bannerka.ua

Поляризация света

Поляризация света.

План

Естественное и плоскополяризованный свет.

Закон Брюстера

Двойное лучепреломление.

Закон Малюса

Призма Николя.

Как известно, в развитии учения о свете явления интерференции и дифракции свидетельствуют о волновой природе света. Различать световые волны (продольные они или поперечные) позволяет явление поляризации света, откуда следует, что световые волны поперечные. Позднее этот факт объяснила электромагнитная теория света.

Напомним, что в поперечной волны вектор смещения направлен перпендикулярно к лучу волны, а в продольной он находится на луче волны. Поэтому поперечная волна по различным плоскостей, проведенных через луч, имеет разные, а продольная волна — одинаковые свойства. Это можно проиллюстрировать на примере механических колебаний резинового шнурка, протянутого сквозь щели в двух экранах (рис. 1). Поперечные колебания на шнурке проходят через экран, когда щели параллельные, а когда щели взаимно перпендикулярны, то колебания через вторую щель пройти не могут. Продольные колебания на шнурке проходят через экран независимо от взаимной ориентации щелей.

При изучении электромагнитных волн было выяснено, что они характеризуются переменными взаимно перпендикулярными векторами напряженностей электрического Е и магнитного H полей. В наиболее простом вибраторе В — излучатели электромагнитных волн (рис. 2)-вектор Е параллелен оси вибратора, а вектор H перпендикулярен к его оси. Величина тока в резонаторе Р зависит от угла поворота этого линейного контура вокруг прямой распространения волны. Если на пути к резонатору поставить проволочную решетку, то волна проходит сквозь нее, когда провода перпендикулярны вектора а когда провода решетки параллельные вектору Е, то волна не проходит, поскольку ее энергия поглощается на индукционные токи в проволоке. Так доказываем, что электромагнитные волны являются поперечными.

Световые волны являются электромагнитными волнами очень короткой длины — от 400 до 760 нм, поэтому описанные опыты для них непригодны.

К тому же даже в крохотном раскаленном теле, которое излучает свет, источниками света являются огромная совокупность атомов или молекул, их суммарное излучение представляет собой огромную совокупность электромагнитных волн, в которых векторы электрических (или магнитных) колебаний размещаются во всех направлениях, перпендикулярных лучу ( рис. 3, а). Такой свет или световой луч называют естественным. Напомним, что действие света на вещество обусловлено преимущественно электрическими колебаниями в электромагнитной волне. Именно об этих колебания дальнейшем пойдет речь.

Световой луч, в котором электрические колебания происходят все время только в одной плоскости, называется плоскополяризованным.

Такой луч характеризуется плоскостью колебаний, т. е. плоскостью, в которой размещается вектор E. Заметим, что по историческим причинам поляризованный луч нередко еще характеризуют плоскостью, перпендикулярной плоскости колебания. Она совпадает с вектором H и называется плоскостью поляризации. Плоскополяризованный луч можно изобразить так, как на рис. 3, (луч перпендикулярен плоскости рисунка, векторы амплитуд E лежат в плоскости рисунка).

Поляризованный свет можно получить при отражении и преломлении или при прохождении света через анизотропные среды (это, например, некоторые кристаллические тела, которые имеют различные свойства пропускания световых волн в зависимости от направления их смещений). Явления поляризации света доказывают, что световые волны являются поперечными.

Заметим, что глаз человека не отличает поляризованного света от естественного, поэтому для выявления поляризованного света нужен другой анализатор. Нетрудно понять, что им может быть любой из тех тел или приборов, с помощью которых получают поляризованный свет.

Рассмотрим поляризацию света при отражении и преломлении.

Пусть природный луч SO падает на поверхность прозрачного изотропного диэлектрика, например, стеклянную пластинку (рис. 4). Световые колебания природного луча всегда можно разложить в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Очевидно, результирующие векторы составляющих световых колебаний в этих направлениях в естественном лучи будут по величине одинаковыми. Поэтому естественный луч, падающий на пластинку, задается двумя колебаниями: колебаниями вектора E в плоскости рисунка (черточками) и колебаниями, перпендикулярными к этой плоскости (точками).

