Физика. 8. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление
 Скачать 112.5 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФедеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»(ФГБОУ ВО «КГЭУ») Кафедра «Физика» Реферат по дисциплине: «Физика» На тему: «8. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление.» Выполнил: Лыков К.Н. Группа: ЗАТ 3 – 21 Номер зачётной книжки: 1210618 Преподаватель: ____________ КАЗАНЬ – 2022 Содержание Введение………………………………………………………………………3 Закон Брюстера……………………….………………………………………4 Двойное лучепреломление………………………………………………..….6 Заключение…………………………………………………………………...10 Список литературы…………………………………………………………..11 Введение Свет, как и любое электромагнитное излучение, состоит из распространяющихся колебаний электрического и магнитного полей, которые ориентированы под прямым углом друг к другу. Направление электрического поля определяет направление, в котором будет двигаться электрический заряд при прохождении электромагнитной волны. Поляризацией волны как раз и называется направление электрического поля в волне. Световые волны могут иметь линейную поляризацию (в этом случае колебания электрического поля происходят в фиксированной плоскости), круговую поляризацию (электрическое поле вращается подобно стрелке часов) или эллиптическую поляризацию (электрическое поле вращается, при этом его абсолютная величина зависит от направления). Закон Брюстера описывает линейную поляризацию света при отражении луча от поверхности. Согласно этому закону, при определенном угле падения свет полностью поляризуется параллельно отражающей поверхности, и величина этого угла зависит от свойств отражающего вещества. Угол падения, при котором происходит полная поляризация отраженного и преломленного света, называется углом Брюстера, и его тангенс равен коэффициенту преломления отражающего вещества. Даже при углах падения, заметно отличающихся от угла Брюстера, свет в значительной мере поляризуется, но в этом случае и для преломленного, и для отраженного луча характерна эллиптическая поляризация. Закон Брюстера При угле падения, равном углу Брюстера іБр: 1. отраженный от границы раздела двух диэлектриков луч будет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения; 2. Степень поляризации преломленного луча достигает максимального значения меньшего единицы; 3. Преломленный луч будет поляризован частично в плоскости падения; 4. Угол между отраженным и преломленным лучами будет равен 90°; 4. Тангенс угла Брюстера равен относительному показателю преломления  - закон Брюстера.  n12 - показатель преломления второй среды относительно первой. Угол падения (отражения) - угол между падающим (отраженным) лучом и нормалью к поверхности. Плоскость падения - плоскость, проходящая через падающий луч и нормаль к поверхности. Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена многократным преломлением при условии падения света на границу раздела под углом Брюстера. Если для стекла (n = 1,53) степень поляризации преломленного луча составляет ≈15 %, то после преломления на 8-10 наложенных друг на друга стеклянных пластинках, вышедший свет будет практически полностью поляризован - стопа Столетова Поляризованный свет можно получить из естественного с помощью поляризаторов - анизотропных кристаллов, пропускающих свет только в одном направлении (исландский шпат, кварц, турмалин). Поляризатор, анализирующий в какой плоскости поляризован свет, называется анализатором.  Если на анализатор падает плоско поляризованный свет амплитудой Е0 и интенсивности I0 (  ), плоскость поляризации которого составляет угол φ с плоскостью анализатора, то падающее электромагнитное колебание можно разложить на два колебания; с амплитудами  и  , параллельное и перпендикулярное плоскости анализатора.