ФИЗИКА. Электромагнетизм

• Название: Электромагнетизм
• Дата: 04.05.2023
• Размер: 2.73 Mb.
• Имя файла: ФИЗИКА.docx
• Тип: Закон; #1107384
• страница: 3 из 5

Число главных максимумов, даваемое дифракционной решеткой:

(поскольку |sinφ|≤ 1).

17. Свет называется естественным или неполяризованным, если ни одно из направлений колебаний светового вектора не является преимущественным. Свет, в котором направления колебаний светового вектора преимущественны в каком-то направлении, называется поляризованным. Свет, в котором вектор E (или H) колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, называется плоско поляризованным. Это частный случай эллиптически поляризованного света – света, для которого световой вектор изменяется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу. Поляризацией света называется выделение плоско поляризованного света из естественного или частично поляризованного. Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоско поляризованной волны и направлением распространения волны, называется плоскостью поляризации.



Степенью поляризации называется величина



где Imax, и Imin — соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором. Для естественного света Imax=Imin и Р=0, для плоскополяризованного Imin =0 и Р=1.

18. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера.

Поляризованный свет можно получить, используя отражение или преломление света от диэлектрических изотропных сред. Если угол падения света на границу раздела двух диэлектриков отличен от нуля, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. Степень поляризации того и другого луча зависит от угла падения луча. У каждой пары прозрачных сред существует такой угол падения, при котором отраженный свет становится полностью плоскополяризованным, а преломленный луч остается частично поляризованным, но степень его поляризации при этом угле максимальна. Этот угол называется углом Бpюстеpа. Угол Брюстера определяется из условия: tgφ_Бр=n₂₁=n₂/n₁



19. Анизотропной называется среда, у которой физические свойства (механические, тепловые, электрические, магнитные) зависят от направления. Двойное лучепреломление наблюдается в оптически анизотропных средах, то есть средах анизотропных в отношении направления колебаний напряженности   электрического поля световой волны. К ним относятся естественные кристаллы (исландский шпат, кварц, турмалин, топаз, апатит и др.), а также искусственные, например, герапатин (сернокислый иод-хинин).

Дихроизм – свойство анизотропных сред по-разному поглощать свет, распространяющийся в разных направлениях, или свет разной поляризации. От направления распространения световой волны зависит, таким образом, не только коэффициент преломления, но и коэффициент поглощения оптических волн. Это явление обусловлено дисперсией (частотным изменением) показателя преломления, которая в анизотропной среде происходит в разных частотных диапазонах – в зависимости от направления распространения света и его поляризации. Дихроизм объясняется анизотропией поглощения света.

20. Поляризационные призмы и поляроиды

В основе работы поляризационных приспособлений, служащих для получения поляризованного света, лежит явление двойного лучепреломления. Наиболее часто для этого применяются призмы и поляроиды. Призмы делятся на два класса:

1) призмы, дающие только плоскополяризованный луч (поляризационные призмы);

2) призмы, дающие два поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях (двоякопреломляющие призмы).

Рис.6. Поляризационная (а) и двоякопреломляющая (б) призмы.

Поляризационные призмы построены по принципу полного отражения одного из лучей (например, обыкновенного) от границы раздела, в то время как другой луч с другим показателем преломления проходит через эту границу. Типичным представителем поляризационных призм является призма Николя, называемая часто николем. Призма Николя (рис.6,а) представляет собой двойную призму из исландского

шпата, склеенную вдоль линии АВ канадским бальзамом.

Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма, т. е. различного поглощения света в зависимости от ориентации электрического вектора световой волны, и называются дихроичными кристаллами.

Устройство, служащее для получения поляризованного света, называется поляризатором, а для анализа поляризованного света применяют анализатор (второй поляризатор). Интенсивность света при прохождении через систему «поляризатор – анализатор» подчиняется закону Малюса:

I_А =I_П сos²α ,

где: I_А – интенсивность поляризованного света, вышедшего из анализатора; I_П – интенсивность света, вышедшего из поляризатора (падающего на анализатор); α – угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора.

