Микроскопическая картина распространения света в веществе — справочник студента

  • Участник: Ворошнин Данил Александрович
  • Руководитель: Базыльникова Марина Александровна

Мы живем в мире разнообразных световых явлений – радуга, полярные сияния, голубое небо. Тем, кто не знаком с причинами их возникновения, эти световые явления кажутся необыкновенными и загадочными.

В повседневной жизни мы встречаемся со многими световыми явлениями, но обычно не задумываемся над ними – насколько они привычны для нас, а вот объяснить их часто затрудняемся.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Например, чайная ложка, опущенная в стакан с водой, кажется нам надломленной или сломанной, в зависимости от того, с какой стороны мы смотрим на ложку.

Мы видим окружающие нас предметы многоцветными при освещении Солнцем или яркой лампой, но с наступлением сумерек или при ослаблении света цветность предметов блекнет.

Все эти явления связаны с понятием «свет». В обыденной речи «свет» мы используем в самых разных значениях: ученье – свет, а неученье – тьма, свет мой, солнышко, скажи … В физике термин «свет» имеет гораздо более определенное значение. Опытным путем было установлено, что свет нагревает тела, на которое падает.

Следовательно, он передает этим телам энергию. Мы также знаем, что одним из видов теплопередачи является излучение, следовательно, Свет – это электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом и вызывающее зрительные ощущения. Свет обладает множественными свойствами, одним таким свойством света является – дисперсия.

Мы всегда сталкиваемся с этим явлением в жизни, но не всегда замечаем этого. Но если быть внимательным, то явление дисперсии всегда нас окружает. Одно из таких явлений это обычная радуга. На первый взгляд радуга это что-то простое, на самом деле при возникновении радуги происходят сложные физические процессы.

Поэтому мы выбрали тему дисперсия света для того, чтобы глубже понять физические процессы и явления, происходящие в природе.

Это очень интересная тема и мы постараемся в своем проекте представить все моменты, происходящие в истории развития науки о свете и показать опыты по демонстрации дисперсии света, а так же свою экспериментальную установку, разработанную специально для наблюдения дисперсии света, которая впоследствии может быть использована на уроках физики при изучении данной темы.

Цель проекта – изучение понятия «Дисперсия света» и изготовление экспериментальной установки «Цветовой диск Ньютона».

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Гистерезис намагничивания и кривая столетова - справочник студента

Оценим за полчаса!

Задачи:

  1. Изучить историю открытия И. Ньютоном явления Дисперсия света.
  2. Рассмотреть спектральный состав света.
  3. Дать понятие о дисперсии света.
  4. Подготовить эксперименты по наблюдению дисперсии света.
  5. Рассмотреть природное явление радуга.
  6. Изготовить экспериментальную установку «Цветовой диск Ньютона».

I. Теоритическая часть

1.1. Открытие Исаака Ньютона

В 1665–1667 годах Исаак Ньютон – английский физик и математик занимаясь усовершенствованием телескопов, обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено, данное наблюдение его очень заинтересовало, и он решил разгадать природу возникновения цветных полос.

В это время в Англии свирепствовала эпидемия чумы, и молодой Исаак Ньютон решил укрыться от неё в своём родном Вулсторпе. Перед отъездом в деревню он приобрёл стеклянные призмы, чтобы «произвести опыты со знаменитыми явлениями цветов». Исследуя природу цветов, Ньютон придумал и выполнил целый комплекс различных оптических экспериментов.

Некоторые из них без существенных изменений в методике, используются в физических лабораториях до сих пор. Главный опыт был традиционным. Проделав небольшое отверстие в ставне окна затемнённой комнаты, Ньютон поставил на пути пучка лучей, проходивших через это отверстие, стеклянную призму.

На противоположной стене он получил изображение в виде полоски чередующихся цветов (рис. 1).

Микроскопическая картина распространения света в веществе - Справочник студента

Рисунок 1. Эксперимент И. Ньютона

1.2. Спектральный состав света

Полученную таким образом цветную полоску солнечного света Ньютон разделил на семь цветов радуги – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый (рис. 2).

Микроскопическая картина распространения света в веществе - Справочник студента

Рисунок 2. Разложение белого пучка света на спектр

Спектр – (от латинского «spectrum» – видение) непрерывный ряд цветных полос, получается путем разложения луча белого света на составные части (рис. 3).

Микроскопическая картина распространения света в веществе - Справочник студента

Рисунок 3. Спектр

Если же рассматривать спектр без подобного предубеждения, то полоса спектра распадается на три главные части – красную, желто-зелёную и сине-фиолетовую. Остальные цвета занимают сравнительно узкие области между этими основными.

Все цвета спектра содержатся в самом солнечном свете, а стеклянная призма лишь разделяет их, так как различные цвета по-разному преломляются стеклом. Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, слабее всего – красные.

1.3. Дисперсия света

Проходя через призму, луч солнечного света не только преломляется, но и разлагается на различные цвета.

Дисперсией называется явление разложения света на цвета при прохождении света через вещество.

Прежде чем разобраться в сути этого явления, необходимо рассмотреть преломлении световых волн. Изменение направления распространения волны при прохождении из одной среды в другую называется преломлением.

Положим на дно пустого не прозрачного стакана монету или другой небольшой предмет. Подвинем стакан так, чтобы центр монеты, край стакана и глаз находились на одной прямой. Не меняя положения головы, будем наливать в стакан воду.

По мере повышения уровня воды дно стакана с монетой как бы приподнимается. Монета, которая ранее была видна лишь частично, теперь будет видна полностью.

Эти явления объясняются изменением направления лучей на границе двух сред — преломлением света (рис. 4).

Микроскопическая картина распространения света в веществе - Справочник студента

  • Рисунок 4. Преломление светового луча
  • Закон преломления света: падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости.
  • где n21 – относительный показатель преломления второй среды относительно первой.
  • При изменении угла падения α меняется и угол преломления β, но при любом угле падения отношения синусов этих углов остается постоянным для данных двух сред.
  • Если луч переходит в какую-либо среду из вакуума, то
  • где n – абсолютный показатель преломления второй среды.
  • Абсолютный показатель преломления – физическая величина, равная отношению синуса угла падения луча к синусу угла преломления при переходе луча из вакуума в эту среду.

Чем больше у вещества показатель преломления, тем более оптически плотным считается это вещество. Например, рубин – среда оптически более плотная, чем лёд.

Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде. Это было доказано французским математиком Пьером Ферма и голландским физиком Христианом Гюйгенсом. Они доказали, что

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению скоростей света в этих средах:

Скорость света в любом веществе меньше скорости света в вакууме. Причиной уменьшения скорости света в среде является взаимодействие световой волны с атомами и молекулами вещества. Чем сильнее взаимодействие, тем больше оптическая плотность среды, и тем меньше скорость света. Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой.

Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества его плотности. Показатель преломления зависит также и от характеристик самого света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого – меньше, чем для фиолетового.

Таким образом,

Дисперсия света – зависимость показателя преломления и скорости света от частоты световой волны.

Абсолютный показатель преломления стекла n, из которого изготовлена призма, зависит не только от свойств стекла, но и от частоты (от цвета) проходящего через него света. В опыте Ньютона при разложении в спектр пучка белого света, лучи фиолетового цвета, имеющие большую частоту, чем красные, преломились сильнее красных, поэтому на экране можно наблюдать цветную полосу – спектр (рис. 5).

