БСЭ. Большая Советская Энциклопедия (ПО)

  Особенности взаимодействия поляризованного света с веществом обусловили его исключительно широкое применение в научных исследованиях кристаллохимической и магнитной структуры твёрдых тел, строения биологических объектов (например, поляризационная микроскопия, см. Микроскоп ) ,состояний элементарных излучателей и их отдельных центров, ответственных за квантовые переходы,для получения информации о чрезвычайно удалённых (в частности, астрофизических) объектах. Вообще, П. с. как существенно анизотропное свойство излучения позволяет изучать все виды анизотропии вещества - поведение газообразных, жидких и твёрдых тел в полях анизотропных возмущений (механических, звуковых, электрических, магнитных, световых), в кристаллооптике - структуру кристаллов (в подавляющем большинстве - оптически анизотропных), в технике (например, в машиностроении) - упругие напряжения в конструкциях (см. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений) и т.д. Изучение П. с., испускаемого или рассеиваемого плазмой,играет важную роль в диагностике плазмы.Взаимодействие поляризованного света с веществом может приводить к оптической ориентации или т. н. выстраиванию атомов, генерации мощного поляризованного излучения в лазерах и пр. Напротив, исследование деполяризации света при фотолюминесценции даёт сведения о взаимодействии поглощающих и излучающих центров в частицах вещества, при рассеянии света - ценные данные о структуре и свойствах рассеивающих молекул или иных частиц, в др. случаях - о протекании фазовых переходов и т.д. П. с. широко используется в технике, например при необходимости плавной регулировки интенсивности светового пучка (см. Малюса закон ) ,для усиления контраста и устранения световых бликов в фотографии,при создании светофильтров,модуляторов излучения (см. Модуляция света ) ,служащих одними из основных элементов систем оптической локации и оптической связи,для изучения протекания химических реакций, строения молекул, определения концентраций растворов (см. Поляриметрия, Сахариметрия) и мн. др. П. с. играет заметную роль в живой природе. Многие живые существа способны чувствовать П. с., а некоторые насекомые (пчёлы, муравьи) ориентируются в пространстве по поляризованному (в результате рассеяния в атмосфере) свечению голубого неба. При определённых условиях к П. с. становится чувствительным и человеческий глаз (т. н. явление Хайдингера).

  Лит.:Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Шерклифф У., Поляризованный свет, пер. с англ., М., 1965; Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Феофилов П. П., Поляризованная люминесценция атомов, молекул и кристаллов, М., 1959; Ахиезер А. И., Берестецкий В. Б., Квантовая электродинамика, 3 изд., М., 1969.

  В. С. Запасский.

Рис. 2. Примеры различных поляризаций светового луча (траекторий конца электрического вектора Е в какой-либо одной точке луча) при различных разностях фаз между взаимно перпендикулярными компонентами Е _хи Е _у. Плоскость рисунков перпендикулярна направлению распространения света: а и д - линейные поляризации; в - правая круговая поляризация; б, г и е - эллиптические поляризации различной ориентации. Приведённые рисунки соответствуют положительным разностям фаз d (опережению вертикальных колебаний по сравнению с горизонтальными). l - длина волны света.

Рис. 5а. Интерференционные картины хроматической поляризации в сходящихся лучах при условии, что оптические оси анализатора и поляризатора скрещены (N ₁^N ₂, см. рис. 4). Cрез кристаллической пластинки К перпендикулярен её оптической оси. Если падающий на анализатор свет - белый, картины приобретают сложную характерную окраску.

Рис. 5б. Интерференционные картины хроматической поляризации в сходящихся лучах при условии, что оптические оси анализатора и поляризатора скрещены (N ₁^N ₂, см. рис. 4). Срез параллелен оптической оси. Если падающий на анализатор свет - белый, картины приобретают сложную характерную окраску.

