Магнитооптика

Рубрика : Интересное

Магнитооптика

Марио Льоцци

Фарадей не раз задавал себе вопрос, существует ли связь между электричеством и светом, между магнетизмом и светом, и если да, то в чем она состоит. Другие физики тоже ставили перед собой эту проблему, которая соответствовала общей тенденции науки того времени, тяготевшей к унифицирующим теориям. Еще в 1812 г. Доменико Морикини (1773—1836) и в 1826 г. Гюнтер Кристи ошибочно считали, что им удалось добиться намагничивания под воздействием света. Но Фарадея убедили не опыты Морикини, который продемонстрировал их специально в 1814 г. в Риме, когда Фарадей, сопровождая Дэви, путешествовал по Италии. Большое влияние на него оказали идеи Джона Гершеля, который в отклонении магнитной стрелки под действием тока видел спиралевидную симметрию, аналогичную вращению плоскости поляризации светового луча при его прохождении через некоторые тела. Однако проведенные Фарадеем в 1834 г. и повторенные в 1838 г. опыты с целью обнаружения действия электрического поля на свет не дали желаемого результата. Оставив эти попытки электрооптических исследований, Фарадей в 1845 г. приступил к магнитооптическим опытам. После первых неудач, которые его, однако, не обескуражили, он обнаружил новое явление. Параллелепипед из тяжелого стекла был помещен между полюсами электромагнита и через него пропускался поляризованный луч света параллельно силовым линиям поля. При возбуждении электромагнита плоскость поляризации света поворачивалась.

Фарадей сообщил об этом открытии в ноябре 1845 г. в девятнадцатой серии своих «Экспериментальных исследований по электричеству», озаглавленной «Magnetization of light, and the illumination of the lines of magnetic force» («Намагничивание света и освещение магнитных силовых линий»).  Еще до появления в печати этой статьи ее заглавие было многими раскритиковано, особенно из-за выражения «освещение магнитных силовых линий». Поэтому уже в корректуре Фарадей добавил примечание, чтобы пояснить и оправдать это выражение: «Я полагаю, что в опытах, описываемых мною в настоящей статье, свет испытал на себе магнитное действие, то есть что магнитному действию подвергалось то, что является магнитным в силах материи, а последнее в свою очередь воздействовало на то, что является подлинно магнитным в силе света».

Иначе говоря, Фарадей считал, что в свете присутствует некий магнетизм. Эти слова тогда, в 1845 г., казались физикам еще более непонятными, чем то выражение, которое они должны были пояснить, ибо по теории Френеля, которая тогда глубоко укоренилась, свет не имел ничего общего с магнетизмом.

Убедившись в существовании этого явления, Фарадей приступил к изучению его свойств. Он обнаружил, что многие другие вещества, кроме тяжелого стекла, обладали тем же свойством. Однако обнаружить это явление в опытах с золотой пластинкой ему не удалось, и лишь много лет спустя, в 1884 г., Кундт установил, что металлические пленки в сильной степени обладают способностью магнитного вращения плоскости поляризации, чем можно объяснить магнитооптический эффект, открытый Керром в 1877 г.

Заменив магнит спиралью, по которой проходит ток, Фарадей наблюдал вращение плоскости поляризации света в направлении тока и сразу же понял существенное различие между естественной вращательной способностью и магнитной вращательной способностью: симметрия первой — геликоидальная, а второй — цилиндрическая. Воспользовавшись этим различием, Фарадей экспериментально доказал, что вращение плоскости поляризации зависит от природы того тела, через которое проходит луч, и что оно пропорционально толщине проходимого тела и интенсивности магнитного поля. Вращение получается наибольшим, когда направление поля параллельно направлению луча, и исчезает, когда оба направления перпендикулярны друг другу. Таким образом, закон, называемый сейчас «законом Верде», открыт Фарадеем. Верде подтвердил эти закономерности своими многочисленными и разнообразными экспериментами, которые привели его в 1863 г. к выводу о приблизительной пропорциональности магнитного вращения плоскости поляризации квадрату длины волны. В своем «Трактате» 1873 г. Максвелл попытался создать теорию этого явления.

Фарадей заметил, что вращение плоскости поляризации запаздывает по отношению к изменениям интенсивности поля. Это явление в 1870 г. вновь подверг анализу Эмилио Виллари (1836—1904) при помощи очень простого по идее прибора. Он подтвердил наблюдение Фарадея и проделал первые   количественные исследования  этого явления.

Составила Савельева Ф.Н., к.т.н.


Хотите получать материалы на e-mail?