Микроскопическая картина распространения света в веществе - Справочник студента

Рисунок 5. Преломление светового луча при прохождении через более оптически-плотную среду – стеклянную призму

1.4. Радуга

Дисперсией света объясняются многие явления природы, например Радуга. В результате преломления солнечных лучей в каплях воды во время дождя на небе появляется разноцветная дуга – радуга (рис. 6).

Микроскопическая картина распространения света в веществе - Справочник студента

Рисунок 6. Природное явление радуга

Радуга — это оптическое явление, связанное с преломлением световых лучей на многочисленных капельках дождя.

Разноцветная дуга появляется оттого, что луч света преломляется в капельках воды, а затем, возвращаясь к наблюдателю под углом в 42 градуса, расщепляется на составные части от красного до фиолетового цвета (рис. 7).

Микроскопическая картина распространения света в веществе - Справочник студента

Рисунок 7. Преломления света в капле дождя

Прежде всего, заметим, что радуга может наблюдаться только в стороне, противоположной Солнцу. Если встать лицом к радуге, то Солнце окажется сзади.

Наблюдаемые в радуге цвета чередуются в такой же последовательности, как и в спектре, получаемом при пропускании пучка солнечных лучей через призму.

При этом внутренняя (обращенная к поверхности Земли) крайняя область радуги окрашена в фиолетовый цвет, а внешняя крайняя область — в красный.

Яркость оттенков и ширина радуги зависят от размера капель дождя. Чем крупнее капли, тем уже и ярче радуга, тем в ней больше красного насыщенного цвета. Если идёт мелкий дождик, то радуга получается широкая, но с блёклыми оранжевыми и жёлтыми краями.

Чаще всего видим радугу в форме дуги, но дуга – это лишь часть радуги. Радуга имеет форму окружности, но мы наблюдаем лишь половину дуги, потому что её центр находится на одной прямой с нашими глазами и Солнцем (рис. 8).

Микроскопическая картина распространения света в веществе - Справочник студента

Рисунок 8. Схема образования радуги относительно наблюдателя

Целиком радугу можно увидеть лишь на большой высоте, с борта самолёта или с высокой горы (рис. 9).

Микроскопическая картина распространения света в веществе - Справочник студента

Рисунок 9. Радуга с борта самолета

II. Практическая часть

2.1. Демонстрация экспериментов по наблюдению дисперсии света

Изучив историю открытия дисперсии света, и процесс образования спектра, мы решили опытным путем пронаблюдать дисперсию света. Для этого подготовили и провели видео эксперименты, которые можно использовать на уроках физики при изучении темы Дисперсия света.

Эксперимент №1. Получение радужного спектра на мыльных пленках

Для проведения эксперимента понадобится: ёмкость с мыльным раствором, проволочная рамка.

Ход эксперимента: наливаем мыльный раствор в ёмкость, опускаем рамку в раствор, образуется мыльная плёнка. На плёнке появляется радужные полосы.

Микроскопическая картина распространения света в веществе - Справочник студента

Эксперимент №2. Дисперсия света – разложение в радужный спектр пучка белого света при прохождении сквозь стеклянную призму

Для проведения эксперимента понадобится: призма, источник света (фонарик телефона), экран (лист белой бумаги).

Ход эксперимента: устанавливаем призму на экспериментальном столике. С одной стороны столика устанавливаем экран. Свет направляем на призму и на экране наблюдаем радужные полосы.

Эксперимент № 3. Дисперсия света – разложение в радужный спектр пучка белого света при прохождении через воду

  1. Для проведения эксперимента понадобится: зеркало, источник света (фонарик телефона), экран (лист белой бумаги), ёмкость с водой.

Ход эксперимента: в ёмкость наливаем воду и кладем на дно зеркало. Направляем на зеркало свет, чтобы отраженный свет попадал на экран.

1.2. Цветовой диск Ньютона

Ньютон провел обычный опыт со стеклянной призмой и заметил разложение света на спектр. Направив луч дневного света на призму, он увидел на экране различные цвета радуги. После увиденного он выделил из них семь основных цветов.

Это были такие цвета как: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый (каждый охотник желает знать где сидит фазан). Ньютон выбрал лишь семь цветов по той причине, что были наиболее яркие, он также говорил, что в музыке всего семь нот, но сочетание их, различные вариации позволяют получить совершенно различные мелодии.

Проведя обратный опыт, т.е. полученный спектр он направил на грань другой призмы и в результате опыта Ньютон снова получил белый свет (рис.10).

Рисунок 10. Первая призма разлагает белый свет в спектр, вторая вновь собирает спектр в белый свет

На основе этих простых опытов Ньютону пришла в голову мысль о создании круга состоящего из семи секторов и закрашенных определенными цветами в результате вращения, которого произойдет их смешение и мы получим белую раскраску этого круга. В последствии этот круг стали называть Цветной диск Ньютона (рис. 11).

Рисунок 11. Цветной диск Ньютона

Попробуем повторить опыт Ньютона. Для этого создадим экспериментальную установку, которая состоит из компьютерного кулера и прикрепленного к нему цветового диска, также блока питания (рис. 12).

Рисунок 12. Экспериментальная установка по получению белого света из спектра

Кулер создает большой проток воздуха, и служит для того что бы привести во вращение цветной диск. Так как наша установка подключается в сеть с напряжением 220 В, а кулер рассчитан на 12 В, поэтому к кулеру подключили блок питания для понижения напряжения с 220 В на 12 В. Для безопасности установка изолирована в пластмассовом боксе.

В результате при включении установки в розетку сети питания цветной круг, закрепленный на кулере, начнет вращаться, и мы увидим желтовато-белую окраску круга (рис. 13).

  • Рисунок 13. Результат вращения цветового диск Ньютона
  • Окраска круга при вращении желтовато-белая по двум причинам:
  1. Скорость вращения круга очень низкая по сравнению со скоростью света;
  2. Круг окрашен с резкими цветовыми переходами, если сравнивать со спектром разложения белого света.

Таким образом, нам удалось повторить эксперименты Ньютона по разделению белого света на спектр и наоборот получение белого света из спектра.

Заключение

Окружающий нас мир играет красками: нас радует и волнует голубизна неба, зелень травы и деревьев, красное зарево заката, семицветная дуга радуги. В своем проекте мы попытались ответить на вопрос — как можно объяснить удивительное многообразие красок в природе.

В целом поставленная цель об изучении такого явления как дисперсия света в итоге достигнута.

Для того чтобы глубже понять такое свойство света как дисперсия, была изучена дополнительная литература по световым явлениям, были проведены эксперименты по наблюдению явления, была изготовлена установка для вращения цветового круга Ньютона с некоторой скоростью.

В результате проведенных опытов и экспериментов нами были сделаны следующие выводы:

  1. Дисперсия – явление разложения белого света в спектр.
  2. Белый цвет имеет сложную структуру, состоящий из нескольких цветов.
  3. При падении света на границу раздела двух прозрачных сред световые лучи различной цветности преломляются по разному (наиболее сильно-фиолетовые лучи, менее других- красные).
  4. Призма не изменяет цвет, а лишь разлагает его на составные части.

Таким образом, посредством теоретического изучения данной темы и ее практического подтверждения и была достигнута основная цель проекта.