21. Некоторые вещества наз. оптически активными обладают способностью вращать плоскость поляризации . 

d– расстояние пройдённое светом в веществе, - удельное вращение численно равноеуглу поворота плоскости поляризации света слоем в-ва единичной длины, С – массовая концентрация.

Оптически активные в-ва разделяются на прово и левовращающие (если смотреть навстречу лучу и плоскость вращается по часовой стрелке- правовращающее)

Магнитооптический эффект Фарадея – вращение плоскости поляризации в оптически неактивных телах, возникающее под действием магнитного поля.

22. Явление зависимости показателя преломления вещества от длины волны называют дисперсией света   , где   - длина волны в вакууме.

Дисперсией вещества называют производную n по   .

Для всех прозрачных сред для видимого света с увеличением длины волны   показатель преломления n уменьшается:   



Такой характер зависимости n ( ) носит название нормальной дисперсии.

+Если вещество поглощает часть спектра, то в области поглощения и вблизи нее ход дисперсии обнаруживает аномалию: на некотором участке более короткие волны преломляются меньше чем длинные, т.е.   >0. Такой ход зависимости n от ₀ называется аномальной дисперсией. Среды, в которых скорость световой волны зависит от , называются диспергирующими.

Отражение света – это явление, заключающееся в том, что при падении света из первой среды на границу раздела со второй средой взаимодействие света с веществом приводит к появлению световой волны, распространяющейся от границы раздела в первую среду.Несамосветящиеся тела становятся видимыми благодаря отражению света от их поверхности. Данное явление тесно связано с явлениями преломления и поглощения света.

Интенсивность отраженного света зависит от угла падения, поляризации падающего пучка лучей, показателей преломления обеих сред и характеризуется коэффициентом отраженияR:  , гдеI_отр – интенсивность отраженного света. Коэффициент отражения всегда меньше единицы. Если неровности поверхности границы раздела малы по сравнению с длиной волны падающего света, то имеет место правильное, или зеркальное отражение света. Если же размеры неровностей соизмеримы с длиной волны или больше нее, то отражение называется диффузным. При зеркальном отражении фаза отраженного луча скачкообразно меняется. В случае нормального падения на оптически более плотную среду фаза отраженной волны сдвигается на π. Наибольшим коэффициентом отражения обладают металлы и именно этим объясняется использование металлизированных поверхностей в зеркалах.

Пропускание света – это прохождение сквозь среду оптического излучения без изменения набора частот составляющих его монохроматических излучений и их относительной интенсивности.Процесс пропускания характеризуетсякоэффициентом пропусканияТ, который зависит от размеров тела и состояния его поверхности, а также от спектрального состава, угла падения и поляризации излучения:

+ , где I_проп – интенсивность света, пропущенного веществом. Коэффициент пропускания также всегда меньше единицы. Лучше всего пропускают свет прозрачные тела. Так, коэффициент пропускания обычного стекла близок к единице.

Каждое тело, взаимодействуя со светом, имеет способность поглощать, пропускать или отражать свет тех или иных длин волн. Если тело хорошо поглощает падающий на него свет, а отражает и пропускает плохо, оно черное и непрозрачное, как, например, сажа. Белые тела наоборот хорошо отражают падающий на них свет, а поглощают плохо. Окраска всех непрозрачных тел определяется тем, какие длины волн тело лучше отражает.

23. Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта-Бэра.

Интенсивность света, распространяющегося в среде, может уменьшаться из-за поглощения и рассеяния его молекулами вещества.Поглощением света называют ослабление интенсивности све­та при прохождении через любое вещество вследствие превраще­ния световой энергии в другие виды энергии. Поглощение кванта света происходит при его неупругом столкновении с молекулой, приводящем к передаче энергии фотона веществу, и является случайным событием. Вероятность поглощения кванта света образцом вещества толщиной I оценивается величиной коэффициента поглощения 1 - Т, равного отношению интенсивностей поглощенного света I = 1₀ I к интенсивности падающего I₀: 1 – Т=(I₀ – I)/I₀. где I — интенсивность прошедшего света, Т = I/I₀ - коэффициент пропускания. В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается.

