Эссе по теме Дисперсия света. эссе физика. Дисперсія світла. Абсорбація світла. Поляризація світла
 Скачать 32.5 Kb.
|
|
Міністерство освіти та науки України Харківський національний економічний університет ім. С. Кузнеця Кафедра природних технологій, екології та безпеки життєдіяльності Есе На тему: «Дисперсія світла. Абсорбація світла. Поляризація світла» З дисципліни: «Фізика та технічна механіка» Виконала: Ст.1 курсу, ф-та ЕІ Група: 6.04.186.010.19.2 Дубовик В.О. Перевірив: Кандидат фізико- математичних наук, Доцент Гоков О.М. Харків,2020 Поляризація світла – фізична характеристика оптичного випромінювання, що описує поперечну анізотропію світлових хвиль, тобто нееквівалентність різних напрямків в площині, перпендикулярній світловому променю. Світло, яке випромінюється окремим атомом чи молекулою, завжди поляризоване. Макроскопічні джерела світла містять величезну кількість атомів, що випромінюють світло. При цьому просторові орієнтації векторів і моменти актів випромінювання світла окремими частинками у більшості випадків розподілені хаотично. Таким чином, у загальному випадку напрямок в кожний момент часу є непередбачуваним. Таке випромінювання називають неполяризованим, або природнім світлом . Світло називається повністю поляризованим, коли дві взаємно перпендикулярні компоненти (проекції) вектора світлового пучка виконують коливання зі сталою у часі різницею фаз. Проекційна картина повністю поляризованого світла у загальному випадку має вигляд еліпса з правим або лівим напрямком обертання вектора у часі. Таке світло називається еліптично поляризованим. В основі роботи поляризаційних пристроїв лежить явище подвійного заломлення променів. Всі прозорі кристали (крім кристалів кубічної системи, які оптично ізотропні) здатні до подвійного заломлення променів, тобто промінь світла, що падає на поверхню кристала , роздвоюється в ньому на два заломлені промені, які в загальному випадку мають різні напрями. Якщо на кристал падає вузький пучок світла, то два просторово розділені промені, паралельні один одному і падаючому променю. І в тому випадку, коли первинний пучок падає на кристал нормально, заломлений пучок розподіляється на два, причому один з них є продовженням первинного, а другий відхиляється. Брюстер встановив закон, згідно з яким можна простежити зв'язок показників заломлення двох діелектриків з таким кутом падіння світла, при якому світло, відбите від кордону розділу діелектриків, буде повністю поляризованим в площині, перпендикулярній площині падіння. При цьому переломлених промінь частково поляризується в площині падіння, і його поляризація досягає максимального значення (але не 100%, оскільки від кордону відбивається лише частина світла, поляризованого перпендикулярно до площини падіння, а частина, що залишилася входить до складу переломленого променя). Кут падіння, при якому відбитий промінь повністю поляризується, називається кутом Брюстера. При падінні під кутом Брюстера відбитий і переломлених промені взаємно перпендикулярні. Загалом можна виділити десять видів поляризації. Вони діляться на дві основні групи: – миттєва поляризація, що відбувається в діелектрику практично миттєво й без виділення теплоти; – релаксаційна поляризація, що відбувається уповільнено в часі й супроводжується розсіюванні енергії в діелектрику. До першої групи ставляться електронна й іонна поляризація, а всі інші – до другої. Закон Малюса – фізичний закон, що виражає залежність інтенсивності лінійно-поляризованого світла після його проходження через МОЕМС-дзеркало від кута  між площинами поляризації падаючого світла і поляризатора. Це свідчить, що інтенсивність плоскополяризованого світла, в результаті проходження плоско поляризуючого фільтру, падає пропорційно квадрату косинуса кута між площинами поляризації фільтра:  , де  – інтенсивність падаючого світла;  – інтенсивність світла, що виходить з поляризатора. У релятивістської формі:  , де  та  – циклічні частоти лінійно поляризованих хвиль, падаючих на поляризатор. Згідно із законом Малюса розраховуються інтенсивності світла, що проходить у всіх поляризаційних приладах, наприклад в поляризаційних фотометрах і спектрофотометрах. Втрати на відбиття, що залежать від не враховуються законом Малюса, а визначаються додатково.