Источник: https://rosuchebnik.ru/material/dispersiya-sveta-tsvetovoy-disk-nyutona-7587/

Скорость света в однородных изотропных диэлектриках

Разберем распространение ЭМВ, происходящее в однородных изотропных диэлектриках с диэлектрической проницаемостью, не зависящей от координат. Считаем, что она не зависит и от времени. Это говорит о необходимости замены ε0→εε0 (относительной диэлектрической проницаемости) в уравнениях Максвелла. Выражение определения показывает, чему равна скорость света в фазе:

  • ν=1εε0μ0=cε=cn (3.1),
  • где n=ε является коэффициентом (показателем) преломления диэлектрика.
  • Тогда выражения для длины волны запишется как:

λ=vν=2πvω (3.2).

Волновое число будет равняться:

k=2πλ=ωv (3.3).

Выражение связи объемной плотности энергии W с плотностью потока энергии запишется как:

S=v·w (3.4).

Скорость света в веществе и в вакууме

Определение 1

В диэлектриках скорость распространения световых ЭМВ находится в зависимости от частоты. Явление получило название дисперсии.

Ее проявление характерно для рассеивания немонохроматических волн, то есть рассылка с различными скоростями ее монохроматических составляющих с различными частотами. Дисперсия считается следствием зависимости атомов от частоты.

Чтобы найти явный вид e(w), которая входит в состав материальных уравнений, используют микроскопическую классическую теорию взаимодействия электромагнитного поля волны с веществом.

Эта теория следует из определенной идеализированной модели строения вещества.

Модель газообразной среды выделяется наибольшей простотой. Это возможно, так как при первом приближении разрешено исключить учитывание взаимодействия атомов или молекул, а полагать совпадение действующего на отдельный атом поля со средним полем ЭМВ.

Чтобы получить макроскопическое материальное уравнение, следует принять во внимание действие поля ЭМВ на изолированный атом в таких условиях. Использование классической теории требует осторожности. Данный случай указывает на то, что результат квантовой дисперсии будет аналогичен результату классической.

  1. Классическая теория дисперсии указывает на взаимодействие электромагнитного поля с электроном(внешний или оптический электрон), который рассматривается в качестве затухающего дипольного осциллятора, характеризуемого определенной собственной wO и постоянной затухания g. Таким образом, уравнение его движения в поле E(t)=EOe-iwt световой волны запишется как:
  2. r¨+γr˙+ω02r=emE(t) (3.5),
  3. где r является смещением электрона из положения равновесия, e и m – зарядом и массой электрона. Для нахождения решения следует привести к виду:

r(t)=r0e-iωt (3.6).

Результат:

r(t)=e/mω02-ω2-iγωE(t) (3.7).

Формула дипольного момента атома p(t), индуцированного полем E(t):

p(t)=e/mω02-ω2-iγωE(t) (3.8).

При N, являющейся концентрацией электронов с собственной частотой колебаний wO, определение поляризованности среды возможно при помощи выражения:

P=Np (3.9).

  • Поляризованность (поляризация) среды может быть представлена в виде:
  • P=ε0χE (3.10),
  • где с является линейной диэлектрической восприимчивостью среды, зависящей от частоты W. При использовании векторов D, E и P прослеживается наличие их связи в соотношении:

D=ε0E+P (3.11).

Следовательно, из (3.10), (3.11) вытекает:

ε(ω)=1+χ(ω) (3.12),

а из (3.8), (3.9), (3.10) получаем:

χ(ω)=e2Nmε0ω02+ω2-r˙γω (3.13) или εω=1+e2Nmε0ω02-ω2-iγω (3.14).

Имеем, n=ε, то показатель преломления и скорость электромагнитной волны находятся в зависимости от частоты. Значение n является комплексной величиной:

n(ω)=n'(ω)+in''(ω) (3.15).

Учитывая (3.14), приходим к системе уравнений:

n'2-n''2=1+e2Nε0m·ω02-ω2ω02-ω22+γ2ω;2n'n''=e2Nε0m·γωω02-ω22+γ2ω.(3.16).

Значение g для прозрачных или частично прозрачных в оптическом диапазоне диэлектриком очень мало. Следовательно:

Читайте также:  Электрическое поле в проводнике с током и его источники - справочник студента

γ2ω2≪ω02-ω22 и n''≈0 (3.17).

Из имеющегося приближения имеем:

n'2(ω)=1+e2Nε0mω02-ω2 (3.18).

Если в среде дисперсию определяют различные совокупности электронов, обладающие собственными частотами ω0i и имеющие концентрациями Ni, то формула (3.18) обобщается:

n'2ω=1+e2ε0m∑iNiω0i2-ω2 (3.19).

Данное выражение не учитывает колебания ионов. Значение их массы намного больше массы электронов, что способствует собственным частотам ионов располагаться в дальней инфракрасной области.

Нормальная дисперсия

Вдали от собственных резонансов величина n'ω приближена к 1 (для прозрачных диэлектриков, разреженных газов):

n'2-1=n'-1n'+1≈2n'-1 (3.20).

Следовательно:

n'ω≈1+e22ε0m∑iNiω0i2-ω2 (3.21).

Рассмотрим графическую зависимость n'ω (дисперсионную кривую), показанную на рисунке 3.1.

Микроскопическая картина распространения света в веществе - Справочник студента

Рисунок 3.1

Определение 2

При увеличении действительной части показателя преломления происходит рост частоты, тогда дисперсия получает название нормальной.

Вся область прозрачности диэлектриков служит для наблюдения нормальной дисперсии. Если имеются малые частоты w≪w0i, то (3.21) указывает на статистическое значение показателя преломления:

n'≈1+e22ε0m∑iNiωoi2 (3.22).

Возможно, что оно будет заметно отличаться от значения показателя преломления для оптических частот. Например, вода имеет в области оптических частот n=1,33, а статистическое значение n=ε≈9.

При условии больших частот w≫w0in'ω→1 и n'ω1 (падение из менее оптически плотной в более плотную среду), то θ2n1 (n21>1) система (3.50) обладает действительными решениями для всех углов q0.

При n2n1.

Микроскопическая картина распространения света в веществе - Справочник студента

Рисунок 3.10

Явление Брюстера

Определение 5

Рассматривая формулы (3.67) и график, изображенный на рисунке 3.10, понятно, что для p-поляризованной волны с углом падения θ0=θБ, называемом углом Брюстера, отраженная волна отсутствует, то есть RpθБ=0. Это получило название явления Брюстера.

Для такого угла считаются справедливыми соотношения:

θз+θ2=π2;tgθз=n2n1=n21; 3.69.

Данное явление можно наблюдать при ортогональном направлении преломленной и отраженной волн.

Это объяснимо таким образом: при связывании наличия отраженной волны с вынужденными колебаниями электронов во второй среде и перпендикулярном направлении преломленной волны энергия не должна распространяться, так как образующийся при этом диполь не способен излучать в направлении собственных колебаний.

Во время перехода через угол Брюстера фаза колебаний отраженной волны меняется на p в виде скачка. Если θ0=θБ, то падающая волна с произвольным азимутом отражается только с s-поляризованной компонентой. Это был представлен один из способов получения линейно-поляризованного света.

Пример 1

Стопа Столетова, изображенная на рисунке 3.11, при падении света на нее
s-компонента волны на каждой поверхности частично отражается, а p-компонента проходит полностью. Стопа Столетова состоит из N плоскопараллельных стеклянных пластин с наличием воздушного зазора между ними.

