phys_3sem_lection_all (823856), страница 20
Текст из файла (страница 20)
(Ионизация происходит под действием солнечных и космических лучей.). Опыт показывает, что радиоволны длиной более 10 метров полностью отражаются от ионосферы, чтошироко используется в радиосвязи. Волны меньшей длины, наоборот, свободно проходятсквозь ионосферу.23Семестр 3. Лекции 12-13Лекции 12-13. Электромагнитная природа света. Интерференция света.Шкала электромагнитных излучений. Оптическое излучение, его интенсивность.
Интерференция электромагнитных волн. Расчёт интерференционной картины с двумя источниками. Пространственно-временная когерентность. Интерференция света в тонких плёнках.Интерференционные полосы равной толщины и равного наклона. Применение интерференции.Физическая оптика – раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света, атакже его взаимодействие с веществом. По своей природе свет является электромагнитным излучением. Поэтому для описания световых явлений справедливы все положения электродинамики.Электромагнитный спектр принято делить на радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.
Между ними нет резких переходов. Участкиперекрываются, а границы между ними условны.К радиоволнам относят излучение с длиной волны больше 0,1 мм.При этом их подразделяют на:•сверхдлинные радиоволны, для которых длина волны больше 10 км;•длинные волны 1 км ≤λ≤10 км;•средние волны 100 м ≤λ≤1 км;•короткие волны 10 м ≤λ≤100 м;•ультракороткие волны λ≤10 м.Ультракороткие волны, в свою очередь подразделяют на метровые, дециметровые, миллиметровые и субмиллиметровые.Волны с длиной менее 1 м принято называть волнами сверхвысоких частот (соответственно, частоты таких волн более 3⋅108 Гц.)К оптическому диапазону относят волны в диапазоне 10 нм ≤λ≤2 мм.Он включает:•инфракрасное излучение 760 нм ≤λ≤2 мм;•видимый свет 400 нм ≤λ≤760 нм;•ультрафиолет 10 нм ≤λ≤400 нм.Естественный белый свет включает волны с длинами всего видимого диапазона.В силу биологических особенностей, человеческий глаз реагирует практически только навеличину напряжённости E электрического поля электромагнитной волны.
Поэтому в оптике восновном рассматривают вектор напряжённости электрического поля E , который называютсветовым вектором.1Семестр 3. Лекции 12-13Характеристики излучения. Световой поток.Пусть dФЭ – поток энергии, приходящийся на интервал длин волн от λ до λ+dλ, тогда величина ϕ ( λ ) =d ΦЭназывается функцией распределения потока энергии по длинам волн. С поdλмощью функции распределения можно найти поток энергии в интервале от λ1 до λ2:λ2ΦЭ = ∫ ϕ (λ ) d λ .λ1Относительная спектральная чувствительность V(λ) определяет чувствитель-V(λ)ность нормального человеческого глаза к1,0излучению разной длины волны (дневное0,8зрение).0,6Максимальное значение V(λ0)=1 при-0,4ходится на длину волны λ0≈555 нм (желто-0,2400500600700λ, нм зелёный цвет).
Вне интервала длин800(400 нм; 760 нм) V(λ)=0.Значения функции V(λ) обратно пропорциональны величинам потока энергии, вызывающим одинаковые ощущенияV (λ2 )V ( λ1 )=d Φ Э ( λ1 )d ΦЭ ( λ2 ).Пример. Пусть V(λ)=0,5. Это значит, что для того, чтобы свет с данной длиной волны λ создавал зрительное ощущение, такое же как и свет с длиной волны λ0≈555 (V(λ0)=1), необходимо,чтобы поток энергии света с длиной волны λ был в два раза больше потока энергии света с длиной волны λ0≈555 (с этим связана рекомендация окраски объектов в зелёный цвет для уменьшения раздражения глаз).Световой поток – поток энергии, оцениваемый по зрительному ощущению.
Величинасветового потока, приходящегося на интервал длин световых волн от λ до λ+dλ, определяетсясоотношением d Φ = V ( λ ) d Φ Э или d Φ = V ( λ ) ⋅ ϕ ( λ ) ⋅ d λ . Единица измерения люмен (лм). Длясветового потока в 1 лм с длиной волны λ0≈555 нм поток энергии равен 0,0146 Вт.
Механическим эквивалентом света называется величина 0,0146 Вт/лм.Сила света.Для точечных источников сила света равна отношению светового потока к величине теdΦлесного угла I =(Вт/ср – ватт делить на стерадиан). У изотропных точечных источниковdΩΦсила света не зависит от направления, поэтому I =.4π2Семестр 3. Лекции 12-13Для протяженных источников берётся отношение потока dФ, излучаемого элементом поверхности в направлении телесного угла dΩ.Сила света измеряется в канделах (кд): 1 кд = 1 лм/1 ср.Освещённость.Освещённость – это отношение величины светового потока, падающего на элемент поверхности к величине площади E =d Φ ПАДdS.
