درس 25 / III-1 انتشار نور در محیط های مختلف. شکست نور در رابط بین دو محیط.

یادگیری مطالب جدید.

تاکنون ، انتشار نور را در یک محیط ، مطابق معمول - در هوا در نظر گرفتیم. نور می تواند در محیط های مختلف پخش شود: انتقال از یک محیط به محیط دیگر ؛ در نقاط بروز ، اشعه ها نه تنها از سطح منعکس می شوند ، بلکه تا حدی از آن عبور می کنند. چنین انتقال هایی باعث بسیاری از پدیده های زیبا و جالب می شود.

تغییر جهت انتشار نور عبوری از مرز دو محیط را شکست نور می نامند.

بخشی از تابش اشعه نور در رابط بین دو رسانه شفاف منعکس می شود و بخشی به محیط دیگری منتقل می شود. در این حالت ، جهت تابش نور که به محیط دیگری منتقل شده است ، تغییر می کند. بنابراین ، به این پدیده انکسار ، و به پرتو ، شکسته گفته می شود.

1 - اشعه حادثه ای

2 - پرتو منعکس شده

3 - اشعه شکسته α β

OO 1 - رابط بین دو رسانه

MN - عمود О О 1

زاویه تشکیل شده توسط اشعه و عمود بر رابط بین دو رسانه ، در نقطه بروز اشعه پایین می آید ، زاویه شکست نامیده می شود γ (گاما)

نور در خلا با سرعت 300000 کیلومتر در ثانیه حرکت می کند. در هر محیطی ، سرعت نور همیشه کمتر از خلا است. بنابراین ، وقتی نور از یک محیط به محیط دیگر عبور می کند ، سرعت آن کاهش می یابد و این دلیل شکست نور است. هرچه سرعت انتشار نور در یک محیط داده شده کمتر باشد ، چگالی نوری این محیط بیشتر است. بنابراین ، به عنوان مثال ، چگالی نوری هوا نسبت به خلا بیشتر است ، زیرا سرعت نور در هوا تا حدی کمتر از خلا است. چگالی نوری آب از چگالی نوری هوا بیشتر است ، زیرا سرعت نور در هوا بیشتر از آب است.

هرچه تراکم نوری دو محیط بیشتر باشد ، نور بیشتری در رابط آنها شکسته می شود. هرچه سرعت نور در رابط بین دو رسانه تغییر کند ، شکسته می شود.

برای هر ماده شفاف ، یک ویژگی فیزیکی مهم مانند ضریب شکست نور وجود دارد. n این نشان می دهد که سرعت نور در یک ماده معین چند برابر کمتر از خلا است.

ضریب شکست نور

نسبت مقادیر زاویه بروز و زاویه شکست به تراکم نوری هر یک از محیط بستگی دارد. اگر پرتوی نوری از محیطی با تراکم نوری کمتر به محیطی با تراکم نوری بیشتر عبور کند ، در این صورت زاویه شکست کمتر از زاویه بروز خواهد بود. اگر پرتو نور از محیطی با چگالی نوری بالاتر عبور کند ، در این صورت زاویه شکست کمتر از زاویه بروز خواهد بود. اگر یک پرتوی نوری از یک محیط با چگالی نوری بالاتر به یک محیط با چگالی نوری کمتر عبور کند ، در این صورت زاویه شکست از زاویه بروز بیشتر است.

یعنی اگر n 1 باشد γ؛ اگر n 1\u003e n 2 ، پس α<γ.

قانون شکست نور :

پرتوی حادثه ، پرتوی شکسته شده و عمود بر رابط بین دو رسانه در نقطه بروز پرتو در همان صفحه قرار دارد.

رابطه بین زاویه بروز و زاویه شکست توسط فرمول تعیین می شود.

سینوس زاویه بروز کجاست ، سینوس برش شکست است.

مقدار سینوس ها و مماس ها برای زاویه های 0 - 900

قانون شکست نور اولین بار توسط ستاره شناس و ریاضیدان هلندی W. Snelius حدود سال 1626 ، استاد دانشگاه لیدن (1613) تدوین شد.

برای قرن شانزدهم ، اپتیک یک علم پیشرفته بود ؛ از یک کره شیشه ای پر از آب ، که به عنوان لنز استفاده می شد ، یک ذره بین ظهور کرد. و از آن یک تلسکوپ و یک میکروسکوپ اختراع کردند. در آن زمان هلند به تلسکوپ هایی نیاز داشت تا به ساحل نگاه کنند و به موقع از دشمنان دور شوند. این اپتیک بود که موفقیت و قابلیت اطمینان ناوبری را تضمین می کرد. بنابراین ، در هلند ، بسیاری از دانشمندان به اپتیک علاقه مند بودند. اسکل ون روین هلندی (اسنیلیوس) پرتوی نازکی از نور را که در آینه منعکس می شود تماشا کرد. او زاویه برخورد و زاویه انعکاس را اندازه گیری کرد و ایجاد کرد: زاویه بازتاب برابر با زاویه بروز است. وی همچنین دارای قوانین بازتاب نور است. او قانون شکست نور را به دست آورد.

قانون شکست نور را در نظر بگیرید.

در آن - ضریب شکست نسبی محیط دوم نسبت به اولین ، در موردی که دوم دارای چگالی نوری بالا است. اگر نور شکسته شود و از محیطی با تراکم نوری کمتر عبور کند ، α< γ, тогда

اگر اولین محیط خلا است ، سپس n 1 \u003d 1 سپس.

این شاخص ضریب شکست مطلق محیط دوم نامیده می شود:

سرعت نور در خلا of کجاست ، سرعت نور در یک محیط خاص

نتیجه شکست نور در جو زمین این واقعیت است که ما خورشید و ستارگان را کمی بالاتر از موقعیت واقعی خود می بینیم. شکست نور می تواند ظاهر سراب ها ، رنگین کمان ها را توضیح دهد ... پدیده شکست نور اساس کار دستگاه های نوری عددی است: میکروسکوپ ، تلسکوپ ، دوربین.