Рисунок 3.11

На выходе получаем практически линейно-поляризованный свет. Если падение нормальное θ0=θ2=0, понятие s- и p- поляризаций утрачивают смысл, а формулы (3.54), (3.55), (3.65), (3.66) выдают аналогичный результат (для диэлектрика μ1=μ2⇒Z=1n):

R=n1-n2n1+n2 (3.71);T=2n1n1+n2 (3.70).

Энергетические соотношения при преломлении и отражении

Определение 6

Энергетический коэффициент отражения R – абсолютное значение отношения нормальных компонент векторов Пойнтинга в отраженной и падающей волнах:

R=S1nS0n=S1·nS0·n (3.72).

Введение I производится аналогично и для преломленной волны:

I≡S2nS0n=S2·nS0·n (3.73),

т.к.

ek0·n=ek1·n=cos θ0 (3.74);k0n=k1cosθ0; k2n=k2cosθ2 (3.75).

Тогда для Α^ получим:

R=R2 (3.76);I=Z1cos θ2Z2cos θ0·T2 (3.77).

Учитывая (3.54), (3.55), (3.65), (3.66), имеем:

Rs=Z2cosθ0-Z1cosθ2Z2cosθ0+Z1cosθ22 (3.78);Rp=Z1cosθ0-Z2cosθ2Z1cosθ0+Z2cosθ22 (3.79);Is=4Z1Z2cosθ0cosθ2Z2cos θ0+Z1cosθ22 3.80;Ip=4Z1Z2cosθ0cosθ2Z1cos θ0+Z2cosθ22 3.81.

Когда q0=0 для m1=m2:

R=n1-n2n1+n22 (3.82);I=4n1n2(n1+n2)2 (3.83).

  1. Рисунок 3.12
  2. Прямая проверка показывает:

R+I=1 (3.84).

Это способствует выражению закона сохранения энергии при отражении и преломлении света на границе раздела двух сред.

На рисунке 3.12 показаны графики Rs(θ0); Rpθ0.

Рисунок 3.13

Явление полного внутреннего отражения

При падении света на границу двух диэлектриков, n2θn, то вещественный угол преломления q2 не существует, так как закон Снеллиуса выдает для sin q2 значение >1, а для cos q2 – мнимое значение:

cos θ2=1-n12n22sin2 θ0=±in12n22sin2 θ0-1←Imsin θ2=n1n2sin θ0>1 3.86.

Формулы Френеля будут считаться справедливыми только при рассмотрении закона преломления в качестве определения входящих в них величин sin q2 и cos q2, соответствуя выражению (3.86). Справедливость формул Френеля, понимаемых в таком ракурсе, идет из обеспечения выполнения граничных условий в данном случае.

При рассмотрении световой волны во второй среде (преломленной) в общем случае, имеем:

E2=E20expiωt-xsin θ2+zcos θ2v2==E20exp-iωzcos θ2v2⏟Iexpt-xv2/sin θ2⏟II (3.87).

Данная запись показывает, что первый сомножитель I говорит о комплексной амплитуде волны II, которая распространяется вдоль Ох, обладающая скоростью v2/sin θ2. Произведем подстановку (3.86) в (3.87):

E2=E20exp±2πλ2zn1n2sin θ02-1expiωt-xn1n2sinθ0v2 (3.88).

Положительность первой экспоненты говорит о безграничном возрастании поля в среде, это не имеет смысл. Знак — указывает на быстро убывающую с ростом Z амплитуду волны, которая распространяется во второй среде вдоль Ох.

На практике существование такой неоднородной волны возможно в поверхностном слое второй среды толщиной порядка длины волны. Фазовая скорость этой неоднородной волны находится в зависимости от свойств среды, угла падения.

Вид формул Френеля для отраженной волны ((3.56) и (3.67) с (3.86)):

Rp=n212cosθ0+isin2θ0-n212n212cosθ0-isin2θ0-n212 (3.89);Rs=cos θ0+isin2θ0-n212cos θ0-isin2θ0-n212 (3.90).

Рисунок 3.14

Определение 7

Замечаем значение энергетических коэффициентов Rp, s=Rp, s2=1 при углах падения больше критического, как показано на рисунке 3.14. Явление получило название полного внутреннего отражения (ПВО).

При прохождении волны с соответствующей долей энергии через границу раздела во вторую среду идет на определенную глубину d (глубину проникновения) (амплитуда поля на глубине d характеризуется падением в е раз), производит движение вдоль поверхности раздела, следует возвращение в первую среду.

d=λ2/2πn1n2sin θ02-1 (3.91).

Места, где энергия входит во вторую среду, а ее возвращение в первую смещается относительно друг друга. Амплитуды p- и s-компонент отраженной волны остается без изменений по абсолютному значению, но имеют в наличии различные фазовые сдвиги. После представления

Rp=expiδp; Rs=expiδs (3.92),

то

tgδp2=sin2θ0-n212n212cosθ0; tgδs2=sin2θ0-n212cosθ0 (3.93);δp≠δs.

Введем обозначения δ=δp-δs (3.94).

Отсюда

tgδ2=cos θ0sin2θ0-n212sin2θ0 (3.95).

Пример 2

  1. Призма-крыша.
  2. Световоды.
  3. Миражи.
  4. Ромб (параллелепипед) Френеля с φ=54°37'.

Если рассматривать вопрос применения электромагнитной теории Максвелла для данного случая, то решение задач сводится к учитыванию проводимости металла, иначе говоря, к введению в уравнения Максвелла зависящих от коэффициента электропроводности s членов.

Отражение света от поверхности металла, распространение рассматривается, основываясь на материальных уравнениях, где диэлектрическая проницаемость e(w) является комплексной.

Отсюда следует, что показатель преломления n является комплексной величиной:

ε~=ε-iσε0ω;n~=ε~=n+iχ (3.96).

При наличии сильно поглощающих сред и металлов мнимая часть преобладает над вещественной.

Токи проводимости создаются посредствам частичного проникновения света в металл. Это говорит о связи с джоулевой теплотой, то есть с поглощением света – необратимым превращением электромагнитной энергии в энергию беспорядочного теплового движения.

Большей проводимости металла соответствует меньшая доля падающего света, проникающего в металл и поглощаемого там. Идеальный проводник, где σ→∞, говорит об отсутствии потерь джоулевой теплоты, поэтому падающий свет должен быть полностью отражен.

Рисунок 3.15

Допустим, из вакуума на металл будет падать плоская монохроматическая волна с вектором k0, изображенном на рисунке 3.15, где k1 является волновым вектором отраженной волны. Вторая среда говорит о неоднородности волны:

k2=k2+ik2 3.97.

Чтобы произвести вывод формул Френеля:

k1x=k2x=k0x=ωcsin θ0 (3.98).

Замечаем, что составляющая вектора k2, которая направлена вдоль границы, считается вещественной. Отсюда и перпендикулярность мнимой части вектора k2 к поверхности металла.

Следует, что плоскости с равными амплитудами прошедшей волны считаются параллельными относительно границ раздела.

Расположение вектора k2 перпендикулярно плоскостям с постоянными фазами и характеризует направление прошедшей волны.

Определение 8

Угол у получил название вещественного угла преломления.

Угол падения (в отличие от диэлектриков) характеризует отношение sin θ0sin ψ.

Действенность формул Френеля возможна при рассматривании cos q2 в качестве комплексной величины:

cos θ2=1-sin2 θ0n+iχ (3.99).

