Законы поляризации света

Поляризация света

Законы поляризации света

Начало XIX века для физики ознаменовалось развитием волновой теории света, которым занимались ученые Т. Юнг и О. Френель. В то время природа световых волн оставалась неизвестной. Изначально предполагалось, что свет является распространяющимися в некоторой гипотетической среде – эфире продольными волнами.

Однако в процессе изучения явлений дифракции и интерференции вопрос о том, продольные или поперечные световые волны, стал второстепенен.

На тот момент казалось невозможным, что свет – это поперечные волны, по той причине, что по аналогии с механическими волнами пришлось бы признать эфир твердым телом, ведь поперечные механические волны не обладают возможностью распространяться в газообразной или же жидкой среде.

Несмотря ни на что, постепенно копились свидетельствующие в пользу поперечности световых волн экспериментально полученные факты.

Определение 1

Еще в конце XVII века было обнаружено, что кристалл исландского шпата (CaCO3) обладает свойством, позволяющим ему раздваивать проходящие сквозь него лучи. Данное явление было названо двойным лучепреломлением (рис. 3.11.1).

Рисунок 3.11.1. Прохождение света через кристалл исландского шпата (двойное лучепреломление). При повороте кристалла относительно направления первоначального луча оба луча, которые проходят через кристалл, тоже поворачиваются.

Определение 2

Поляризация света — это явление выделения из пучка естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.

Как же получить поляризованный свет?

Определение 3

Французским инженером Э. Малюсом в 1809 году был открыт названный в его честь закон. В экспериментах Малюса свет последовательно пропускался сквозь пару одинаковых пластинок из турмалина (прозрачное кристаллическое вещество зеленоватого оттенка). Они могли поворачиваться друг относительно друга на угол φ, как это проиллюстрировано на рисунке 3.11.2.

Рисунок 3.11.2. Наглядный пример закона Малюса.

Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной cos2 φ: 

I~cos2φ.

Двойное лучепреломление точно также, как и закон Малюса не может быть объяснено с точки зрения теории продольных волн. Для продольных волн направление распространения луча представляет собой ось симметрии. В них любые направления в плоскости, нормальной, то есть перпендикулярной, лучу, равноправны.

Пример 1

В поперечной волне, к примеру, в бегущей по резиновому жгуту волне, направление колебаний и перпендикулярное ему направление не равноправны (рис. 3.11.3).

Рисунок 3.11.3. Поперечная волна в резиновом жгуте. Частицы совершают колебательные движения вдоль оси y. При повороте щели S затухнет волна.

Выходит, что асимметрия относительно направления распространения луча – это решающий признак, отличающий поперечную и продольную волны. Первым высказал догадку о поперечности световых волн Т. Юнг в 1816 году.

Независимо от Юнга Френель тоже выдвинул концепцию поперечности световых волн, и даже смог обосновать ее с помощью большого количества опытов. Им была создана теория двойного лучепреломления света в кристаллах.

В середине 60-х годов XIX века Максвелл, взяв за основу совпадение известных значений скоростей распространения света и электромагнитных волн, сделал вывод о природе света.

Ученый решил, что свет – это частный случай электромагнитных волн. К тому времени экспериментальным путем была подтверждена поперечность световых волн.

По этой причине Максвелл предположил, что она является еще одним важным аргументом в пользу его выводов насчет электромагнитной природы света.

Пропала необходимость во введении особой среды распространения волн – эфира, который приходилось рассматривать как твердое тело. Благодаря этому электромагнитная теория света приобрела должную стройность.

В условиях электромагнитной волны вектора E→ и B→ направлены перпендикулярно друг к другу и находятся в плоскости, которая перпендикулярна направлению распространения волны плоскости. (рис. 2.6.3)

Рисунок 2.6.3. Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы E→, B→ и υ→ взаимно перпендикулярны.

Определение 4

В каждом из процессов взаимодействия света с веществом электрический вектор E→ играет основную роль. По данной причине его называют световым вектором.

