البصريات الهندسية. ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي

إذا n 1 >n 2 ثم >α، أي. إذا مر الضوء من وسط أكثر كثافة بصريًا إلى وسط أقل كثافة بصريًا، فإن زاوية الانكسار تكون أكبر من زاوية السقوط (الشكل 3)

زاوية الحد من الإصابة. إذا كانت α=α p,=90˚ وسينزلق الشعاع على طول السطح البيني للهواء والماء.

إذا كان α’>α p، فلن يمر الضوء إلى الوسط الشفاف الثاني، لأن سوف تنعكس تماما. وتسمى هذه الظاهرة انعكاس كامل للضوء. تسمى زاوية السقوط αn، التي ينزلق عندها الشعاع المنكسر على طول السطح البيني بين الوسائط، بزاوية الحد من الانعكاس الكلي.

ويمكن ملاحظة الانعكاس الكلي في المنشور الزجاجي المستطيل متساوي الساقين (الشكل 4)، والذي يستخدم على نطاق واسع في المناظير، والمناظير، وأجهزة قياس الانكسار، وما إلى ذلك.

أ) يسقط الضوء عموديًا على الوجه الأول وبالتالي لا يتعرض للانكسار هنا (α=0 و=0). زاوية السقوط على الوجه الثاني هي α=45˚، أي>αp، (بالنسبة للزجاج αp=42˚). ولذلك ينعكس الضوء تماماً على هذا الوجه. هذا منشور دوار يقوم بتدوير الشعاع بمقدار 90 درجة.

ب) في هذه الحالة، يتعرض الضوء الموجود داخل المنشور إلى انعكاس كلي مضاعف. وهذا أيضًا منشور دوار يقوم بتدوير الشعاع بمقدار 180 درجة.

ج) في هذه الحالة، يكون المنشور معكوسًا بالفعل. عندما تخرج الأشعة من المنشور، تكون موازية للأشعة الساقطة، لكن الشعاع الساقط العلوي يصبح هو السفلي، والسفلي يصبح العلوي.

لقد وجدت ظاهرة الانعكاس الكلي تطبيقًا تقنيًا واسعًا في أدلة الضوء.

الدليل الضوئي عبارة عن عدد كبير من الخيوط الزجاجية الرقيقة، يبلغ قطر كل منها حوالي 20 ميكرون، وطول كل منها حوالي 1 متر. هذه الخيوط متوازية مع بعضها البعض وتقع بشكل وثيق (الشكل 5)

كل خيط محاط بقشرة رقيقة من الزجاج، معامل انكساره أقل من الخيط نفسه. يحتوي دليل الضوء على طرفين؛ المواضع النسبية لنهايات الخيوط عند طرفي دليل الضوء هي نفسها تمامًا.

إذا قمت بوضع كائن في أحد طرفي دليل الضوء وأضيئته، فستظهر صورة لهذا الكائن في الطرف الآخر من دليل الضوء.

تم الحصول على الصورة نظرًا لحقيقة أن الضوء من منطقة صغيرة من الجسم يدخل إلى نهاية كل خيط. من خلال تجربة العديد من الانعكاسات الكلية، يخرج الضوء من الطرف المقابل للخيط، وينقل الانعكاس إلى مساحة صغيرة معينة من الجسم.

لأن ترتيب الخيوط بالنسبة لبعضها البعض هو نفسه تمامًا، ثم تظهر الصورة المقابلة للكائن في الطرف الآخر. يعتمد وضوح الصورة على قطر الخيوط. كلما كان قطر كل خيط أصغر، كلما كانت صورة الكائن أكثر وضوحًا. عادة ما تكون خسائر الطاقة الضوئية على طول مسار شعاع الضوء صغيرة نسبيًا في الحزم (الألياف)، حيث أنه مع الانعكاس الكلي يكون معامل الانعكاس مرتفعًا نسبيًا (~0.9999). فقدان الطاقة تنتج بشكل رئيسي عن امتصاص الضوء بواسطة المادة الموجودة داخل الألياف.

على سبيل المثال، في الجزء المرئي من الطيف في ألياف طولها 1 متر، يتم فقدان 30-70% من الطاقة (ولكن في حزمة).

لذلك، لنقل تدفقات ضوئية كبيرة والحفاظ على مرونة نظام توصيل الضوء، يتم جمع الألياف الفردية في حزم (حزم) - أدلة خفيفة

تُستخدم أدلة الضوء على نطاق واسع في الطب لإضاءة التجاويف الداخلية بالضوء البارد ونقل الصور. المنظار– جهاز خاص لفحص التجاويف الداخلية (المعدة والمستقيم وغيرها). باستخدام أدلة الضوء، يتم نقل إشعاع الليزر للتأثيرات العلاجية على الأورام. وشبكية العين البشرية عبارة عن نظام ألياف ضوئية عالي التنظيم يتكون من ~ 130 × 10 8 ألياف.