Знак корня служит для затухания неоднородной волны вглубь металла. Следовательно, коэффициенты отражения считаются комплексными:

Rs=ρseiδ;Rp=ρpeiδ (3.100)

Общий случай говорит о δs≠δp. Если имеется линейная поляризация падающего света с наличием произвольного азимута в отраженной волне, то происходит появление сдвига фаз, приводящий к эллиптической поляризации отраженного света. Именно он остается линейно поляризованным при условии, что:

  • падающий свет s- или p- поляризован;
  • θ0=0;
  • θ0=π2.

Если падение нормальное, то:

R=1-n-iχ1+n+iχ (3.101);R=RR*=(n-1)2+χ2n+12+χ2 (3.102).

Значение c2 у металлов больше, чем другие слагаемые. Отсюда R~1, как показано в таблице 3.1 для желтой части спектра.

Оптические постоянные для металлов I=589,3 нм

Металл A^ n c
Na 0,97 0,044 2,42
Ag 0,94 0,20 3,44
Cd 0,84 1,13 5,01
Al 0,83 1,44 5,23
Au 0,82 0,47 2,83
Hg 0,77 1,60 4,80
Cu 0,71 0,62 2,57
Pb 0,54 3,46 3,25
Fe 0,53 1,51 1,63
  • Таблица 3.1
  • Волновой вектор, прошедший в металл при нормальном падении, обладает только z-составляющей:
  • E2(z,t)=2E01+n-iχ1+n2+χ2exp-ωχzcexp-iωt-znc (3.103);

d=cχω=λ02πχ (3.104) ˜– глубина проникновения.

Если частоты довольно высокие, то сила трения в уравнениях колебаний электрона оказывается несущественной. При g=0 имеется соответствие с идеальным металлом. Видно:

ω

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/volnovaja-optika/skorost-sveta-v-odnorodnyh-izotropnyh-dielektrikah/

Виды взаимодействия света с веществом и использование их в световой микроскопии

  • Все виды взаимодействия света с веществом могут быть разделены на семь категорий: преломление, отражение, поглощение, пропускание, флуоресценция, поляризация и дифракция.
  • Преломление — изменение скорости света при прохождении границы
  • двух сред, когда он входит в среду.

Отношение скорости света в вакууме к его скорости в стекле называется коэффициентом преломления (п) стекла.

Во всех системах линз микроскопов свойство преломления используется для фокусировки света и корректировки аберраций (отклонение лучей) в линзах, а также для того, чтобы передать увеличенное изображение препарата в глаз.

Коэффициент преломления зависит от длины волны света (к): он возрастает с уменьшением длины волны (синий свет) и уменьшается с увеличением длины волны (красный свет). Это различие в зависимости от длины волны света имеет большое значение.

Белый свет, проходя через линзу, сфокусируется в серии фокусов, в соответствии с длинами волн составляющих цветов, причем синие окажутся ближе к линзе (для них фокусное расстояние короче), чем красные (их фокусное расстояние длиннее). Расстояние между этими фокусами есть величина хроматической аберрации (рис. 5').

Рис. 5. Хроматическая аберрация линз

Зависимость абсолютного показателя преломления света в веществе от длины волны называется дисперсией и является характеристикой материала линзы {рис. 6).

Рис. 6. Дисперсия света

Стекла с различной дисперсией используются для коррекции аберраций в системах линз. Явление дисперсии можно использовать для исследования некоторых образцов, например, для выявления в препаратах волокон асбеста. Чтобы избежать влияния границы стекло — воздух используют иммерсионное масло, имеющее тот же показатель преломления, что и стекло. 1 [1]

Отражение, поглощение и пропускание. При падении излучения на тело часть света отражается, а другая проходит внутрь среды. В среде часть излучения может поглотиться или рассеяться (при наличии в ней неоднородностей), а остальная часть пройти через неё.

Отражение от поверхности материалов широко используется в микроскопии. Оно также связано с длиной волны.

Если свет всех длин волн поглощается равномерно и, следовательно, не отражается деталями образца, то детали будут выделяться по тональности освещения, то есть по оттенкам серого цвета.

Если поглощение различается в зависимости от длины волны, то детали изображения будут окрашены. Получающийся цвет есть результат того, что из белого цвета удалены поглощаемые длины волн. То же можно сказать и об изображении в отраженном свете.

Если свет всех длин волн отражается от поверхности в равной мере, то изображение ее не будет различимо в ярком свете. Если же одна длина волны отражается, а другие составляющие белого света поглощаются, то поверхность будет окрашена в соответствии с длиной отраженного света.

Флуоресценция (фосфоресценция). Некоторые вещества, поглощая свет одной длины волны, испускают свет большей длины волны. Если имеется задержка между поглощением и испусканием, то говорят о фосфоресценции, а если испускание прекращается сразу же после удаления возбуждающего света, то говорят о флуоресценции.

Длина волны испускаемого света, как правило, больше, чем длина возбуждающего света. Это явление лежит в основе флуоресцентной микроскопии, где используется возбуждение ультрафиолетовым, синим или зеленым светом.

Поляризация. Световые лучи представляют собой электромагнитные волны, колебания которых происходят в направлении, перпендикулярном направлению луча. Статистически, нормальный свет имеет колебания во всех направлениях, перпендикулярных оси луча.

Некоторые вещества пропускают (поглощают) свет по-разному, в зависимости от направления колебаний световой волны по отношению к определенной плоскости.

Такие вещества могут пропускать лучи с колебаниями только в одной плоскости, и тогда, пройдя через это вещество, свет становится плоскополяризованным (рис. 7‘). [2]

Рис. 7. Поляризация света

Вводя такое вещество в микроскоп между источником света и препаратом, исследователь получает возможность наблюдать, как влияет его препарат на плоскополяризованный свет. Вращая поляризатор или препарат, чтобы выяснить, зависит ли эффект от их расположения, можно установить, обладает ли препарат дихроизмом.

Показатель преломления некоторых материалов зависит от направления поляризации света, проходящего через образец. Такие материалы на самом деле имеют два показателя преломления и называются двулучепреломляющими.

Помещая образец на столик микроскопа между двумя поляроидами, расположенными под прямым углом друг к другу (скрещенные поляроиды), и вращая препарат, можно обнаружить двойное лучепреломление и получить информацию об очень тонких особенностях исследуемого образца.

Дифракция (от naT.diffractus — разломанный) — огибание волнами встречных препятствий, то есть отклонение от законов геометрической оптики.

Это отклонение от прямолинейного распространения света при прохождении вблизи препятствий, на резких неоднородностях среды (границы прозрачных и непрозрачных тел, малые отверстия). Дифракция происходит всегда, когда волны распространяются в неоднородной среде, (рис. ?’). 1 [3]

Лекция 4

Рис. 8. Дифракция света

Дифракция явление не столь очевидное, как описанное выше взаимодействие света с веществом. Однако она имеет фундаментальное значение для микроскопии. Размытые детали на границах изображения структур препарата — это рассеянный свет. Рассеивание происходит в основном вследствие дифракции, вызываемой препаратом.

Интерференция (от лат. inter взаимно, между собой и ferio ударяю, поражаю) — сложение двух (или нескольких) волн, при котором в получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны и обычно наблюдается характерное пространственное распределение интенсивности света (интерференционная картина) в виде чередующихся светлых и тёмных полос {рис. 9[4]).

