4. 4. Анализ плоскополяризованного света. Закон Малюса.

Глаз человека не может отличить поляризованный свет от естественного, поэтому для анализа поляризованного свет необходимо использовать поляризаторы, которые в этом случае называются анализаторами. Все ранее перечисленные поляризующие устройства можно использовать для анализа поляризации света. Анализи­ровать поляризованность света первым предложил французский физик Э. Малюс (1775-1812), установив закон изменения интен­сивности поляризованного света.

В озьмем в качестве поляризатора и анализатора дихро­ичный кристалл турмалин (рис. 4.12). Пусть естественный свет падает пер­пендикулярно оптической оси ОО' поляризатора П. Через поляризатор сво­бодно пройдут колебания светового вектора, параллельные плоскости поляризатора. Колебания светового вектора, пер­пендикулярные плоскости поляризации, полностью поглотятся кристаллом турмалина. Ранее уже говорилось о том, что любое колебание вектора Е_с можно представить как резуль­тат сложения двух взаимно перпендику­лярных векторов Е_х и Е_у (рис. 4. 2), а так как колебания вектора Е_с естественного света хаотичны и равновероятны, то ин­тенсивность света, прошедшего через поляризатор, равна половине интенсив­ности падающего естественного света:

Если плоско поляризованный свет падает на анализатор А (рис. 4.13), то через него пройдет только составляющая, параллельная главной плоскости анализатора:

Е = Е₀ cos,

где  - угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора. Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды (I ~ E²) ,то для интенсивности света I, вышедшего из анализатора получаем:

I = I₀ cos²,

где I₀ – ин­тенсивность света, падающего на анализатор. Этот закон называется законом Малюса. Если естествен­ный свет с интенсивностью I_ест проходит последовательно сквозь поляризатор и анализатор, то выходящий свет имеет ин­тенсивность

.

При  = 0 (плоскости поляризатора и анализатора параллельны) интенсивность максимальна I_max = 1/2 I_ест, при  = π/2 (плоско­сти поляризатора и анализатора взаимно перпендикулярны) ин­тенсивность минимальна I_min = 0.

Для анализа поляризованности света анализатор нужно вращать вокруг луча, если при этом можно найти такое положение, при котором свет сквозь него не проходит (интенсивность стано­вится равной нулю), то такой свет полностью поляризован; если при вращении анализатора интенсивность света не изменяется, такой свет будет естественный.

5. Тепловое излучение тел.

Электромагнитное излучение, испускаемое атомами тела за счет внутренней (тепловой) энергии излучающего тела и зависящее только от температуры и оптических свойств данного тела, называется тепловым. Этот вид излучения происходит при всех температурах и представляет для физиков особый интерес, так как это единственное излучение, которое может находиться в состоянии термодинамического равновесия с нагретыми телами.

Нагретые тела обмениваются энергией только путем испускания и поглощения лучистой энергии. В состоянии равновесия процессы испускания и поглощения энергии каждым телом в среднем компенсируют друг друга, и в пространстве между телами характеристики излучения достигают определенных значений, зависящих только от установившейся температуры тел. Это излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с телами, имеющими одинаковую температуру, называется равновесным или черным излучением. Величина энергии равновесного излучения и его спектральный состав зависят только от температуры. Если в адиабатно замкнутую полость с зеркально отражающими стенками поместить несколько тел, нагретых до различной температуры, то, как показывает опыт, такая система с течением времени приходит в состояние теплового равновесия, при котором все тела приобретают одинаковую температуру. Если через малое отверстие заглянуть внутрь полости, в которой установилось термодинамическое равновесие между излучением и нагретыми телами, то глаз не различит очертаний тел и зафиксирует лишь однородное свечение всей полости в целом.

Для установления равновесия в полости необходимо, чтобы каждое тело испускало ровно столько лучистой энергии, сколько оно и поглощает. Это одна из важнейших закономерностей теплового излучения, экспериментально установленная Прево в 1809 г.