انعكاس داخلي كامل

الانعكاس الداخلي- ظاهرة انعكاس الموجات الكهرومغناطيسية من السطح البيني بين وسطين شفافين بشرط أن تكون الموجة واردة من وسط ذي معامل انكسار أعلى.

انعكاس داخلي غير مكتمل- الانعكاس الداخلي بشرط أن تكون زاوية السقوط أقل من الزاوية الحرجة. في هذه الحالة، ينقسم الشعاع إلى منكسر ومنعكس.

انعكاس داخلي كامل- الانعكاس الداخلي بشرط أن تزيد زاوية السقوط عن زاوية حرجة معينة. وفي هذه الحالة تنعكس الموجة الساقطة بشكل كامل، وتتجاوز قيمة معامل الانعكاس أعلى قيمها للأسطح المصقولة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن انعكاس الانعكاس الداخلي الكلي مستقل عن الطول الموجي.

يتم ملاحظة هذه الظاهرة البصرية في نطاق واسع من الإشعاع الكهرومغناطيسي بما في ذلك نطاق الأشعة السينية.

في إطار البصريات الهندسية، تفسير هذه الظاهرة تافه: استنادًا إلى قانون سنيل ومع الأخذ في الاعتبار أن زاوية الانكسار لا يمكن أن تتجاوز 90 درجة، نحصل على ذلك عند زاوية الورود التي يكون جيبها أكبر من نسبة الانكسار. معامل الانكسار الأصغر إلى المعامل الأكبر، يجب أن تنعكس الموجة الكهرومغناطيسية بالكامل في الوسط الأول.

ووفقا للنظرية الموجية لهذه الظاهرة، لا تزال الموجة الكهرومغناطيسية تخترق الوسط الثاني - وتنتشر هناك ما يسمى بـ "الموجة غير المنتظمة"، والتي تضمحل بشكل كبير ولا تحمل معها طاقة. إن العمق المميز لاختراق موجة غير متجانسة في الوسط الثاني هو في حدود طول الموجة.

الانعكاس الداخلي الكلي للضوء

دعونا نفكر في الانعكاس الداخلي باستخدام مثال شعاعين أحاديين اللون يقعان على السطح البيني بين وسطين. تسقط الأشعة من منطقة ذات وسط أكثر كثافة (مشار إليها باللون الأزرق الغامق) مع معامل انكسار إلى الحدود مع وسط أقل كثافة (مشار إليها باللون الأزرق الفاتح) مع معامل انكسار.

يسقط الشعاع الأحمر بزاوية، أي أنه يتشعب عند حدود الوسائط - وينكسر جزئيًا وينعكس جزئيًا. ينكسر جزء من الشعاع بزاوية.

يسقط الشعاع الأخضر وينعكس بالكامل src="/pictures/wiki/files/100/d833a2d69df321055f1e0bf120a53eff.png" border="0">.

الانعكاس الداخلي الكامل في الطبيعة والتكنولوجيا

انعكاس الأشعة السينية

تمت صياغة انكسار الأشعة السينية عند حدوث الرعي لأول مرة بواسطة M. A. Kumakhov، الذي طور مرآة الأشعة السينية، وتم إثباته نظريًا بواسطة آرثر كومبتون في عام 1923.

ظواهر موجية أخرى

من الممكن إثبات الانكسار، وبالتالي تأثير الانعكاس الداخلي الكلي، على سبيل المثال، للموجات الصوتية على السطح وفي سمك السائل أثناء الانتقال بين المناطق ذات اللزوجة أو الكثافة المختلفة.

وقد لوحظت ظواهر مشابهة لتأثير الانعكاس الداخلي الكلي للإشعاع الكهرومغناطيسي في حزم النيوترونات البطيئة.

إذا سقطت موجة مستقطبة رأسياً على السطح البيني بزاوية بروستر، فسيتم ملاحظة تأثير الانكسار الكامل - لن تكون هناك موجة منعكسة.

ملحوظات

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

• نفسا كاملا
• التغيير الكامل

انظر ما هو "الانعكاس الداخلي الكلي" في القواميس الأخرى:

انعكاس داخلي كامل- انعكاس إل. ماج. الإشعاع (خاصة الضوء) عندما يسقط على السطح البيني بين وسطين شفافين من وسط ذو معامل انكسار مرتفع. ب.ف. يا. يحدث عندما تتجاوز زاوية السقوط زاوية معينة (حرجة) ... الموسوعة الفيزيائية

انعكاس داخلي كامل- انعكاس داخلي كامل. عندما يمر الضوء من وسط له n1 > n2، يحدث الانعكاس الداخلي الكلي إذا كانت زاوية السقوط a2 > apr؛ عند زاوية السقوط a1 القاموس الموسوعي المصور

