3.Дисперсия света. Опыт Ньютона.

Явление дисперсии можно наблюдать, если пропустить белый свет через призму. При этом белый свет разлагается на составляющие и на экране наблюдается дисперсионный спектр, состоящий из непрерывно переходящих один в другой спектральных цветов. Впервые исследования такого типа были проделаны Ньютоном в 1672г. Он выделил семь основных цветов. Смена цвета происходит непрерывно и содержит множество полутонов. Разделение спектра на цвета является условным. Каждому цвету соответствует определенный диапазон длин волн. Опыт показал, что больше всего преломляются фиолетовые лучи и меньше всего – красные (рис. 10).

Нормальная дисперсия

.

Т.к. – различные, следовательно,п – различные,п=f().

_кр≈710^-7м,_ф≈410^-7м.

Дисперсией светаназывается зависимость фазовой скорости распространения волны или показателя преломления среды от длины волны (или частоты)

- дисперсия света.

Дисперсией веществаназывается величина, определяющая скорость изменения показателя преломления с изменением длины волны.

.

Дисперсия называется нормальной, если волны большей длины распространяются с большей фазовой скоростью.

_кр >_ф,_кр>_ф,

.

Для большинства прозрачных веществ в видимой части спектра наблюдается нормальная дисперсия, т.е. с увеличением длины волны показатель преломления убывает, .

В1862г. Леру обнаружил аномальную зависимостьпот– возрастаниепс увеличением, т.е.. Он установил, что при прохождении света через полую призму, наполненную парами йода, синие лучи преломляются меньше, чем красные (рис. 11). Такое явление Леру называланомальной дисперсией.

.

Дисперсия называется аномальной, если волны большей длины распространяются с меньшей фазовой скоростью.

4.Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера и Малюса.

Световая волна, излучаемая естественным источником света, является результатом сложения множества электромагнитных волн, испускаемых отдельными атомами данного источника. И направление колебания светового вектораволны, излучаемой каждым атомом, различно и ориентировано случайным образом. Поэтому в результирующей волне векторколеблется с одинаковой вероятностью во всех направлениях, перпендикулярных лучу, характеризующему направление распространения света.

Т.о., естественный светпредставляет собой электромагнитную волну, в которой колебания светового вектора происходят во всех возможных направлениях перпендикулярно световому лучу (рис.12).

Свет, в котором направление колебаний вектора упорядочены каким - либо образом, называетсяполяризованным.

Поляризацией светаназывается выделение из пучка естественного света лучей, поляризованных определенным образом.

Различают три вида поляризации, она бывает:

а) линейная (плоская);

б) круговая;

в) эллиптическая.

Поляризация возможна только у поперечных волн. Если колебания светового вектора осуществляется только в одной плоскости, свет называется плоско - поляризованным (рис.13).

Плоскость, в которой происходят колебания светового вектора, называется плоскостью поляризации. Свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями других направлений, называется частично поляризованным. Примером может служить эллиптически поляризованный свет, световой вектор результирующего колебания в этом случае изменяется со временем так, что конец его описывает эллипс.

Поляризация света наблюдается при отражении и преломлении естественного света, а также при прохождении его через анизотропные среды.

При падении естественного света на границу раздела двух диэлектриков (воздух – стекло) имеет место преломление и отражение света. Исследования показывают что преломленный и отраженный лучи являются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания , перпендикулярные плоскости падения (рис. 14).

Впреломленном луче преобладают колебания, параллельные плоскости падения.

Оказалось, что степень поляризации зависит от угла падения и при удовлетворении условия

,

где –показатель преломления второй среды относительно первой;

–угол Брюстера,

отраженный луч полностью поляризован в плоскости падения; поляризация преломленного луча является частичной.

Закон Брюстера: луч отраженный будет полностью поляризован, если тангенс угла падения равен относительному показателю преломления среды, от границы которой происходит отражение.

Для получения плоскополяризованного света используют особые устройства, которые получили название поляризаторов. эти устройства свободно пропускают только колебания вектора, параллельные плоскости, называемойглавной плоскостью поляризатора(плоскостью пропускания). В основе действия поляризаторов лежит свойство кристаллов разделять луч естественного света на два плоскополяризованных луча одинаковой интенсивности (двойное лучепреломление) и полностью поглощать один из них.

Для анализа степени поляризации света служат устройства, называемые анализаторами, ничем конструктивно не отличающиеся от поляризаторов.

Если на пути естественного света интенсивностью поставить поляризатори анализатор, то интенсивность поляризованного света, прошедшего через анализатор, будет зависеть от взаимного расположения плоскостей пропускания поляризатора и анализатора (рис. 15).

Если на анализатор падает плоскополяризованный свет амплитудыи интенсивноститак, что угол между плоскостью колебаний падающегосвета и плоскостью пропускания анализатора равен, то сквозь анализатор пройдет составляющая колебания с амплитудой(рис. 16). Т.к. интенсивность волны прямо пропорциональна квадрату амплитуды, то. Это соотношение было экспериментально установлено французским физикомэ.л.Малюсом и носит названиезакона Малюса:

интенсивность света, прошедшего анализатор, равна произведению интенсивности падающего на анализатор поляризованного светаи квадрата косинуса угламежду плоскостями пропускания поляризатора и анализатора.

Практическое использование поляризованного света.

1. Вращение плоскости поляризации. Некоторые вещества, называемые оптически активными, способны поворачивать плоскость поляризации распространяющегося через них плоскополяризованного света. Угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути светового луча и концентрации раствора оптически активного вещества (водный раствор сахара, винной кислоты). Это используется для определения концентрации оптически активных веществ.

2. эффект Керра – оптическая анизотропия жидкого диэлектрика (нитробензола) под действием внешнего эл. поля.

Ячейка Керра используется в качестве практически безинерционного затвора для световых лучей при сверхскоростных съемках

(время ~10^-10 с). Анализатор, скрещенный с поляризатором, пропускает свет только при включении внешнего поля.