پیام از طرف مدیر:

بچه ها چه کسی مدت هاست که می خواهد انگلیسی یاد بگیرد؟
ادامه دهید و دو درس رایگان بگیرید در مدرسه انگلیسی زبان SkyEng!
من خودم آنجا تحصیل می کنم - بسیار عالی. پیشرفت مشهود است.

در این برنامه ، می توانید کلمات را یاد بگیرید ، گوش دادن و تلفظ را تمرین کنید.

امتحان کنید دو درس به صورت رایگان روی لینک من!
کلیک

چیزی نیست جز نسبت سینوس زاویه بروز به سینوس زاویه شکست

ضریب شکست به خصوصیات ماده و طول موج تابش بستگی دارد ؛ برای بعضی از مواد ، ضریب شکست کاملاً تغییر می کند که فرکانس امواج الکترومغناطیسی از فرکانس های پایین به نوری و فراتر از آن تغییر کند ، و همچنین می تواند در مناطق خاص مقیاس فرکانس حتی با شدت بیشتری تغییر کند. پیش فرض معمولاً به محدوده نوری یا محدوده مشخص شده توسط زمینه اشاره دارد.

مقدار n ، همه چیزهای دیگر برابر است ، هنگامی که پرتو از یک محیط متراکم تر به یک محیط کمتر متراکم عبور می کند ، معمولاً کمتر از یک است و هنگامی که پرتو از یک محیط با چگالی کمتر به یک محیط متراکم تر (مثلاً از یک گاز یا از خلا به یک مایع یا جامد) بیشتر از یک است. ) استثنائاتی در این قاعده وجود دارد و بنابراین معمول است که یک رسانه را از نظر نوری کم و بیش متراکم نسبت به دیگری می نامیم (با چگالی نوری به عنوان معیار میزان تیرگی محیط اشتباه نشود).

جدول برخی از مقادیر ضریب شکست برای برخی از رسانه ها را نشان می دهد:

به محیطی با ضریب شکست بالا چگالی نوری گفته می شود. به طور معمول ضریب شکست محیط های مختلف نسبت به هوا اندازه گیری می شود. ضریب شکست مطلق هوا است. بنابراین ، ضریب شکست مطلق هر محیط با ضریب شکست آن نسبت به هوا توسط فرمول مرتبط است:

اگر موجی از نور بر روی یک مرز تخت جدا شود که دو دی الکتریک را با مقادیر مختلف مجوزهای نسبی جدا می کند ، سپس این موج از رابط منعکس شده و شکسته می شود و از یک دی الکتریک به دیگری منتقل می شود. قدرت شکست یک محیط شفاف با ضریب شکست ، که بیشتر اصطلاحاً ضریب شکست نامیده می شود ، مشخص می شود.

ضریب شکست مطلق

تعریف

ضریب شکست مطلق کمیت فیزیکی برابر با نسبت سرعت انتشار نور در خلا () به سرعت فاز نور در یک محیط () خوانده می شود. این ضریب شکست را با یک حرف تعیین کنید. اجازه دهید این تعریف از ضریب شکست را از نظر ریاضی بنویسیم:

برای هر ماده ای (استثنا خلا است) ، مقدار ضریب شکست به فرکانس نور و پارامترهای ماده (دما ، چگالی و غیره) بستگی دارد. برای گازهای کمیاب ، ضریب شکست برابر است.

اگر ماده ناهمسانگرد باشد ، n به جهتی که نور پخش می شود و نحوه قطب شدن موج نور بستگی دارد.

بر اساس تعریف (1) ، ضریب شکست مطلق را می توان به صورت زیر یافت:

ثابت دی الکتریک محیط کجاست ، نفوذ پذیری مغناطیسی محیط است.

ضریب شکست می تواند یک مقدار پیچیده در محیط جذب باشد. در محدوده امواج نوری در \u003d 1 ، ثابت دی الکتریک به صورت زیر نوشته می شود:

سپس ضریب شکست:

که در آن قسمت واقعی ضریب شکست ، برابر است با:

انعکاس ، بخش خیالی را منعکس می کند:

مسئول جذب است.

ضریب شکست نسبی

تعریف

ضریب شکست نسبی () از محیط دوم با توجه به ماده اول نسبت سرعت فاز نور در ماده اول به سرعت فاز در ماده دوم است:

ضریب شکست مطلق محیط دوم کجاست ، ضریب شکست مطلق ماده اول است. در صورتی که عنوان \u003d "(! LANG: ارائه شده توسط QuickLaTeX.com" height="16" width="60" style="vertical-align: -4px;">, то вторая среда считается оптически более плотной, чем первая.!}

برای امواج تک رنگ ، طول آنها بسیار بیشتر از فاصله بین مولکولهای یک ماده است ، قانون اسنل مطابقت دارد:

زاویه بروز کجاست ، زاویه شکست است ، ضریب شکست نسبی ماده ای است که در آن نور شکسته منتشر می شود ، نسبت به محیطی که موج نور حادثه در آن گسترش می یابد.

واحدها

ضریب شکست بدون بعد است.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

وظیفه	در صورت عبور پرتو نور از شیشه به هوا ، زاویه محدود کننده بازتاب داخلی کل () چه اندازه خواهد بود. ضریب شکست شیشه را برابر با n \u003d 1.52 در نظر بگیرید.
تصمیم گیری	با انعکاس کلی داخلی ، زاویه شکست () بیشتر یا مساوی است ) برای یک زاویه ، قانون شکست به شکل تبدیل می شود: از آنجا که زاویه بروز تیر برابر با زاویه بازتاب است ، می توان نوشت: با توجه به شرایط مشکل ، پرتو از جریان هوا عبور می کند ، به این معنی است بیایید محاسبات را انجام دهیم:
پاسخ

مثال 2

بلیط 75.

قانون انعکاس نور: پرتوهای حادثه ای و منعکس شده ، و همچنین عمود بر رابط بین دو رسانه ، که در نقطه بروز پرتو بازسازی می شوند ، در همان صفحه (صفحه بروز) قرار دارند. زاویه بازتاب γ برابر با زاویه بروز α است.