Поляризация светаРис.1

Поляризация светаРис.3,

Рис.2Поляризация света

Рис4Поляризация света

Опыты показывают, что отраженный и преломленный лучи на грани диэлектрика становятся частично поляризованными. В отраженном луче OS 'преобладающими становятся колебания, отмеченные точками, а в преломленных лучей OS — колебания, отмеченные рисками. В этом можно убедиться, взяв вторую стеклянную пластинку или зеркало. Если зеркало-анализатор расположить перпендикулярно к плоскости рисунка, то при любом каких углах падения луч OS 'отражается от него, заметно не меняя интенсивность. Напротив, когда зеркало размещать под любыми другими углами к поверхности пластинки, то можно заметить резкое уменьшение интенсивности отраженного луча OS . Также ведет себя загнутый луч OS.

2. Английский физик Брюстер, исследуя поляризацию света при отражении, установил, что для любого диэлектрика есть определенный угол падения, при котором отраженный луч полностью поляризован. Такой угол падения называют углом полной поляризации света. Величина этого угла определяется законом Брюстера (1815): Поляризация света (1) а0 — угол полной поляризации, п — показатель преломления диэлектрика (для стекла n = 1,5; a0 = 56 ° 19 ').

При полной поляризации отраженного луча отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

При переходе светового луча с одного изотропной среды в другое в последнем наблюдается один загнутый луч, направление которого определяется по известному закону преломления: Поляризация света

3. Если же вторую среду анизотропная, которым может быть некоторое кристаллическое тело или стекловидное тело под механическим напряжением, то в такой среде может возникать два ризнозаломлени лучи. Это явление так называемого двойного лучепреломления было открыто Бартолином в 1669 г. Он заметил, что во время рассмотрения предметов через кристалл исландского шпата они кажутся раздвоенными.

Рис.6Поляризация света

Рис.5Поляризация света

Кристалл исландского шпата при нормальном развитии имеет форму ромбоэдров (рис. 5). Прямую AA, проходящей через вершины противоположных телесных тупых углов ромбоэдров, и любую другую параллельную ей прямую называют оптической осью кристалла. В направлении оптической оси природный луч проходит без двойного преломления. Направления оптических осей в кристаллах точно определены, их может быть не более двух. Для упрощения изложения учитывать только одноосные кристаллы.

Плоскость, проведенную через падающий луч и оптическую ось кристалла, проведенную через точку падения луча на кристалл, называют главным сечением кристалла относительно данного луча.

Если природный луч попадает в кристалл исландского шпата под некоторым углом к его оптической оси, то он разделяется на два полностью поляризованные лучи с взаимно перпендикулярными плоскостями световых колебаний (рис. 6).

Один из лучей световые колебания перпендикулярны главного сечения кристалла, распространяются во всех направлениях с одинаковой скоростью. Этот луч характеризуется устойчивым показателем преломления п0. Его называют обычным лучом.

Второй луч BD, в котором световые колебания происходят в плоскости главного сечения кристалла, распространяется в кристалле в разных направлениях с разной скоростью. Этот луч характеризуется в различных направлениях разными показателями преломления nе. Его называют необычным лучом. Есть кристаллы, в которых Ve <V0 (пе >> n0). Это, например, кварц, их называют положительными. Те, в которых Vе> V0 (nе <n0), например, исландский шпат, — называют отрицательными. В исландского шпата nе меняется 1,658 в направлении оптической оси до 1,486 в направлении, перпендикулярном оси.

В ромбоэдров исландского шпата обыкновенный и необыкновенный лучи имеют одинаковую яркость, если они образовались при падении на грань пучка естественного света. Если пучок естественного света падает перпендикулярно к грани исландского шпата, то обыкновенный луч проходит через него, не меняя направления, а необычный отклоняется в сторону.