انعكاس داخلي كامل- انعكاس الإشعاع البصري (انظر الإشعاع البصري) (الضوء) أو الإشعاع الكهرومغناطيسي من نطاق آخر (موجات الراديو مثلاً) عندما يسقط على واجهة وسطين شفافين من وسط ذو معامل انكسار مرتفع... ... الموسوعة السوفيتية الكبرى

انعكاس داخلي كامل- الموجات الكهرومغناطيسية، تحدث عندما تنتقل من وسط ذو معامل انكسار كبير n1 إلى وسط ذو معامل انكسار أقل n2 عند زاوية سقوط a تتجاوز الزاوية الحدية apr، والتي تحددها النسبة sinapr=n2/n1. ممتلىء... ... الموسوعة الحديثة

انعكاس داخلي كامل- انعكاس داخلي كامل، انعكاس بدون انكسار للضوء عند الحدود. عندما ينتقل الضوء من وسط أكثر كثافة (الزجاج مثلاً) إلى وسط أقل كثافة (الماء أو الهواء)، تكون هناك منطقة زوايا انكسار لا يمر فيها الضوء عبر الحدود... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

انعكاس داخلي كامل- انعكاس الضوء من وسط أقل كثافة بصريا مع عودته الكاملة إلى الوسط الذي يسقط منه. [مجموعة من المصطلحات الموصى بها. العدد 79. البصريات الفيزيائية. أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. لجنة المصطلحات العلمية والتقنية. 1970] موضوعات…… دليل المترجم الفني

انعكاس داخلي كامل- تحدث الموجات الكهرومغناطيسية عندما تسقط بشكل غير مباشر على الواجهة بين وسطين، عندما ينتقل الإشعاع من وسط ذو معامل انكسار كبير n1 إلى وسط ذو معامل انكسار أقل n2، وزاوية السقوط i تتجاوز الزاوية الحدية. .... القاموس الموسوعي الكبير

انعكاس داخلي كامل- الموجات الكهرومغناطيسية، تحدث مع حدوث مائل على السطح البيني بين وسطين، عندما ينتقل الإشعاع من وسط ذو معامل انكسار كبير n1 إلى وسط ذو معامل انكسار أقل n2، وزاوية السقوط i تتجاوز الزاوية الحدية ipr .. . القاموس الموسوعي

أشرنا في الفقرة 81 إلى أنه عندما يسقط الضوء على السطح البيني بين وسطين، تنقسم الطاقة الضوئية إلى قسمين: جزء ينعكس، والجزء الآخر يخترق السطح البيني إلى الوسط الثاني. وباستخدام مثال انتقال الضوء من الهواء إلى الزجاج، أي من وسط أقل كثافة بصريا إلى وسط أكثر كثافة بصريا، رأينا أن نسبة الطاقة المنعكسة تعتمد على زاوية السقوط. في هذه الحالة، يزداد جزء الطاقة المنعكسة بشكل كبير مع زيادة زاوية السقوط؛ ومع ذلك، حتى في زوايا الإصابة الكبيرة جدًا، بالقرب من، عندما ينزلق شعاع الضوء تقريبًا على طول الواجهة، فإن بعض الطاقة الضوئية لا تزال تمر إلى الوسط الثاني (انظر الفقرة 81، الجدولان 4 و5).

تنشأ ظاهرة جديدة مثيرة للاهتمام عندما يقع الضوء المنتشر في أي وسط على السطح البيني بين هذا الوسط ووسط أقل كثافة بصريًا، أي أن له معامل انكسار مطلق أقل. هنا أيضًا، يزداد جزء الطاقة المنعكسة مع زيادة زاوية السقوط، لكن الزيادة تتبع قانونًا مختلفًا: بدءًا من زاوية معينة من الورود، تنعكس كل الطاقة الضوئية من السطح البيني. وتسمى هذه الظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي.

دعونا ننظر مرة أخرى، كما في الفقرة 81، في وقوع الضوء عند السطح البيني بين الزجاج والهواء. دع شعاع الضوء يسقط من الزجاج على الواجهة بزوايا سقوط مختلفة (الشكل 186). إذا قمنا بقياس جزء الطاقة الضوئية المنعكسة وجزء الطاقة الضوئية التي تمر عبر الواجهة، نحصل على القيم الواردة في الجدول. 7 (الزجاج، كما هو موضح في الجدول 4، له معامل انكسار).

أرز. 186. الانعكاس الداخلي الكلي: سمك الأشعة يتوافق مع جزء من الطاقة الضوئية المشحونة أو التي تمر عبر الواجهة

وتسمى زاوية السقوط التي تنعكس منها كل الطاقة الضوئية من الواجهة بالزاوية الحدية للانعكاس الداخلي الكلي. للزجاج الذي تم تجميع الجدول من أجله. 7 ()، الزاوية الحدية تقريبًا.

