Ответы (1115942), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

1) Поляризация волн:

Поляризация волны – нарушение симметрии распределения возмущений относительно направления распространения волны. Очевидно, что поляризация возможна только для поперечных волн (см. 9.4); электромагнитные волны «аналогичны» поперечным (направление колебаний перпендикулярно к скорости), поэтому они также могут быть поляризованы. В волнах, испускаемых источниками света, направление колебаний вектора Е неупорядоченно; такой – неполяризованный – свет называется естественным. Простейшим примером поляризации является прохождение упругих поперечных волн (колебаний верёвки или струны) через узкую щель).

Выделяют эллиптическую поляризацию волны (конец вектора Е описывает эллипс в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны) и её частные случаи – циркулярную поляризацию (эллипс вырождается в круг) и линейную (плоскую) поляризацию (эллипс вырождается в прямую). В последнем случае плоскость, проходящая через вектор Е и направление распространения луча называется плоскостью поляризации.

Количественной характеристикой поляризации волн служит степень поляризации: где I_max и I_min – максимальная и минимальная интенсивности, регистрируемые при повороте регистрирующего прибора вокруг оси распространения света. Для естественного света Р = 0, для плоско поляризованного Р = 1.

2) Поглощение света:

Поглощение – явление уменьшения энергии волны, проходящей через вещество, за счёт её перехода во внутреннюю энергию вещества. Считая, что степень поглощения не зависит от интенсивности проходящей волны, получим то есть где x – толщина слоя вещества. Это соотношение называется законом Бугера-Ламберта. Коэффициент  – натуральный показатель поглощения; зависимость  от  – спектр поглощения вещества.

Если поглощающее вещество растворено в непоглощающем растворителе, то при малых концентрациях выполняется закон Бера:  = ₀с, где с – концентрация растворённого вещества, ₀ – коэффициент, не зависящий от концентрации. В концентрированных растворах закон Бера не выполняется из-за взаимодействия между поглощающими частицами.

Совокупность данных соотношений называют законом Бугера-Ламберта-Бера; при наличии не только поглощения, но и рассеяния (см. 18.2) необходимо введение поправки на экстинкцию (рассеяние) ’:

3) Поляризация волн при избирательном поглощении:

Если в силу особенностей строения вещество сильнее поглощает свет в одних направлениях и слабее – в других (анизотропия поглощения), то происходит частичная поляризация света; направление поляризации соответствует направлению наименьшего поглощения.

Поляризаторы (поляроиды) – вещества, при прохождении через которые свет частично поляризуется. Примером поляроидов являются вещества, избирательно поглощающие свет в каком-либо направлении, – кристаллы турмалина и плёнки поливинилового спирта или полипропилена. Плоскость, в которой поляризатор лучше пропускает свет, называется главной плоскостью поляроида.

Поляроид считается идеальным, если он полностью (без потери энергии) пропускает лучи, вектор Е в которых колеблется в главной плоскости, и не пропускает лучи, в которых вектор Е перпендикулярен к этой плоскости. После прохождения параллельного пучка естественного света через идеальный поляризатор свет становится линейно поляризованным. Реальные поляризаторы не являются идеальными и на выходе дают лишь частично поляризованный свет. При падении на идеальный поляризатор плоско поляризованного света амплитуда колебаний вектора Е после прохождения через поляроид где Е₀ – амплитуда колебаний до прохождения,  – угол между плоскостью поляризации света и главной плоскостью поляроида. Тогда – закон Малюса (выполняется только для идеальных поляризаторов).

Поляроиды использует не только для поляризации естественного света, но и для анализа света поляризованного (например, для определения степени поляризации). В этом случае их называют анализаторами.

18. Закономерности излучения диполя. Поляризация света при отражении от поверхности диэлектрика. Угол Брюстера. Поляризация рассеянного света. Рассеяние мутными средами и молекулярное рассеяние. Закон Рэлея. Представление о рассеянии Ми.

1) Излучение диполя:

Колебания электронов в атомах удобно представлять как колебания диполей: ядро – неподвижный положительный заряд, а электроны перемещаются вокруг ядра. В простейшем случае отрицательный заряд движется вдоль одной прямой так, что дипольный момент изменяется по гармоническому закону: Тогда излучение диполя есть излучение движущегося заряда.

Всякий движущийся заряд можно считать элементом тока, при этом По закону Био-Савара-Лапласа магнитная индукция возникающего поля вектор В изменяется по закону где  – угол между направлением движения заряда и направлением на точку наблюдения. Таким образом, диполь излучает максимальную энергию в направлениях, перпендикулярных к своей оси и не излучает вдоль оси. Пространственная картина называется диаграммой направленности излучения диполя, может быть получена вращением плоской картины, представленной на рисунке, и представляет собой деформированный тороид.

