Билет 75.
Закон за рефлексија на светлината. Аголот на рефлексија γ е еднаков на аголот на инциденца α.
Закон за прекршување на светлината: упадните и прекршените зраци, како и нормалната на интерфејсот помеѓу двата медиума, реконструирани на точката на инциденца на зракот, лежат во иста рамнина. Односот на синусот на аголот на инциденца α со синусот на аголот на прекршување β е константна вредност за две дадени медиуми:
Законите на рефлексија и прекршување се објаснети во брановата физика. Според концептите на брановите, прекршувањето е последица на промените во брзината на ширење на брановите при минување од еден медиум во друг. Физичко значење на индексот на рефракцијае односот на брзината на ширење на брановите во првата средина υ 1 до брзината на нивното ширење во втората средина υ 2:
Слика 3.1.1 ги илустрира законите на рефлексија и прекршување на светлината.
Медиум со помал апсолутен индекс на рефракција се нарекува оптички помалку густ.
Кога светлината поминува од оптички погуста средина на оптички помалку густа средина n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать феномен на тотална рефлексија, односно исчезнување на прекршениот зрак. Овој феномен е забележан при агли на инциденца што надминуваат одреден критичен агол α pr, кој се нарекува ограничувачки агол на вкупниот внатрешен одраз(види Сл. 3.1.2).
За аголот на инциденца α = α pr sin β = 1; вредност sin α pr = n 2 / n 1< 1.
Ако вториот медиум е воздух (n 2 ≈ 1), тогаш е погодно да се препише формулата во форма
Феноменот на целосна внатрешна рефлексија се користи во многу оптички уреди. Најинтересна и практично најзначајна примена е создавањето на оптички влакна, кои се тенки (од неколку микрометри до милиметри) произволно закривени нишки направени од оптички проѕирен материјал (стакло, кварц). Светлината која се спушта на крајот на светлосниот водич може да патува по него на долги растојанија поради вкупниот внатрешен одраз од страничните површини (Слика 3.1.3). Научната и техничката насока вклучена во развојот и примената на оптичките светлосни водичи се нарекува оптички влакна.
Дисперзија на светлината (распаѓање на светлината)- ова е феномен предизвикан од зависноста на апсолутниот индекс на рефракција на супстанцијата од фреквенцијата (или брановата должина) на светлината (фреквентна дисперзија), или, истото, зависноста на фазната брзина на светлината во супстанцијата од бранова должина (или фреквенција). Беше откриен експериментално од Њутн околу 1672 година, иако теоретски доста добро објаснет многу подоцна.
Просторна дисперзијасе нарекува зависност на тензорот на диелектричната константа на медиумот од брановиот вектор. Оваа зависност предизвикува голем број феномени наречени ефекти на просторна поларизација.
Еден од најјасните примери на дисперзија - распаѓање на бела светлинапри минување низ призма (Експеримент на Њутн). Суштината на феноменот на дисперзија е разликата во брзината на ширење на светлосните зраци со различни бранови должини во проѕирна супстанција - оптичка средина (додека во вакуум брзината на светлината е секогаш иста, без оглед на брановата должина и затоа бојата). Обично, колку е поголема фреквенцијата на светлосниот бран, толку е поголем индексот на рефракција на медиумот за него и помала брзината на бранот во медиумот:
Експерименти на Њутн Експеримент на распаѓање на бела светлина во спектар:Њутн насочил зрак сончева светлина низ мала дупка на стаклена призма. При ударот во призмата, зракот се прекрши и на спротивниот ѕид даде издолжена слика со виножито алтернација на бои - спектар. Експериментирајте за минување на монохроматска светлина низ призма: Њутн поставил црвено стакло на патеката на сончевиот зрак, зад кое добил монохроматска светлина (црвена), потоа призма и на екранот забележал само црвена дамка од светлосниот зрак. Искуство во синтеза (производство) на бела светлина:Прво, Њутн насочил зрак сончева светлина кон призма. Потоа, откако ги собра обоените зраци што излегуваат од призмата со помош на собирна леќа, Њутн доби бела слика на дупка на бел ѕид наместо обоена лента. Заклучоците на Њутн:- призмата не ја менува светлината, туку само ја разградува на нејзините компоненти - светлосните зраци кои се разликуваат по боја се разликуваат по степенот на прекршување; Виолетовите зраци се прекршуваат најсилно, црвените послабо - црвената светлина, која се прекршува помалку, има најголема брзина, а виолетовата има најмалку, поради што призмата ја разградува светлината. Зависноста на индексот на прекршување на светлината од нејзината боја се нарекува дисперзија.
Заклучоци:- призмата ја разградува светлината - белата светлина е сложена (композитна) - виолетовите зраци се прекршуваат посилно од црвените. Бојата на светлосниот зрак се одредува според неговата фреквенција на вибрации. Кога се движите од еден медиум во друг, брзината на светлината и брановата должина се менуваат, но фреквенцијата што ја одредува бојата останува константна. Границите на опсегот на белата светлина и нејзините компоненти обично се карактеризираат со нивните бранови должини во вакуум. Белата светлина е збир на бранови со должина од 380 до 760 nm.
Билет 77.
