17 (Билеты по теории)

Билет №17

2) Поляризация света. Закон Малюса. Естественная анизотропия. Поляризационные приборы. Призма Николя.

 Поляризованным светом наз-ся свет, в котором направление колебаний светового вектора упорядочены каким-либо образом (световой вектор -- , где к –

волновое число, r – расстояние, отсчитываемое вдоль направления распространения световой волны. Для плоской волны, распространяющейся в непоглощающей среде А = cost, для сферической волны А убывает как 1/r). В естественном свете колебания различных направлений быстро и беспорядочно меняют друг друга. Так, если в р-тате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное!) направление колебаний вектора Е , то имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором Е (и, следовательно, Н) колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, наз-ся плоскополяризованным. Пл-ть, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны, наз-ся пл-тью поляризации.

Степень поляризации. Это величина Р:

максимальная и минимальная интенсивности света, соответствующие двум взаимно перпендикулярным компонентам вектора Е. Для естественного света для

плоскополяризованного света

Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный, используя так называемые поляризаторы, пропускающие колебания только определенного направления (например, пропускающие колебания, параллельные пл-ти поляризатора, и полностью задерживающие колебания, перпендикулярные этой пл-ти). В качестве поляризаторов могут быть использованы среды, анизотропные (анизотропность – зависимость физ. св-в от направления) в отношении колебаний в-ра Е, например, кристаллы.

Поляризация при отражении и преломлении.

Закон Брюстера. Если угол падения на границу раздела двух диэлектриков (например, на пов-ть стеклянной пластинки) отличен от нуля, отраженный и преломлены лучи оказываются частично поляризованными эллиптический поляризованный свет). В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения (на рис. эти колебания обозначены точками), в преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения (на русунке они изображены двусторонними стрелками). Степень поляризации зависимость от угла падения. Обозначим через угол,

удовлетворяющий условию , где

 -- показатель преломления второй среды преломления относительно первой. При угле падения равном , отраженный луч

полностью поляризован (он содержит только колебания, перпендикулярные к пл-ти падения). Степень поляризации преломленного луча при угле падения, равном , достигает наибольшего значения, однако этот луч остается поляризованным только частично. --

закон Брюстера, а угол называют углом

Брюстера.

Легко убедиться в том, что при падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Степень поляризации отраженного и преломленного лучей при различных углах падения можно получить с помощью формул Френеля. Эти ф-лы вытекают из условий, налагаемых на электромагнитное поле на границе поле на границе двух диэлектриков.

Закон Малюса. Пусть на поляризатор падает плоскополяризованный свет амплитуды и интенсивности Сквозь прибор пройдет составляющая колебаний с амплитудой

 -- угол между пл-тью

колебаний падающего света и пл-тью поляризатора.

Следовательно, интенсивность прошедшего света I определяется

выражением -- доля

интенсивности, которую несет с собой колебание, параллельное пл-ти поляризатора.

3) Квантовые свойства света. Опыт Боте. Энергия, масса и импульс фотона. Давление света. Опыты Лебедева.

Энергия, масса и импульс фотона. Свет испускается, поглощается и распространяется дискретными порциями (квантами), названными фотонами. Энергия фотона . Его масса

находится из закона взаимосвязи массы и энергии: . Фотон – элементарная

частица, которая всегда (в любой среде) движется со скоростью с и имеет массу покоя, равную нулю. Следовательно масса фотона отличается от массы таких эл-тарных частиц, как электрон, протон и нейтрон, которые обладают отличной от нуля массой покоя и могут находиться в состоянии покоя. Импульс фотона pγполучим,

если в общей ф-ле теории относительности  (Е – полная энергия) положить массу покоя фотона

 Следовательно, фотон, как

и любая другая частица, характеризуется энергией, массой и импульсом.

Давление света. Если фотон обладает импульсом, то свет, падающий на тело, должен оказывать на него давление. С точки зрения квантовой теории, давление света на пов-ть обусловлено тем, что каждый фотон при соударении с пов-тью передает ей свой импульс. Рассчитаем с точки зрения квантовой теории световое давление, оказываемое на пов-ть тела потоком монохроматического излучения (частота V ), падающего перпендикулярно пов-ти. Если в единицу времени на единицу площади пов-ти тела падает N фотонов, то при коэффициенте отражения р света от пов-ти тела отразится

pN фотонов, а (1 - p)N - поглотится. Каждый поглощенный фотон передает пов-ти импульс каждый отраженный -

 (при отражении импульс фотона

изменяется на ). Давление света на пов-ть

равно импульсу, который передают пов-ти в 1 с N фотонов:

 есть энергия всех фотонов, падающих

на единицу пов-ти в единицу времени, т.е. энергетическая освещенность пов-ти, а

 - объемная плотность энергии

излучения. Поэтому давление производимое светом при нормальном падении на пов-ть,