Интерференция наблюдается, если волны имеют одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз, т. е. волны когерентны (рис. 9).

Интерференцией света в тонких плёнках объясняются радужная окраска пятен масла или нефти на воде, цвета побежалости на закалённых металлах и др. 1

Рис. 9. Интерференция света в тонкой пленке.

Источник: https://studref.com/519281/pravo/vidy_vzaimodeystviya_sveta_veschestvom_ispolzovanie_svetovoy_mikroskopii

Дисперсия: атомная теория

Скорость распространения световых лучей разной частоты в среде определяется свойствами вещества на атомном уровне.

  • Мы знаем, что скорость света в среде меньше скорости света в вакууме. Это свойство обычно находит отражение в так называемом коэффициенте или показателе преломления среды, который определяется соотношением:
  •     n = c/v
  • где с — скорость распространения света в вакууме, а v — в среде.

Свет затормаживается в среде в результате постоянных взаимодействий с электронными оболочками атомов.

Ситуацию здесь можно сравнить с дорожным движением: если скорость света в вакууме уподобить движению по идеально прямому и совершенно свободному загородному шоссе, на котором машина может всю дорогу ехать на максимальной скорости, то скорость света в среде можно представить себе как движение по большому городу — световой луч-машина раз за разом притормаживает на очередном перекрестке-атоме. В результате скорость света в веществе оказывается непременно ниже скорости света в вакууме. Коэффициент преломления, в частности, стекла составляет около 1,5; следовательно, в стекле свет распространяется примерно на треть медленнее, чем в вакууме.

О том, что не только разные материалы имеют разные коэффициенты преломления, но и в одном материале световые лучи разных цветов преломляются по-разному, известно достаточно давно. Это явление получило название дисперсии света.

По закону Снеллиуса угол преломления луча после его попадания в прозрачную среду зависит от коэффициента преломления этой среды, соответственно дисперсия проявляет себя тем, что лучи разных цветов, обладая разными коэффициентами преломления в среде, преломляются под разными углами.

В большинстве материалов, в частности в стекле, наблюдается нормальная дисперсия, при которой показатель преломления обратно пропорционален длине волны: чем короче волна, тем выше коэффициент преломления.

(У некоторых веществ, однако, имеются диапазоны длин световых волн, в которых наблюдается аномальная дисперсия: короткие волны преломляются слабее длинных.)

Именно этот принцип лежит в основе действия призмы.

При попадании обычного «белого» (а в действительности содержащего все цвета спектра) света, например, солнечных лучей на призму луч начинает расщепляться сразу после пересечения границы воздуха со стеклом, поскольку фиолетовые лучи преломляются сильнее всего, а красные — слабее всего.

В результате после пересечения светом второй границы стекла с воздухом белый луч оказывается расщепленным на составляющие его цветные лучи. В результате мы наблюдаем на экране или стене знакомую картину радужного спектра.

Кстати, о радуге: она тоже возникает в результате дисперсии света на дождевых каплях.

Попадая внутрь капли, солнечный луч преломляется, внутри капли происходит его дисперсия, затем разложенный на спектр луч отражается от задней полусферы капли, на обратном пути происходит его дальнейшая дисперсия, и, наконец, луч выходит обратно через переднюю поверхность капли, будучи разложенным на радужный спектр солнечного света.

Именно поэтому мы и наблюдаем радугу лишь тогда, когда Солнце находится с одной стороны от нас, а дождь идет с другой стороны. Из-за дисперсии каждый цвет в отраженных лучах собирается под своим строго определенным углом, и это объясняет, почему радуга образует в небе дугу.

Цвета в дождевой радуге разделены не очень четко, поскольку капли имеют разный диаметр, и на одних каплях дисперсия проявляется сильнее, на других — слабее. Воспринимаемая же нашим зрением радуга образуется совокупностью отраженных лучей от всех дождевых капель, пролетающих в момент наблюдения через зону отражения.

Более редкое явление двойной радуги наблюдается, когда внутри части дождевых капель световой луч отражается от внутренней поверхности дважды, а совсем редкая тройная радуга свидетельствует об эффекте тройного внутреннего отражения луча в части дождевых капель.

Принципиальные физические причины дисперсии удалось объяснить только в рамках современной атомной теории строения материи и взаимодействия света с веществом. Подобно лучам всех диапазонов спектра электромагнитного излучения, световые лучи представляют собой поперечные электромагнитные волны.

Читайте также:  Движущие силы и диалектика воспитания - справочник студента

Электрическое поле, возбуждаемое в такой волне, согласно уравнениям Максвелла воздействует на электроны атомов, возбуждая их. Возбуждаясь, электрон поглощает фотон определенной частоты, чтобы почти сразу же испустить в точности такой же фотон и вернуться в нормальное состояние на нижней незанятой орбитали своего атома.

Таким образом, свет в среде распространяется посредством цепочки непрерывных поглощений и испусканий фотонов. Именно этим обусловлено замедление распространения света в среде.

Электроны в атомах — пленники своих ядер. Для понимания некоторых явлений субатомного мира полезно представить себе электроны прикрепленными к ядрам на жестких пружинах. Реакция электрона на воздействии электрического поля световой волны зависит от того, как частота волны соотносится с частотами собственных колебаний этой воображаемой пружины.

Расчеты показывают, что чем короче длина световой волны, тем выше вероятность ее попадания в резонанс с собственными частотами возбуждения электронов и, соответственно, тем чаще электроны будут поглощать и вновь испускать фотоны соответствующей частоты, задерживая тем самым распространение света этой частоты.

Доказано, что интенсивность испускания таких вторичных световых волн атомами пропорциональна длине волны в четвертой степени!

Следствием этого же эффекта взаимодействия света с атомами является и рассеяние света в среде. Свет, не вступавший во взаимодействие с атомами, доходит до нас напрямую. Поэтому, когда мы глядим не на источник света, а на рассеянный свет от этого источника, мы наблюдаем в нем преобладание коротких волн синей части спектра.

Вот почему небо выглядит синим, а Солнце желтоватым! Когда вы смотрите на небо в стороне от Солнца, вы видите там рассеянный солнечный свет, где преобладают короткие волны синей части спектра.

Когда же вы смотрите непосредственно на Солнце, вы наблюдает спектр его излучения, из которого, путем рассеяния на атомах воздуха, удалена часть синих лучей, и изначально белый спектр Солнца смещается в желто-красную область при прохождении через атмосферу.

(Только никогда не пытайтесь удостовериться в этом собственными глазами, глядя прямо на Солнце. Интенсивность прямых солнечных лучей настолько высока, что даже секундного взгляда на Солнце в зените достаточно, в лучшем случае, для временного ослепления, а в худшем — для хронических функциональных нарушений зрения.

) На закате, когда солнечные лучи совершают значительно более длительное путешествие сквозь атмосферу, Солнце кажется нам и вовсе красным, поскольку в этом случае рассеиваются и исчезают из его спектра не только синие, но и зеленые, и желтые лучи.

Источник: https://elementy.ru/trefil/21127/Dispersiya_atomnaya_teoriya

ПОИСК

    Вскоре было установлено, что представление об электроне как частице, подчиняющейся законам классической механики, является ошибочным. Изучение природы и распространения света показало, что он обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами. На первые указывает явление фотоэффекта, на вторые — явления интерференции и дифракции света.

