41. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации. Двойное лучепреломление. Поляризация при отражении и преломлении света. Закон Брюстера

Световой вектор — вектор напряженности электрического поля. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора называется естественным. Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным.

Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное!) направление колебаний вектора , то имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, называется плоскополяризованпым (линейно поляризованным). Плоскополяризованный свет является предельным случаем эллиптически поляризованного света — света, для которого вектор (вектор ) изменяется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу. Если эллипс поляризации вырождается в прямую, то имеем дело с рассмотренным выше плоскополяризованным светом, если в окружность, то имеем дело с циркулярно поляризованным (поляризованным по кругу) светом.

Все прозрачные кристаллы (кроме кристаллов кубической системы, которые оптически изотропны) обладают способностью двойного лучепреломления, т. е. раздваивания каждого падающего па них светового пучка. Если на толстый кристалл исландского шпата направить узкий пучок света, то из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу. В кристалле исландского шпата имеется единственное направление, вдоль которого двойное лучепреломление не наблюдается. Направление в оптически анизотропном кристалле, по которому луч света распространяется, не испытывая двойного лучепреломления, называется оптической осью кристалла. В данном случае речь идет именно о направлении, а не о прямой линии, проходящей через какую-то точку кристалла. Любая прямая, проходящая параллельно данному направлению, является оптической осью кристалла. Кристаллы в зависимости от типа их симметрии бывают одноосные и двухосные, т. е. имеют одну или две оптические оси (к первым и относится исландский шпат). Плоскость, проходящая через направление луча света и оптическую ось кристалла, называется главной плоскостью (или главным сечением кристалла). Неодинаковое преломление обыкновенного и необыкновенного лучей указывает на различие для них показателем! преломления.

Если естественный свет падает на разницу раздела двух диэлектриков например, воздуха и стекла), то часть его отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде. Устанавливая на пути отраженного и преломленного лучей анализатор (например, турмалин), можно убедиться в том, что отраженный и преломленный лучи частично поляризованы: при вращении анализатора вокруг лучей интенсивность света периодически усиливается и ослабевает

 Степенью поляризации называется величина

где и - соответственно максимальная и минимальная интенсивность частично поляризованного света, пропускаемого анализатором. Для естественного света и P=0, для плоскополяризованного и P=1.

Степень поляризации зависит от угла падения лучей и показателя преломления. Шотландский физик Д. Брюстер (1781 —1868) установил закон, согласно которому при угле падения (угол Брюстера), определяемого соотношением , -показатель преломления второй среды относительно первой, отраженный луч является плоско поляризованным. Преломленный же луч при угле падения поляризуется максимально, но не полностью. Если свет падает на границу раздела под углом Брюстера, то отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны

42. Свечение тел, обусловленное нагреванием, наз. тепловым излучением. Тепловое излучение, совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещ-ва и свойственно всем телам при темп-ре выше . Тепловое излучение характ-тся сплошным спектром, положение макс. Кот. зависит от темп-ы. Тепл-ое излучение является равновесным. (т.е. тело в единицу времени будет поглощать столько же энергии, сколько и излучать). Кол-ной характ-кой теплового излучения служит спектральная плотность энергетической светимости тела — мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины: где - энергия электромагнитного излучения, испускаемого за единицу времени с единицы площади поверхности тела в интервале частот от до . Единица спектральной плотности энергетической светимости джоуль на метр в квадрате (). Записанную формулу для можно представить в виде фун-ии длины волны: Зная спектральную плотность энергетической светимости, можно вычислить интегральную энергетическую светимость .Для этого следует просуммировать спектральную плотность энергетической светимости по всем частотам: . Способность тел поглощать падающее на них излучение характеризуется спектральной поглощательной способностью: .показывающей, какая доля энергии, приносимой за единицу времени на единицу площади поверхности тела пада-ющими на нее эл-магнит. волнами с частотами от до и , поглощается телом. Тело, способное поглощать полностью при любой температуре все падающее на него излучение любой частоты, наз.черным (). Наиболее совершенной моделью черного тела может служить замкнутая полость с небольшим отверстием . Закон Кирхгофа : .Универсальная функция Кирхгофа есть спектральная плотность энерг-ой светимости черного тела. Из з. Кирхгофа следует, что спект-ая плотность энергетической светимости любого тела в любой области спектра всегда меньше спектральной плотности энергетической светимости черного тела. Используя закон Кирхгофа, выражение для энергетической светимости тела можно записать в виде :. Согласно з. Стефана — Больцмана, т. е. энергетическая светимость черного тела пропорциональна 4ой степени его термодинамической температуры; — постоянная Стефана— Больцмана, ее экспер-ое значение равно . Согласно закону смещения Вина, т. е. длина волны , соотв-щая макс. значению спектр-ой плотности энергетической светимости черного тела, обратно пропорциональна сто термодинамической температуре; b — постоянная Вина. Выражение потому наз. законом смещения Вина, что оно показывает смещение положения макс. функции по мере возрастания температуры в область коротких длин волн. Закон Вина объясняет, почему при понижении температуры нагретых тел в их спектре все сильнее преобладает длинноволновое излучение (например, переход белого каления в красное при остывании металла).

Согласно выдвинутой Планком квантовой гипотезе, атомные осцилляторы излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями — квантами, причем энергия кванта пропорциональна частоте колебания: , где -постоянная Планка. Так как излучение испускается порциями, то энергия осциллятора г может принимать лишь определенные дискретные значения, кратные целому числу элементарных порций энергии : .

В данном случае среднюю энергию () осциллятора нельзя принимать равной . В приближении, что распределение осцилляторов по возможным дискретным состояниям подчиняется распределению Больцмана , средняя энергия осциллятора а спектральная плотность энергетической светимости черного тела .Т. обр., Планк вывел для универсальной функции Кирхгофа формулу , кот., как оказалось, блестяще согласуется с экспериментальными данными по распределению энергии в спектрах излучения черного тела во всем интервале частот и температур.