по часовой стрелке, если распространение света совпадает с направлением магн. поля и наблюдатель смотрит на источник света. Такой выбор знаков распространен в химии; в физике обычно принят обратный выбор знаков. По численному значению постоянные Верде, как правило, очень малы: сотые доли угловых минут. Для ряда парамагн. веществ они составляют десятые доли минуты. Наиб. значения, достигающие десятков минут, постоянные Верде имеют для ферромагн. веществ.

При частоте D-линии натрия (w ~ 17000 см⁻¹) для большинства веществ постоянные Верде отрицательны и лишь некоторые парамагн. вещества (напр., соли железа) вращают плоскость поляризации в положит, направлении. При обратном прохождении луча света его плоскость поляризации вращается в противоположную сторону по отношению к этому лучу, тогда как по отношению к направлению поля B — в том же направлении, что и при прямом прохождении. Это позволяет использовать многократное прохождение луча для накопления угла поворота a.

Зависимость угла поворота a от частоты наз. дисперсией магн. оптич. вращения: a= a(w). Дисперсия сильно зависит от структуры энергетич. спектра молекулы, в частности от того, как проявляется Зеемана эффект у вырожденных в отсутствие магн. поля энергетич. уровней. Переходы между зеемановскими подуровнями, расщепленными в при-сут. поля, из-за Ф. э. оказываются поляризованными, что в свою очередь сказывается на форме кривых дисперсии магн. оптич. вращения. С этими же причинами — поляризацией переходов — связан и магн. круговой дихроизм, определяемый разностью молярных коэф. поглощения лево- и правополяризованного по кругу света: Δε(w) = ε_Л(w) — ε_П(w).

В химии часто используют эмпирич. соотношения, связывающие постоянные Верде с хим. строением молекул, напр., в гомологич. рядах применяют аддитивность величин V_M по структурным фрагментам молекул. Более точно аддитивность выполняется для т. наз. мол. постоянной магн. вращения D = 9nV_M/(n² + 2), где n — показатель преломления. Отклонения от аддитивности связывают с проявлением особых, спе-цифич. эффектов взаимного влияния атомов в молекуле. Так, на основе анализа подобных отклонений было высказано предположение об уменьшении ароматичности молекул фторбензола и фурана по сравнению с бензолом и т. п. Методы, использующие Ф. э., применяют также для качеств, и количеств, анализа растворов ряда веществ в широких интервалах концентраций. Магн. круговой дихроизм используют при изучении высокосимметричных веществ (координац. соединений, биологически активных веществ с симметричными активными центрами и др.), поскольку именно для таких веществ наиб. часто встречаются вырожденные состояния.

Эффект открыт M. Фарадеем в 1845.

_{Н. Ф. Степанов}