Виды поляризации света

Определение 5

Если при распространении электромагнитной волны световой вектор сохраняет свою ориентацию, то подобная волна носит название линейно поляризованной или плоско поляризованной. Отметим, что термин поляризации волн ввел Малюс применительно к поперечным механическим волнам.

Определение 6

Плоскость, в которой колеблется световой вектор E→, носит название плоскости колебаний (то есть плоскость yz, изображенная на рисунке 2.6.3), а плоскость, в которой совершает колебание магнитный вектор B→, является плоскостью поляризации (плоскость xz на рисунке 2.6.3).

Определение 7

В случае, когда две поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях монохроматические волны распространяются вдоль одного и того же направления, в общем случае результатом их сложения будет эллиптически поляризованная волна (смотрите рисунок 3.11.4).

Рисунок 3.11.4. Сложение двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн и образование эллиптически поляризованной волны.

Определение 8

В нормальной (то есть перпендикулярной) направлению распространения волны эллиптически поляризованной волне в каждой плоскости P конец результирующего вектора E→ за период светового колебания обходит некоторый эллипс, носящий название эллипса поляризации.

Его размер и форма характеризуются амплитудами ax и ay линейно поляризованных волн и фазовым сдвигом Δφ между ними.

Определение 9

Волна, обладающая круговой поляризацией (ax=ay, Δφ=±π2) представляет собой частный случай эллиптически поляризованной волны.

Данные, получаемые при просмотре рисунка 3.11.5, дают представление о пространственной структуре эллиптически поляризованной волны.

Рисунок 3.11.5. Электрическое поле в эллиптически поляризованной волне.

Линейно поляризованный свет производится лазерными источниками. В случае отражения или рассеяния свет может стать поляризованным. В частности, голубой свет от неба частично или полностью поляризован. Однако, свет, который испускают обычные источники, такие как, например, солнечный свет и излучение ламп накаливания, является неполяризованным.

Свет, исходящий от подобных источников, в любой момент состоит из вкладов огромного числа независимо излучающих атомов, обладающими различной ориентацией светового вектора в волнах, которые они излучают.

По этой причине в результирующей волне вектор E→ хаотично меняет свою ориентацию во времени, из-за чего в среднем все направления колебаний получаются равноправными. 

Определение 10

Неполяризованный свет также называют естественным светом.

В любой момент времени вектор E→ может быть спроецирован на две взаимно перпендикулярные оси (смотри рисунок 3.11.6).

Рисунок 3.11.6. Разложение вектора E→ по осям Ох и Оу.

Это значит, что любую волну, вне зависимости от того, поляризованная она или же нет, можно представить в виде суперпозиции двух линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях волн: E→(t)=Ex→(t)+Ey→(t).

В поляризованной волне обе составляющие Ex(t) и Ey(t) когерентны, то есть разность фаз между Ex(t) и Ey(t) не претерпевает изменений, а в неполяризованной – некогерентны, значит разность фаз представляет собой случайную функцию времени.

Явление двойного лучепреломления света основывается на том, что в кристаллических веществах показатели преломления линейно поляризованных во взаимно нормальных направлениях волн, зачастую различны.

По данной причине кристалл раздваивает лучи, которые проходят сквозь него так, как это показано на рисунке 3.11.1.

Два луча на выходе кристалла линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.

Определение 11

Кристаллы, в которых происходит двойное лучепреломление, называются анизотропными.

Прибегая к разложению вектора E→ на составляющие по осям, можно объяснить закон Малюса (рис. 3.11.2).

Определение 12

У значительной части кристаллов поглощение света кардинально зависимо от направления электрического вектора в световой волне. Такое явление носит название дихроизма.

Пример 2

В частности, данным свойством обладают использованные в знакомых нам опытах Малюса пластины турмалина. При некоторой толщине пластинка турмалина практически полностью поглощает одну из взаимно перпендикулярно поляризованных волн (как, к примеру, Ex) и частично пропускает вторую волну (то есть Ey).

Определение 13

Направление колебаний электрического вектора в прошедшей волне является разрешенным направлением пластины.