Апсорпција на светлина. Бугеровиот закон
Апсорпцијата на светлината во супстанцијата е поврзана со конверзија на енергијата на електромагнетното поле на бранот во топлинска енергија на супстанцијата (или во енергија на секундарното фотолуминисцентно зрачење). Законот за апсорпција на светлината (Бугеров закон) има форма:
Јас=Јас 0 експ(- x),(1)
Каде Јас 0 , Јас-интензитетот на светлината на влезот (x=0)и оставајќи го слојот со средна дебелина X, - коефициент на апсорпција, зависи од .
За диелектриците =10 -1 10 -5 м -1 , за метали =10 5 10 7 м -1 , Затоа, металите се непроѕирни за светлина.
Зависност ( ) ја објаснува бојата на впивачките тела. На пример, стаклото што слабо ја апсорбира црвената светлина ќе изгледа црвено кога е осветлено со бела светлина.
Расејување на светлината. Рејлиевиот закон
Дифракција на светлината може да се случи во оптички нехомогена средина, на пример во матна средина (чад, магла, правлив воздух итн.). Со дифракција на нехомогеностите на медиумот, светлосните бранови создаваат дифракциона шема која се карактеризира со прилично рамномерна распределба на интензитетот во сите правци.
Оваа дифракција со мали нехомогености се нарекува расејување на светлината.
Овој феномен се забележува кога тесен зрак на сончева светлина поминува низ правливиот воздух, се распрснува на честички од прашина и станува видлив.
Ако големини на нехомогености се мали во споредба со брановата должина (не повеќе од 0,1 ), тогаш интензитетот на расеаната светлина се покажува обратно пропорционален на четвртата моќност на брановата должина, т.е.
Јас diss ~ 1/ 4 , (2)
оваа зависност се нарекува Рејлиевиот закон.
Распрснување на светлината е забележано и во чисти медиуми кои не содржат туѓи честички. На пример, може да се појави при флуктуации (случајни отстапувања) на густината, анизотропијата или концентрацијата. Овој тип на расејување се нарекува молекуларно расејување. Ја објаснува, на пример, сината боја на небото. Навистина, според (2), сините и сините зраци се расфрлаат посилно од црвените и жолтите, бидејќи имаат пократка бранова должина, а со тоа предизвикува сина боја на небото.
Билет 78.
Поларизација на светлината- збир на феномени на бранова оптика во кои се манифестира попречната природа на електромагнетните светлосни бранови. Попречен бран- честичките на медиумот осцилираат во насоки нормални на насоката на ширење на бранот ( Сл.1).
Сл.1 Попречен бран
Електромагнетен светлосен бран авион поларизиран(линеарна поларизација), ако насоките на осцилација на векторите E и B се строго фиксирани и лежат во одредени рамнини ( Сл.1). Рамно поларизиран светлосен бран се нарекува авион поларизиран(линеарно поларизирана) светлина. Неполаризирано(природен) бран - електромагнетен светлосен бран во кој насоките на осцилација на векторите E и B во овој бран можат да лежат во која било рамнина нормална на векторот на брзина v. Неполаризирана светлина- светлосни бранови во кои насоките на осцилациите на векторите E и B се менуваат хаотично така што сите насоки на осцилациите во рамнините нормални на зракот на ширење на бранот се подеднакво веројатни ( Сл.2).
Сл.2 Неполаризирана светлина
Поларизирани бранови- кај кои насоките на векторите E и B остануваат непроменети во просторот или се менуваат според одреден закон. Зрачење во кое насоката на векторот Е се менува хаотично - неполаризиран. Пример за такво зрачење е топлинското зрачење (хаотично распоредени атоми и електрони). Рамнина на поларизација- ова е рамнина нормална на насоката на осцилациите на векторот E. Главниот механизам за појава на поларизирано зрачење е расејувањето на зрачењето од електрони, атоми, молекули и честички прашина.
1.2. Видови на поларизацијаПостојат три типа на поларизација. Ајде да им дадеме дефиниции. 1. Линеарно Се јавува ако електричниот вектор Е ја одржува својата позиција во просторот. Се чини дека ја истакнува рамнината во која осцилира векторот Е. 2. Кружни Ова е поларизација која се јавува кога електричниот вектор E ротира околу насоката на ширење на бранот со аголна брзина еднаква на аголната фреквенција на бранот, додека ја одржува својата апсолутна вредност. Оваа поларизација ја карактеризира насоката на ротација на векторот Е во рамнина нормална на линијата на видот. Пример е циклотронното зрачење (систем на електрони кои ротираат во магнетно поле). 3. Елиптична Се јавува кога големината на електричниот вектор Е се менува така што опишува елипса (ротација на векторот Е). Елиптичната и кружната поларизација може да бидат десно (векторот Е се ротира во насока на стрелките на часовникот кога гледа кон бранот што се шири) и лево (векторот Е се ротира спротивно од стрелките на часовникот кога гледа кон бранот што се шири).
Во реалноста, тоа се случува најчесто делумна поларизација (делумно поларизирани електромагнетни бранови). Квантитативно се карактеризира со одредена количина наречена степен на поларизација Р, кој е дефиниран како: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin)Каде Имакс,Immin- најголема и најниска густина на електромагнетниот флукс на енергија низ анализаторот (Полароид, Николас призма...). Во пракса, поларизацијата на зрачење често се опишува со параметрите на Стокс (тие ги одредуваат флуксот на зрачење со дадена насока на поларизација).