Сквозь анализатор пройдет составляющая параллельная плоскости анализатора, то есть составляющая , а перпендикулярная составлявшая будет задержана анализатором. Тогда интенсивность прошедшего через анализатор света будет равна (  ):Различают обыкновенный и необыкновенный лучи света. Обыкновенный луч имеет вектор E0⃗ E0⃗ который направлен нормально к главной плоскости, на его скорость не влияет направление вектора, и она равняется скорости луча с направлением, коллинеарным оптической оси. Все величины, которые имеют отношение к обыкновенному лучу обозначаются индексом 0. Необыкновенный луч имеет вектор E0⃗ E0⃗, находящийся на главной плоскости, на скорость его распространения влияет направление, при чем если луч меняет направление, то меняется главная ось в разрезе эллипсоида. Все величины, которые имеют отношение к обыкновенному лучу обозначаются индексом е. Отношение скоростей отрицательных кристаллов: v0vеv0vе. Двойное лучепреломление Понятие о двойном лучепреломлении Двойное лучепреломление представляет явление раздвоения луча, проходящего сквозь кристалл. Это происходит благодаря тому, что лучи внутри кристалла могут распространяться с разной скоростью, что приводит к возникновению в процессе преломления нескольких лучей. Этот эффект открыл в 1669 году ученый Э. Бартолинус, а исследовал и объяснил Х. Гюйгенс. Частые примеры двойного преломления лучей При перпендикулярности оптической оси относительно поверхности кристалла луч будет падать вдоль оптической оси, в этом случае характер его распространение будет таким же, как в изотропной среде, то есть двойного лучепреломления не будет. Если луч будет направляться под углом к поверхности кристалла, то двойное лучепреломление будет иметь место. При этом оно будет разным для разных типов кристаллов. Для отрицательного кристалла картина будет следующей: обыкновенный луч будет преломляться больше, чем необыкновенный. В случае с положительным кристаллом картина будет противоположная: необыкновенный луч будет преломляться сильнее, чем обыкновенный. Если рассмотреть ситуацию, когда оптическая ось расположена параллельно поверхности кристалла, и луч направляется перпендикулярно поверхности кристалла, то в кристалле появятся два луча – обыкновенный и необыкновенный, но в пространстве они не будут разделяться. При выходе из кристалла они будут иметь разницу в фазах и создавать эллиптически поляризованную волну из-за суперпозиции. При подобном попадании на поверхность кристалла луча естественного света, выходящие из кристалла волны будут эллиптически поляризованными з разнообразными ориентированиями эллипсов. Если на такой кристалл свет будет направлен под углом, то на двойное лучепреломление будет влиять угол между главной плоскостью и плоскостью направления луча. Если допустить, что плоскость направления луча света расположена перпендикулярно оптической оси, и в ней расположены оба луча, то на преломление обыкновенного и необыкновенного лучей не будут влиять направления. Если же плоскость распространения лучей расположена к оптической оси под углом отличным от 900, то ситуация с двойным лучепреломлением будет намного сложнее. Обыкновенный луч в данной ситуации будет расположен в плоскости падения, а необыкновенный окажется вне ее. Чтобы увидеть детальную картину, необходимо построить пространственную модель на базе построений Гюйгенса. Поляризация в процессе двойного лучепреломления Плоско поляризованные обыкновенный и необыкновенный лучи располагаются в плоскостях, перпендикулярных между собой. То есть эффект двойного лучепреломления применяют при создании поляризации света. С этой целью лучи света разделяют в пространстве, а один из них подвергают уничтожению посредством поглощения. Если выходящий из кристалла один луч плоско поляризованный, а второй очень слабый, то этот кристалл является поляроидом. Примером хорошего поляроида есть турмалин. С толщиной всего в 1 мм, турмалиновая пластина практически полностью уничтожает обыкновенный луч. Электрический вектор необыкновенного луча в это время производит колебания вдоль оптической оси. Поляризатором является такой поляроид, который применяют при создании поляризованного света. Если его применяют для анализирования поляризованного света, то он именуется анализатором. Рассмотрим пример решения задачи из области поляризованного света. Ситуация с прохождением светового луча сквозь двоякопреломляющую призму. При этом преломление обыкновенного луча равняется n0n0=1.658, необыкновенного nеnе=1.486. Угол призмы равняется αα=15. Найти угол необыкновенного луча, выходящего из призмы. Решение: Кристаллы, поляризующие свет, в совокупности имеют название поляризационная или двоякопреломляющая призма. Поляризационной она является тогда, когда при выходе из нее остается один луч, а двоякопреломляющей – если два луча. Если обыкновенный луч направляется через границу сред с перпендикулярными друг к другу оптическими осями, то во второй среде он становится необыкновенным. Та же картина наблюдается при прохождении необыкновенного луча. Обозначим максимальный угол преломления необыкновенного луча θpre, угол преломления луча при выходе из кристалла θpre. Тогда закон преломления запишется в таком виде: sin(α−θpre)sin(θpre′)=1nesin(α−θpre)sin(θpre′)=1ne , где углом падения необыкновенного луча на границу выхода из вещества является α−θpreα−θpre .  