Рис. 4. Схема для наблюдения хроматической поляризации в сходящихся лучах. N ₁- поляризатор, N ₂- анализатор; К - пластинка толщиной l, вырезанная из одноосного двулучепреломляющего кристалла параллельно его оптической оси; L ₁, L ₂- линзы. Лучи разного наклона проходят в К разные пути, приобретая разности хода (различные для обыкновенного и необыкновенного лучей). По выходе из анализатора они интерферируют, давая характерные интерференционные картины, показанные на рис. 5.

Рис. 3. Схема наблюдения интерференции поляризованных лучей (хроматической поляризации) в параллельном световом потоке. Поляризатор N ₁пропускает лишь одну линейно поляризованную (в направлении N ₁N ₁) составляющую исходного пучка. В пластинке К, вырезанной из двулучепреломляющего одноосного кристалла параллельно его оптической оси ОО и установленной перпендикулярно пучку, плоскополяризованный луч разделяется на составляющую А _ес колебаниями электрического вектора, параллельными ОО (необыкновенный луч), и составляющую А _о, колебания электрического вектора которой перпендикулярны ОО (обыкновенный луч). Показатели преломления материала пластинки К для этих двух лучей (n _eи n _o) различны, а следовательно, различны скорости их распространения в К, вследствие чего эти лучи, распространяясь по одному направлению, приобретают разность хода. Разность фаз их колебаний при выходе из К равна d = ( ¹/ _l) Ч2 pl(n _о- n _e), где l - толщина К, l - длина волны падающего света. Анализатор N ₂пропускает из каждого луча только его слагающую с колебаниями, лежащими в плоскости его главного сечения N ₂N ₂. Если N ₁^N ₂(оптические оси анализатора и поляризатора скрещены), амплитуды слагающих А ₁и А ₂равны, а разность их фаз D = d + p. Они когерентны и интерферируют между собой. В зависимости от величины D на каком-либо участке пластинки К наблюдатель увидит этот участок тёмным [D = (2k+ 1) p, k - целое число] или светлым (D = 2kp) в монохроматическом свете и окрашенным - в белом свете.

Рис. 1. Колебания проекций электрического вектора Е световой волны на взаимно перпендикулярные оси х и у (z - направление распространения волны, перпендикулярное как х, так и у), б и в - моментальные изображения колебаний и соответствующей огибающей концов полного вектора Е в разных точках волны для случая, когда вертикальные (по оси х) колебания на четверть периода (90° ) опережают горизонтальные (по оси у). В каждой одной точке конец Е в этом случае описывает окружность. Стрелки на в нанесены лишь для того, чтобы яснее показать вид правого винта. Винтовая поверхность отнюдь не вращается вокруг z при прохождении волны. Напротив, следует представлять, что вся винтовая поверхность как целое, не вращаясь, переносится вдоль z со скоростью волны.

Поляризация частиц

Поляриза'ция части'ц, характеристика состояния частиц, связанная с наличием у них собственного момента количества движения - спина.Понятие П. ч. близко к понятию поляризации света.Последнее означает, в частности, что плоские световые волны с определёнными частотой, направлением распространения и интенсивностью могут отличаться расположением векторов напряжённостей электрического и магнитного полей в пространстве, т. е. поляризацией. Это свойство сохраняется и при квантовом описании света: фотон может обладать поляризацией.

  Частица с ненулевой массой покоя (электрон, ядро и др.) и спином J(в единицах постоянной Планка ) имеет 2 J+ 1 квантовых состояний, отвечающих различным ориентациям спина (различным значениям проекции спина на некоторое направление). Состояние частицы представляет собой суперпозицию этих состояний. Если коэффициент суперпозиции полностью определены («чистое» квантовое состояние), то говорят, что частица полностью поляризована. Если коэффициент суперпозиции определены не полностью, а заданы только некоторыми статистическими характеристиками («смешанное» состояние), то говорят о частичной поляризации. В частности, частица может быть полностью неполяризованной; это означает, что её свойства одинаковы по всем направлениям, как у бесспиновой частицы (с J= 0). В общем случае П. ч. определяет степень симметрии (или асимметрии) частиц в пространстве. Частицу называют поляризованной (в узком смысле слова), если характеристика её симметрии включает винтовую ось (как у вращающегося твёрдого тела или у циркулярно поляризованного света). Если такой оси нет, но нет и сферической симметрии, то П. ч. называют выстроенностью (пример - линейно поляризованный свет). П. ч. определяется в общем случае числом параметров, равным (2 J+ 1) ² -1.