Поглощение энергии света в веществе описывается законом Бугера: I=I₀e^-kλ l. Коэф­фициент k_λ называют натуральным показателем поглощения, его величина обратна расстоянию, на котором интенсивность света ослабляется в результате поглощения в среде в е раз.

Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел. Зависимость коэффициента поглощения от длины волны света используется для изготовления светофильтров, которые в соответствии с химическим составом пропускают свет только определенных длин волн, поглощая остальные. 

Зако́н Бугера — Ламберта — Бера — физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.

Закон выражается следующей формулой: I = I₀e^snl. В это уравнение входит параметр s, который отражает способность молекул поглощать монохроматический свет используемой длины волны.

Более приняты молярные концентрации С = n/N_A, откуда п = CN_a. Преобразуем произведение sn = sCN_A = χ_λС, где χ_λ = sN_A — натуральный молярный показатель поглощения. Его физический смысл — суммарное эффективное сечение поглощения всех моле­кул одного моля вещества. Если молекулы, поглощающие кван­ты, находятся в растворителе, который не поглощает свет, то можно записать в виде I= I₀e^χλCl. Эта формула выражает закон Бугера—Ламберта—Бера. В лабо­раторной практике этот закон обычно выражают через показа­тельную функцию с основанием 10: I = I_0*10^εСl,

где ε= χ_λ /ln10 — молярный показатель поглощения. Закон Бугера—Ламберта—Бера используют для фотометрического определения концентрации окрашенных веществ. Для этого непосредственно измеряют потоки падающего и прошедшего через раствор монохроматического света (концентрационная колориметрия), однако определенный таким образом коэффициент пропускания Т (или поглощения 1 - Т) неудобен, так как он из-за вероятностного характера процесса связан с концентрацией нелинейно. Поэтому в количественном анализе обычно определяют оптическую плотность (D) раствора, представляющую десятичный логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания, D = lgl/T = lg I₀/I = εСl.

Закон Бугера—Ламберта—Бера выполняется не всегда. Он справедлив при следующих предположениях: 1) используется монохроматический свет; 2) молекулы растворенного вещества в растворе распределены равномерно; 3) при изменении концентрации характер взаимодействия между растворенными молекулами не меняется (иначе фотофизические свойства вещества, в том числе и значения вис, будут изменяться); 4) в процессе измерения не происходят химические превращения молекул под действием света; 5) интенсивность падающего света должна быть достаточно низка (чтобы концентрация невозбужденных молекул практически не уменьшалась в ходе измерения).

+Зависимости s, χ, ε или D от дли­ны волны света называют спектрами поглощения вещества. Спектры поглощения являются источниками информации о состоянии вещества и о структуре энергетических уровней атомов и молекул. Спектры поглощения используют для качественного анализа растворов окрашенных веществ.

24. Тепловое излучение. Основные характеристики теплового излучения. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа

Электромагнитное излучение, возникающее за счет внутренней энергии излучающего тела, называется тепловым излучением. Оно определяется температурой и оптическими свойствами тела.

Замкнутая полость с малым отверстием.

Полость изготовлена из любого непрозрачного материала 

и может иметь любую форму. Излучение, проникающее

через отверстие, в результате многократных отражений

внутри полости практически полностью поглощается.

Так, если коэффициент отражения стенок полости

, то уже после 10 отражений от падающего

на отверстие потока излучения остается только

+(0,5)¹⁰  0,001 часть. В этом случае можно

считать, что площадь малого отверстия обладает

свойствами абсолютно черной поверхности.

Отверстие должно быть достаточно малым, чтобы оно

не нарушало тепловое равновесие внутри полости. Рис.3. Модель АЧТ.

Если стенки полости поддерживать при некоторой температуре T, то в полости устанавливается равновесное излучение. Часть излучения будет выходить через малое отверстие.

25. 1)Закон смещения Вина: дает зависимость  , на которой поток излучения энергии черного тела достигает своего максимума, от температуры черного тела.



Т – температура;  - длина волны с максимальной интенсивностью; – коэффициент, константа Вина, в СИ равен 0,002898 .