Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 70
Текст из файла (страница 70)
296. 74схаппческая модель яилення прохождения световой волны через две пластинки турмалина на рис, 296, вполне соответствуют описанным выше оптическим опытам. Они показывают, что аестественные» колебания веревки пропускаются в одинаковой степени при любой ориентации щели. Две последовательно поставленные щели пропускают колебания большей или меньшей амплитуды в зависимости от в з а и м н о й ориентации щелей. При перпендикулярности щелей колебание веревки сквозь них не проходит.
Опыты показывают также, что щель поляризует «естественныеь колебания веревки. $147. Поляроиды. Кристалл турмалина далеко не единственный кристалл, который поляризует проходящий через него свет. Очень многие кристаллы обладают подобными свойствами. Но большинство из них, например исландский шпаг, пропускает одновременна д в а л у ч а, п о л я р изованных в двух взаимно перпендикул я р н ы х н а п р а в л е н и я х, Это нередко затрудняет наблюдение поляризованного света и требует специальных приспособлений для отделения одного из этих лучей от другого.
Некоторые кристаллы, в том числе и турмалин, п ог л о щ а ю т один из двух поляризованных лучей настолько сильно, что сквозь пластинку толщиной около миллиметра практически проходит только один луч, поляризованный в определенном направлении. Такие кристаллы называют дихроичными. Существуют кристаллы, еще сильнее задерживающие один из поляризованных лучей, чем это происходит в тур- 370 малине (например, кристаллы иодистого хинина), так что кристаллическая пленка толщиной в десятую долю миллиметра и даже тоньше практически полностью отделяет один из поляризованных лучей. Нанося эти пленки на целлулоид, получают поляризующую пластинку размером в несколько квадратных дециметров. Такие пластинки носят название поляроидов и представляют собой удобные и дешевые поляризующие приспособления большой поверхности.
Все опыты, описанные в э 144, легко могут быть проделаны с двумя кусочкамн полароида. й 148. Поперечность световых волн и электромагнитная теория света. Гипотезы й 145 настолько полно и хорошо позволилн объяснить все детали опытов с турмалином, что можно считать этн гипотезы вполне обоснованными. Важнейшей из них является вывод о п о п е р е ч н о с т и с в е т о в ы х в о л н.
С помощью представления о поперечных световых волнах удается также превосходно объясс нить и многочисленные другие явления, связанные с поля. ризацией света. Таким образом, обширная и разнообразная группа явлений поляризации света служит надежным обоснованием идеи, согласно которой световая волна есть волна поперечная, т. е. направления колебаний в ней перпендикулярны к направлению распространения волны. Признание световых волн поперечными имело очень большое значение в учении о свете. Френель, Юнг *) и другие исследователи, обосновавшие волновую природу света, полагали, что световые волны имеют характер упругих волн, распространяющихся в особой среде, заполняющей все пространство и названной световым эфиром. Впоследствии, однако, выяснилось, что гипотеза упругого эфира и представление о свете как об упругих волнах не могут удовлетворительно объяснить ряд вновь открытых явлений.
Так, были установлены факты, обнаруживавшие тесную связь между электромагнитными и оптическими явлениями. Из этих фактов на первом месте стояли опыты, показавшие возможность воздействовать при помощи магнитного или электрического поля на характер поляризации света. Далее было открыто влияние электрического и магнитного полей на частоту света, испускаемого атомами, и возможность при помощи света вызывать некоторые электрические процессы (например, фотоэффект; см.
ниже, э 183) и т. д. Связь между оптическими и электромагнитными явлениями нашла евое *) Томас Ю и г (1773 — 1З29) — английский физик и врач, выражение в электромагнитной теории с в ет а, выдвинутой Максвеллом в 1876 г. (см, 3 58). Электромагнитная теория света устранила все трудности, связанные с гипотезой упругого твердого эфира. Для понимания процесса распространения электромагнитных волн нет надобности предполагать мировое пространство заполненным каким-либо веществом.
Электромагнитные волны (в том числе и свет) могут распространяться и в вакууме (ср. Э 33). Электромагнитная волна представляет собой 1см. Я 54 и 59) распространение переменного электромагнитного поля, причем напряженности электрического и магнитного полей перпендикулярны друг к другу и к линии распространения волны: злсктро наснитнме волны поперечны. Таким образом, поперечность световых волн, доказанная опытами по поляризации света, естественно объясняется электромагнитной теорией света.