Корпускулярные свойства фотона выражаются уравнением Планка [c.45]     Сложнее обстоит дело при преломлении, так как скорость распространения света меняется в зависимости от среды.

Переменное электрическое поле электромагнитной волны вызывает вынужденные колебания заряженных частиц вещества, например, электронов, которые сами становятся источниками вторичных волн. Это приводит к замедлению распространения света, и скорость света оказывается различной для разных веществ. [c.

20]

    Проходящий через любую среду свет претерпевает ряд изменений меняется его интенсивность, спектральный состав, состояние поляризации. Изменение скорости, длины и направления светового луча происходит на поверхностях вхождения света в среду н выхода из нее или в самой среде, если она имеет градиент показателя преломления.

Среда называется оптически анизотропной, если параметры светового луча зависят от направления распространения света в среде или ориентации плоскости колебаний электрического вектора относительно среды. [c.254]

    Это единственный механизм передачи энергии, действующий на больших расстояниях между частицами А и Ь при этом взаимодействие следует законам распространения света.

Излучательный механизм переноса энергии имеет огромное значение для нашего существования, так как именно таким путем мы получаем энергию происходящих на Солнце реакций, а идущие в высоких и низких слоях атмосферы излучательные обменные процессы приводят к установлению температурного равновесия и изменению метеорологических условий.

Эффективность излучательного переноса энергии определяется перекрыванием спектров испускания частицы О и поглощения частицы А (что характерно для всех механизмов переноса энергии), а также размером и формой образца поскольку испускание излучения возбужденной частицей О происходит во всех направлениях, вероятность излучательного переноса увеличивается с ростом объема образца. Очевидно, что при исследовании безызлучательного переноса энергии излучательные процессы либо должны быть исключены, либо на них должна делаться поправка. [c.120]

    Известно, что скорость света в среде зависит от ее плотности. Чем плотнее среда, тем меньше скорость распространения света в ней. При падении луча на поверхность раздела двух сред с разной плотностью скорость света изменяется. Пусть луч падает на поверхность раздела двух сред А и В (рис. ХХУП.2), причем среда А (например, стекло) оптически плотнее среды В (жидкости). Тогда sin a/sin Р = i a/ub = пд/пв- Здесь а — угол падения (3 — угол преломления ua, Ув — скорость света в средах А и В Пд, в — показатели преломления сред А и В по отношению к воз-духу. [c.319]

    Ранее было показано, что феноменологическая теория распространения света позволяет при введении комплексного показателя преломления рассматривать два явления вращение плоскости поляризации и кругового дихроизма. Такой же подход возможен и на более глубокой физической основе. Комплексная величина показателя преломления означает, что поляризуемость молекулы является также комплексной величиной. [c.194]

    Наибольшую роль при теплоотдаче пламенем и раскаленными газами играет излучение, существенно отличающееся от передачи тепла конвекцией и теплопроводностью.

Различие заключается прежде всего в том, что передача излучаемой энергии аналогична распространению света и что для передачи тепла излучением не требуется переносной среды.

В отличие от передачи тепла теплопроводностью и конвекцией, ири которых количество переданного тепла пропорционально разности температур, количество тепла, передаваемого излучением, пропорционально разности четвертых степеней абсолютных температур источника тепла и поглощающего тела. [c.61]

    ЭТО обмен энергией и может быть определено количественно. Законы распространения теплового излучения подобны законам распространения света.

Например, тела, отражающие свет, отражают и тепловое излучение. Однако существует значительное различие в степени прозрачности тел для света и теплового излучения.

Примером этого может служить хорошо известный «парниковый эффект». [c.168]

    Все эти эргономические недостатки отрицательно отражаются на деятельности операторов, особенно при работе в ночное время, Спуско-подъемные системы, передвижные агрегаты и установки, асосы, мостки, штабели труб и другие объекты, блокирующие распространение света по рабочей площадке, образуют большие тени, затрудняют передвижение людей, видимость мест обслуживания, инструментов, поверхности пола, земли. Особенно в сложных условиях оказываются профессионалы, которые должны различать одновременно внутренние и внешние объекты (водители, трактористы, мотористы), снимать показания с приборов, расположенных на [c.135]

    На видимость существенно влияют погодные условия. Легкая дымка, например, по сравнению с ясной погодой снижает видимость в 3 раза, небольшой туман — в 10 раз.

Во время тумана, кроме того, все предметы представляются в 2 раза более отдаленными, чем в действительности.

Причиной ухудшения видимости во время тумана является плохая прозрачность воздуха, но более тяжелым препятствием для распространения света служит тонкий слой конденсата на теплых стеклах кабины агрегата. [c.150]

    Распространение света в веществе с точки зрения классической теории связано с осцилляцией электронов в атомах и молекулах, которую вызывает падающий свет. Электромагнитная волна света, как указывалось, представляет систему двух взаимно перпендикулярных полей электрического и магнитного.

Обычно для задачи распространения света в веществе рассматривают только электрическую компоненту электромагнитной волны, так как сила Лоренца, действующая на электрон со стороны магнитного поля, равна е [ухВ], где V —скорость электрона, В —магнитная индукция.

Эта сила мала из-за малой величины и/с ( Го=сБо)- [c.175]

    Однако при анализе задачи распространения света в оптически активном веществе необходимо учитывать и влияние магнитного поля (рис. УП1.6). Используя теорию возмущений, можно получить выражение для электрического дипольного момента це/, индуцированного полями ё и В электромагнитной волны в молекуле, которая находилась в состоянии Ф/, в виде суммы двух слагаемых  [c.175]

    Феноменологическая теория распространения света через ве- [c.189]

    В =Вг. Направление распространения света выбирают за ось г. Вектор напряженности электрического поля световой волны ё находится в перпендикулярной плоскости ху (рис. Х1У.З). Если не учитывать затухания, то дифференциальное уравнение колеблющегося электрона можно записать в следующем виде с использованием выражения для силы Лоренца  [c.250]

    При распространении света в какой-либо среде под действием вектора электрической напряженности световой волны Е происходит поляризация среды. Молекулы среды приобретают переменный дипольный момент, осциллирующий с частотой световой волны v = = ш/2л = сД, где со — круговая частота, X — длина волны и с — скорость света в данной среде. [c.159]

    У эллиптически поляризованного света конец вектора электромагнитного поля вычерчивает эллипс на плоскости ху, перпендикулярной направлению распространения света. У плоскополяризованного света этот эллипс стягивается в прямую линию. [c.33]

    Ход луча видимого света на границе перехода из прозрачного вещества 1 в вещество 2 с большей плотностью изменяет направление, т. е. преломляется (рис. 1).

Отношение синуса угла падения светового луча (а) к синусу угла преломления (р) называется относительным показателем преломления вещества 2 по отношению к веществу 1.

Оно равнозначно отношению скорости V распространения света в веществе 1 к скорости г г распространения в веществе 2  [c.8]

    При переходе луча света из одной среды в другую частота колебаний остается неизменной, но меняется длина волны и скорость распространения света, поэтому [c.182]

    Абсолютный показатель преломления N — это отношение скорости Со распространения света в вакууме к скорости с его распространения в данной среде  [c.586]

    Эти свойства легко объяснить, если предположить, что свет состоит из отдельных микроскопических частиц — корпускул . Прямолинейное распространение света соответствует движению частиц в отсутствие внешних сил, а отражение происходит так же, как соударение упругих шариков с плоской поверхностью.