Билет 79.
Ако природната светлина падне на интерфејсот помеѓу два диелектрика (на пример, воздух и стакло), тогаш дел од неа се рефлектира, а дел се прекршува и се шири во вториот медиум. Со инсталирање на анализатор (на пример, турмалин) на патеката на рефлектираните и прекршените зраци, осигуруваме дека рефлектираните и прекршените зраци се делумно поларизирани: кога анализаторот се ротира околу зраците, интензитетот на светлината периодично се зголемува и слабее ( целосно гаснење не е забележано!). Понатамошните студии покажаа дека во рефлектираниот зрак преовладуваат вибрации нормално на рамнината на инциденца (тие се означени со точки на сл. 275), додека кај прекршениот зрак преовладуваат вибрации паралелни на рамнината на инциденца (насликана со стрелки).
Степенот на поларизација (степенот на раздвојување на светлосните бранови со одредена ориентација на електричниот (и магнетниот) вектор) зависи од аголот на инциденца на зраците и индексот на прекршување. Шкотски физичар Д. Брустер(1781-1868) инсталиран закон, според кој под агол на инциденца јас B (Brewster агол), определен со релацијата
(n 21 - индекс на рефракција на вториот медиум во однос на првиот), рефлектираниот зрак е рамно поларизиран(содржи само вибрации нормално на рамнината на инциденца) (сл. 276). Прекршениот зрак под агол на инциденцајасБ поларизирани до максимум, но не целосно.
Ако светлината удира во интерфејсот под аголот на Брустер, тогаш рефлектираните и прекршените зраци меѓусебно нормално(тг јасБ = грев јас B/cos јасБ, n 21 = грев јасБ / грев јас 2 (јас 2 - агол на прекршување), од каде кос јасБ=грев јас 2). Оттука, јасБ + јас 2 = /2, но јас’ Б= јасБ (закон на рефлексија), затоа јас’ Б+ јас 2 = /2.
Степенот на поларизација на рефлектираната и прекршената светлина под различни агли на инциденца може да се пресмета од равенките на Максвел, ако ги земеме предвид граничните услови за електромагнетното поле на интерфејсот помеѓу два изотропни диелектрика (т.н. Френелови формули).
Степенот на поларизација на прекршената светлина може значително да се зголеми (со повеќекратно прекршување, под услов светлината да се удира секој пат на интерфејсот под аголот на Брустер). Ако, на пример, за стакло ( n= 1.53) степенот на поларизација на прекршениот зрак е 15%, потоа по прекршувањето во 8-10 стаклени плочи надредени една на друга, светлината што излегува од таков систем ќе биде речиси целосно поларизирана. Таквата колекција на чинии се нарекува стапало.Стапалото може да се користи за анализа на поларизирана светлина и за време на нејзиното рефлексија и за време на неговото прекршување.
Билет 79 (за Спар)
Како што покажува искуството, за време на прекршувањето и рефлексијата на светлината, прекршената и рефлектираната светлина се покажува како поларизирана, а рефлексијата. светлината може целосно да се поларизира под одреден агол на инциденца, но случајно. светлината е секогаш делумно поларизирана.Врз основа на формулите на Фринел може да се покаже дека рефлексијата. Светлината е поларизирана во рамнина нормална на рамнината на инциденца и се прекршува. светлината е поларизирана во рамнина паралелна со рамнината на инциденца.
Аголот на инциденца под кој рефлексијата светлината е целосно поларизирана се вика Брустеровиот агол.Брустеровиот агол е одреден од Брустеровиот закон: -Брустеровиот закон.Во овој случај аголот помеѓу рефлексиите. и рефракција. зраците ќе бидат еднакви.За систем воздух-стакло, аголот на Брустер е еднаков За да се добие добра поларизација, т.е. , при прекршување на светлината се користат многу површини за јадење, кои се нарекуваат Столетов стоп.
Билет 80.
Искуството покажува дека кога светлината е во интеракција со материјата, главниот ефект (физиолошки, фотохемиски, фотоелектричен, итн.) е предизвикан од осцилациите на векторот, кој во овој поглед понекогаш се нарекува светлосен вектор. Затоа, за да се опишат моделите на поларизација на светлината, се следи однесувањето на векторот.
Рамнината формирана од векторите и се нарекува рамнина на поларизација.
Ако векторските осцилации се појават во една фиксна рамнина, тогаш таквата светлина (зрак) се нарекува линеарно поларизирана. Конвенционално е означен на следниов начин. Ако зракот е поларизиран во нормална рамнина (во рамнината xoz, види сл. 2 во второто предавање), потоа се означува.
Природната светлина (од обични извори, сонцето) се состои од бранови кои имаат различни, хаотично распоредени рамнини на поларизација (види Сл. 3).
Природната светлина понекогаш конвенционално се означува како таква. Се нарекува и неполаризиран.
Ако, додека бранот се шири, векторот се ротира и крајот на векторот опишува круг, тогаш таквата светлина се нарекува кружно поларизирана, а поларизацијата се нарекува кружна или кружна (десно или лево). Постои и елипсовидна поларизација.
Постојат оптички уреди (филмови, плочи, итн.) - поларизатори, кои извлекуваат линеарно поларизирана светлина или делумно поларизирана светлина од природна светлина.