Дисперсія світла. Залежність показника заломлення світла від частоти або довжини хвилі Дисперсія і поглинання...( а, також, швидкості світла) називають Дисперсією світла. Якщо вузький пучок білого світла спрямувати на одну з граней тригранної призми, то заломлюючись у призмі, пучок дає на екрані видовжене зображення щілини з яскравим райдужним чергуванням кольорів – спектр. Ньютон умовно поділив суцільний спектр на сім ділянок різних кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий. Висновки, які зробив І. Ньютон: 1. біле світло має складну структуру і складається із світла різних кольорів; 2. світло різного кольору характеризується різними показниками заломлення в даному середовищі. Найбільший показник заломлення в склі мають фіолетові промені, найменший – червоні. Різниця в показниках заломлення обумовлена різницею в швидкостях поширення хвиль. Тому, що світло різного кольору має різну швидкість поширення в даному середовищі. Знання складної структури білого світла дає можливість пояснити походження різноманітних барв у природі, кольори різних тіл. Колір непрозорого тіла визначається сумішшю променів тих кольорів, які воно відбиває. Колір прозорого тіла визначається складом того світла, яке проходить крізь нього. Якщо, наприклад, трава і листя дерев здаються нам зеленими тому, що з усіх падаючих на них сонячних променів вони відбивають лише зелені, то зелений колір скла обумовлений тим, що воно пропускає промені лише зеленого кольору, а решту поглинає. Дисперсію світла в прозорому середовищі називають Нормальною, якщо із зростанням частоти показник заломлення для розглядуваної речовини зростає (гази, вода, скло, кварц та інші у видимій області), тобто Дисперсія і поглинання і відповідно Дисперсія і поглинання>0 (або Дисперсія і поглинання...<0 ) При нормальній дисперсії абсолютне значення Дисперсія і поглинання збільшується при переході від довгих хвиль до коротких. Поглинанням (або абсорбцією) світла називається втрата енергії світлової хвилі, яка проходить через речовину, внаслідок перетворення енергії хвилі в різні види внутрішньої енергії речовини або в енергію вторинного випромінювання світла іншого напряму і спектрального складу. Поглинання світла може приводити до нагрівання, іонізації або збудження атомів і молекул речовини, до фотохімічних процесів, до деформації та ін. Крім того, поглинання може супроводитися розсіянням і індуктивним випромінюванням (лазерним). Закон Бугера (1729 рік –встановив експериментально, теоретично ввів та проаналізував Ламберт – 1760 р.), де кДисперсія і поглинання— коефіцієнт поглинання залежить лише від довжини хвилі, хімічної природи і стану речовини. Якщо вибрати товщину шару Дисперсія і поглинання..., то Дисперсія і поглинання.... Отже, коефіцієнт поглинання дорівнює оберненій величині товщини шару, на якій інтенсивність світла зменшується в е разів. Як показали досліди, при поглинанні світла молекулами газів або молекулами речовини, розчиненої в непоглинаючому розчиннику, коефіцієнт поглинання пропорційний концентрації розчину С: к=к0С, — закон Бера; де к0 – сталий коефіцієнт, що не залежить від концентрації. Фізичній зміст цього закону полягає в тому, що поглинальна здатність молекули не залежить від інших молекул. Це справедливо лише для розчинів малої концентрації і непоглинаючого розчинника Спектри випромінювання. Енергія світла, що випромінюється джерелами, між хвилями різних довжин розподілена неоднаково. Прилади, за допомогою яких досліджують спектри джерел світла, називають спектральними апаратами. Основна частина спектрального апарата звичайно — призма або дифракційна решітка. Лінійною дисперсією називається фізична величина, яка визначає довжину якоїсь ділянки спектра у фокальній площині камери, що припадає на одиницю довжини хвилі. У спектрі сонячного проміння є всі довжини хвиль, тому його називають неперервним (або суцільним) спектром. Дослід показує, що спектри твердих тіл і рідин, нагрітих до високої температури, неперервні. Високотемпературна