Подставив данные получим:  . Результат решения:  .Поляризованный свет можно получить, используя отражение или преломление света от диэлектрических изотропных сред (например, от стекла). Если угол падения света на границу раздела двух диэлектриков отличен от нуля, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (на рис. 5.9 эти колебания обозначены точками), в преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения (на рис. 5.9 они изображены двусторонними стрелками). 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 (рис. 5.10). Этот угол называется углом Бpюстеpа. Угол Брюстера определяется из условия  ,где  – относительный показатель преломления двух сред. Можно показать, что при падении волны под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.Таким образом, пластинка диэлектрика сортирует лучи естественного света, отражая преимущественно лучи с одним направлением колебаний и пропуская перпендикулярные колебания. Закон Брюстера может быть использован для изготовления поляризатора. В этом случае используют не отраженный, а преломленный луч, хотя он и не полностью поляризован. Чтобы получить высокую степень поляризации преломленного луча, его пропускают через стопу стеклянных пластинок: после прохождения каждой следующей пластинки стопы степень поляризации преломленного луча увеличивается. При достаточно большом числе пластинок проходящий через эту систему свет будет практически полностью плоскополяризованным, а интенсивность прошедшего света в отсутствие поглощения будет равна половине интенсивности падающего на стопу естественного света. Основными источниками поляризованного света в окружающей нас среде являются такие яркие горизонтальные поверхности как водная гладь, мокрый асфальт, снег, лед, стеклянные поверхности. По характеру воздействия на глаз или фотоплёнку плоскополяризованный свет ничем не отличается от неполяризованного. Этот свет создает оптические помехи, приводит к ухудшению видимости при рыбной ловле, вождении автомобиля. Блики могут неожиданно возникнуть на дороге, заставая водителей врасплох, особенно на мокрой дороге весной или осенью, когда солнце находится низко над Заключение. Вы наверняка встречались с явлением поляризации в быту. В частности, в наше время солнцезащитные очки часто делают антибликовыми, а достигается это благодаря тому, что в них вставлены поляризованные линзы. В солнечную погоду свет, отраженный от блестящих поверхностей (стекла, стали, воды), оказывается поляризованным преимущественно в горизонтальной плоскости (по закону Брюстера). А линзы антибликовых солнцезащитных очков пропускают только свет, поляризованный вертикально. Благодаря этому большинство бликов, отраженных от окружающих нас предметов, гасятся и не ослепляют нас. Список литературы Д. В. Сивухин Общий курс физики. Атомная и ядерная физика. Часть 1. – М.: «Наука», 1986 г. Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц. Теоретическая физика в десяти томах. Том III. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. –М.: «Наука», 1989 г. И. В. Савельев. Курс общей физики. Том III. Оптика, атомная физика, физика атомного ядра и элементарных частиц. – М.: «Наука», 1973 г. Т. И. Трофимова. Курс физики. –М.: «Академия», 2004 г. Лекции по физике проф. С. Б. Раевского (НГТУ) В. Г. Сербо и И. Б. Хриплович. Конспект лекций по квантовой механике. Учебное пособие. – Новосибирск, НГУ, 1999 г. Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике Том 8. Квантовая механика (1). –М.: «Мир», 1966 г. Г. П. Чуйко. Квантова Механiка. Конспективний навчальний курс квантовоï механiки. –Херсон, ХДПУ, 2000 г. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ. - М.: «Прогресс», 1992. |