Поларизаторите што се користат за анализа на поларизацијата на светлината се нарекуваат анализатори.
Рамнината на поларизаторот (или анализаторот) е рамнината на поларизација на светлината што ја пренесува поларизаторот (или анализаторот).
Нека линеарно поларизирана светлина со амплитуда падне на поларизатор (или анализатор) Е 0 . Амплитудата на емитуваната светлина ќе биде еднаква на Е=Е 0 кос ј, и интензитет Јас=Јас 0 со 2 ј.
Оваа формула изразува Малусовиот закон:
Интензитетот на линеарно поларизираната светлина што минува низ анализаторот е пропорционален на квадратот на косинусот на аголот јпомеѓу рамнината на осцилација на упадната светлина и рамнината на анализаторот.
Билет 80 (за поттик)
Поларизаторите се уреди кои овозможуваат да се добие поларизирана светлина. Анализаторите се уреди кои можат да се користат за да се анализира дали светлината е поларизирана или не. Структурно, поларизаторот и анализаторот се едно исто. Zn Malus. Нека светлината со интензитет паѓа на поларизатор, ако светлината е природна -та тогаш сите правци на векторот Е се подеднакво веројатни. Секој вектор може да се разложи на две меѓусебно нормални компоненти: од кои едната е паралелна со рамнината на поларизација на поларизаторот, а другата е нормална на тоа.
Очигледно, интензитетот на светлината што излегува од поларизаторот ќе биде еднаков. Да го означиме интензитетот на светлината што излегува од поларизаторот со (). агол со главната рамнина на поларизаторот, тогаш со закон се одредува интензитетот на светлината што излегува од анализаторот.
Билет 81.
Додека го проучуваше сјајот на растворот на соли на ураниум под влијание на радиумските зраци, советскиот физичар П. А. Черенков го привлече вниманието на фактот дека и самата вода свети, во која нема соли на ураниум. Се испостави дека кога зраците (види Гама зрачење) се пренесуваат низ чисти течности, сите тие почнуваат да светат. С. И. Вавилов, под чие раководство работеше П. А. Черенков, претпостави дека сјајот е поврзан со движењето на електроните исфрлени од атомите со радиумски кванти. Навистина, сјајот силно зависел од насоката на магнетното поле во течноста (ова сугерираше дека е предизвикан од движењето на електроните).
Но, зошто електроните што се движат во течност испуштаат светлина? Точниот одговор на ова прашање го дале советските физичари И.Е.Там и И.М.Френк во 1937 година.
Електрон, кој се движи во супстанција, комуницира со атомите што го опкружуваат. Под влијание на неговото електрично поле, атомските електрони и јадра се поместуваат во спротивни насоки - медиумот е поларизиран. Поларизирани, а потоа враќајќи се во нивната првобитна состојба, атомите на медиумот лоцирани по должината на електронската траекторија испуштаат електромагнетни светлосни бранови. Ако брзината на електронот v е помала од брзината на ширење на светлината во медиумот (индексот на рефракција), тогаш електромагнетното поле ќе го надмине електронот, а супстанцијата ќе има време да се поларизира во просторот пред електронот. Поларизацијата на медиумот пред електронот и зад него е спротивна во насока, а зрачењето на спротивно поларизираните атоми, „додадени“, „гаси“ едни со други. Кога атомите до кои сè уште не дошол електрон немаат време да се поларизираат, а зрачењето се појавува насочено по тесен конусен слој со врв што се совпаѓа со движечкиот електрон и агол на врвот c. Појавата на светлосниот „конус“ и состојбата на зрачење може да се добијат од општите принципи на ширење на брановите.
Ориз. 1. Механизам на формирање на брановиот фронт
Нека електронот се движи по оската OE (види слика 1) на многу тесен празен канал во хомогена проѕирна супстанција со индекс на рефракција (празниот канал е потребен за да не се земат предвид судирите на електронот со атомите во теоретско разгледување). Секоја точка на линијата OE сукцесивно окупирана од електрон ќе биде центар на емисија на светлина. Брановите што произлегуваат од последователните точки O, D, E се мешаат едни со други и се засилуваат ако фазната разлика меѓу нив е нула (види Интерференција). Овој услов е задоволен за насока која прави агол од 0 со траекторијата на електронот. Аголот 0 се одредува со релацијата:.
Навистина, да разгледаме два бранови емитирани во насока под агол од 0 во однос на брзината на електронот од две точки на траекторијата - точка O и точка D, одделени со растојание . Во точката Б, која лежи на линијата BE, нормално на OB, првиот бран во - после време До точката F, која лежи на линијата BE, бранот емитиран од точката ќе пристигне во моментот на време откако бранот ќе се испушти од точката О Овие два брана ќе бидат во фаза, т.е. правата линија ќе биде брановиден фронт ако овие времиња се еднакви:. Тоа го дава условот за еднаквост на времињата. Во сите правци за кои, светлината ќе се изгасне поради мешањето на брановите емитирани од деловите на траекторијата одвоени со растојание D. Вредноста на D се одредува со очигледната равенка, каде што T е период на осцилации на светлината. Оваа равенка секогаш има решение ако.