  Частица с нулевой массой, например фотон, обладает только двумя состояниями, определяемыми её спином, а её поляризация определяется в общем случае тремя параметрами. Нейтрино с нулевой массой обладают особым свойством - они всегда полностью поляризованы в форме правой или левой циркулярной поляризации (см. Нейтрино ) .

  В. Б. Берестецкий.

Поляризация электрохимическая

Поляриза'ция электрохими'ческая, отклонение электродного потенциалаЕот стационарного потенциала Е _ст ,который электрод приобретает в отсутствие внешнего тока. П. э. измеряется в вольтах (милливольтах). Если отклонение отрицательно (вызвано подводом электронов, которые должны расходоваться в реакциях, идущих в катодном направлении), то П. э. называют катодной; при противоположном направлении тока - анодной. Графики функциональной связи между П. э. и плотностью тока iназывают соответственно катодными и анодными поляризационными кривыми и широко используют при описании и исследовании электрохимических и коррозионных процессов.

  В общем случае связь между iи П. э. криволинейна, однако в интервале отклонений ± 10-15 мвот Е _стона, как правило, прямолинейна. Угловой коэффициент этого участка (т. е. отношение приращения П. э. к приращению i) имеет размерность сопротивления единицы поверхности ( омЧ см ²) и называется поляризационным сопротивлением электрода R _п .Электроды с большим R _п называются сильнополяризуемыми, т.к. уже при очень малых iих потенциалы сильно отклоняются от Е _ст .Электроды с малым R _п -слабополяризуемые. Существует обратная пропорциональность между R _п и интенсивностью того обмена электрическими зарядами, который происходит между электродом и электролитом при Е _ст .На коррелирующем электроде эта интенсивность обычно совпадает с плотностью коррозионного тока, и потому измерение R _п иногда используют для определения скорости электрохимической коррозии.Если на электроде возможна лишь одна электродная реакция, то Е _стсовпадает с равновесным потенциалом Е _рэтой реакции, П. э. - с её перенапряжением,a R _п оказывается обратно пропорциональным равновесному току обмена.

  Термином «концентрационная поляризация» обозначают те изменения Е,которые связаны с замедленным переносом исходных или конечных компонентов протекающей на электроде реакции. В зоне реакции концентрация первых ( с _исх) понижается, а вторых ( с _кон) - увеличивается. Это повышает тенденцию реакции протекать в обратном направлении, что и должно компенсироваться приложением дополнительной разности потенциалов. Последняя особенно резко растет, когда скорость реакции достигает предельно возможной скорости диффузионных потоков, так что либо с _исхснижается практически до 0, либо конечные продукты кристаллизуются, закрывая электродную поверхность. Эту предельную диффузионную плотность тока можно повысить, улучшив массоперенос, например, путём перемешивания. Вместо термина «концентрационная поляризация» также пользуются термином «концентрационное перенапряжение», т.к. обозначаемое им отклонение Едолжно фактически отсчитываться не от Е _ст ,а от Ерсоответствующей индивидуальной реакции.

  Явления П. э. могут быть и вредны, и полезны. Например, при электролизе они повышают расход электроэнергии, а при работе гальванического элемента понижают отдачу электроэнергии; зато при коррозии могут вести к торможению нежелательных процессов. См. также ст. Пассивирование.

  Лит.:Кинетика электродных процессов, М., 1952 (авт. колл. под рук. А. Н. Фрумкина); Скорчеллетти В. В., Теоретическая электрохимия, Л., 1959; Феттер К., Электрохимическая кинетика, пер. с нем., М., 1967; Антропов Л. И., Теоретическая электрохимия, 2 изд., М., 1969.