جدول 7. كسور الطاقة المنعكسة لزوايا سقوط مختلفة عندما ينتقل الضوء من الزجاج إلى الهواء

زاوية السقوط

زاوية الانكسار

نسبة الطاقة المنعكسة (٪)

دعونا نلاحظ أنه عندما يسقط الضوء على الواجهة بزاوية محددة، فإن زاوية الانكسار تساوي، أي في الصيغة التي تعبر عن قانون الانكسار لهذه الحالة،

عندما يتعين علينا وضع أو . من هنا نجد

وفي زوايا السقوط الأكبر من ذلك، لا يوجد شعاع منكسر. رسميًا، يأتي هذا من حقيقة أنه عند زوايا الإصابة الكبيرة من قانون الانكسار، يتم الحصول على قيم أكبر من الوحدة، وهو أمر مستحيل بوضوح.

في الجدول ويبين الجدول 8 الزوايا الحدية للانعكاس الداخلي الكلي لبعض المواد، والتي ترد في الجدول معاملات انكسارها. 6. سهولة التحقق من صحة العلاقة (84.1).

الجدول 8. الزاوية الحدية للانعكاس الداخلي الكلي عند الحدود مع الهواء

مادة ثاني كبريتيد الكربون		الزجاج (الصوان الثقيل)
الجلسرين

ويمكن ملاحظة الانعكاس الداخلي الكلي عند حدود فقاعات الهواء في الماء. إنها تتألق لأن ضوء الشمس الساقط عليها ينعكس بشكل كامل دون المرور إلى الفقاعات. وهذا ملحوظ بشكل خاص في فقاعات الهواء الموجودة دائمًا على سيقان وأوراق النباتات تحت الماء والتي تبدو في الشمس وكأنها مصنوعة من الفضة، أي من مادة تعكس الضوء جيدًا.

يجد الانعكاس الداخلي الكلي تطبيقًا في تصميم المنشورات الزجاجية الدوارة والمدورة، والتي يتضح عملها من الشكل 1. 187. الزاوية الحدية للمنشور تعتمد على معامل الانكسار لنوع معين من الزجاج؛ ولذلك فإن استخدام مثل هذا المنشور لا يواجه أي صعوبات فيما يتعلق باختيار زوايا دخول وخروج الأشعة الضوئية. تؤدي المنشورات الدوارة وظائف المرايا بنجاح وهي مفيدة لأن خصائصها العاكسة تظل دون تغيير، في حين أن المرايا المعدنية تتلاشى مع مرور الوقت بسبب أكسدة المعدن. وتجدر الإشارة إلى أن منشور التغليف أبسط في التصميم من نظام المرايا الدوار المكافئ. وتستخدم المنشورات الدوارة، على وجه الخصوص، في المناظير.

أرز. 187. مسار الأشعة في منشور زجاجي دوار (أ)، ومنشور ملتف (ب) وفي أنبوب بلاستيكي منحني - دليل ضوئي (ج)

الزاوية الحدية للانعكاس الكلي هي زاوية سقوط الضوء عند السطح البيني بين وسطين، والتي تقابل زاوية انكسار قدرها 90 درجة.

الألياف الضوئية هي أحد فروع علم البصريات الذي يدرس الظواهر الفيزيائية التي تنشأ وتحدث في الألياف الضوئية.

4. انتشار الموجة في وسط غير متجانس بصريا. شرح انحناء الشعاع . السراب. الانكسار الفلكي. وسط غير متجانس لموجات الراديو.

السراب هو ظاهرة بصرية في الغلاف الجوي: انعكاس الضوء على الحدود بين طبقات الهواء التي تختلف بشكل حاد في الكثافة. بالنسبة للمراقب، يعني هذا الانعكاس أنه مع كائن بعيد (أو جزء من السماء)، تكون صورته الافتراضية مرئية، وتحولت بالنسبة للكائن. ينقسم السراب إلى سراب سفلي، يظهر تحت الجسم، وسراب علوي، وفوق الجسم، وسراب جانبي.

ميراج سفلي

ويلاحظ مع تدرج كبير جدًا في درجة الحرارة العمودية (يتناقص مع الارتفاع) على سطح مستو شديد الحرارة، غالبًا ما يكون صحراء أو طريق أسفلت. الصورة الافتراضية للسماء تخلق وهم الماء على السطح. لذا فإن الطريق الممتد إلى مسافة بعيدة في يوم صيفي حار يبدو رطبًا.

ميراج متفوقة

لوحظ فوق سطح الأرض الباردة مع توزيع مقلوب لدرجة الحرارة (يزداد مع ارتفاعه).

سراب

تسمى ظواهر السراب المعقدة مع التشويه الحاد لمظهر الأشياء بـ Fata Morgana.

سراب الحجم

في الجبال، من النادر جدًا، في ظل ظروف معينة، رؤية "الذات المشوهة" على مسافة قريبة إلى حد ما. وتفسر هذه الظاهرة بوجود بخار الماء "الراكد" في الهواء.