Пластинка турмалина может применяться как для создания поляризационного света, то есть в качестве поляризатора, так и для анализа характера поляризации света, как анализатор.

Определение 14

В наше время часто применяются искусственные дихроичные пленки, называющиеся поляроидами.

Поляроиды пропускают практически всю волну разрешенной поляризации и не пропускают поляризованную в нормальном направлении волну. Исходя из всего вышесказанного, можно заявить, что поляроиды – это идеальные поляризационные фильтры.

Пример 3

Разберем последовательное прохождение естественного света через пару идеальных поляроидов П1 и П2 (рисунок 3.11.7), чьи разрешенные направления развернуты друг относительно друга на угол φ. Первый поляроид в приведенном тандеме занимает место поляризатора. Он преобразовывает естественный свет в линейно поляризованный. Второй поляроид применяется в качестве анализатора.

Рисунок 3.11.7. Прохождение естественного света через два идеальных поляроида. yy'представляет собой разрешенные направления поляроидов.

Обозначение амплитуды линейно поляризованной волны после прохождения света через первый поляроид в виде E0=I02 приводит к тому, что пропущенная вторым поляроидом волна приобретает амплитуду E=E0 cos φ. Таким образом, интенсивность I линейно поляризованной волны на выходе второго поляроида может быть записана в виде следующего выражения:

I=E2=E02cos2φ=12I0cos2φ.

Выходит, что в электромагнитной теории света закон Малюса находит естественное объяснение, чья основа заключается в разложении вектора E→ на его составляющие.

Рисунок 3.11.8. Модель поляризации света.

Рисунок 3.11.9. Модель закона Малюса.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/volnovaja-optika/poljarizatsija-sveta/

5. Поляризация света. Закон Малюса. Поляризация света при отражении. Закон Брюстера

Законы поляризации света

Описание явления

Фронт световой волны разбивается штрихами решётки на отдельные пучки когерентного света. Эти пучки претерпевают дифракцию на штрихах и интерферируют друг с другом. Так как для разных длин волн максимумы интерференции оказываются под разными углами (определяемыми разностью

хода интерферирующих лучей), то белый свет раскладывается в спектр. Так выглядит свет лампы накаливания фонарика,

прошедший через прозрачную дифракционную решётку.

Нулевой максимум (m=0) соответствует свету,
прошедшему сквозь решётку без отклонений. В силу
дисперсии решётки в первом ( m=± 1 ) максимуме
можно наблюдать разложение света в спектр. Угол
отклонения возрастает с ростом длины волны (от
фиолетового цвета к красному)
Формулы
Расстояние, через которое повторяются штрихи на решётке, называют периодом
дифракционной решётки. Обозначают буквой d .
Если известно число штрихов (N), приходящихся на1 ммрешётки, то период
решётки находят по формуле: d=1/ Nмм.
Условия интерференционных максимумов дифракционной решётки, наблюдаемых под
определёнными углами, имеют вид:d sin α=k λ , где
d — период решётки,

α — угол максимума данного цвета,

k — порядок максимума, то есть порядковый номер максимума, отсчитанный от центра картинки,

λ- длина волны.

Если же свет падает на решётку под углом θ , то:

d{sin α+sinθ}=k λ

Поляризация света.

Поляризация света — выделение из пучка естественного света лучей, поляризованных в определенной плоскости.

Естественный свет — свет, в котором колебания вектора совершаются в самых различных направлениях, перпендикулярных лучу.

Поляризованный свет — свет, в котором колебания вектора подчинены определенному закону.

Плоско-поляризованный свет — свет, в котором колебания светового вектора происходят вдоль одной плоскости.

Плоскость поляризатора — это плоскость, которая параллельна колебаниям, которые пропускает поляризатор.

Поляризация света при отражении.

При пропускании частично-поляризованного света (колебания одного направления преобладают над колебаниями других направлений) через поляризатор интенсивность прошедшего света будет изменяться, если вращать прибор вокруг направления луча.