Из закона Био-Савара-Лапласа следует, что вектор В перпендикулярен к плоскости, проходящей через ось диполя и направление на точку наблюдения; это означает, что излучение диполя плоскополяризованно, причём плоскость поляризации – плоскость, проходящая через ось диполя и направление излучаемых волн.

2) Поляризация света при отражении:

Плоскость падения –плоскость, проходящая через падающий луч и нормаль к поверхности в точке падения. Если луч, плоскость поляризации которого совпадает с плоскостью падения, падает на границу раздела двух диэлектрических фаз, то во второй фазе возбуждаются колебания диполей, совпадающие по направлению с осью колебаний вектора Е. Отражённую и преломлённую волны можно считать результатом интерференции волн, излучаемых колеблющимися диполями. По законам геометрической оптики угол падения равен углу отражения, однако при определённом угле падения направление отражённого луча окажется перпендикулярным к направлению колебаний диполя. Поэтому отражение происходить не будет. Такой угол называется углом Брюстера _Б.

Пусть _Б – угол преломления, соответствующий углу Брюстера; тогда из закона преломления а из условия отсутствия отражения Явление отсутствия отражения при падении плоскополяризованного света под углом Брюстера используется в лазерах – при многократном прохождении луча через трубку с активным веществом требуется отсутствие отражения на поверхности трубки; для этого окна, через которые проходят лучи, располагают по отношению к ним наклонно –под углом Брюстера.

Если плоскость падения перпендикулярна к плоскости поляризации, то диполи также будут колебаться в этой плоскости – произойдёт интерференция излучаемых волн с образованием отражённого и преломлённого лучей – ни тот, ни другой не окажется погашенным, но оба будут поляризованы также, как и падающий пучок. Таким образом, при падении на границу раздела фаз естественного света под углом Брюстера происходит поляризация отражённого света в плоскости, перпендикулярной к плоскости падения и частичная поляризация преломлённых лучей.

3) Рассеяние света:

Рассеяние света – преобразование света веществом, сопровождающееся изменением направления и, возможно, частоты света, проявляющееся как несобственное свечение вещества. Рассеяние – результат интерференции волн, излучаемых колеблющимися диполями, поэтому рассеяние наблюдается не во всех случаях. В достаточно плотной (расстояние между соседними частицами много меньше длины волны) оптически однородной среде каждому излучателю соответствует другой – отстоящий от первого на /2. Соответственно, эти диполи «гасят» друг друга – рассеяние не происходит. Для наблюдения рассеяния необходимы либо неоднородная, либо сильно разреженная среда. В первом случае наблюдается рассеяние мутными средами, во втором – молекулярное рассеяние.

При попадании луча естественного света на рассеивающую среду возбуждаются колебания диполей; из-за неполяризованности исходного пучка диполи колеблются вдоль всех направлений, лежащих в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения луча. Излучения диполей, колеблющихся вдоль параллельных прямых, плоско поляризованы, поэтому рассеянный свет будет частично поляризован, а рассеянный под углом /2 к вектору скорости – плоско поляризован. При падении на рассеивающую среду плоскополяризованного луча все диполи вещества будут колебаться вдоль одного направления, поэтому рассеянный свет будет также плоско поляризован.

При молекулярном рассеянии результирующий луч можно рассматривать как результат интерференции излучений диполей, поэтому – закон Рэлея. Примеры молекулярного рассеяния – прохождение лучей Солнца через атмосферу Земли; коротковолновое излучение сильнее рассеивается, вызывая голубой цвет неба, а длинноволновое излучение преимущественно проходит сквозь атмосферу, обусловливая красный цвета восходящего и заходящего Солнца.

В мутных средах (дымах, аэрозолях, суспензиях, эмульсиях), состоящих из небольших частиц также выполняется закон Рэлея; рассеяние носит название явления Тиндаля. При больших размерах частиц рассеянное излучение всё сильнее «гасится» интерференцией, его интенсивность почти не зависит от частоты. Такое рассеяние называется рассеянием Ми.

Возможно также рассеяние с изменением частоты света – так называемое комбинаторное рассеяние; изменение частоты связано с модуляцией колебаний электронов рассеянным излучением. Примером комбинаторного рассеяния служит комптоновское рассеяние рентгеновских лучей на лёгких атомах.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)