قانون شکست نور: اشعه های حادثه ای و شکسته شده ، و همچنین عمود بر رابط بین دو رسانه ، که در نقطه بروز پرتو بازسازی شده اند ، در همان صفحه قرار دارند. نسبت سینوس زاویه بروز α به سینوس زاویه شکست β یک مقدار ثابت برای دو محیط داده شده است:

قوانین انعکاس و انکسار در فیزیک موج توضیح داده شده است. مطابق مفاهیم موج ، انکسار نتیجه تغییر سرعت انتشار موج هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر است. معنای فیزیکی ضریب شکست آیا نسبت سرعت انتشار امواج در محیط اول υ 1 به سرعت انتشار آنها در محیط دوم υ 2 است:

شکل 3.1.1 قوانین بازتاب و شکست نور را نشان می دهد.

به محیطی با ضریب شکست مطلق پایین نوری چگالی کمتری می گویند.

هنگامی که نور از یک محیط نوری متراکم به یک محیط نوری با تراکم کمتری عبور می کند ، n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать بازتاب کل پدیده، یعنی از بین رفتن پرتوی شکسته شده. این پدیده در زوایای بروز بیش از یک زاویه بحرانی خاص α pr مشاهده می شود که اصطلاحاً نامیده می شود محدود کردن زاویه بازتاب داخلی (شکل 3.1.2 را ببینید)

برای زاویه بروز α \u003d α pr sin β \u003d 1 ؛ مقدار گناه α pr \u003d n 2 / n 1< 1.

اگر محیط دوم هوا باشد (n 2 ≈ 1) ، نوشتن فرمول در فرم راحت است

پدیده انعکاس کلی داخلی در بسیاری از دستگاه های نوری کاربرد دارد. جالب ترین و کاربردی ترین کاربرد ایجاد الیاف نوری است که نازک (از چند میکرومتر تا میلی متر) رشته های خم شده خودسرانه ساخته شده از مواد نوری شفاف (شیشه ، کوارتز) است. نوری که در انتهای فیبر می افتد می تواند در طول آن به دلیل انعکاس داخلی کامل از سطوح جانبی ، در طول آن پخش شود (شکل 3.1.3). جهت علمی و فنی مربوط به توسعه و کاربرد الیاف نوری را فیبر نوری می نامند.

Disp. "Rsiya light" ta (تجزیه نور) پدیده ای است که در اثر وابستگی ضریب شکست مطلق ماده به فرکانس (یا طول موج) نور (پراکندگی فرکانس) ایجاد می شود ، یا همان مورد ، وابستگی سرعت فاز نور یک ماده به طول موج (یا فرکانس) است. به طور تجربی توسط نیوتن در حدود سال 1672 کشف شد ، اگرچه به لحاظ تئوریک به اندازه کافی خوب توضیح داده شد.

پراکندگی فضایی وابستگی تانسور ثابت دی الکتریک محیط به بردار موج نامیده می شود. این وابستگی باعث ایجاد تعدادی از پدیده ها به نام اثرات قطبش فضایی می شود.

یکی از بارزترین نمونه های واریانس - تجزیه نور سفید هنگام عبور از منشور (آزمایش نیوتن). ماهیت پدیده پراکندگی تفاوت در سرعت انتشار پرتوهای نور با طول موج های مختلف در یک ماده شفاف است - یک محیط نوری (در حالی که در خلا vac سرعت نور ، بدون در نظر گرفتن طول موج و از این رو رنگ ، همیشه یکسان است). معمولاً هرچه فرکانس موج نور بیشتر باشد ، ضریب شکست محیط برای آن بالاتر است و سرعت موج در محیط کمتر است:

آزمایش های نیوتن تجربه تجزیه نور سفید به یک طیف: نیوتن پرتوی از نور خورشید را از طریق یک سوراخ کوچک به منشور شیشه ای هدایت کرد. سقوط روی منشور ، پرتو شکسته شد و به دیواره مقابل یک تصویر کشیده با تنوع رنگین کمانی - یک طیف داد. تجربه عبور نور تک رنگ از منشور: نیوتن یک شیشه قرمز در مسیر اشعه آفتاب قرار داد ، در پشت آن نور تک رنگ (قرمز) ، سپس منشور دریافت کرد و از روی یک اشعه نور فقط یک لکه قرمز روی صفحه مشاهده کرد. تجربه در سنتز (تولید) نور سفید: ابتدا نیوتن پرتوی خورشید را به سمت منشور هدایت کرد. سپس ، با جمع آوری پرتوهای رنگی خارج شده از منشور به کمک یک عدسی جمع کننده ، نیوتن روی دیوار سفید به جای نوار رنگی ، یک عکس سفید از سوراخ بدست آورد. یافته های نیوتن: - منشور نور را تغییر نمی دهد ، بلکه فقط آن را به اجزا تجزیه می کند - پرتوهای نوری که در رنگ متفاوت هستند ، در درجه شکست متفاوت هستند. اشعه های بنفش به شدت شکسته می شوند ، اشعه های قرمز با شدت کمتری - نور قرمز ، که شکست کمتری دارد ، بیشترین سرعت را دارد و بنفش - کمترین ، بنابراین منشور نور را تجزیه می کند. به وابستگی ضریب شکست نور به رنگ آن پراکندگی گفته می شود.

نتیجه گیری: - منشور باعث تجزیه نور می شود - نور سفید پیچیده است (مرکب) - اشعه های بنفش با شدت بیشتری نسبت به پرتوهای قرمز شکسته می شوند. رنگ پرتو نور با فرکانس ارتعاش آن تعیین می شود. هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر ، سرعت نور و طول موج تغییر می کند و فرکانس تعیین کننده رنگ ثابت می ماند. مرزهای محدوده نور سفید و اجزای آن معمولاً با طول موج آنها در خلا مشخص می شوند. نور سفید مجموعه ای از طول موج های بین 380 تا 760 نانومتر است.

بلیط 77.