Легко получить и закон преломления, если предположить, что среда с большим показателем преломления сильнее притягивает корпускулы света (рис. 4, б). Тогда при падении света на поверхность раздела двух сред составляющая скорости корпускул, направленная вдоль поверхности раздела, останется неизменной.

Перпендикулярная же составляющая изменится увеличится или уменьшится в зависимости от того, какая из сред сильнее притягивает корпускулы. В результате направление распространения света изменится при переходе из одной среды в другую. Различные цвета объяснялись по корпускулярной теории просто различием в величине корпускул.

Однако, несмотря на огромный авторитет Ньютона, предложившего корпускулярную теорию, от нее пришлось отказаться, так как были открыты явления, которые никак нельзя было объяснить с помощью корпускул, движущихся по законам механики. [c.14]

    Поместим точечный источник света в центр сферы. Световые волны проходят одинаковый путь от источника света до любой точки сферы, поэтому колебания во всех точках ее поверхности имеют в каждый момент времени одинаковую фазу. Небольшой участок поверхности сферы мож ю приближенно считать плоским.

Чем больше расстояние от источника света, тем более справедливым становится такое допущение. Фронт распространяющейся световой волны можно считать все более плоским по мере удаления от источника. Все точки фронта колеблются в одинаковой фазе. Распространение света (направление луча) всегда перпендикулярно фронту волны.

[c.17]

    Таким образом, при изучении света нужно одновременно пользоваться и волновыми и корпускулярными представлениями. Распространение света следует рассматривать, пользуясь волновой теорией, так как каждый фотон является группой волн и его движение как целого полностью определяется распространением этих волн. При изу- [c.22]

    Посмотрим, как заполняется светом оптическая система спектрального аппарата при размещении источника света на разных расстояниях от щели.

Так как ширина щели значительно меньше ее высоты, необходимо отдельно рассмотреть распространение света в горизонтальном и вертикальном сечениях. В горизонтальном сечении (рис.

78,а) для заполнения всего объектива коллиматора светом необходимо поставить источник на таком расстоянии I от щели, чтобы выполнялось условие  [c.111]

    В аморфном веществе различные свойства, как, например, константы упругости, теплопроводность, коэффициент линейного расширения, скорость распространения света и другие, не зависят от направления. [c.139]

    А. Эйнштейн в 1905 г., рассматривая результаты работ Лоренца, анализировавшего проблему распространения света, пришел к заключению о том, что масса и энергия — это две стороны одного н того же проявления объективной реальности. [c.27]

    Далее известно, что скорость распространения света в веществе V связана с показателем преломления п соотношением (с — скорость света в вакууме)  [c.289]

    Тензор ац симметричен, т. е. — а , если поглощением энергии электромагнитного поля при распространении света в жидкости можно пренебречь. Если [c.109]

    В соответствии с законами электродинамики, осциллирующие молекулярные диполи являются источниками вторичных волн с той же-частотой (О, В однородной среде с поляризуемостью ао интерференция вторичных волн, по принципу Гюйгенса—Френеля, приводит к распространению света только в направлении первичной (падающей) световой волны. В неоднородной среде, содержащей частицы или иные неоднородности (макромолекулы, флуктуационные образования) с поляризуемостью а, отличной от поляризуемости среды ао, не происходит полного гашения световых волн, распространяющихся в направлениях, отличных от направления распространения первичной волны, т. е. обнаруживается дифракция света на неоднородностях среды. В этом и заключается сущность рассеяния света малыми частицами (опалесценции), приводящего, в частности, к возникновению эффекта Тиндаля (правильнее Фарадея—Тиндаля) луч света в дисперсной системе становится видимым. [c.159]

    При распространении света в какой-либо среде под действием вектора электрической напряженности световой волны Е происходит поляризация среды. Атомы (молекулы) среды приобретают переменный дипольный момент, осциллирующий с частотой световой волны [c.192]

    Мз квантовой теории света следует, что фотон неспособен дро биться он взаимодейстпует как целое с электроном металла, вы бивая его из пластинки как целое он взаимодействует и со светочувствительным веществом фотографической пленки, вызывая ес потемнение в определенной точке, н т. д.

В этом смысле фотон ведет себя подобно частице, т. е. проявляет к о р н у с к у л я р ы с свойства. Однако фотон обладает и волновыми свойствами это проявляется в волновом. характере распространения света, в способности фотона к интерференции и дифракции.

Фотом отличается от частицы в классическом понимании этого термина тем, что его точное положение в пространстве, как и точное положение любой волны, не может быть указано. Но он отличается и от классической волны — неспособностью делиться на части.

Объединяя в себе корпускулярные и волновые свойства, фотон не является, строго говоря, ни частицей, ни волной, — ему присунда корпускулярно-волновая двойственность. [c.66]

    Процесс распространения света в оптически неоднородной среде в соответствии с двухпоточной моделью имеет вид системы оМыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами  [c.99]

    Показатель лучепреломления данного вещества иредставляег с Обсм, строго говоря, отношение скорости распространения света [c.27]

    Знак угла вращения а принимается положительным для вращения плоскости поляризации по часовой стрелке, если наблюдатель смотрит на источник света и распространение света совпадает с направлением магнитного поля, т. е. условие знаков вращения совпадает с таковым для спектрополяриметрии (см. гл. VIII, рис. VIII.5). Для моля вещества вводится молярное вращение чистого вещества  [c.249]

    В однородном веществе интерференция вторичных волн приводит к прямолинейному распространению света. Не так обстоит дело, если среда оптически неоднородна. Оптическая неоднородность может быть вызвана различными причинами флу [c.29]

    Дифракция. Любой реальный источник света имеет определенные размеры, но если рассматривать распространение света на расстоянии, во много раз гтревышающем эти размеры, то источник можно считать точечным.

Например, несмотря на очень большие размеры звезд, расстояние от них до Земли столь велико, что можно с полным правом считать любую звезду точечным источником света. В то же время, изучая распространение света вблизи обычной электрической лампы, нельзя рассматривать ее как точечный источник света.

В таких случаях можно реальный источник условно разделить на большое число более мелких и считать каждый из них точечным. [c.17]

    Число Л всегда целое и в точном выражении не равно атомной массе, которая выражается дробным числом.

Существенное отклонение точных величин атомных масс от целочисленных значений А=Ы + Е объясняется тем, что взаимодействие нуклонов (свободных протонов и нейтронов) сопровождается выделением энергии, в миллионы раз превышающем тепловые эффекты, наблюдаемые при химических реакциях. При этом вступает в силу закон Эйнштейна, согласно которому масса тела соответствует полному запасу его энергии, деленному на квадрат скорости распространения света. Последняя величина равна 3-10 ° см/с. Массе 1 г ио уравнению Эйнштейна от1вечает энергия 9-102° эрр 22 млрд ккал. Значит, если при какой-либо ядерной реакции масса реагирующих частиц уменьшится иа 1 г ( дефект масс ), то выделится 22 млрд ккал. [c.210]

    Относительный показатель преломления п — это отношение скорости распространения света в воздухе сгющ к скорости его распространения в данной среде  [c.586]

    Френеля, приводит к распространению света только в направлении первичной (падающей) световой волны. При появлении в среде частиц или иных неоднороднсстей (макромолекулы, флуктуационные образования) с поляризуемостью а, отличной от о, не [c.192]

Источник: https://www.chem21.info/info/1169805/

Ссылка на основную публикацию