- •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
Искусственная оптическая анизотропия
Двойное лучепреломление имеет место в естественных анизотропных средах. Существуют различные способы получения искусственной оптической анизотропии, т.е. сообщения оптической анизотропии естественно изотропным веществам.
Оптически изотропные вещества становятся оптически анизотропными под действием: 1) одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической системы, стекла и др.); 2) электрического поля — эффект Керра5 (жидкости, аморфные тела, газы); 3) магнитного поля — эффект Коттона-Мутона (жидкости, стекла, коллоиды).
Мерой возникающей оптической анизотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси:
— (в случае механических деформациях тел);
— (в случае электрического поля);
— (в случае магнитного поля),
где k1, k2, k3 — постоянные, зависящие от температуры, длины волны света и природы вещества; Е и Н — соответственно напряженность электрического и магнитного полей; — нормальное напряжение (сила, приходящаяся на единицу площади).
Еще в начале прошлого столетия Т. Зеебек и Д. Брюстер обнаружили, что оптически изотропное твердое тело под влиянием механической деформации становится оптически анизотропным. Это свойство легло в основу метода исследования напряжений на моделях.
Обычное стекло аморфно и изотропно. Если подвергнуть стекло одностороннему напряжению (рис. 18), то в направлении действия сил F стекло С сожмется, а в перпендикулярном — расширится. Разность показателей преломления (n0 — ne) обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси, пропорциональна нормальному напряжению . Благодаря такой анизотропии деформации стекло станет оптически анизотропным и в деформированных участках получает свойства двоякопреломляющего кристалла и будет изменять поляризацию проходящего через него света, например превращая линейно поляризованный луч в поляризованный по кругу или по эллипсу.
Если стекло не деформированно, то при скрещенных поляризаторе П и анализаторе А на экране Э будет полная темнота. При деформации стекла лучи, идущие от поляризатора, проходя деформированные участки, изменят свою поляризацию и не будут полностью гаситься анализатором. На экране Э появятся в соответствующих местах цветные полосы, интенсивность и окраска которых характеризуют степень деформированности отдельных участков. Каждая полоса соответствует одинаково деформированным местам пластинки. Следовательно, по характеру расположения полос можно судить о распределении напряжений внутри пластинки.
Т аким образом, искусственная анизотропия под действием механических воздействий позволяет исследовать напряжения, возникающие в прозрачных телах, например, остаточных деформаций в стекле при закалке. Так как применяемые обычно в технике материалы (металлы) непрозрачны, то исследование напряжений производят на прозрачных моделях. Модель подвергается действию нагрузок, пропорциональными тем, какие будет испытывать изделие в реальных условиях. Возникающие в модели деформации делают соответствующие участки анизотропными. Просвечивая модель поляризованным светом, например по схеме, изображенной на рис. 4-9, можно определить деформации и напряжения в модели, а затем делают соответствующий пересчет на проектируемую реальную конструкцию.
Оптическую анизотропию диэлектрика можно создать, воздействуя на него не только механически, но и наложением электрических и магнитных полей. Магнитное поле дает весьма слабый эффект; поэтому подробнее остановимся на действии электрического поля, на так называемом эффекте Керра.
В 1875 г. Дж. Керр обнаружил, что жидкий или твердый изотропный диэлектрик, помещенный в сильное однородное электрическое поле, становится оптически анизотропным. В 1930г. эффект Керра был обнаружен также и в газах. Поляризуемость (ориентационная способность молекулярных диполей) в направлении параллельном оптической оси кристалла становится несколько отличной от поляризуемости в перпендикулярном направлении. В оптическом отношении такой диэлектрик ведет себя как одноосный кристалл (дает двойное лучепреломление) независимо от того, является он твердым, жидким или газообразным. Появление двойного лучепреломления объясняется ориентацией молекул в электрическом поле и созданием структуры, подобную кристаллической: молекулы поворачиваются по полю так же, как стрелка компаса в магнитном поле Земли. Чем большей анизотропией обладают молекулы, тем сильнее эффект.
Схема наблюдения эффекта Керра изображена на рис. 19. Между скрещенными николями П и А помещают ячейку Керра С - сосуд с любой непроводящей жидкостью. К металлическим пластинам (обкладки плоского конденсатора), погруженными в жидкость, прикладывается большая разность потенциалов под действием которой жидкость становится двупреломляющей.
Э то явление практически безынерционно, т. е. переход вещества из изотропного состояния в анизотропное при включении поля (и обратно) примерно 10-9 с. Поэтому ячейка Керра – это идеальный световой затвор и применяется в быстропротекающих процессах (звукозапись, воспроизводство звука, скоростная фото- и киносъемка, измерение скорости распространения света в лабораторных условиях и т.д.), в оптической локации, в оптической телефонии. На применении ячейки Керра была основана первая советская система звукового кино П. Г. Тагера («тагефон»). Напряжение на ячейке Керра модулировалось со звуковой частотой.