الانكسار الفلكي هو ظاهرة انكسار أشعة الضوء الصادرة عن الأجرام السماوية عند مرورها بالغلاف الجوي، وبما أن كثافة الأجواء الكوكبية تتناقص دائمًا مع الارتفاع، فإن انكسار الضوء يحدث بحيث يكون تحدب الشعاع المنحني في جميع الحالات متساويًا. موجهة نحو الذروة. وفي هذا الصدد، فإن الانكسار دائمًا "يرفع" صور الأجرام السماوية فوق موضعها الحقيقي

يسبب الانكسار عددًا من التأثيرات البصرية الجوية على الأرض: التكبير طول اليوموذلك لأن قرص الشمس بسبب انكساره يرتفع فوق الأفق قبل عدة دقائق من اللحظة التي كان ينبغي أن تشرق فيها الشمس بناءً على اعتبارات هندسية؛ تفلطح الأقراص المرئية للقمر والشمس بالقرب من الأفق بسبب حقيقة أن الحافة السفلية للأقراص ترتفع بالانكسار عن الحافة العلوية ؛ وميض النجوم وما إلى ذلك. نظرًا للاختلاف في حجم انكسار أشعة الضوء ذات الأطوال الموجية المختلفة (الأشعة الزرقاء والبنفسجية تنحرف أكثر من الأشعة الحمراء)، يحدث تلوين واضح للأجرام السماوية بالقرب من الأفق.

5. مفهوم الموجة المستقطبة خطياً. استقطاب الضوء الطبيعي. الإشعاع غير المستقطب. المستقطبات مزدوج اللون. المستقطب ومحلل الضوء. قانون مالوس.

الاستقطاب الموجي- ظاهرة كسر تماثل توزيع الاضطرابات في مستعرضالموجة (على سبيل المثال، شدة المجال الكهربائي والمغناطيسي في الموجات الكهرومغناطيسية) بالنسبة لاتجاه انتشارها. في طوليةلا يمكن أن يحدث الاستقطاب في الموجة، لأن الاضطرابات في هذا النوع من الموجات تتزامن دائمًا مع اتجاه الانتشار.

خطية - تحدث تذبذبات اضطرابية في مستوى واحد. في هذه الحالة يتحدثون عن " الاستقطاب الطائرةموجة"؛

دائري - تصف نهاية متجه السعة دائرة في مستوى التذبذب. اعتمادًا على اتجاه دوران المتجه، قد يكون هناك يمينأو غادر.

استقطاب الضوء هو عملية ترتيب تذبذبات متجه شدة المجال الكهربائي لموجة الضوء عندما يمر الضوء عبر مواد معينة (أثناء الانكسار) أو عندما ينعكس تدفق الضوء.

يحتوي المستقطب ثنائي اللون على طبقة تحتوي على مادة عضوية ثنائية اللون واحدة على الأقل، وتكون جزيئات أو أجزاء جزيئات منها ذات بنية مسطحة. يحتوي جزء على الأقل من الفيلم على بنية بلورية. تحتوي المادة ثنائية اللون على حد أقصى واحد على الأقل من منحنى الامتصاص الطيفي في النطاقات الطيفية 400 - 700 نانومتر و/أو 200 - 400 نانومتر و0.7 - 13 ميكرومتر. عند تصنيع المستقطب، يتم تطبيق فيلم يحتوي على مادة عضوية ثنائية اللون على الركيزة، ويتم تطبيق تأثير توجيهي عليها، ويتم تجفيفها. في هذه الحالة، يتم اختيار شروط تطبيق الفيلم ونوع وحجم التأثير الموجه بحيث تكون معلمة ترتيب الفيلم، المقابلة لحد أقصى واحد على الأقل على منحنى الامتصاص الطيفي في المدى الطيفي 0.7 - 13 ميكرومتر، لديه قيمة لا تقل عن 0.8. التركيب البلوري لجزء على الأقل من الفيلم عبارة عن شبكة بلورية ثلاثية الأبعاد مكونة من جزيئات مادة عضوية ثنائية اللون. يتم توسيع النطاق الطيفي للمستقطب مع تحسين خصائص الاستقطاب في نفس الوقت.

قانون مالوس هو قانون فيزيائي يعبر عن اعتماد شدة الضوء المستقطب خطيا بعد مروره عبر مستقطب على الزاوية بين مستويات استقطاب الضوء الساقط والمستقطب.

أين أنا 0 - شدة الضوء الساقط على المستقطب، أنا- شدة الضوء الخارج من المستقطب، ك أ- معامل الشفافية المستقطب.

6. ظاهرة بروستر. صيغ فرينل لمعامل الانعكاس للموجات التي يقع متجهها الكهربائي في مستوى الورود، وللموجات التي يكون متجهها الكهربائي متعامدًا مع مستوى الورود. اعتماد معاملات الانعكاس على زاوية السقوط. درجة استقطاب الموجات المنعكسة.