Единица измерения – люкс (лк). 1 лк=1 лм/1 м2.Светимость – отношение светового потока, испускаемого площадкой по всем направлениям, к величине этой площадкиM=d Φ ИСП.dSЯркость – характеристика излучения света площадкой dS в данном направлении - отношение силы, испускаемой источником в данном направлении к величине проекции площадкина плоскость, перпендикулярную данному направлениюL=dΦ.d ΩdS ⊥Оптическая длина хода лучей.Распространение волн удобно описывать с помощью понятия луча.Луч – линия в пространстве, касательная кфазоваяповерхностьлучикоторой в каждой точке направлена как волновойвектор.
Таким образом, фазовая поверхность волныи касательная к лучу в точке их пересечения перпендикулярны друг к другу.волновыевекторыЕсли волновой вектор задаётся в координатахk = ( k X ,kY ,kZ ) , то уравнение луча имеет видdx dy dz==.k X kY kZДля плоской волны лучи – это прямые, перпендикулярные фазовой поверхности. Длясферической волны - это прямые, выходящие из источника по радиальным направлениям.В оптике геометрической длиной хода лучей l принято называть длину луча (как кривойлинии), а оптической длиной хода лучей величину L =∫ndl , где n – показатель преломленияЛУЧвещества. В случае, когда показатель преломления вещества постоянный, оптическая длина хода лучей равна произведению показателя преломления на геометрическую длину хода L = n ⋅ l .Замечание.
Физический смысл оптической длины хода можно уяснить из равенства3Семестр 3. Лекции 12-13L=∫ndl =ЛУЧ∫ЛУЧcdldl = c ∫= c ⋅ ∆tvvЛУЧ(v – фазовая скорость света в веществе). Т.е. - это расстояние, которое пройдет свет в вакуумеза тот же интервал времени ∆t, в течение которого он движется в веществе с показателем преломления n.Уравнение плоской электромагнитной наиболее просто записывается с помощью понятия лучаE = E0 cos ( ωt − kl + ϕ ) , H = H 0 cos ( ωt − kl + ϕ )где l – геометрическая длина хода луча. Отсюда видно, что геометрическая длина хода можетбыть определена, как говорят, «с точностью» до длины волны2π=λ.kПри сравнении двух оптически прозрачных сред, среда с большим показателем преломления называется оптически более плотной средой.
Среда с меньшим показателем преломленияназывается, соответственно, оптически менее плотной средой.Отражение и преломление плоской волны на границераздела двух диэлектриков.Рассмотрим падение плоской электромагнитной волны на плоскую границу раздела двухдиэлектриков. Плоскостью падения волны называется плоскость, перпендикулярная границераздела сред и содержащая волновой вектор падающей волны.
При падении волны на границуkОТРраздела двух сред в общем случае наблюдаются отраженная и преломленная волны. Углы падения, отражения, преломления отсчитываются между волновыми векторами иn1kПАДα1 α1нормалью к границе, проведённой через точку падения.Закон преломления можно сформулировать следующим образом. Волновые векторы всех трёх волн лежат вn2одной плоскости падения с нормалью к плоской границе (вα2точке падения). Угол падения равен углу отражения, уголkПРЕЛпреломления связан с углом отражения соотношениемn1 sin α1 = n2 sin α 2 .Фазы падающей и прошедшей волн одинаковые.
Фаза отраженной волны отличается от фазыпадающей волны на π при отражении от оптически более плотной среды. Падающая волна, отражённая и преломлённая волны поляризованы одинаково. Но если волна, поляризованная вплоскости падения, падает под углом Брюстера tg α B =вует.4n2= n21 , то отраженная волна отсутстn1Семестр 3.
Лекции 12-13Явление полного внутреннего отражения.Из соотношения n1 sin α1 = n2 sin α 2 следует, что когда относительный показатель преломления со стороны падающего лу-αпрча меньше единицы900n2< 1 , существует такое значение угла падеn1ния, для которого угол преломления равен 900: sin α ПР =n2.n1Этот угол называется предельным углом падения. При дальнейшем увеличении угла паденияугол преломления не изменяется и остаётся равным 900.
Если угол падения больше или равенпредельному углу, то луч преломлённой волны направлен вдоль границы раздела. Следовательно, в этом случае волна, прошедшая во вторую среду, отсутствует. Это явление называетсяполным внутренним отражением.Явление полного внутреннего отражения широко применяется в науке и технике. Например, в оптоволоконных кабелях показателипреломления материалов, из которых изготовлены внутренняя и граничная области, подобраны так, чтобы свет, распространяющийсявнутри, полностью отражался от внешних границ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