Ако , тогаш насоката во која емитираните бранови, кога се мешаат, се засилуваат, не постои и не може да биде поголема од 1.
Ориз. 2. Распределба на звучните бранови и формирање на ударен бран при движење на телото
Зрачењето се забележува само ако .
Експериментално, електроните летаат во конечен цврст агол, со одредено ширење во брзината, и како резултат на тоа, зрачењето се шири во конусен слој во близина на главната насока одредена од аголот.
Во нашето разгледување, го занемаривме забавувањето на електроните. Ова е сосема прифатливо, бидејќи загубите од зрачењето Вавилов-Церенков се мали и, на прво приближување, можеме да претпоставиме дека енергијата што ја губи електронот не влијае на неговата брзина и тој се движи рамномерно. Ова е фундаменталната разлика и необичноста на зрачењето Вавилов-Черенков. Вообичаено, полнењата се емитуваат додека доживуваат значително забрзување.
Електронот што ја надминува својата светлина е сличен на авион кој лета со брзина поголема од брзината на звукот. Во овој случај, конусен ударен звучен бран исто така се шири пред авионот (види слика 2).
Прекршување на светлината- феномен во кој зрак светлина, поминувајќи од еден медиум во друг, го менува правецот на границата на овие медиуми.
Прекршувањето на светлината се јавува според следниот закон:
Упадните и прекршените зраци и нормалното исцртано на интерфејсот помеѓу двата медиума во точката на инциденца на зракот лежат во иста рамнина. Односот на синусот на аголот на инциденца до синусот на аголот на прекршување е константна вредност за две медиуми:
,
Каде α
- агол на инциденца,
β
- агол на прекршување,
n - константна вредност независна од аголот на инциденца.
Кога се менува аголот на инциденца, се менува и аголот на прекршување. Колку е поголем аголот на инциденца, толку е поголем аголот на прекршување.
Ако светлината доаѓа од оптички помалку густа средина до погуста средина, тогаш аголот на прекршување е секогаш помал од аголот на инциденца: β < α.
Светлосен зрак насочен нормално на интерфејсот помеѓу два медиума поминува од еден до друг медиум без рефракција.
апсолутен индекс на рефракција на супстанцијата- вредност еднаква на односот на фазните брзини на светлината (електромагнетни бранови) во вакуум и во дадена средина n=c/v
Количеството n вклучено во законот за прекршување се нарекува релативен индекс на прекршување за пар медиум.
Вредноста n е релативниот индекс на рефракција на медиумот B во однос на медиумот A, а n" = 1/n е релативниот индекс на прекршување на медиумот A во однос на медиумот B.
Оваа вредност, додека другите нешта се еднакви, е поголема од единството кога зракот преминува од погуста средина во помалку густа средина, и помала од единството кога зракот преминува од помалку густа во погуста средина (на пример, од гас или од вакуум во течност или цврста). Постојат исклучоци од ова правило, и затоа е вообичаено да се нарече медиум оптички повеќе или помалку густ од друг.
Зракот што паѓа од безвоздушен простор на површината на некој медиум Б се прекршува посилно отколку кога паѓа врз него од друг медиум А; Индексот на прекршување на зракот кој се слетува на медиум од безвоздушниот простор се нарекува негов апсолутен индекс на рефракција.
(Апсолутно - во однос на вакуумот.
Релативна - во однос на која било друга супстанција (ист воздух, на пример).
Релативниот индикатор на две супстанции е односот на нивните апсолутни показатели.)
Вкупен внатрешен одраз- внатрешен одраз, под услов аголот на пад да надмине одреден критичен агол. Во овој случај, ударниот бран целосно се рефлектира, а вредноста на коефициентот на рефлексија ги надминува неговите највисоки вредности за полирани површини. Рефлексијата на вкупната внатрешна рефлексија е независна од брановата должина.
Во оптика, овој феномен е забележан за широк опсег на електромагнетно зрачење, вклучувајќи го и опсегот на Х-зраци.
Во геометриската оптика, феноменот е објаснет во рамките на законот на Снел. Имајќи предвид дека аголот на прекршување не може да надмине 90°, откриваме дека при агол на инциденца чиј синус е поголем од односот на долниот индекс на прекршување со поголемиот индекс, електромагнетниот бран мора целосно да се рефлектира во првата средина.
Во согласност со брановата теорија на феноменот, електромагнетниот бран сè уште продира во вториот медиум - таму се шири таканаречениот „неуниформен бран“, кој експоненцијално се распаѓа и не носи енергија со себе. Карактеристичната длабочина на пенетрација на нехомоген бран во втората средина е од редот на брановата должина.
Закони за прекршување на светлината.
Од сето кажано заклучуваме:
1 . На интерфејсот помеѓу два медиума со различна оптичка густина, светлосниот зрак ја менува својата насока кога поминува од еден медиум во друг.
2. Кога светлосниот зрак поминува во средина со поголема оптичка густина, аголот на прекршување е помал од аголот на пад; Кога светлосниот зрак поминува од оптички погуста средина до помалку густа средина, аголот на прекршување е поголем од аголот на инциденца.
Прекршувањето на светлината е придружено со рефлексија, а со зголемување на аголот на инциденца, осветленоста на рефлектираниот зрак се зголемува, а прекршениот зрак слабее. Ова може да се види со спроведување на експериментот прикажан на сликата. Следствено, рефлектираниот зрак носи со себе повеќе светлосна енергија, толку е поголем аголот на инциденца.