قانون بروستر هو قانون في البصريات يعبر عن علاقة معامل الانكسار بالزاوية التي يستقطب فيها الضوء المنعكس من السطح البيني بالكامل في مستوى متعامد مع مستوى الورود، وتكون الحزمة المنكسرة مستقطبة جزئيًا في مستوى السقوط. حدوث، واستقطاب الشعاع المنكسر يصل إلى قيمته القصوى. من السهل إثبات أنه في هذه الحالة تكون الأشعة المنعكسة والمنكسرة متعامدة بشكل متبادل. وتسمى الزاوية المقابلة زاوية بروستر. قانون بروستر: حيث ن 21 - معامل انكسار الوسط الثاني نسبة إلى الأول θ ر- زاوية السقوط (زاوية بروستر). ترتبط اتساع الموجات الحادثة (U inc) والموجات المنعكسة (U ref) في خط KBB بالعلاقة:

K bv = (U Pad - U Neg) / (U Pad + U Neg)

من خلال معامل انعكاس الجهد (K U)، يتم التعبير عن KVV على النحو التالي:

K bv = (1 - K U) / (1 + K U) مع الحمل النشط البحت، BV يساوي:

K bv = R / ρ عند R< ρ или

K bv = ρ / R لـ R ≥ ρ

حيث R هي مقاومة الحمل النشطة، ρ هي الممانعة المميزة للخط

7. مفهوم تداخل الضوء. إضافة موجتين غير متماسكتين وغير متماسكتين تتطابق خطوط استقطابهما. اعتماد شدة الموجة الناتجة عند إضافة موجتين متماسكتين على اختلاف أطوارهما. مفهوم الفرق الهندسي والبصري في مسارات الموجات. الشروط العامة لمراقبة الحدود القصوى والدنيا للتداخل.

تداخل الضوء هو الإضافة غير الخطية لشدة موجتين ضوئيتين أو أكثر. هذه الظاهرة مصحوبة بتناوب الحد الأقصى والحد الأدنى من الشدة في الفضاء. ويسمى توزيعها نمط التداخل. عندما يتداخل الضوء، يتم إعادة توزيع الطاقة في الفضاء.

تسمى الموجات والمصادر التي تثيرها متماسكة إذا كان فرق الطور بين الموجات لا يعتمد على الزمن. تسمى الموجات والمصادر التي تثيرها غير متماسكة إذا تغير فرق الطور بين الموجات مع مرور الوقت. صيغة الفرق:

، أين ، ،

8. الطرق المعملية لمراقبة تداخل الضوء: تجربة يونج، منشور فريسنل الثنائي، مرايا فريسنل. حساب موقف الحد الأقصى والحد الأدنى للتداخل.

تجربة يونغ - في التجربة، يتم توجيه شعاع من الضوء على شاشة غير شفافة ذات شقين متوازيين، يتم تركيب شاشة عرض خلفها. توضح هذه التجربة تداخل الضوء، وهو دليل على نظرية الموجة. خصوصية الشقوق هي أن عرضها يساوي تقريبًا الطول الموجي للضوء المنبعث. تتم مناقشة تأثير عرض الفتحة على التداخل أدناه.

فإذا افترضنا أن الضوء يتكون من جزيئات ( النظرية الجسيمية للضوء)، ثم على شاشة العرض يمكن للمرء أن يرى فقط شريطين متوازيين من الضوء يمران عبر شقوق الشاشة. بينهما، ستبقى شاشة العرض غير مضاءة تقريبًا.

منشور فرينل الثنائي - في الفيزياء - منشور مزدوج ذو زوايا صغيرة جدًا عند القمم.
منشور فرينل الثنائي هو جهاز بصري يسمح بتكوين موجتين متماسكتين من مصدر ضوء واحد، مما يجعل من الممكن ملاحظة نمط تداخل مستقر على الشاشة.
تعمل نظرية Frenkel biprism كوسيلة لإثبات الطبيعة الموجية للضوء بشكل تجريبي.

مرايا فريسنل هي جهاز بصري اقترحه أو جي فريسنل عام 1816 لرصد ظاهرة تداخل أشعة الضوء المتماسكة. يتكون الجهاز من مرآتين مسطحتين I و II، تشكلان زاوية ثنائية السطح تختلف عن 180 درجة ببضع دقائق زاوية فقط (انظر الشكل 1 في مقالة تداخل الضوء). عندما تضاء المرايا من مصدر S، يمكن اعتبار أشعة الأشعة المنعكسة من المرايا منبعثة من مصادر متماسكة S1 وS2، وهي صور افتراضية لـ S. وفي الفضاء الذي تتداخل فيه الحزم، يحدث تداخل. إذا كان المصدر S خطيًا (شقًا) ومتوازيًا مع حافة الفوتونات، فعند إضاءته بضوء أحادي اللون، يُلاحظ على الشاشة M نمط تداخل على شكل خطوط داكنة وخفيفة متباعدة بشكل متساوٍ ومتوازية مع الشق، وهو ما يمكن تركيبها في أي مكان في منطقة تداخل الشعاع. يمكن استخدام المسافة بين الخطوط لتحديد الطول الموجي للضوء. وكانت التجارب التي أجريت على الفوتونات أحد الأدلة الحاسمة على الطبيعة الموجية للضوء.

