- •Часть II
- •Эдс индукции
- •Взаимная индукция
- •Трансформатор
- •Явление самоиндукции
- •Лекция 2. (2 часа) Уравнения Максвелла
- •Теорема Гаусса для электрического поля
- •Теорема Гаусса для магнитного поля
- •Циркуляция вектора электрического поля
- •Циркуляция вектора магнитного поля
- •Ток смещения
- •Пружинный маятник (рис. 3)
- •Физический маятник (рис. 4)
- •Математический маятник (рис. 5)
- •Гармонический осциллятор при наличии сил сопротивления
- •Лекция 4.( 2часа) Вынужденные механические колебания. Упругие волны
- •Упругие волны
- •Уравнение бегущей волны
- •Принцип суперпозиции. Интерференция волн
- •1) Если колебания происходят в одинаковой фазе, т.Е. ( , (5)
- •Стоячие волны
- •Эффект Доплера
- •Затухающие электрические колебания
- •Лекция 6. (2 часа) Вынужденные электромагнитные колебания. Электромагнитные волны
- •Вынужденные электрические колебания
- •Резонансные явления в колебательном контуре. Резонанс напряжений и резонанс токов.
- •Электромагнитные волны.
- •Характеристики электромагнитной волны
- •Энергия, поток энергии электромагнитной волны
- •Лекция 7. (2 часа) Интерференция света
- •Когерентность и монохроматичность световых волн
- •Некоторые методы наблюдения интерференции света
- •Применение интерференции света
- •Лекция 8. ( 2 часа) Дифракция света
- •Принцип Гюйгенса — Френеля
- •Метод зон Френеля
- •Дифракция Френеля на круглом отверстии
- •Дифракция Френеля на диске
- •Дифракция Фраунгофера на одной щели
- •Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке
- •Дифракция на пространственной решетке
- •Лекция 9. (2 часа)
- •Дисперсия и поглощение света в веществе.
- •Поглощение света
- •Естественный и поляризованный свет
- •Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков
- •Двойное лучепреломление. Призма Николя
- •Искусственная оптическая анизотропия
- •Вращение плоскости поляризации
- •Лекция 10. (2 часа) Тепловое излучение
- •Понятие о равновесном тепловом излучении
- •Характеристики теплового излучения
- •Закон Кирхгофа
- •Законы излучения абсолютно черного тела
- •Квантовый характер излучения
- •Лекция 11. (2 часа) Фотоэлектрический эффект
- •Внешний фотоэффект
- •Внутренний фотоэффект
- •Вентильный фотоэффект
- •Корпускулярно-волновой дуализм
- •Лекция 12. (2 часа) Теория атома водорода по Бору
- •Закономерности линейчатых спектров водорода
- •Модель атома Томсона
- •Опыты Резерфорда
- •Планетарная модель атома Резерфорда
- •Постулаты Бора
- •Опыты Франка и Герца
- •Лекция 13. (2 часа) Элементы квантовой механики
- •Гипотеза Луи-де-Бройля
- •Корпускулярно-волновые свойства частиц
- •Соотношение неопределенностей
- •Электрон в электронно-лучевой трубке и в атоме
- •Длина волны де-Бройля покоящихся тел
- •Физический смысл волновой функции
- •Волновая функция заряженной частицы
- •Операторы импульса и энергии
- •Уравнение Шредингера
- •Лекция 14. (2 часа) Оптические квантовые генераторы
- •Спонтанные и вынужденные переходы, их вероятность
- •Инверсная населенность уровней
- •Лекция 15. (2 часа) Элементы зонной теории твердых тел
- •Лекция 16. (2 часа) Радиоактивность
- •Радиоактивность
- •Методы регистрации радиоактивного излучения
- •Правила радиоактивного смещения
- •Изотопы, изобары, изотоны, изомеры
- •Закон радиоактивного распада, активность
- •Атомное ядро
- •Ядерные силы
- •Современные представления о природе электромагнитных и ядерных сил
- •Туннельный эффект
- •Понятие об устойчивости ядра
- •Ядерные реакции и элементарные частицы
- •Ядерные реакции
- •Реакции с медленными частицами
- •Реакции с быстрыми нейтронами
- •Деление тяжелых ядер
- •Ядерное оружие и ядерная энергетика
- •Термоядерные реакции
- •Водородная бомба
- •Управляемые термоядерные реакции
- •Элементарные частицы Виды взаимодействий элементарных частиц
- •Систематика элементарных частиц
- •Частицы и античастицы
- •Законы сохранения
Естественный и поляризованный свет
Свет, излучаемый отдельным атомом – это электромагнитная волна, т. е. совокупность двух поперечных взаимно перпен-дикулярных волн — электрической (образованной колебанием вектора напряженности электрического поля ) и магнитной (образованной колебанием вектора напряженности магнитного поля ), идущих вдоль общей прямой , называемой световым лучом (рис. 10).
С вет, у которого колебания вектора - напряженности электрического поля каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным. Вектор напряженности магнитного поля колеблется в другой (перпендикулярной) плоскости (названной плоскостью поляризации света).
Опыт и теория показывают, что физиологическое, химическое и другие виды воздействия света на вещество обусловлены главным образом электрическими колебаниями1. Поэтому, а также для упрощения рисунков, изображающих световую волну, мы будем в дальнейшем говорить только об электрических колебаниях, а плоскость, в которой они совершаются, называть плоскостью световых колебаний, или плоскостью колебаний.
Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов, которые излучают независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая всем телом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора (рис. 11,а; луч перпендикулярен плоскости рисунка). Равномерное распределение векторов объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитуд векторов - одинаковой интенсивностью излучения каждого из атомов. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора (и вектора ) называется естественным.
Если в результате внешних воздействий появляется преобладающее направление колебаний вектора , то свет называется частично поляризованным (рис. 11, б). Свет, в котором вектор колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу (рис. 11, в), называется плоскополяризованным (линейно поляризованным).
П лоскополяризованный свет является предельным случаем эллиптически поляризованного света — света, для которого вектор (вектор ) со временем описывает эллипс в плоскости, перпендикулярной лучу. Если эллипс вырождается в прямую, то имеем дело с рассмотренным выше плоскополяризованным светом, если в окружность, то имеем дело с циркулярно поляризованным (поляризованным по кругу) светом.
Степенью поляризации называется величина
(1)
где и — максимальная и минимальная интенсивности света. Для естественного света = и Р = 0, для плоскополяризованного света = 0 и Р = 1.
Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный, используя поляризаторы, пропускающие колебания определенного направления (например, пропускающие колебания, параллельные плоскости поляризатора, и полностью задерживающие колебания, перпендикулярные этой плоскости). В качестве поляризаторов используются среды, анизотропные в отношении колебаний вектора , например кристаллы турмалина. В каждом кристалле имеется направление, относительно которого атомы (или ионы) кристаллической решетки расположены симметрично. Направление в оптически анизотропном кристалле, по которому луч света распространяется, не испытывая двойного лучепреломления, называется оптической осью кристалла. У некоторых кристаллов имеется два таких направления; эти кристаллы называются двухосными. Турмалин относится к одноосным кристаллам. Подчеркнем, что оптическая ось — это не одна линия, а определенное направление в кристалле; все прямые, проведенные в кристалле параллельно этому направлению, являются оптическими осями. Кристаллы в зависимости от типа их симметрии бывают одноосные и двуосные, т. е. имеют одну или две оптические оси (к первым и относится исландский шпат).
Турмалин представляет собой двояко-преломляющий кристалл, в котором один из лучей (обыкновенный) поглощается значительно сильнее, чем другой. Поэтому из пластинки турмалина оба луча, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях, выходят с весьма различной интенсивностью, и прошедший через нее свет оказывается частично поляризованным. Если взять достаточно толстую (около 1 мм) пластинку турмалина, то в случае видимого света обыкновенный луч практически целиком поглощается и вышедший свет будет плоскополяризованным.
Различие в поглощении лучей разной поляризации влечет различие в поглощении естественного света в зависимости от направления его распространения, т.к. от этого зависит ориентация электрического вектора волны относительно кристаллографических направлений. Такое различие в поглощении, зависящее, кроме того, от длины волны, приводит к тому, что кристалл по разным направлениям оказывается различно окрашенным. Это явление носит название дихроизма. Оно было открыто Кордье (1809 г.) на минерале, названном кордиеритом. Дихроизм турмалина был обнаружен Био и Зеебеком (1816 г.).
Естественный луч, прошедший через пластинку турмалина 1, вырезанную параллельно оптической оси ОО' кристалла, полностью поляризуется и имеет электрические колебания только в главной плоскости Q (главном сечении кристалла), т.е. в плоскости, проходящей через направление луча света и оптическую ось кристалла (рис. 12).
Если естественный луч идет вдоль оптической оси, то все его электрические колебания перпендикулярны ей. В таком случае (благодаря симметричному расположению частиц кристалла относительно оптической оси) все электрические колебания совершаются в одинаковых условиях и все они проходят через кристалл. Поэтому е стественный луч, идущий вдоль оптической оси, не поляризуется.
Если за пластинкой 1 помещена вторая пластинка турмалина 2, ориентированная так, что ее оптическая ось перпендикулярна оптической оси пластинки 1, то через вторую пластинку луч не пройдет, т.к. его электрические колебания перпендикулярны главной плоскости Q пластинки 2. Если же оптически оси пластинок 1 и 2 составляют угол , отличный от 900, то свет проходит через пластинку 2. Амплитуда световых колебаний, прошедших через пластинку 2, будет меньше амплитуды световых колебаний, падающих на эту пластинку (рис. 13):
.
Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды световых колебаний, поэтому
, (2)
где I1 — интенсивность света, падающего на пластинку 2,
I — интенсивность света, прошедшего через эту пластинку.
Соотношение (4-2) называется законом Малюса2.
Таким образом, поворот пластинки 2 вокруг поляризованного луча приводит к изменению интенсивности света, прошедшего через эту пластинку; максимум интенсивности имеет место при = 0°, минимум (соответствующий полному гашению света) — при = 90°.
П ластинка 1, поляризующая естественный свет, называется поляризатором. Пластинка 2, служащая для анализа степени поляризации, называется анализатором. Обе пластинки совершенно одинаковы (их можно поменять местами); эти названия характеризуют лишь назначение пластинок.
При пропускании естественного света через две пластины, плоскости которых образуют угол , то из первой выйдет плоскополяризованный свет интенсивностью , из второй, согласно (4-2), интенсивностью .
Следовательно, интенсивность света, прошедшего через две пластинки,
,
Откуда
(пластинки параллельны) и
(пластинки скрещены).