Нека МН- интерфејсот помеѓу два проѕирни медиуми, на пример, воздух и вода, АД- инцидентен зрак, ОБ- прекршен зрак, - агол на пад, - агол на прекршување, - брзина на ширење на светлината во првата средина, - брзина на ширење на светлината во втората средина.
Кога решавате проблеми во оптика, честопати треба да го знаете индексот на рефракција на стаклото, водата или друга супстанција. Покрај тоа, во различни ситуации, може да се користат и апсолутни и релативни вредности на оваа количина.
Два типа на индекс на рефракција
Прво, да разговараме за тоа што покажува овој број: како се менува насоката на ширење на светлината во еден или друг проѕирен медиум. Покрај тоа, електромагнетниот бран може да дојде од вакуум, а потоа индексот на рефракција на стакло или друга супстанција ќе се нарече апсолутен. Во повеќето случаи, неговата вредност лежи во опсег од 1 до 2. Само во многу ретки случаи индексот на рефракција е поголем од два.
Ако пред објектот има средно погусто од вакуум, тогаш тие зборуваат за релативна вредност. И се пресметува како однос на две апсолутни вредности. На пример, релативниот индекс на рефракција на вода-стаклото ќе биде еднаков на количникот на апсолутните вредности за стакло и вода.
Во секој случај, тоа се означува со латинската буква „en“ - n. Оваа вредност се добива со делење на истите вредности едни со други, затоа е едноставно коефициент што нема име.
Која формула можете да ја користите за да го пресметате индексот на рефракција?
Ако го земеме аголот на инциденца како „алфа“ и аголот на прекршување како „бета“, тогаш формулата за апсолутната вредност на индексот на рефракција изгледа вака: n = sin α/sin β. Во литературата на англиски јазик често можете да најдете различна ознака. Кога аголот на пад е i, а аголот на прекршување е r.
Постои уште една формула за тоа како да се пресмета индексот на рефракција на светлината во стакло и други проѕирни медиуми. Тоа е поврзано со брзината на светлината во вакуум и исто, но во супстанцијата што се разгледува.
Тогаш изгледа вака: n = c/νλ. Овде c е брзината на светлината во вакуум, ν е нејзината брзина во проѕирна средина, а λ е брановата должина.
Од што зависи индексот на рефракција?
Се одредува според брзината со која светлината се шири во медиумот што се разгледува. Воздухот во овој поглед е многу блиску до вакуум, така што светлосните бранови се шират во него практично без отстапување од нивната првобитна насока. Затоа, ако се утврди индексот на рефракција на стакло-воздух или која било друга супстанција што се граничи со воздухот, тогаш вториот конвенционално се зема како вакуум.
Секоја друга средина има свои карактеристики. Имаат различни густини, имаат своја температура, како и еластични напрегања. Сето ова влијае на резултатот од прекршувањето на светлината од супстанцијата.
Карактеристиките на светлината играат важна улога во менувањето на насоката на ширење на бранот. Белата светлина е составена од многу бои, од црвена до виолетова. Секој дел од спектарот се прекршува на свој начин. Покрај тоа, вредноста на индикаторот за бранот на црвениот дел од спектарот секогаш ќе биде помала од онаа на останатите. На пример, индексот на рефракција на стаклото TF-1 варира од 1,6421 до 1,67298, соодветно, од црвениот до виолетовиот дел од спектарот.
Примери на вредности за различни супстанции
Еве ги вредностите на апсолутните вредности, односно индексот на рефракција кога зракот поминува од вакуум (што е еквивалентно на воздухот) низ друга супстанција.
Овие бројки ќе бидат потребни ако е неопходно да се одреди индексот на рефракција на стаклото во однос на другите медиуми.
Кои други количини се користат при решавање на проблеми?
Вкупен одраз. Се забележува кога светлината преминува од погуста средина во помалку густа. Овде, под одреден агол на инциденца, рефракцијата се јавува под прав агол. Односно, зракот се лизга по границата на два медиума.
Ограничувачкиот агол на вкупниот одраз е неговата минимална вредност при која светлината не излегува во помалку густа средина. Помалку од тоа значи прекршување, а повеќе значи рефлексија во истиот медиум од кој се движи светлината.
Задача бр. 1
Состојба. Индексот на прекршување на стаклото има вредност 1,52. Неопходно е да се одреди ограничувачкиот агол под кој светлината целосно се рефлектира од интерфејсот на површините: стакло со воздух, вода со воздух, стакло со вода.
Ќе треба да ги користите податоците за индексот на рефракција за вода дадени во табелата. Се зема еднакво на единство за воздух.
Решението во сите три случаи се сведува на пресметки со помош на формулата:
sin α 0 /sin β = n 1 /n 2, каде што n 2 се однесува на медиумот од кој се шири светлината и n 1 каде што продира.
Буквата α 0 го означува граничниот агол. Вредноста на аголот β е 90 степени. Тоа е, неговиот син ќе биде еден.
За првиот случај: sin α 0 = 1 /n стакло, тогаш ограничувачкиот агол излегува дека е еднаков на лакот од 1 /n стакло. 1/1,52 = 0,6579. Аголот е 41,14º.