  В. М. Новаковский.

Поляризованные нейтроны

Поляризо'ванные нейтро'ны, совокупность нейтронов, спины которых имеют преимущественную ориентацию по отношению к какому-либо выделенному направлению в пространстве, обычно направлению магнитного поля. Т. к. нейтрон обладает спином ¹/ ₂, то в магнитном поле Нвозможны 2 ориентации его спина: параллельно или антипараллельно Н.Нейтронный пучок поляризован, если он содержит разное количество Nнейтронов со спинами, ориентированными вдоль (N ₊) и против поля (N _-). Степень поляризации характеризуют величиной

P= ( N ₊- N _-) /( N ₊+ N _-) .

 Впервые П. н. были получены при пропускании пучка нейтронов через намагниченную до насыщения железную пластину (метод предложен Ф. Блохом в 1936 и исследован Д. Юзом с сотрудниками в 1947, США). Нейтроны, спины которых параллельны направлению намагниченности ферромагнетика, сильнее рассеиваются и выбывают из пучка. В результате пучок нейтронов, прошедший через пластину, обогащается нейтронами со спинами, антипараллельными намагниченности. Метод требует сильных намагничивающих полей. В полях H~10000 энаибольшая степень поляризации P= 0,6.

  Более эффективен дифракционный метод (разработан К. Шаллом, Е. Воланом и В. Колером, США, 1951), основанный на дифракции нейтронов от определённых плоскостей намагниченных ферромагнитных монокристаллов (см. Дифракция частиц ) ,например сплава Со - Fe. Меняя величину намагниченности и семейства отражающих плоскостей кристалла, можно изменять амплитуду когерентного магнитного рассеяния от 0 до некоторой максимальной величины. Это означает, что для ферромагнитного монокристалла можно подобрать такое брэгговское отражение и величину намагниченности, чтобы ядерная bи магнитная f _mамплитуды оказались равными. Тогда для нейтронов со спином, антипараллельным направлению намагниченности, суммарная амплитуда рассеяния равна 0, т. е. под углом Брэгга отразится пучок нейтронов со спинами, параллельными намагниченности. Дифракционный метод позволяет получить монохроматический пучок П. н. тепловых и резонансных энергий (см. Медленные нейтроны ) со степенью поляризации до 0,99.

  Часто для получения П. н. пользуются методом отражения нейтронов от намагниченных ферромагнитных зеркал (например, из Со). При определённых условиях полное отражение испытывают нейтроны со спинами, параллельными намагниченности ферромагнетика. Метод позволяет получить интенсивные отражённые поляризованные пучки нейтронов. Поляризатором нейтронов может служить также неоднородное магнитное поле. Пучок нейтронов, проходя через такое поле, расщепляется на 2 пучка, т.к. на нейтроны с двумя разными ориентациями спинов действуют противоположно направленные силы (см. Штерна - Герлаха опыт ) .

 Одним из методов получения П. н. является рассеяние нейтронов на ориентированных ядрах.Для этого нейтроны пропускают через поляризованную ядерную мишень. Амплитуда ядерного рассеяния зависит от ориентации спина нейтрона относительно спина ядра. Максимальное рассеяние соответствует параллельности спинов нейтрона и ядра, минимальное - их антипараллельности. Особенно эффективна мишень, содержащая ориентированные протоны. Т. к. сечение рассеяния медленных нейтронов на протонах не зависит от их энергии, то удаётся получить П. н. в интервале от 10 ^-2 эвдо 10 ⁴-10 ⁵ эв. Впервые этот метод был осуществлен Ф. Л. Шапироссотрудниками в 1963. П. н. с энергией > 10 ⁶ эвобразуются при рассеянии нейтронов на ядрах за счёт спин-орбитального взаимодействия.

