- •Кафедра фізики в.В.Соловйов, л.П.Давиденко Конспект лекцій із фізики
- •Полтава 2004
- •Тема: елементи кінематики
- •Лекція іі тема: динаміка частинок план
- •Лекція ііі тема: закони збереження. Тверде тіло план
- •Повний імпульс ізольованої (замкненої) механічної системи не змінюється при будь-яких взаємодіях у ній.
- •Трохи про консервативні системи
- •Швидкість зміни момента імпульсу відносно нерухомої точки о дорівнює результуючому моменту сил усіх зовнішніх сил.
- •Лекція IV тема: механічні коливання
- •Лекція V тема: механічні хвилі
- •Лекція vі тема : елементи механiки суцiльних середовищ
- •Лекція VII тема: макроскопічний стан
- •Лекція viiі тема: статистичний розподіл. Явища переносу
- •Лекція IX тема: основи термодинаміки
- •Лекція X тема: тверді тіла та рідини
- •Лекція XI тема: електростатика план
- •Механізм взаємодії
- •Лекція хii тема: постійний струм план
- •Можна показати, що
- •Лекція хш тема: електричне поле в діелектриках план
- •Лекція х IV тема: магнітне поле план
- •Правило свердлика
- •Лекція XV
- •Тема: електромагнітна індукція.
- •Рівняння максвелла
- •Лекція XVI оптика тема: фотометрія. Інтерференція світла
- •Лекція XVII тема: дифракція
- •Лекція XVIII тема: електромагнітні хвилі в речовині
- •Лекція XIX квантова фізика тема: теплове випромінювання
- •Лекція хх тема: квантова природа світла
- •Лекція ххi тема: будова атома. Теорія бора
- •Лекція ххii тема: елементи квантової механіки
- •Лекція ххiii
- •Лекція ххiv тема: атомне ядро
Лекція XVIII тема: електромагнітні хвилі в речовині
ПЛАН
1. Звичайне та поляризоване світло. Закони Брюстера і Малюса.
2. Подвійне променезаломлення.
3. Ефект Керра.
4. Дисперсія світла.
5. Поглинання світла. Закон Бугера Ламберта.
1.Поляризація фізична характеристика оптичного випромінювання, що описує поперечну анізотропію світлових хвиль.
Звичайне світло - світло, яке випромінюється будь-якими тілами (з точки зору поширення світла, у цьому випадку ми вважаємо, що випромінювання поширюється від великої кількості атомних систем речовини, тому напрямки коливань будуть розташовані в просторі хаотично).
Поляризоване світло це світло, у якому напрямки вектора підпорядковані.
Частково поляризоване світло таке світло, у якому з‘являються пріоритетні напрямки коливань .
Плоскополяризоване світло світло, у якому ( Н) коливаються в одній площині.
Площина, у якій відбуваються коливання Е ( і Н), площина коливань, а площина, їй перпендикулярна, площина поляризації.
Е /2
H
Яким чином перетворити звичайне світло в поляризоване ?
Найпростіший засіб одержання поляризованого світла ґрунтується на відбиванні або заломленні світла від діелектричного середовища. Ефект поляризації у цьому випадкові спостерігається в тому, що хвильовий фронт із різними напрямками коливань по-різному відбивається або заломлюється, але у кожному випадкові і відбитий, і заломлений промені будуть частково поляризовані.
n
21
пріоритет коливань
( ) площині падіння
пріоритет
коливань ║
(↔) площині
падіння
Ступінь поляризації визначається кутом падіння й описується законом Брюстера :
tg Бр = n21 ( 1)
Відбитий промінь буде максимально поляризований (повністю плоскополяризований), якщо tg = n21.
Перетворення звичайного світла в плоскополяризоване можливе за допомогою поляризаторів приладів, які пропускають коливання тільки одного пріоритетного напрямку. Із природних кристалів слід указати турмалін.
П
А S
I0
I
призма
Ніколя
Якщо обертати аналізатор відносно напрямку поширення світла, можна змінювати його інтенсивність. Кількісна залежність зміни інтенсивності описується законом Малюса:
I = I0 cos2 ( 2)
Інтенсивність світла І, яке вийшло з аналізатора дорівнюється інтенсивності світла І0, яке вийшло з поляризатора помножене на квадрат косинуса кута між оптичними осями кристалу (між площинами поляризації ).
Незв.
зв.
СаСО3
(ісландський шпат)
2. Більшість прозорих кристалів володіють властивостями подвійного променезаломлення, яке полягає в тому, що заломлений промінь поділяється після виходу із кристалу на дві складові: звичайний промінь та незвичайний.
Розділені у середовищі промені згідно з принципом ГюйгенсаФренеля створюють два види вторинних хвиль (сферичні й еліптичні). Так, сферична хвиля, поширюючись, дає напрямок звичайного променю, який поширюється у відповідно до закону: , а еліптична хвиля поширюється з його невиконанням (). Це явище має назву оптичної анізотропії.
3. Однак можна оптичні ізотропні речовини перетворити в анізотропні під дією таких трьох основних факторів:
одностороннє стискання або односторонній розтяг,
дія електричного поля ( 0),
дія магнітного поля ( 0).
У кінці IX століття шотландський фізик Керр установив, що рідкий або твердий ізотропний діелектрик стає анізотропним під дією потужного електричного поля, а межею оптичної анізотропії є різниця показників заломлення звичайного та незвичайного променів (nзв.- nнзв.).
+ П
A
S
—
Якщо = 0 - система світло не пропускає, а при Е 0, на виході маємо світло, інтенсивність якого визначається законом Керра:
n зв.- n нзв.= В 2 Е2 , (3)
Е - напруженість електричного поля,
- довжина світлової хвилі,
В - стала Керра, яка визначається фізико-хімічними властивостями речовини.
Практичне застосування ефекту Керра: ідеальний оптичний затвір застосовується у швидкопротікаючих процесах (звукозапис, швидкісна кінозйомка ).
4. Дисперсія світла це явище залежності показника заломлення n речовини від довжини хвилі, або частоти:
n = f() (4) = c/
Як наслідок цього розкладання у спектр білого світла при його проходженні через тригранну призму.
Для математичного опису вводять величину дисперсії Д.
Д=dn/d
Якщо dn/d 0 , маємо нормальну дисперсію.
n
n
dn
/d
< 0
dn/d0
λ λ
λ
λ
Але можуть бути такі зони для довжин хвиль , для яких dn/d 0. Це зони аномальної дисперсії. Фізично вони відповідають таким ділянкам на яких відбуваються активне поглинання світла речовиною. Для скла це УФ та IЧ ділянки спектра.
5. По мірі поширення світла у речовині його інтенсивність буде змінюватись внаслідок перетворення енергії світлової хвилі або в внутрішню енергію речовини, або у енергію вторинного випромінювання. Це явище поглинання світла (абсорбція). Бугер і Ламберт установили закон зміни інтенсивності світла, внаслідок його проходження через шар речовини:
І0
І
х
х
I = I0 e- x (5)
I0 та I інтенсивності світла перед та після проходження шару речовини товщиною х.
лінійний коефіцієнт поглинання, він залежить від довжини хвилі , фізико-хімічних властивостей речовини і не залежить від інтенсивності світла.