Во вториот случај, при одредување на лакот, треба да ја замените вредноста на индексот на рефракција на водата. Дропката 1 /n вода ќе ја земе вредноста 1/1,33 = 0,7519. Ова е лак на аголот 48,75º.
Третиот случај е опишан со односот на n вода и n стакло. Лакот ќе треба да се пресмета за фракцијата: 1,33/1,52, односно бројот 0,875. Ја наоѓаме вредноста на ограничувачкиот агол по неговиот лак: 61,05º.
Одговор: 41,14º, 48,75º, 61,05º.
Проблем бр. 2
Состојба. Стаклена призма се потопува во сад со вода. Неговиот индекс на рефракција е 1,5. Призмата се заснова на правоаголен триаголник. Поголемата нога се наоѓа нормално на дното, а втората е паралелна со неа. Зрак светлина паѓа нормално на горната страна на призмата. Кој треба да биде најмалиот агол помеѓу хоризонталната нога и хипотенузата за светлината да стигне до кракот лоциран нормално на дното на садот и да излезе од призмата?
За да може зракот да излезе од призмата на опишаниот начин, треба да падне под максимален агол на внатрешното лице (оној што е хипотенуза на триаголникот во пресекот на призмата). Овој ограничувачки агол излегува дека е еднаков на саканиот агол на правоаголен триаголник. Од законот за прекршување на светлината, излегува дека синусот на ограничувачкиот агол поделен со синусот од 90 степени е еднаков на односот на два индекси на прекршување: вода до стакло.
Пресметките водат до следната вредност за ограничувачкиот агол: 62º30´.
Процесите кои се поврзани со светлината се важна компонента на физиката и не опкружуваат насекаде во нашиот секојдневен живот. Најважни во оваа ситуација се законите за рефлексија и прекршување на светлината, на кои се заснова модерната оптика. Прекршувањето на светлината е важен дел од модерната наука.
Ефект на дисторзија
Оваа статија ќе ви каже каков е феноменот на прекршување на светлината, како и како изгледа законот за прекршување и што следува од него.
Основи на физички феномен
Кога зракот ќе падне на површина што е одделена со две проѕирни супстанции кои имаат различна оптичка густина (на пример, различни чаши или во вода), некои од зраците ќе се рефлектираат, а некои ќе навлезат во втората структура (на пример, ќе се размножуваат во вода или стакло). Кога се движите од еден медиум во друг, зракот обично ја менува својата насока. Ова е феноменот на прекршување на светлината.
Рефлексијата и прекршувањето на светлината се особено видливи во водата.
Ефект на дисторзија во вода
Гледајќи ги работите во вода, тие изгледаат искривени. Ова е особено забележливо на границата помеѓу воздухот и водата. Визуелно, подводните објекти се чини дека се малку отклонети. Опишаниот физички феномен е токму причината зошто сите предмети изгледаат искривени во водата. Кога зраците удираат во стаклото, овој ефект е помалку забележлив.
Прекршувањето на светлината е физички феномен кој се карактеризира со промена на насоката на движење на сончевиот зрак во моментот кога се движи од една средина (структура) во друга.
За да го подобриме нашето разбирање за овој процес, разгледајте пример на зрак кој удира во вода од воздух (слично за стаклото). Со повлекување на нормална линија по должината на интерфејсот, може да се измери аголот на прекршување и враќање на светлосниот зрак. Овој индекс (агол на прекршување) ќе се промени како што протокот продира во водата (внатре во стаклото).
Забелешка! Овој параметар се подразбира како агол формиран од нормално исцртано на одвојување на две супстанции кога зракот продира од првата структура до втората.
Премин на зрак
Истиот индикатор е типичен за други средини. Утврдено е дека овој индикатор зависи од густината на супстанцијата. Ако зракот падне од помалку густа кон погуста структура, тогаш аголот на креирање на изобличување ќе биде поголем. И ако е обратно, тогаш е помалку.
Во исто време, промената на наклонот на падот исто така ќе влијае на овој индикатор. Но, односот меѓу нив не останува константен. Во исто време, односот на нивните синуси ќе остане константна вредност, што се рефлектира со следната формула: sinα / sinγ = n, каде што:
- n е константна вредност што е опишана за секоја специфична супстанција (воздух, стакло, вода итн.). Затоа, каква ќе биде оваа вредност може да се одреди со помош на специјални табели;
- α – агол на инциденца;
- γ – агол на прекршување.
За да се одреди овој физички феномен, беше создаден законот за рефракција.
Физички закон
Законот за прекршување на светлосните текови ни овозможува да ги одредиме карактеристиките на проѕирните супстанции. Самиот закон се состои од две одредби:
- Прв дел. Зракот (инцидент, изменет) и нормалниот, кој беше обновен на точката на инциденца на границата, на пример, на воздух и вода (стакло, итн.), ќе бидат лоцирани во иста рамнина;
- Вториот дел. Односот на синусот на аголот на инциденцата со синусот од истиот агол формиран при преминување на границата ќе биде константна вредност.
Опис на законот
Во овој случај, во моментот кога зракот излегува од втората структура во првата (на пример, кога светлосниот флукс поминува од воздухот, низ стаклото и назад во воздухот), ќе се појави и ефект на изобличување.