9. تداخل الضوء في الأغشية الرقيقة. شروط تكوين الخطوط الفاتحة والداكنة في الضوء المنعكس والمنقول.

10. شرائح متساوية الانحدار وشرائح متساوية السماكة. حلقات تداخل نيوتن. نصف قطر الحلقات الداكنة والخفيفة.

11. تداخل الضوء في الأغشية الرقيقة عند حدوث الضوء الطبيعي. طلاء الأدوات البصرية.

12. مقاييس التداخل البصري لميكلسون وجامين. تحديد معامل انكسار المادة باستخدام مقاييس التداخل ثنائية الشعاع.

13. مفهوم تداخل الحزم الضوئية المتعددة. مقياس تداخل فابري-بيرو. إضافة عدد محدود من الموجات ذات السعات المتساوية، والتي تشكل مراحلها تقدمًا حسابيًا. اعتماد شدة الموجة الناتجة على فرق الطور للموجات المسببة للتداخل. شرط تشكيل الحد الأقصى والحد الأدنى الرئيسي للتداخل. طبيعة نمط التداخل متعدد الحزم.

14. مفهوم حيود الموجة. المعلمة الموجية وحدود تطبيق قوانين البصريات الهندسية. مبدأ هيجنز فريسنل.

15. طريقة منطقة فريسنل وإثبات الانتشار المستقيم للضوء.

16. حيود فريسنل بواسطة ثقب دائري. أنصاف أقطار مناطق فريسنل للجبهة الموجية الكروية والمسطحة.

17. حيود الضوء على قرص معتم. حساب مساحة مناطق فريسنل.

18. مشكلة زيادة سعة الموجة عند المرور عبر ثقب دائري. لوحات منطقة السعة والطور. التركيز ولوحات المنطقة. عدسة التركيز كحالة محدودة للوحة منطقة الطور المتدرجة. تقسيم العدسة.

على الصورة أيُظهر شعاعًا عاديًا يمر عبر واجهة الهواء والزجاج ويخرج من لوحة الزجاج دون أن يتعرض لأي انحراف أثناء مروره عبر الحدين بين الزجاج والهواء.على الصورة بيُظهر شعاع ضوء يدخل إلى لوح نصف دائري بشكل طبيعي دون انحراف، ولكنه يصنع زاوية y مع العمودي عند النقطة O داخل لوح زجاج شبكي. عندما يغادر الشعاع وسطًا أكثر كثافة (زجاج شبكي)، تزداد سرعة انتشاره في وسط أقل كثافة (الهواء). ولذلك ينكسر مكوّناً زاوية x بالنسبة إلى العمودي في الهواء، وهو أكبر من y.

استنادًا إلى حقيقة أن n = sin (الزاوية التي يصنعها الشعاع مع العمودي في الهواء) / sin (الزاوية التي يصنعها الشعاع مع العمودي في الوسط)، زجاج شبكي n n = sin x/sin y. إذا تم إجراء قياسات متعددة لـ x وy، فيمكن حساب معامل الانكسار لزجاج شبكي عن طريق حساب متوسط ​​النتائج لكل زوج من القيم. يمكن زيادة الزاوية y عن طريق تحريك مصدر الضوء في قوس دائرة مركزها النقطة O.

ويكون تأثير ذلك هو زيادة الزاوية x حتى الوصول إلى الموضع الموضح في الشكل الخامسأي حتى تصبح x تساوي 90 o. من الواضح أن الزاوية x لا يمكن أن تكون أكبر. تسمى الزاوية التي يصنعها الشعاع مع العمود المقام داخل زجاج شبكي الزاوية الحرجة أو الحدية مع(هذه هي زاوية السقوط على الحد من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة، عندما تكون زاوية الانكسار في الوسط الأقل كثافة 90 درجة).

عادة ما يتم ملاحظة شعاع منعكس ضعيف، وكذلك شعاع ساطع ينكسر على طول الحافة المستقيمة للوحة. وهذا نتيجة للتفكير الداخلي الجزئي. لاحظ أيضًا أنه عند استخدام الضوء الأبيض، فإن الضوء الذي يظهر على طول الحافة المستقيمة ينقسم إلى ألوان الطيف. إذا تم تحريك مصدر الضوء بشكل أكبر حول القوس، كما في الشكل ز، بحيث تصبح I داخل زجاج شبكي أكبر من الزاوية الحرجة c ولا يحدث الانكسار عند حدود الوسيطين. بدلًا من ذلك، تواجه الحزمة انعكاسًا داخليًا كليًا بزاوية r بالنسبة إلى الوضع الطبيعي، حيث r = i.