плазма також має неперервний спектр. А спектри всіх речовин в газоподібному атомарному (але не молекулярному) стані складаються з різнокольорових ліній різної яскравості, розділених широкими темними смугами. Це так звані лінійчасті спектри. Ізольовані атоми кожного хімічного елемента випромінюють хвилі тільки певної частоти. Молекули утворюють спектри, що складаються з окремих смуг, розділених темними проміжками — смугасті спектри. Характер лінійчастого або смугастого спектрів пов'язаний з будовою атома або молекули, тому за допомогою спектрального аналізу визначають хімічний склад речовини. Спектри поглинання. Різні речовини поглинають світло неоднаково, тобто залежно від його частоти. Спектр поглинання утворюють темні лінії на фоні неперервного спектра. Невипромінюючий газ, через який пропускають біле світло, інтенсивніше поглинає світлові хвилі саме тих частот, які він випромінює в нагрітому стані. Спектральний аналіз. Одним з особливо важливих методів визначення хімічного складу речовини з високою точністю та чутливістю є Спектральний аналіз. Він дає змогу дослідити спектри випромінювання (емісійні спектри) поглинання (абсорбційні спектри). Спектральний аналіз проводять у такій послідовності. 1. Дістають спектри матеріалу, який аналізують. 2. Визначають довжини хвиль спектральних ліній і ідентифікують їх за допомогою таблиць і атласів спектрів, тобто визначають, які хімічні елементи та хімічні сполуки присутні в пробі — якісний аналіз. 3. Вимірюють інтенсивності спектральних ліній та порівнюють з градуювальним графіком — кількісний аналіз. Емісійний спектральний аналіз. Речовину за допомогою джерела світла (високотемпературний пальник, дуга або іскра) переводять у газоподібний стан. Спектр випромінювання джерела світла і проби аналізують за допомогою спектрального апарата, в якому відбувається відокремлення хвиль з різною довжиною, тобто отримують спектр випромінювання окремих атомів (лінійчастий спектр). Спектри можна розглядати візуально (в спектроскопах) або фотографувати (в спектрографах). Проводячи якісний аналіз, за положенням лінії в спектрі визначають довжину її хвилі, а за допомогою спеціальних таблиць — належність певному хімічному елементу. У кількісному аналізі — за почорнінням на фотографії спектра визначається інтенсивність спектральної лінії (яка залежить від концентрації елемента в пробі). Виміряну інтенсивність порівнюють з еталонним градуювальним графіком, який побудовано на основі залежності інтенсивності певної лінії від визначеної кількості даної речовини. Абсорбційний спектральний аналіз. Пробу, хімічний склад якої треба визначити, розташовують між джерелом світла з неперервним спектром випромінювання та спектральним апаратом і потім вивчають здобутий спектр, на якому інтенсивність певних ліній зменшилася. Спектри поглинання дістають за допомогою спектрофотометрів. Спектральний аналіз дає змогу визначити дуже невеликі кількості хімічних елементів, до Дисперсія і поглинання...% а в окремих випадках — до Дисперсія і поглинання...%. Точність спектрального аналізу залежить від складу і структури речовини, що аналізується, і може досягати (1Дисперсія і поглинання...-3)% щодо величини, яку визначають. Інфрачервона і ультрафіолетова частини спектра. Електромагнітні хвилі, довжина яких більша від 0,76 мкм називають Інфрачервоними. Енергія випромінювання електричної дуги і лампочки розжарювання максимальна в інфрачервоній частині спектра. Інфрачервоні промені не сприймаються оком (часто це проміння називають тепловим), їх виявляють за тепловою й хімічною дією, використовують для сушіння овочів, фруктів. За допомогою спеціальних оптичних приладів зображення предметів в інфрачервоних променях перетворюють у видиме, що дає змогу бачити в темряві. Електромагнітні хвилі, довжина яких менше ніж 0,38 мкм, називають Ультрафіолетовими. Це проміння має високу хімічну активність, у великих дозах руйнівно діє на сітківку ока і шкіру. Високо в горах, де ультрафіолетове проміння Сонця майже не поглинається розрідженими шарами атмосфери, потрібно захищати очі темними окулярами. Ультрафіолетове проміння вбиває бактерії. |