Важен параметар за различни објекти
Главниот индикатор во оваа ситуација е односот на синусот на аголот на инциденца до сличен параметар, но за изобличување. Како што следува од законот опишан погоре, овој индикатор е константна вредност.
Покрај тоа, кога вредноста на наклонот на опаѓање се менува, истата ситуација ќе биде типична за сличен индикатор. Овој параметар е од големо значење бидејќи е интегрална карактеристика на проѕирните материи.
Индикатори за различни објекти
Благодарение на овој параметар, можете доста ефикасно да разликувате видови стакло, како и разни скапоцени камења. Исто така е важно за одредување на брзината на светлината во различни средини.
Забелешка! Најголемата брзина на проток на светлина е во вакуум.
Кога се движите од една супстанција во друга, нејзината брзина ќе се намали. На пример, кај дијамантот, кој има највисок индекс на рефракција, брзината на ширење на фотонот ќе биде 2,42 пати поголема од онаа на воздухот. Во вода ќе се шират 1,33 пати побавно. За различни типови на стакло, овој параметар се движи од 1,4 до 2,2.
Забелешка! Некои очила имаат индекс на рефракција од 2,2, што е многу блиску до дијамантот (2,4). Затоа, не е секогаш можно да се разликува парче стакло од вистински дијамант.
Оптичка густина на супстанции
Светлината може да навлезе низ различни супстанции, кои се карактеризираат со различни оптички густини. Како што рековме претходно, користејќи го овој закон можете да ја одредите густината карактеристика на медиумот (структурата). Колку е погуста, толку е помала брзината со која светлината ќе се шири низ него. На пример, стаклото или водата ќе бидат оптички погусти од воздухот.
Покрај тоа што овој параметар е константна вредност, го одразува и односот на брзината на светлината во две супстанции. Физичкото значење може да се прикаже како следнава формула:
Овој индикатор кажува како се менува брзината на ширење на фотоните при движење од една супстанција во друга.
Друг важен индикатор
Кога светлосниот флукс се движи низ проѕирни објекти, можна е негова поларизација. Се забележува за време на минување на светлосен флукс од диелектрични изотропни медиуми. Поларизацијата се јавува кога фотоните минуваат низ стаклото.
Ефект на поларизација
Делумна поларизација се забележува кога аголот на инциденца на светлосниот флукс на границата на два диелектрика се разликува од нула. Степенот на поларизација зависи од тоа какви биле аглите на инциденца (Брустеровиот закон).
Целосен внатрешен одраз
Завршувајќи ја нашата кратка екскурзија, сè уште е неопходно да се разгледа таков ефект како целосна внатрешна рефлексија.
Феноменот на целосно прикажување
За да се појави овој ефект, неопходно е да се зголеми аголот на инциденца на светлосниот флукс во моментот на неговиот премин од погуста во помалку густа средина на интерфејсот помеѓу супстанциите. Во ситуација кога овој параметар надминува одредена ограничувачка вредност, тогаш фотоните што се спаѓаат на границата на овој дел целосно ќе се рефлектираат. Всушност, ова ќе биде нашиот посакуван феномен. Без него, беше невозможно да се направи оптички влакна.
Заклучок
Практичната примена на однесувањето на светлосниот флукс даде многу, создавајќи различни технички уреди за подобрување на нашите животи. Во исто време, светлината сè уште не ги открила сите свои можности на човештвото и нејзиниот практичен потенцијал сè уште не е целосно реализиран.
Како да направите светилка од хартија со свои раце Како да ги проверите перформансите на LED лента
ИНДЕКС НА РЕФРАКЦИЈА(индекс на рефракција) - оптички. карактеристика на околината поврзана со прекршување на светлинатана интерфејсот помеѓу две проѕирни оптички хомогени и изотропни медиуми за време на нејзиниот премин од една средина во друга и поради разликата во фазните брзини на ширење на светлината во медиумот. Вредноста на P. p. е еднаква на односот на овие брзини. роднина
P. стр. на овие средини. Ако светлината падне на вториот или првиот медиум од (од каде е брзината на светлината Со), потоа количините апсолутна пп од овие просеци. Во овој случај, законот за прекршување може да се напише во форма каде и се аглите на инциденца и прекршување.
Големината на апсолутниот фактор на моќност зависи од природата и структурата на супстанцијата, нејзината состојба на агрегација, температурата, притисокот итн. При високи интензитети, факторот на моќност зависи од интензитетот на светлината (види. нелинеарна оптика). Во голем број супстанции се менува P. под влијание на надворешни влијанија. електрични полиња ( Кер ефект- во течности и гасови; електро-оптички Ефект на џебови- во кристали).
За даден медиум, опсегот на апсорпција зависи од светлосната бранова должина l, а во регионот на опсезите на апсорпција оваа зависност е аномална (види Сл. Светлосна дисперзија).Во рендген. регион, факторот на моќност за скоро сите медиуми е блиску до 1, во видливиот регион за течности и цврсти материи е околу 1,5; во IR регионот за голем број транспарентни медиуми 4.0 (за Ge).
Осветлено: Landsberg G.S., Optics, 5th ed., M., 1976; Сивухин Д.В., Општ курс, 2-ри изд., [вол. 4] - Оптика, М., 1985. В. И. Малишев,