جذب نور قانون بوگر

جذب نور در یک ماده با تبدیل انرژی میدان الکترومغناطیسی موج به انرژی گرمایی ماده (یا به انرژی تابش نور فلومینسانس ثانویه) مرتبط است. قانون جذب نور (قانون بوگر) به صورت زیر است:

من \u003d من 0 exp (- ایکس)،(1)

جایی که من 0 , من - شدت نور در ورودی (x \u003d 0) و از لایه ضخامت متوسط \u200b\u200bخارج شوید ایکس، - ضریب جذب ، به بستگی دارد .

برای دی الکتریک =10 -1  10 -5 متر -1 ، برای فلزات =10 5  10 7 متر -1 , بنابراین ، فلزات در برابر نور مات هستند.

وابستگی ( ) رنگ بدن جذب کننده توضیح داده شده است. به عنوان مثال ، شیشه ای که نور قرمز را ضعیف جذب می کند ، هنگامی که با نور سفید روشن شود قرمز به نظر می رسد.

پراکندگی نور. قانون ریلی

پراش نور می تواند در یک محیط ناهمگن نوری ، به عنوان مثال ، در یک محیط کدر (دود ، مه ، هوای گرد و غبار و غیره) رخ دهد. پراش در ناهمگنی محیط ، امواج نوری الگویی پراش ایجاد می کنند که با توزیع نسبتاً یکنواخت شدت در همه جهات مشخص می شود.

چنین پراش توسط بی نظمی های کوچک نامیده می شود توسط پراکندگی نور.

این پدیده زمانی رخ می دهد که یک پرتوی باریک از نور خورشید از هوای غبارآلود عبور می کند ، بر روی ذرات گرد و غبار پراکنده می شود و قابل مشاهده می شود.

اگر ابعاد ناهمگنی در مقایسه با طول موج کوچک باشد (بیش از 0,1  ) ، سپس شدت نور پراکنده معکوس با قدرت چهارم طول موج معکوس است ، یعنی

من نژادها ~ 1/  4 , (2)

این وابستگی را قانون ریلی می نامند.

پراکندگی نور در محیط های تمیز که فاقد ذرات خارجی هستند نیز مشاهده می شود. به عنوان مثال ، می تواند در نوسانات (انحراف تصادفی) چگالی ، ناهمسانگردی یا غلظت ایجاد شود. به این عمل پراکندگی مولکولی گفته می شود. این به عنوان مثال ، رنگ آبی آسمان را توضیح می دهد. در واقع ، طبق (2) ، پرتوهای آبی و آبی با شدت بیشتری از پرتوهای قرمز و زرد پراکنده می شوند ، زیرا دارای طول موج کوتاه تر ، و در نتیجه یک آسمان آبی است.

بلیط 78.

قطبش نور - مجموعه ای از پدیده های اپتیک موج ، که در آن ماهیت عرضی امواج نور الکترومغناطیسی آشکار می شود. موج عرضی - ذرات محیط در جهات عمود بر جهت انتشار موج ارتعاش می کنند ( عکس. 1).

عکس. 1 موج عرضی

موج نور الکترومغناطیسی صفحه قطبی است(قطبش خطی) ، اگر جهت نوسانات بردارهای E و B کاملاً ثابت باشد و در صفحات خاصی قرار داشته باشد ( عکس. 1) به یک موج نوری پلاریزه صفحه ای گفته می شود صفحه قطبی است (قطبی خطی) نور. قطبی نشدهموج طبیعی (طبیعی) - یک موج نور الکترومغناطیسی ، که در آن جهات نوسان بردارهای E و B در این موج می توانند در هر صفحه عمود بر بردار سرعت v قرار بگیرند. نور غیر قطبی - امواج نوری که جهت نوسانات بردارهای E و B به طور آشفتگی تغییر می کند به طوری که تمام جهات نوسانات در صفحه های عمود بر پرتو انتشار موج به یک اندازه محتمل است ( شکل 2).

شکل 2 نور غیر قطبی

امواج قطبی - که در آن جهت بردارهای E و B در فضا بدون تغییر باقی می مانند یا طبق یک قانون خاص تغییر می کنند. تابشی که در آن جهت بردار E به طور آشفتگی تغییر می کند - قطبی نشده... نمونه ای از این تابش ها می تواند تابش حرارتی (اتم ها و الکترون های توزیع شده به طور تصادفی) باشد. صفحه قطبش - این یک صفحه عمود بر جهت نوسانات بردار E. مکانیسم اصلی ظاهر تابش قطبی ، پراکندگی تابش توسط الکترون ها ، اتم ها ، مولکول ها ، ذرات گرد و غبار است.

1.2 انواع قطبش قطب بندی سه نوع است. بگذارید تعاریفی از آنها ارائه دهیم. 1. خطی اگر بردار الکتریکی E موقعیت خود را در فضا حفظ کند ، بوجود می آید. به نظر می رسد صفحه ای را که بردار E در آن نوسان دارد برجسته می کند. 2. بخشنامه این قطب بندی است که هنگام چرخش بردار الکتریکی E در حول جهت انتشار موج با سرعت زاویه ای برابر با فرکانس زاویه ای موج ، در حالی که مقدار مطلق آن را حفظ می کند ، اتفاق می افتد. این قطب بندی جهت چرخش بردار E را در صفحه عمود بر خط دید مشخص می کند. به عنوان مثال تابش سیکلوترون (سیستمی از الکترون ها که در یک میدان مغناطیسی می چرخند) است. 3. بیضوی وقتی اندازه بردار الکتریکی E تغییر می کند که بیضی را توصیف می کند (چرخش بردار E) بوجود می آید. قطبش بیضوی و دایره ای می تواند راست دست باشد (اگر به سمت موج انتشار نگاه کنید چرخش بردار E در جهت عقربه های ساعت اتفاق می افتد) و چپ (چرخش بردار E در خلاف جهت عقربه های ساعت اتفاق می افتد ، اگر به سمت موج انتشار نگاه کنید).