При вращении исландского шпата вокруг падающего луча обычный луч, исходящий из кристалла, остается неподвижным, а необычный вращается вокруг обычного. Это позволяет различить обыкновенный и необыкновенный лучи.

Приборы, с помощью которых образуется поляризованный свет, называют поляризаторами. Для них используют так называемые поляроиды и специальные поляризационные призмы.

4. Совершенным поляризатором является призма Николя или просто «николь», изготавливаемый из исландского шпата.

Призма состоит из двух частей, склеенных по диагональной плоскости канадским бальзамом, льняным маслом, глицерином или любой другой прозрачным веществом с показателем преломления близким к среднему значению показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. Длина ее примерно в 4 раза больше ширины.

Падающий луч в призме разделяется на два: обычный О и необычный е. Обычный луч, достигая предела исландского шпата (nо = 1,65) с канадским бальзамом, показатель преломления которого 1,54, испытывает полного внутреннего отражения, а затем превышает зачерненными гранью АС. Показатель преломления исландского шпата для необыкновенного луча (nе = 1,51) меньше показателя преломления бальзама, потому необыкновенный луч проходит через всю призму.

Недостатками призмы есть. значительное ослабление светового луча в результате частичного отражения и поглощения; канадский бальзам в призме поглощает ультрафиолетовые лучи.

Прибор, с помощью которого различают естественный луч от поляризованного, называется анализатором.

Анализатором может быть любой поляризатор, стеклянная стопа параллельных пластинок, закрепленных под углом полной поляризации, черное зеркало, закрепленное под углом полной поляризации, поляроиды, кристалл исландского шпата, поляризационные призмы Николя.

Интенсивность поляризованного света, проходящего через анализатор, зависит от взаимной ориентации плоскостей пропускания световых колебаний поляризатора и анализатора. Чтобы выяснить количественную зависимость, предположим, что на анализатор перпендикулярно плоскости рис. 75 падает полностью поляризованный луч со световыми колебаниями в плоскости РР, а анализатор пропускает только те колебания, которые происходят в плоскости А А.

5. Нетрудно заметить, что при амплитуде колебаний в поляризованной волны а амплитуда колебаний в волне, которая пройдет через анализатор, а1 = a cosа, т. е. равна проекции амплитуды поляризованной волны на плоскость АА. Поскольку энергия колебаний пропорциональна квадрату амплитуды колебаний, то интенсивность И0 луча, падающего на анализатор, и интенсивность И исходного луча с анализатора Поляризация света, Поляризация света где к — коэффициент пропорциональности.

Из сопоставления этих равенств получаем Поляризация света — что является математическим выражением закона Малюса.

Закон Малюса утверждает: при попадании плоскополяризованного света на анализатор интенсивность света, проходящего через анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла между направлениями колебаний, пропускает анализатор без ослабления, и направлением колебаний в поляризованном свете, падающем на анализатор.

Заметим, что в ряде приборов приходится оценивать ослабление природного луча, сначала падает на поляризатор, а дальше уже поляризованным проходит через анализатор. В этом случае интенсивность

Поляризация света

А

Поляризация света

Природного луча / пр уменьшается наполовину вследствие поляризации и, кроме того, еще уменьшается из-за поглощения света в поляризационной призмы. Следовательно, интенсивность света, прошедшего через первую призму Поляризация света, где к1 — коэффициент поглощения света в первой призме. Для определения интенсивности света / 2, прошло уже через анализатор, учитывают закон Малюса и поглощения света в толще призмы-анализатора: Поляризация света

И2 = И1 cos а (1 — к2), (3)

Где к2 — коэффициент поглощения света во второй призме.

Поляризатор и анализатор называют скрещенными, если их плоскости пропускания световых колебаний взаимно перпендикулярны (а = 90 °, интенсивность света после прохождения их приближается к нулю). Интересно, что использование скрещенных поляроидов в автотранспорте может защитить водителей от ослепляющего действия фар встречных автомашин. Для этого достаточно ветровое стекло и стекло фаз автомобиля покрыть поляроидных пленками, в которых плоскости пропускания света параллельны и ориентированы под углом 45 ° к горизонту. Из рис. 76 видно, что когда машины идут навстречу, их поляроиды автоматически скрещиваются. Поляризованный же свет от фар своей машины, которым освещается, дорога, каждый водитель видит хорошо, потому что свои поляроиды на фарах и лобовом стекле имеют одинаковую ориентацию.

