5. Расчетная часть

Рассчитаем показатель преломления нагретого воздуха. Показатель преломления воздуха для стандартных условий (Р = 760 мм рт.ст., Т = 20°С) составляет .

Для нагретого воздуха в силу зависимости (4) и учитывая, что его плотность в соответствии с уравнением состояния газа (a=P/RT, где а -плотность газа, Т - его температура, R - универсальная газовая постоянная) обратно пропорциональна температуре, показатель преломления будет меньше. Его можно оценить, исходя из экспериментальных данных, полученных в предыдущем разделе. Для упрощения расчетов примем двухслойную модель с резкой границей между слоями (рисунок 4).

Рисунок 4 - Модель границы между слоями воздуха

Известно, что для больших углов падения преломленный пучок отсутствует и весь падающий свет отражается, т.е. наступает полное внутреннее отражение. Отсюда из соотношения:

, (5)

можно вычислить предельный угол падения, при котором наступает полное внутреннее отражение. В свою очередь из рисунка 4 следует:

.

Следовательно,

. (6)

Расчеты по формуле (6) необходимо проводить с точностью до шестого знака! Аналогичные результаты можно получить, используя выражение для показателя преломления через плотность воздуха:

, (7)

где

a₁=P/RT₁ – плотность воздуха при температуре T₁ (можно считать T₁ = 293K);

a₂=P/RT₂ – плотность нагретого воздуха T₂ (считаем Т₂ = 343К). С учетом (7) получим:

. (8)

Расчет по формуле (6) необходимо сравнить с результатом, полученным из соотношения (8).

5. Содержание отчета

   1. Цель работы, краткое теоретическое введение

   2. Описание установки и методика проведения эксперимента

   3. Экспериментальные и расчетные данные

   4. Выводы

5. Контрольные вопросы

   1. Какая среда считается неоднородной?

   2. Что называется рефракцией и чем она вызвана?

   3. К каким явлениям приводит турбулентное движение воздуха?

   4. Как связан показатель преломления воздуха с его плотностью?

   5. Какие эффекты могут возникать при распространении лазерного излучения в атмосфере?

   6. Как, зная показатель преломления у Земли, рассчитать его на некоторой высоте?

   7. Почему в атмосфере луч света, как правило, искривляется в направлении к Земле?

   8. Какие виды помех могут наблюдаться в приемных устройствах ОЭС за счет неоднородности и турбулентности атмосферы?

   9. Приведите примеры рефракционных явлений в естественных природных условиях.

5. Список источников

1. Привалов В. Е., Фотиади А. Э., Шеманин В. Г. Лазеры и экологический мониторинг атмосферы: Учебное пособие. — СПб.: Издательство «Лань», 2022. — 288 с.: ил. — (Учебники для вузов. Специальная литература).

2. Белоусов, Ю. И. Инфракрасная фотоника : учебное пособие для вузов / Ю. И. Белоусов, Е. С. Постников. — Санкт-Петербург : Лань, 2022. — 340 с. — ISBN 978-5-8114-9534-4. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/233246.