  П. н. имеют многочисленные применения в ядерной физике как для исследования фундаментальных свойств взаимодействия нуклонов (несохранение чётности в ядерных силах, временная инвариантность ядерных взаимодействий, динамика (b-распада нейтрона), так и при изучении структуры ядра. В физике твёрдого тела П. н. позволяют исследовать конфигурацию неспаренных электронов в магнетиках (прецизионные измерения распределения неспаренных электронов атомов и ионов в кристаллической решётке привели в ряде случаев к обнаружению отклонений распределения заряда от сферически симметричного), измерить магнитные моменты отдельных компонент в сплавах, величину и знак амплитуд магнитного рассеяния и т.д., исследовать изменения поляризации нейтронов при их рассеянии, а также поворот плоскости поляризации в некоторых кристаллах (что облегчает расшифровку сложных магнитных структур). Неупругое рассеяние П. н. расширяет возможности исследования динамических свойств решётки магнитных кристаллов. П. н. применяются также при изучении фазовых переходов ферромагнетик - парамагнетик и т.д.

  Лит.:Власов Н. А., Нейтроны, 2 изд., М., 1971; Гуревич И. И., Тарасов Л. В., физика нейтронов низших энергий, М., 1965; Абов Ю. Г., Гулько А. Д., Крупчицкий П. А., Поляризованные медленные нейтроны, М., 1966; Юз Д., Нейтронная оптика, пер. с англ., М., 1955.

  Ю. Г. Абов.

Поляризованные ядра

Поляризо'ванные я'дра,см. Ориентированные ядра.

Поляризуемость

Поляризу'емостьатомов, ионов и молекул, способность этих частиц приобретать дипольный момент р(см. Диполь ) в электрическом поле Е.Появление робусловлено смещением электрических зарядов в атомных системах под действием поля Е;такой индуцированный момент рисчезает при выключении поля (понятие П. не относят, как правило, к частицам, обладающим постоянным дипольным моментом, например к полярным молекулам).

  В относительно слабых полях зависимость рот Елинейная:

р= a Е,

где a имеет размерность объёма и является количественной мерой П. (её также называют П.). Для некоторых молекул значение П. может зависеть от направления Е(анизотропная П.). В сильных электрических полях зависимость р( Е) перестаёт быть линейной.

  В формуле (1) E- электрическое поле в месте нахождения частицы - т. н. локальное поле; для изолированной частицы (например, молекулы разреженного газа) оно совпадает с внешним полем Е _внеш ;в жидкости или кристалле к Е _внешдобавляются поля Е _внутр ,создаваемые окружающими данную частицу другими заряженными частицами.

  При включении поля момент рпоявляется не мгновенно, время установления t момента рзависит от природы частиц и окружающей среды. Статическому полю отвечает статическое значение П. В переменном, например изменяющемся по гармоническому закону, поле П. зависит от его частоты w и времени установления t. При достаточно низких w и коротких t момент рустанавливается синфазно с изменениями поля и П. совпадает со статической П. При очень высоких w или больших t момент рможет вообще не возникать (частица «не чувствует» присутствия поля, П. нет). В промежуточных случаях (особенно при w  1/t) наблюдаются явления дисперсии и поглощения.

  Различают несколько видов П. Электронная П. обусловлена смещением в поле Еэлектронных оболочек относительно атомных ядер; ионная П. (в ионных кристаллах) - смещением в противоположных направлениях разноимённых ионов из положения равновесия; атомная П. обусловлена смещением в поле Еатомов разного типа в молекуле (она связана с несимметричным распределением в молекуле электронной плотности). Температурная зависимость этих видов П. слабая: с ростом температуры П. несколько уменьшается.

  В физике твёрдых и жидких диэлектриков под П. понимают среднюю П. (поляризацию Р,рассчитанную на 1 частицу и приходящуюся на единицу поля: a = P/EN,где N -число частиц). П. полярных диэлектриков называется ориентационной. Поляризация диэлектриков при скачкообразных переходах его частиц из одного возможного состояния в другое под действием поля Еможно описывать, вводя релаксационную П. Характерной особенностью этих видов П. является их резкая зависимость от температуры.