واقعا ، اغلب اتفاق می افتد قطبش جزئی (امواج الکترومغناطیسی تا حدی قطبی). به طور کمی ، با یک مقدار مشخص مشخص می شود درجه قطبش Rکه به این صورت تعریف می شود: P \u003d (Imax - Imin) / (Imax + Imin) جایی که ایماکس , من هستم - بالاترین و کمترین چگالی شار انرژی الکترومغناطیسی از طریق آنالیز کننده (پلاروید ، منشور نیکولاس ...). در عمل ، قطبش تابش اغلب توسط پارامترهای استوکس توصیف می شود (شار تابش را با جهت مشخص قطبش تعیین کنید).

بلیط 79.

اگر نور طبیعی روی رابط بین دو دی الکتریک (مثلا هوا و شیشه) بیفتد ، بخشی از آن منعکس می شود و بخشی شکسته می شود و در محیط دوم پخش می شود. با نصب یک تجزیه و تحلیل (به عنوان مثال ، تورمالین) در مسیر اشعه های منعکس و شکسته ، اطمینان حاصل می کنیم که اشعه منعکس و شکسته شده تا حدی قطبی شده است: وقتی دستگاه تجزیه و تحلیل به اطراف پرتوها می چرخد \u200b\u200b، شدت نور به طور دوره ای خشک می شود و ضعیف می شود (خاموش شدن کامل مشاهده نمی شود!). تحقیقات بیشتر نشان داد که نوسانات عمود بر سطح بروز در پرتو منعکس شده وجود دارد (در شکل 275 آنها با نقطه نشان داده می شوند) ، در یک شکست - نوسانات موازی با سطح بروز (نشان داده شده توسط فلش).

درجه قطبش (درجه تفکیک امواج نوری با جهت خاصی از بردار الکتریکی (و مغناطیسی)) به زاویه بروز اشعه ها و ضریب شکست بستگی دارد. فیزیکدان اسکاتلندی د. بروستر (1868-1781) تأسیس شد قانون، با توجه به آن در زاویه بروز من B (زاویه بروستر) با رابطه تعریف می شود

(n 21 ضریب شکست ماده دوم نسبت به ماده اول است) ، پرتو منعکس شده صفحه قطبی است (فقط شامل ارتعاشات عمود بر سطح بروز است) (شکل 276). پرتوی شکسته شده در زاویه بروزمن ب قطبی می شود حداکثر ، اما نه به طور کامل.

اگر نور در زاویه Brewster بر روی سطح رابط سقوط کند ، اشعه های منعکس و شکسته می شوند متقابل عمود (tg من B \u003d گناه من B / cos من ب ، n 21 = گناه کردن من ب / گناه کردن من 2 (من 2 - زاویه شکست) ، از آنجا که cos من B \u003d گناه من 2) در نتیجه، من ب + من 2 =  / 2 ، اما من’ ب \u003d من بنابراین (قانون تأمل) من’ B + من 2 =  /2.

اگر شرایط مرزی میدان الکترومغناطیسی رابط بین دو دی الکتریک ایزوتروپیک (به اصطلاح) را در نظر بگیریم ، می توان درجه قطبش نور منعکس و شکسته شده در زوایای مختلف بروز را محاسبه کرد. فرمولهای فرنل).

درجه قطبش نور شکسته شده را می توان به میزان قابل توجهی افزایش داد (با شکست چندگانه ، به شرطی که نور هر بار در رابط با زاویه Brewster رخ دهد). اگر مثلاً برای شیشه ( n \u003d 1.53) ، درجه قطبش پرتو شکسته  15 است ، سپس پس از شکست توسط 8-10 صفحه شیشه ای که روی یکدیگر قرار گرفته اند ، نور آزاد شده از چنین سیستم تقریباً قطبی می شود. به چنین مجموعه ای از صفحات گفته می شود پا. از توقف می توان برای تجزیه و تحلیل نور قطبی هم هنگام انعکاس و هم شکستگی استفاده کرد.

بلیط 79 (برای خار)

همانطور که تجربه نشان می دهد ، هنگام انکسار و انعکاس نور ، نور شکسته و منعکس شده قطبی و انعکاس پیدا می کند. نور می تواند در برخی از زاویه های بروز کاملاً قطبی شود ، در حالی که این بروز وجود دارد. نور همیشه تا حدی قطبی است. بر اساس فرمول های فرینل ، می توان نشان داد که بازتابش نور در صفحه عمود بر سطح بروز قطبی شده و شکسته می شود. نور در صفحه ای موازی با سطح بروز قطبی شده است.

زاویه بروز که در آن بازتاب زاویه بروستر از قانون بروستر تعیین می شود: قانون بروستر. در این حالت ، زاویه بین بازتاب ها است. و انکسار پرتوها برابر خواهند بود. برای سیستم شیشه هوا ، زاویه Brewster برابر است. برای به دست آوردن قطبش خوب ، به عنوان مثال ، هنگام شکستن نور ، از سطح جامد زیادی استفاده می شود که Stoletov's Stop نامیده می شود.

بلیط 80.

تجربه نشان می دهد که وقتی نور با ماده متقابل است ، عملکرد اصلی (فیزیولوژیکی ، فتوشیمیایی ، فوتوالکتریک و غیره) ناشی از نوسانات بردار است ، بنابراین گاهی اوقات بردار نور نامیده می شود. بنابراین ، برای توصیف قوانین قطبش نور ، رفتار بردار کنترل می شود.

صفحه ای که توسط بردارها تشکیل می شود و صفحه قطب بندی نامیده می شود.

اگر بردار در یک صفحه ثابت نوسان داشته باشد ، به چنین نوری (پرتو) قطبی خطی گفته می شود. به طور معمول به شرح زیر تعیین می شود. اگر تیر در صفحه عمود (در صفحه) قطبی شود خوز، نگاه کنید به شکل 2 در سخنرانی دوم) ، سپس تعیین می شود.

