4. Поляризация волн.

Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е (и, следовательно, Н) называется естественным.Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядо-чены, называется поляризованным. Так, если в резуль-тате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное!)направле-ние коле­баний вектора Е,то имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор Е (и, следовательно, Н) колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, называется плоскопо-ляризованным (линейно поляризованным).

Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны, называется плоско­стью поляризации.

Степенью поляризации называется величина

где I_max, и I_min — соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором. Для естественного света I_max=I_min и Р=0, для плоскополяризованного

I_min =0 и Р=1.

Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный, используя так называемые поляризаторы, пропускающие колебания только определенного направле­ния.

Степень поляризации зависит от угла падения лучей и показателя преломления.

Закон Брюстера: при угле падения i_B (угол Брюстера), определяемого соотношением

(n₂₁ — показатель преломления второй среды относительно первой), отраженный луч является плоскополяризованныv. Преломленный же луч при угле падения i_B поляризуется максимально, но не полностью.

Если свет падает на границу раздела под углом Брюстера, то отраженный и прело­мленный лучи взаимно перпендикулярны (tgi_B= sini_B/cosi_B, n₂₁=sini_B/sini₂(i₂ — угол преломления), откуда cosi_B=sini₂). Следовательно, i_B+ i₂ = /2, но i’_B= i_B (закон от­ражения), поэтому i’_B + i₂ = /2.

5. Дисперсия волн.

Дисперсией света (волн) – зависимость фазовой скорости v света в среде от его частоты. Т.к. (c-скорость света в вакууме, n –показатель преломления), то показатель преломления среды оказывается зависящим от частоты (длины волны):

Следствием дисперсии является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через призму.

Величина

называемаядисперсией вещества, показывает, как быстро изменяется показатель прело­мления с длиной волны.

Показатель преломления для прозрач­ных веществ с уменьшением длины волны увеличивается; следовательно, величина dn/d по модулю также увеличивается с уменьшением . Такая дисперсия называется нормальной.

Еслиn уменьшается с уменьшением . Такой ход зависимости nот называется аномальной дисперсией.

6. Закон Кирхгофа для теплового излучения.

Свечение тел, обусловлен­ное нагреванием, называется тепловым (температурным) излучением.

Отношение испускательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы. Оно является для всех тел универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры (законКирхгофа):

– испускательная способность тела ( ) – энергетическая светимость,

– поглощательная способность тела.

Для черного тела . Поэтому функция совпадает с излучательной способностью абсолютно чёрного тела, вследствие чего излучательная способность любого тела может быть найдена исходя лишь из его поглощательной способности.

Закон Кирхгофа описывает только тепловое излучение и может служить надежным критерием для определения природы излучения. Излучение, которое закону Кирхгофа не подчиняется, не является тепловым.

7. Закон Стефана-Больцмана. Т.е. энергетическая светимость тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры;  — постоянная Стефана — Больцмана: ее экспери­ментальное значение равно 5,6710–8 Вт/(м2 К4). Закон С.-Б. можно получить из закона Планка:

8. Закон Рэлея-Джинса. Для испускательной способности абсолютно черного тела имеет вид: K – постоянная Больцмана, с – скорость света. Как показал опыт, это выражение согласуется с экспериментальными данными только в области достаточно малых частот и больших температур. В области больших частот формула Рэлея — Джинса резко расходится с экспериментом, а также с законом смещения Вина.

9. Закон Планка. Согласно выдвинутой Планком квантовой гипотезе, атомные осцилляторы излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями — квантами, причем энергия кванта пропорциональна частоте колебания: Где - постоянная Планка(h= 6,62510–34 Джс, ). Так как излучение испускается порци­ями, то энергия осциллятора  может принимать лишь определенные дискретные значения, кратные целому числу элементарных порций энергии : В данном случае  средняя энергия осциллятора а спектральная плотность энергетической светимости черного тела Таким образом, Планк вывел для универсальной функции Кирхгофа формулу, которая блестяще согласуется с экспериментальными данными по распределению энергии в спектрах излучения черного тела во всем интервале частот и температур.

10. Закон Вина. Согласно закону смещения Вина, т. е. длина волны max, соответствующая максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости черного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температуре, b — постоянная Вина; ее экспериментальное значе­ние равно 2,910–3 мК. Данное выражение потому называют законом смещения Вина, что оно показывает смещение положения максимума 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.