  В литературе по физике диэлектриков иногда называют П. коэффициент пропорциональности c между Ри Е:Р = c Е,т. е. диэлектрическую восприимчивость.

  Понятие П. получило большое применение в физике диэлектриков, молекулярной физике и физической химии. Для относительно простых систем связь между П. и макроскопическими характеристиками вещества описывается, например для электронной П., Лоренц - Лоренца формулой или Клаузиуса - Моссотти формулой, ас учётом ориентационной П. - формулой Ланжевена - Дебая. С помощью этих (и подобных им) формул можно экспериментально определять П. Понятие П. применяется для объяснения и исследования ряда оптических явлений: поляризации света, рассеяния света, оптической активности, комбинационного рассеяния света, особенно в системах из многоатомных молекул (в частности, белков).

  Лит.:Сканави Г. И., физика диэлектриков (область слабых полей), М. - Л., 1949; Фрёлих Г., Теория диэлектриков, пер. с англ., М., 1960; Волькенштейн М. В., Строение и физические свойства молекул, М. - Л., 1955.

  А. А. Гусев.

Поляриметр

Поляри'метр,1) прибор для измерения угла вращения плоскости поляризации монохроматического света в оптически-активных веществах (дисперсию оптической активности измеряют спектрополяриметрами). В П., построенных по схеме полутеневых приборов ( рис. 1, 2), измерение сводится к визуальному уравниванию яркостей двух половин поля зрения прибора и последующему считыванию показаний по шкале вращений, снабженной нониусом.Эту методику, несмотря на её принципиальную простоту, отличает достаточно высокая для многих целей точность измерений, что обусловило широкое применение полутеневых П. Однако более распространены автоматические П. с фотоэлектрической регистрацией, в которых та же задача сопоставления двух интенсивностей решается поляризационной модуляцией светового потока (см. Модуляция света ) и выделением на выходе приёмника света сигнала основной частоты ( рис. 3 ). Современные автоматические П. позволяют измерять углы оптического вращения с точностью ~ 0,0002°.

  2) Прибор для определения степени поляризации рчастично поляризованного света (см. Поляризация света ) .Простейший такой П. - полутеневой поляриметр Корню, предназначенный для измерения степени линейной поляризации. Основными элементами этого П. служат призма Волластона (см. Поляризационные призмы ) и анализатор.Поворотом анализатора (шкала поворота проградуирована на значения р) уравнивают яркости полей, освещаемых пучками, которые при выходе из призмы имеют неодинаковую интенсивность. Фотоэлектрический П. в наиболее простом случае измерения степени линейной поляризации состоит из вращающегося вокруг оптической оси П. анализатора и фотоприёмника. Отношение амплитуд переменной составляющей тока приёмника к постоянной непосредственно даёт р.Поставив перед П. фазовую пластинку четверть длины волны (см. Компенсатор оптический, Поляризационные приборы) ,можно использовать его для измерения степени круговой (циркулярной) поляризации.

  П. широко и эффективно применяются в первую очередь в поляриметрии для изучения структуры и свойств веществ, а также для других научных исследований и решения технических задач. В частности, измерения степени циркулярной поляризации излучения космических объектов позволяют обнаруживать сильные магнитные поля во Вселенной.

  Лит.:Шишловский А. А., Прикладная физическая оптика, М., 1961; см. также лит. к ст. Поляризация света , Поляриметрия .

  В. С. Запасский.

Рис. 3. Схемы автоматических поляриметров с фотоэлектрической регистрацией, основанные на модуляции света по плоскости поляризации (схема б отличается от а лишь наличием магнитооптического модулятора М, поэтому её элементы не снабжены цифровыми обозначениями). 1 - источник света; 2 - конденсор; 3 - поляризатор-модулятор света по плоскости поляризации; 4 - ячейка (кювета) с измеряемым оптически-активным веществом; 5 - анализатор; 6 - фотоприёмник; 7 - усилитель; РД - реверсивный электродвигатель. Промодулированный по интенсивности (после прохождения через анализатор) свет преобразуется фотоприёмником в переменное напряжение V