نور طبیعی (از منابع عادی ، خورشید) ، متشکل از امواجی است که با پلن های مختلف ، به طور تصادفی توزیع می شوند (شکل 3 را ببینید)

گاهی اوقات به طور معمول به نور طبیعی به شرح زیر اشاره می شود. به آن پولاریزه نشده نیز می گویند.

اگر هنگام انتشار موج ، بردار بچرخد و انتهای بردار دایره ای را توصیف کند ، چنین نوری را قطبی دایره ای می نامند و قطبش را دایره ای یا دایره ای (راست یا چپ) می نامند. قطبی شدن بیضوی نیز وجود دارد.

دستگاه های نوری (فیلم ، صفحه ، و غیره) وجود دارد - قطبشکه نور قطبی بطور خطی یا نور قطبی تا حدی از نور طبیعی ساطع می کنند.

قطبش هایی که برای تحلیل قطبش نور استفاده می شود نامیده می شوند تجزیه و تحلیل.

صفحه قطبش (یا آنالایزر) صفحه قطبش نوری است که توسط قطبش (یا آنالایزر) منتقل می شود.

اجازه دهید پلاریزر (یا آنالیز کننده) روی نور پلاریزه خطی با دامنه بیفتد E 0 دامنه نور منتقل شده خواهد بود E \u003d E 0 سال جو شدت من \u003d من 0 ثانیه 2 ج

این فرمول بیانگر قانون مالوس:

شدت نور قطبی خطی منتقل شده توسط آنالیز کننده متناسب با مربع کسینوس کسر زاویه است جبین صفحه نوسان نور حادثه و صفحه آنالایزر.

بلیط 80 (برای خار)

پلاریزه کننده ها دستگاه هایی هستند که به دست آوردن نور قطبی امکان پذیر است. آنالیز کننده ها دستگاه هایی هستند که با استفاده از آنها می توانید نور قطبی شده یا خیر را تجزیه و تحلیل کنید. از نظر ساختاری ، یک پلاریزر و یک آنالیزور یکسان هستند. Z-N Malus. بگذارید در صورت طبیعی بودن نور ، شدت نور روی قطبش قرار گیرد. تمام بردارهای E به یک اندازه محتمل هستند. هر بردار می تواند به دو جز components متقابل عمود تجزیه شود: یکی از آنها موازی صفحه قطبش قطبش است و دیگری عمود بر آن.

بدیهی است که شدت نوری که از قطبش خارج می شود برابر خواهد بود. بیایید شدت نور از قطبش را با () نشان دهیم. اگر آنالایزر در مسیر نور قطبش قرار گیرد ، صفحه اصلی آن با صفحه اصلی قطبش زاویه می گیرد ، سپس شدت آنالایزر خروجی توسط قانون تعیین می شود.

بلیط 81.

با مطالعه لومینسانس محلول نمک های اورانیوم تحت تأثیر اشعه های رادیوم ، فیزیکدان شوروی P.A. Cherenkov توجه خود را به این واقعیت جلب کرد که خود آبی که هیچ نمک اورانیوم در آن وجود ندارد ، می درخشد. معلوم شد که وقتی اشعه γ (از تابش گاما دیدن کنید) از مایعات خالص عبور می کند ، همه شروع به درخشیدن می کنند. SI Vavilov ، که زیر نظر او PA Cherenkov کار می کرد ، این فرضیه را مطرح کرد که این درخشش با حرکت الکترونهایی که توسط کوانتای رادیوم از اتمها از بین می رود مرتبط است. در واقع ، این درخشش به شدت به جهت میدان مغناطیسی در مایع بستگی دارد (این نشان می دهد که این امر ناشی از حرکت الکترون ها است).

اما چرا الکترونهایی که در مایع حرکت می کنند نور ساطع می کنند؟ پاسخ صحیح این سوال در سال 1937 توسط فیزیکدانان شوروی I. Ye. Tamm و I. M. Frank داده شد.

الکترون در حال حرکت در ماده ، با اتمهای اطراف ارتباط برقرار می کند. تحت اثر میدان الکتریکی آن ، الکترون ها و هسته های اتمی در جهت مخالف جابجا می شوند - محیط قطبی است. قطبش و سپس بازگشت به حالت اولیه ، اتمهای محیط که در امتداد مسیر الکترون قرار دارند ، امواج نوری الکترومغناطیسی ساطع می کنند. اگر سرعت الکترون v کمتر از سرعت انتشار نور در محیط باشد (ضریب شکست است) ، در این صورت میدان الکترومغناطیسی الکترون را پشت سر می گذارد و ماده زمان لازم برای قطبی شدن در فضای جلوی الکترون را خواهد داشت. قطبش محیط در مقابل و الکترون در جهت مخالف است و تابش اتمهای قطب مخالف ، "تاشو" ، "خاموش" یکدیگر. وقتی اتم هایی که الکترون هنوز به آنها نرسیده است ، وقت قطبی ندارند و تابشی در امتداد یک لایه مخروطی باریک با راس همزمان با الکترون متحرک و زاویه راس c وجود دارد. شکل ظاهری "مخروط" نور و شرایط تابش را می توان از اصول کلی انتشار موج بدست آورد.

شکل: 1. مکانیسم تشکیل جبهه موج

اجازه دهید الکترون در امتداد محور OE حرکت کند (شکل 1 را ببینید) از یک کانال خالی بسیار باریک در یک ماده شفاف همگن با ضریب شکست (یک کانال خالی برای چشم پوشی از برخورد الکترون با اتم ها در نظر تئوری مورد نیاز است). هر نقطه از خط OE که به طور متوالی توسط یک الکترون اشغال می شود ، مرکز انتشار نور خواهد بود. امواج حاصل از نقاط متوالی O ، D ، E با یکدیگر تداخل می کنند و اگر اختلاف فاز بین آنها برابر با صفر باشد ، تقویت می شوند (به تداخل مراجعه کنید). این شرط برای جهت ایجاد زاویه 0 با مسیر حرکت الکترون انجام می شود. زاویه 0 با نسبت تعیین می شود:.

در واقع ، دو موج ساطع شده در جهت با زاویه 0 نسبت به سرعت الکترون را از دو نقطه مسیر - نقطه O و نقطه D در نظر بگیرید که با فاصله از هم جدا شده اند. در نقطه B ، دراز کشیده بر روی خط مستقیم BE ، عمود بر OB ، اولین موج در - پس از زمان B نقطه F ، خوابیده بر روی خط مستقیم BE ، موج ساطع شده از نقطه در زمان پس از انتشار موج از نقطه O می رسد. این دو موج در فاز خواهند بود ، اگر این زمانها برابر باشند ، خط مستقیم یک جبهه موج خواهد بود:. همان شرط برابری زمان می دهد. در تمام جهات ، به دلیل تداخل امواج ساطع شده از مقاطع مسیر جدا شده با فاصله D ، نور را خاموش می کند. مقدار D با معادله واضح تعیین می شود ، جایی که T دوره نوسانات نور است. این معادله همیشه یک راه حل دارد اگر.

اگر ، در این صورت جهتی که امواج ساطع شده ، تداخل ، تقویت وجود ندارد ، نمی تواند بیش از 1 باشد.

شکل: 2. توزیع امواج صوتی و تشکیل موج ضربه ای در حین حرکت بدن

تابش فقط در صورت مشاهده می شود.

به طور تجربی ، الکترون ها با یک زاویه جامد محدود ، با سرعت مشخصی پرواز می کنند و در نتیجه ، تابش در یک لایه مخروطی در اطراف جهت اصلی تعیین شده توسط زاویه منتشر می شود.

در نظر ما ، از کاهش سرعت الکترون غافل شده ایم. این کاملاً قابل قبول است ، زیرا تلفات ناشی از تابش واویلوف - چرنکوف اندک است و در اولین تقریب می توان فرض کرد که انرژی از دست رفته توسط الکترون تاثیری در سرعت آن نداشته و به صورت یکنواخت حرکت می کند. این تفاوت اساسی و غیرمعمول بودن اشعه Vavilov-Cherenkov است. شارژها معمولاً با شتاب قابل توجهی ساطع می شوند.

الکترون که از نور خود سبقت می گیرد مانند هواپیمایی است که با سرعتی بیشتر از سرعت صوت پرواز می کند. در این حالت ، یک موج صدای شوک مخروطی نیز در جلوی هواپیما پخش می شود (شکل 2 را ببینید).

اتلاف انرژی برای تابش ذرات با بار سریع تقریباً هزار برابر کمتر از اتلاف یونیزاسیون است. به نظر می رسد استفاده از چنین انرژی ناچیزی در کاربردهای عملی دشوار است. با این حال ، با استفاده از اشعه Vavilov-Cherenkov با کمک ردیاب های ویژه ، می توان سرعت ، انرژی ، بار ذرات سریع را اندازه گیری کرد.

در سال 1958 ، برای کشف و تفسیر این تأثیر ، به فیزیکدانان شوروی PA Cherenkov ، IM Frank و IE Tamm جایزه نوبل فیزیک اهدا شد.

بلیط 82.

یک اتم هیدروژن در نظر بگیرید.

طبق نظریه بور ، وقتی الکترون در امتداد مدار ساکن نزدیک به هسته حرکت می کند ، اتم در حالت پایه قرار دارد که ثابت ترین حالت است. در اساسا یک اتم می تواند برای مدت طولانی در یک حالت نامحدود باشد ، زیرا این حالت با کمترین مقدار ممکن انرژی اتم مطابقت دارد.

هنگامی که الکترون در امتداد هر مدار مجاز دیگر حرکت می کند ، حالت اتم فراخوانی می شود برانگیخته و نسبت به حالت پایه پایدارتر است. پس از مدت كوتاهی از زمان (حدود 10 تا 8 ثانیه) ، در حالی كه یك كوانتوم انرژی ساطع می كند ، اتم خود به خود از حالت برانگیخته به حالت زمین منتقل می شود (تصویر 20.4):

hνkn=دبلیوک−دبلیوn.

از آنجا که در حالت برانگیخته انرژی اتم بیشتر از حالت پایه است ، پس خودسرانه اتم نمی تواند به حالت برانگیخته برود. روشهای تحریک اتمهای یک ماده می تواند بسیار متفاوت باشد: تأثیر ذره روی اتم ، واکنشهای شیمیایی ، قرار گرفتن در معرض نور و غیره. اما فقط در مواقع تحریک م areثر هستند که انرژی کوانتومی تأمین کنند که قادر به تحریک اتمهای داده شده باشد. اگر این انرژی برای انتقال اتم از سطح انرژی پایین تر به میزان بالاتر کافی نباشد ، در این صورت اتم چنین انرژی را دریافت می کند و به عنوان مثال ، انرژی حرکت بی نظم حرارتی آن افزایش می یابد ، اما اتم به حالت برانگیخته نمی رود.

انرژی فوتون جذب شده توسط یک اتم در طی انتقال از یک حالت به حالت دیگر دقیقاً برابر با تفاوت بین انرژی اتم در این دو حالت است (شکل 20.7):

hν21=دبلیو2−دبلیو1,hν31=دبلیو3−دبلیو1,…

به عبارت دیگر ، آن نور را فقط با چنان فركانس جذب می كند كه خود قادر به انتشار آن باشد (قانون جذب و انتشار نور ، كه به طور آزمایشی توسط G. Kirchhoff بدست آمده است). یک استثنا در مواردی است که یک تأثیر خارجی می تواند انرژی بیشتری از اتمی که برای یونیزاسیون آن لازم است به اتم منتقل کند. در این حالت بخشی از انرژی تأثیر خارجی صرف یونیزاسیون اتم می شود و انرژی اضافی به شکل انرژی جنبشی آن به الکترون پاره شده منتقل می شود. مورد آخر می تواند ارزش دلخواه داشته باشد.

بنابراین ، می توانیم نتیجه گیری کنیم:

1. یک اتم آزاد فقط در کوانتوی کامل انرژی را جذب و از آن ساطع می کند.

2. هنگام رفتن به حالت برانگیخته ، اتم فقط آن مقدار کوانتومی را که می تواند خودش ساطع کند ، جذب می کند.

مطلقیوtno سیاه tهببین ، جسمی که در هر دمایی فارغ از طول موج ، کل شار تابش موجود در آن را کاملاً جذب می کند. ضریب جذب A. c. (نسبت انرژی جذب شده به انرژی شار حادثه) 1 است. در طبیعت ، A. c. دوده و پلاتین سیاه ضریب جذب نزدیک به 1 دارند. بهترین تقریب با A. ch. T. یک رگ تقریباً بسته با دهانه کوچک و دیواره های مات است که در همه نقاط از یک دما برخوردار است. پرتویی که از طریق سوراخ وارد حفره می شود بارها منعکس می شود (نگاه کنید به. شکل. ) و در هر بازتاب تا حدی توسط دیواره های حفره جذب می شود. در نتیجه ، پس از مدتی تقریباً به طور کامل جذب می شود. به عنوان مثال ، پرتوهای نوری که از پنجره به داخل یک اتاق می ریزد در آن جذب می شود و فقط قسمت کوچکی از شار نور به داخل خیابان خارج می شود ، بنابراین یک پنجره باز که از فاصله خیابان دیده می شود ، سیاه به نظر می رسد.

A. c. T. ، مانند همه اجسام گرم شده ، تابش الکترومغناطیسی ساطع می کند. ویژگی اصلی A. c. T. این است که طیف تابش آن فقط توسط دما تعیین می شود و به خصوصیات ماده ای که از آن تشکیل شده بستگی ندارد. روشنایی A.h. t. با دما بسیار سریع افزایش می یابد. وابستگی درجه حرارت به میزان روشنایی و رنگ A. c.T توسط قانون تابش استفان-بولتزمن ، قانون تابش وین و تابش پلانک تعیین می شود. این قوانین تعیین درجه حرارت A. c.T از نظر تابش آنها امکان پذیر است. این اندازه گیری ها توسط پیرمترها انجام می شود. روشنایی A. c. برای یک درجه حرارت داده شده یک مقدار ثابت است ، بیشتر از روشنایی هر جسم دیگر (بدن خاکستری) در همان دما ؛ بنابراین ، A. c به عنوان یک استاندارد نور (در دمای انجماد پلاتین) استفاده می شود.

بدن سفید مطلق - جسمی که تمام پرتوهای روی آن را منعکس می کند. بدن کاملاً سفید اساساً تابش در خالص ترین شکل خود است.

اگر ماده ای بدون انرژی را با انرژی اشباع کنیم ، یک عنصر کامل شیمیایی با الکترون در مدار بدست می آوریم و نه یک هسته خالی.

انکسار به یک عدد انتزاعی خاص گفته می شود که قدرت شکست هر محیط شفاف را مشخص می کند. رسم است که آن را با n نشان می دهند. بین ضریب شکست مطلق و ضریب نسبی تفاوت قائل شوید.

فرم اول با استفاده از یکی از دو فرمول محاسبه می شود:

n \u003d sin α / sin β \u003d ساختار (جایی که sin α سینوس زاویه بروز است و sin β سینوس یک پرتوی نور است که از پوکی وارد محیط مورد بررسی می شود)

n \u003d c / υ λ (جایی که c سرعت نور در خلاiness است ، υ λ سرعت نور در محیط مورد مطالعه است).

در اینجا محاسبه نشان می دهد که نور چند بار سرعت انتشار خود را در لحظه انتقال از خلا به یک محیط شفاف تغییر می دهد. به این ترتیب ضریب شکست (مطلق) تعیین می شود. برای یافتن نسب ، از فرمول زیر استفاده کنید:

یعنی در این حالت ، شاخص های شکست مطلق مواد با چگالی مختلف ، به عنوان مثال هوا و شیشه در نظر گرفته می شوند.

به طور کلی ، ضرایب مطلق هر اجسامی ، اعم از گازی ، مایع یا جامد ، همیشه بیشتر از 1 است. اساساً ، مقادیر آنها از 1 تا 2 است. بالاتر از 2 ، این مقدار فقط در موارد استثنایی می تواند باشد. مقدار این پارامتر برای برخی از محیط ها:

این رقم در مورد سخت ترین ماده طبیعی کره زمین ، الماس ، 42/2 است. اغلب ، هنگام انجام تحقیقات علمی و غیره ، باید ضریب شکست آب را بدانید. این پارامتر 1.334 است.

از آنجا که طول موج یک شاخص است ، البته ثابت نیست ، یک شاخص به حرف n اختصاص می یابد. مقدار آن همچنین کمک می کند تا درک شود که این ضریب مربوط به کدام موج طیف است. هنگام در نظر گرفتن همان ماده ، اما با افزایش طول موج نور ، ضریب شکست کاهش می یابد. این شرایط در اثر تجزیه نور به یک طیف هنگام عبور از عدسی ، منشور و غیره ایجاد می شود.

با اندازه ضریب شکست ، می توانید تعیین کنید که مثلاً چه مقدار از یک ماده در ماده دیگر حل شده است. این مفید است ، به عنوان مثال ، در تهیه یا هنگامی که شما نیاز به پیدا کردن غلظت قند ، میوه یا توت در آب دارید. این شاخص چه در تعیین کیفیت فرآورده های نفتی و چه در جواهرات ، هنگامی که اثبات اصالت یک سنگ و غیره ضروری است ، مهم است.

بدون استفاده از هیچ ماده ای ، مقیاس قابل مشاهده در چشمی ساز کاملاً آبی خواهد بود. اگر آب مقطر معمولی را روی منشور بچرخانید ، با کالیبراسیون صحیح ابزار ، مرز رنگ های سفید و آبی کاملاً در علامت صفر عبور می کند. هنگام بررسی ماده دیگری ، این ماده در امتداد مقیاسی که شاخص شکست آن مشخص می شود ، تغییر مکان می دهد.

خانه » فن آوری » ضریب شکست محیط. ضریب شکست چگونه محاسبه می شود