6. В кристаллических телах, а также в некоторых изотропных жидкостях, кроме двойного преломления лучей, наблюдается явление, которое заключается в том, что плоскость колебаний электрического вектора световой волны поворачивается на некоторый угол при прохождении света сквозь же вещества. Это явление называется оптической активностью Если вещество не находится во внешнем магнитном поле, то оптическая активность будет естественной. Естественная оптическая активность была открыта в 1811 г. Д. Арго на пластинах кварца, вырезанных перпендикулярно оптической оси.

Принято определять направление вращения плоскости колебаний относительно наблюдателя, взгляд которого направлен навстречу падающему лучу. Вращение называется правым (положительным) если плоскость колебаний возвращается вправо для наблюдателя, и левым, если поворачивается налево.

Экспериментально установлено, что в природе существует два типа кристаллов кварца, которые являются зеркальным отражением друг друга. Одни вращают плоскость колебаний справа, другие — слева, и поэтому соответственно называются право — и левовращающих изомеров кварцем. Угол вращения плоскости колебаний пропорционален толщине слоя оптически активного вещества и для монохроматического света, длина световой волны которого определяется формулой Поляризация света где Поляризация света — длина пути луча в оптически активной среде, Поляризация света — коэффициент пропорциональности, который называют вращательной способностью. Он зависит от природы вещества, от температуры и длины волны и равна величине угла, на который поворачивается плоскость колвань монохроматического света при прохождении слоя толщиной 1 м.

Для оптически активных жидкостей и растворов Ж. Био установил, что угол поворота плоскости колебаний прямо пропорционален толщине слоя и концентрации С оптически активного вещества, т. е. Поляризация света и экспериментально установил Поляризация света.

Реферати :

Tagged with: , , , , , , , ,
Posted in Физика
No Comments » for Поляризация света
1 Pings/Trackbacks for "Поляризация света"
  1. […] поляризация света по плану характеристика […]

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Перечень предметов
  1. Бухучет в ресторанном хозяйстве
  2. Введение в специальность 4к.2с
  3. Высшая математика 3к.1с
  4. Делопроизводство
  5. Информационные технологии в области
  6. Информационные технологии в системах качества стандартизаціісертифікаціі
  7. История украинской культуры
  8. Математические модели в расчетах на эвм
  9. Методы контроля пищевых производств
  10. Микробиология молока и молочных продуктов 3к.1с
  11. Микропроцессорные системы управления технологическими процессами
  12. Научно-практические основы технологии молока и молочных продуктов
  13. Научно-практические основы технологии мяса и мясных продуктов
  14. Общая технология пищевых производств 4к.2с
  15. Общие технологии пищевых производств
  16. Организация обслуживания в предприятиях ресторанного хозяйства
  17. Основы научных исследований и техничнои творчества
  18. Основы охраны труда
  19. Основы пидприемницькои деятельности и агробизнеса
  20. Основы физиологии и гигиены питания 3к.1с
  21. Пищевые и диетические добавки
  22. Политология
  23. Получения доброкачественного молока 3к.1с
  24. Прикладная механика
  25. Прикладная механика 4к.2с
  26. Теоретические основы технологии пищевых производств
  27. Технологический семинар
  28. Технологическое оборудование для молочной промышленности
  29. Технологическое оборудование для мьяснои промышленности
  30. Технология продукции предприятий ресторанного хозяйства
  31. Технология хранения консервирования и переработки молока
  32. Технология хранения, консервирования и переработки мяса
  33. Технохимическому контроль
  34. Управление качеством продукции ресторанного хозяйства
  35. Физика
  36. Физическое воспитание 3к.1с
Возможно Вы искали: