3. Поляроиды .

Кроме рассмотренных выше способов поляризации света применяются также искусственные пленки - поляроиды , представляющие собой целлулоидные пленки , в которые введено большее количество мелких кристаллов иодида хинина - герапатита . Такая пленка пропускает только необыкновенные лучи и поглощает обыкновенные .

Закон Малюса

Если на пути плоскополяризованного луча поставить второй поляроид (анализатор), то вращая последний, можно погасить луч. В качестве анализатора используются те же поляризаторы (диэлектрики, николи, поляроиды).

На рис. 9. изображен поляризатор Р, из которого выходит поляризованный свет (вектор колеблется в направлении РР), и анализатор А (колебания вектора по АА).

По закону Малюса: Интенсивность света І, выходящего из анализатора, пропорциональна квадрату косинуса угла α между направлением плоскостей колебаний (вектора ) поляризатора и анализатора, т.е.

, (1)

где І₀ – интенсивность света, выходящего из поляризатора.

(поскольку поляризатор пропускает только необыкновенный луч, то половина интенсивности естественного света, І₀ , падающего на поляризатор теряется, т.е., І₀=І/2).

Закон Малюса очень легко выводится. Поскольку интенсивность волны всегда пропорциональна квадрату амплитуды колебаний, то

, (2)

где Е_Р и Е_А - амплитуды колебаний, прошедших поляризатор и анализатор. Из рис. 9 видно

, (3)

отсюда

(4)

Если направления плоскостей колебаний поляризатора и анализатора перпендикулярны α = 90^о , то говорят, что поляризатор и анализатор скрещены (установлены на гашение света – через скрещенные поляроиды свет не проходит).

Если направления плоскостей поляризатора РР и анализатора АА совпадают α = 0^о, то интенсивность проходящего света будет максимальной. Для любого другого угла α интенсивность света вычисляется по закону Малюса.

Описание установки и порядок выполнения работы .

У становка для проверки закона Малюса представляет собой штатив микроскопа 1 , на котором укреплены : осветитель 2 , поляризатор 3 , анализатор 4 , смонтированный на лимбе 5 , и фотоэлемент 7 . Лампочка осветителя на 8В питается от источника 8 , который включается тумблером 9 . Лимб 5 вместе с анализатором 4 может вращаться вокруг вертикальной оси. Лимб имеет деления от 0 до 360, и угол поворота считывается против нуля нониуса 6 .

Свет, прошедший через анализатор, регистрируется фотоэлементом 7. Фототок измеряется микроамперметром 10 . Таким образом по силе фототока можно судить об интенсивности света, прошедшего через анализатор. ( сила фототока пропорциональна интенсивности света ).

Оптическая схема установки показана на рис. 10 .

Цель работы - проверить , действительно ли интенсивность света , выходящего из анализатора , пропорциональна квадрату косинуса угла  между направлением плоскостей колебаний поляризатора и анализатора , как это утверждает закон Малюса .

Для этого :

1 . Задавшись значениями угла  от 0 до 90 через 10 и значениями (задается преподавателем ) , рассчитайте по закону Малюса

теоретическое значение для разных  .

Д анные расчетов занесите в таблицу :

№	I0	
1	Задается преподавателем
2
3
4
5
6
7
8
9
10

2 . Постройте график зависимости . Это должна быть прямая линия .

3 . Совместите на установке “ нуль ” лимба с “ нулем ” нониуса. В этом положении  = 0. Затем с помощью световой диафрагмы установите на микроамперметре заданное значение I , но при  = 0 , ) .

4 . Постройте график зависимости  от 0 до 90 и сравните его с теоретическим.

Контрольные вопросы.

1. Природа света . Естественный и поляризованный свет .

2. Поляризация света при отражении от диэлектрика . Закон Брюстера .

3. Поляризация света при двойном лучепреломлении .

4. Устройство призмы Николя .

5. Закон Малюса .

6. Описание установки и ход выполнения работы .

Литература

1. И.В.Савельев Курс общей физики, т2.- М.: «Наука» 1978, С.419-430

2. Т.И.Трофимова Курс физики, М.: «Высшая школа», 2002г., С.355-362

3. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф Курс физики, т.3. – М.: «Высшая школа», 1979г. С.142-154

Лабораторная работа № 3.8

Определение постоянной Стефана-Больцмана

при помощи оптического пирометра.

Электромагнитное излучение обусловлено колебаниями электрических зарядов, в частности зарядов, входящих в состав атомов и молекул вещества. Так, например , колебательное и вращательное движение молекул и атомов создает инфракрасное излучение , определенные перемещения электронов в атоме создают видимое и ультрафиолетовое излучение , торможение свободных электронов создает рентгеновское излучение и т.д.

Самым распространенным в природе видом излучения является тепловое излучение ; оно совершается за счет внутренней энергии вещества , и поэтому ведет к охлаждению излучающего тела .

Тепловое излучение присуще всем телам при любой температуре, отличной от нуля Кельвина . Оно имеет сплошной спектр , однако , распределение энергии в нем существенно зависит от температуры : при низких температурах тепловое излучение является преимущественно инфракрасным ( с длиной волны от 0,76 до 2000 мкм , при высокой температуре некоторую долю излучения составляют видимые световые лучи ( от 0,4 мкм до 0,76 мкм ) и невидимые ,ультрафиолетовые лучи .

Всякое тело . излучая само , вместе с тем поглощает часть энергии , излучаемой другими ( окружающими ) телами . Процесс поглощения ведет к нагреванию тела . Очевидно , что теряя энергию путем испускания и в то же время получая энергию путем поглощения , данное тело в конце концов должно прийти в состояние теплового равновесия , при котором потеря энергии за счет испускания компенсируется энергией за счет поглощения . Температура , соответствующая этому состоянию , называется температурой теплового равновесия .

Тепловое излучение - единственное , которое может находиться в равновесии ( термодинамическом ) с излучающим телом.

Характеристики теплового излучения .

Для количественной оценки процессов теплового излучения и поглощения вводят следующие характеристики .

Энергической светимостью ( излучательностью ) тела называется физическая величина ε_т , численно равная энергии электромагнитных волн всевозможных частот ( или длин волн ) от 0 до ∞ , излучаемых за единицу времени с единицы площади поверхности тела .

Она выражается в джоулях на квадратный метр в секунду .

Спектральной плотностью энергетической светимости (спектральной плотностью излучательности ) тела называется физическая величина , числено равная отношению энергии dW , излучаемой за единицу времени с единицы площади поверхности тела посредством электромагнитных волн в узком интервале частот от  до   d ( или длин волн в вакууме от  до   d ) , к ширине этого интервала .

Значения или зависят от частоты ( длины волны ) , температуры , рода вещества и состояния его поверхности .

Размерность , - джоуль на квадратный метр ,

Энергетическая светимость ( излучательность ) тела связана с ( )соотношением :

Поглощательной способностью ( монохроматическим коэффициентом поглощения ) тела называется безразмерная величина , показывающая , какая доля энергии электромагнитных волн с частотами от  до   d , падающих на поверхность тела , им поглощается:

Значение зависит от частоты , температуры , рода вещества и состояния поверхности тела .

Тело, целиком поглощающее падающее на него излучения, т.е. тело, у которого коэффициент поглощения =1, называется абсолютно черным телом .

В природе абсолютно черных тел нет , близкими к абсолютно черному телу является платиновая чернь , сажа , черный бархат и др.

Моделью абсолютно черного тела может служить замкнутая полость с небольшим отверстием ( рис. 1 ) . Свет, падающий внутрь полости через отверстие О , претерпевает многократные отражения от стенок. При этом энергия падающего света практически полностью поглощается стенками полости независимо от их материала.

Тело, которое абсолютно не поглощает излучения и полностью отражает все падающие на него лучи ( =1)называется абсолютно белым телом .

Тело , поглощательная способность которого меньше единицы , но одинакова для всех длин волн ( <1) называется серым телом .

Абсолютно белых и серых тел в природе , строго говоря , нет .