لتحقيق ذلك انعكاس داخلي كامليجب قياس زاوية السقوط i داخل وسط أكثر كثافة (زجاج شبكي) ويجب أن تكون أكبر من الزاوية الحرجة c. لاحظ أن قانون الانعكاس صالح أيضًا لجميع زوايا السقوط الأكبر من الزاوية الحرجة.

الزاوية الحرجة الماسيةتبلغ 24°38 فقط". ولذلك يعتمد "توهجها" على السهولة التي يحدث بها الانعكاس الداخلي الكلي المتعدد عندما يتم إضاءتها بالضوء، والذي يعتمد إلى حد كبير على القطع والتلميع الماهر الذي يعزز هذا التأثير. في السابق كان يتم تحديده أن n = 1 /sin c، لذا فإن القياس الدقيق للزاوية الحرجة c سيحدد n.

الدراسة 1. تحديد n لزجاج شبكي من خلال إيجاد الزاوية الحرجة

ضع قطعة نصف دائرة من زجاج شبكي في وسط قطعة كبيرة من الورق الأبيض وتتبع مخططها بعناية. أوجد نقطة المنتصف O للحافة المستقيمة للوحة. باستخدام المنقلة، أنشئ NO عاديًا عموديًا على هذه الحافة المستقيمة عند النقطة O. ضع اللوحة مرة أخرى في محيطها الخارجي. حرك مصدر الضوء حول القوس إلى يسار NO، مع توجيه الشعاع الساقط طوال الوقت إلى النقطة O. عندما يسير الشعاع المنكسر على طول الحافة المستقيمة، كما هو موضح في الشكل، حدد مسار الشعاع الساقط بثلاث نقاط ص 1، ف 2، و ف 3.

قم بإزالة اللوحة مؤقتًا وقم بتوصيل هذه النقاط الثلاث بخط مستقيم يجب أن يمر عبر O. باستخدام منقلة، قم بقياس الزاوية الحرجة c بين الشعاع الساقط المرسوم والعمودي. ضع اللوحة بعناية مرة أخرى في مخططها الخارجي وكرر ما تم فعله من قبل، ولكن هذه المرة حرك مصدر الضوء حول القوس إلى يمين NO، مع توجيه الشعاع باستمرار إلى النقطة O. سجل القيمتين المقاستين لـ c في جدول النتائج وتحديد القيمة المتوسطة للزاوية الحرجة ج. ثم حدد معامل الانكسار n n لزجاج شبكي باستخدام الصيغة n n = 1 /sin s.


يمكن أيضًا استخدام جهاز الدراسة 1 لإظهار أنه بالنسبة لأشعة الضوء التي تنتشر في وسط أكثر كثافة (زجاجي) وتسقط على واجهة زجاجي-هواء بزوايا أكبر من الزاوية الحرجة c، فإن زاوية السقوط i تساوي الزاوية تأملات ص.

الدراسة الثانية: التحقق من قانون انعكاس الضوء لزوايا السقوط الأكبر من الزاوية الحرجة

ضع لوحة زجاج شبكي نصف دائرية على قطعة كبيرة من الورق الأبيض ورسم مخططها بعناية. كما في الحالة الأولى، أوجد نقطة المنتصف O وقم ببناء NO العادي. بالنسبة لزجاج شبكي، الزاوية الحرجة c = 42°، وبالتالي فإن زوايا السقوط i > 42° أكبر من الزاوية الحرجة. باستخدام المنقلة، قم بإنشاء أشعة بزوايا 45°، 50°، 60°، 70° و80° إلى NO العادي.

ضع لوحة زجاج شبكي بعناية مرة أخرى في مخططها وقم بتوجيه شعاع الضوء من مصدر الضوء على طول خط 45 درجة. سوف ينتقل الشعاع إلى النقطة O، وينعكس ويظهر على الجانب المقوس من اللوحة على الجانب الآخر من الوضع الطبيعي. حدد ثلاث نقاط P 1 و P 2 و P 3 على الشعاع المنعكس. قم بإزالة اللوحة مؤقتًا وقم بتوصيل النقاط الثلاث بخط مستقيم يجب أن يمر عبر النقطة O.

باستخدام المنقلة، قم بقياس زاوية الانعكاس r بين الشعاع المنعكس، وسجل النتائج في جدول. ضع اللوحة بعناية في مخططها الخارجي وكرر ذلك لزوايا 50 درجة و60 درجة و70 درجة و80 درجة إلى الوضع الطبيعي. سجل قيمة r في المكان المناسب في جدول النتائج. ارسم رسمًا بيانيًا لزاوية الانعكاس r مقابل زاوية السقوط i. سيكون الرسم البياني للخط المستقيم المرسوم على مدى زوايا الإصابة من 45 درجة إلى 80 درجة كافيًا لإظهار أن الزاوية i تساوي الزاوية r.