В световой волне, как и во всякой электромагнитной волне, имеются одновременно два взаимно перпендикулярных направления колебаний; направления колебаний напряженностей электрического и магнитного полей. Все, что мы говорили о направлении световых колебаний, относится к направлению колебаний напряженности электрического поля. В частности, специальные опыты позволили установить, что в волне, прошедшей через турмалин, колебание напряженности электрического поля направлено вдоль оптической оси турмалина.- Г л а в а ХЧП. ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН й 149.
Способы исследования электромагнитных волн различной длины. Электромагнитные волны, применяемые в радиотехнике, имеют длину от нескольких километров до нескольких сантиметров. Электромагнитные же волны, представляющие собой свет, характеризуются длиной волны в несколько десятых микрометра.
Это простое сопоставление показывает, что количественное различие в длине волны приводит к глубокому к а ч е с т в е н н о и у р а з л и ч и ю во многих свойствах и особенностях электромагнитных волн. Возникает важная задача ближе ознакомиться со свойствами электромагнитных волн разной длины.
Для разделения волн различной длины обычноприменякьт какой-либо способ разложения сложного излучения в сне к т р. В случае видимого света для этой цели можно воспользоваться дифракционной решеткой (см. 3 136) или призмой (см. 3 86). Рассматривая полученный на экране спектр, мы убеждаемся в возможности по цвету различать глазом волны различной длины. Однако, как уже неоднократно указывалось, глаз воспринимает толььсо те электромагнитные волны, длина которых лежит в пределах (приблизительно) от 400 до 760 нм. Граннььы эти, конечно, довольно неопределенны, и огдельные наблкьдатели способны «видеть» волны н несколько более короткие (примерно до 370 нм) и несколько более длинные (около 800 нм). Необходимо поэтому найти более общий способ обнаружения электромагнитных волн.
чем наблюдение при помощи глаза. Так как распространяющаяся электромагнитная волна любой длины несет энергию, то таким более общим способом может явиться измерение энергии волны. Наиболее удобный для этой цели прием заключается в превращении электромагнитной энергии волны во внутреньььоьо энергию вещества, возрастание которой сопровождается нагреванием тела. Нагревание тел обнаруживается очень хорошо прьь 373 помощи чувствительных термометров, например термоэлементов (см, т. П, ~ 83). Частичное превращение энергии электромагнитных волн во внутреннюю энергио происходит всякий раз, когда эти волны падают на какое-либо вещество и более или менее сильно поглощаются им.
Опыт обнаружил, что некоторые черные вещества, например сажа, практически п о л н о с т ь ю поглощают энергию, приносимую световыми волнами р а з л и ч н о й длины. Именно поэтому они и представляются ч е р н ы и и, т. е. не отражающими свет. Покрыв налетом сажи чувствительную часть термоэлемента, можно, передвигая его по спектру, изучать электромагнитные волны в широком интервале длин волн. На рис. 297 изображено расположение элементов оптической 6 Рис.
297. Схема опыта по исследованию распределения энергии в спектре: 1, 2, 3, 4 — части спектрального аппарата, дающего спектр источника в плоскости 5, 6 — термоалемент, могущна перемещаться вдоль спектра, 7 — гальванометр, Ф вЂ” фиолетовая граница спектра, Кр— красная граница спектра системы, пригодное для указанной цели.
Измерив нагревание термоэлемента, можно вычислить энергию, приходящуюся на соответствующую область спектра, т. е, судить о распределении энергии по спектру. Такие энергетические измерения дают результаты, отличные от заключений, которые делает глаз. Действительно, человеку, воспринимающему свет глазом, желтая или зеленая часть спектра света дугового фонаря кажется гораздо ярче, чем красная, тогда как термоэлемент обнаруживает в красной части большее нагревание. Причина лежит в особенностях глаза, чувстви- 374 тельность которого к разным цветам различна (см.
5 68) и который поэтому не дает правильных показаний относительно распределения энергии по спектру. Термоэлемент же— вполне «беспристрастный» прибор, ибо для всех длин волн он дает возможность судить о внутренней энергии, в которую переходит энергия света при поглощении. б 180. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Проводя наблюдения за распределением энергии в спектре, мы обнаружим, что показания термоэлемента не обращаются в нуль, когда он передвигается в ту область, где глаз ничего не видит, т.
е. когда он помещен за к р а с н о й или ф и ол е т о в о й границами спектра (см. рис. 297). Показания термоэлемента меняются при переходе в этн невидимые области спектра постепенно. Прп этом для многих источников (напрнмер, дугового фонаря) показания термоэлемента при продвижении в область, расположенную за красной границей спектра, вначале даже увеличиваются, несмотря на то, что глаз в этом месте не обнаруживает никакого света. При перемещении в еще более длинноволновую часть спектра показания термоэлемента начинают убывать.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