При повороте на ϕ=π/2интенсивность изменяется от J max до J min .
Количественной характеристикой является степень поляризации:
P=Jmax−Jmin.
Jmax+Jmin
Для естественного светаJ max=J min , P=0 . Для плоско поляризованного света ,
J min=0 , P=1

При падении света на границу раздела двух диэлектриков и отраженный, и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания E , перпендикулярные плоскости падения, в преломленном – колебания, параллельные плоскости падения.

Закон Малюса.

Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла ϕ между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

I=ka I0 cos2 ϕ , где

I0 — интенсивность падающего на поляризатор

света,

I — интенсивность света, выходящего из поляризатора,

ka — коэффициент пропускания поляризатора.

Закон Брюстера.

Закон Брюстера — закон оптики, выражающий связь показателей преломления двух диэлектриков с таким углом падения света, при котором свет, отражённый от границы раздела диэлектриков, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения.

При этом преломлённый луч частично поляризуется в плоскости падения, и его поляризация достигает наибольшего значения. Угол падения, при котором отражённый луч полностью поляризован, называется углом Брюстера.

При падении под углом Брюстера отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны.

Закон Брюстера записывается в виде:

tgθBr=n21 , где n21=n2 /n1 — показатель преломления второй среды относительно первой, а

θBr — угол падения (угол Брюстера).

Иллюстрация поляризации отражённого света, падающего на границу раздела сред под углом Брюстера

6. Характеристики теплового излучения. Закон Кирхгофа. Закономерности излучения абсолютно чёрного тела. Законы Стефана-Больцмана и закон Вина. Ультрафиолетовая катастрофа. Гипотеза и формула Планка. Фотон, энергия, масса и импульс фотона. Корпускулярно-волновой дуализм. Световое давление. Фотоэффект и его законы, вольтамперная характеристика, уравнение Эйнштейна.

Характеристики теплового излучения

•Энергетическая светимость тела — RT — физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.

RT =dW; [RT ]= Дж/с м2=Вт/ м2
dt dS

•Спектральная плотность энергетической светимости — функция частоты и температуры, характеризующая распределение энергии излучения по всему спектру

частот (или длин волн).

RT =∫rω ,T d ω

0

•Поглощающая способность тела — aω , T — функция частоты и температуры,

показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на

тело, поглощается телом в области частот d ω вблизиω
aω , T=d Φ'ω, T,
d Φω, T
гдеd Φ' — поток энергии, поглощающейся телом.
d Φ— поток энергии, падающий на тело в областиd ω вблизи ω

•Отражающая способность тела — bω , T — функция частоты и температуры,

показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, отражается от него в области частот d ω вблизи ω

b= d Φ' 'ω, T,
ω , Td Φω, T
гдеd Φ' ' — поток энергии, отражающейся от тела.
d Φ— поток энергии, падающий на тело в области d ω вблизи ω

•Абсолютно черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой

понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение

aω , T=1 — для абсолютно чёрного тела

•Серое тело — это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от

частоты, а зависит только от температуры aω , T=aT

Источник: https://studfile.net/preview/2082864/page:2/

Поляризация света. Закон Малюса. Закон Брюстера. Вращение плоскости поляризации. Методы поляризационного анализа горных пород

Законы поляризации света

Поляризованная волна – волна, в которой векторы напряженности электрического E и магнитного H полей, распространяясь, остаются в определенных плоскостях.

Если в каждой точке луча, идущего от обычного источника света, представлены в одинаковой мере всевозможные направления векторов E в плоскости, перпендикулярной лучу, то такой свет называется естественным.

А поляризованный свет – это свет, в котором направления колебаний упорядочены каким-либо образом.

Закон Малюса основан на том, что зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через анализатор от угла a между плоскостями поляризации падающего света и анализатора.

Если I0 и I — соответственно интенсивности падающего на анализатор и выходящего из него света, то, согласно закону Малюса, I = I0cos2α.

Свет с иной (не линейной) поляризацией может быть представлен в виде суммы двух линейно-поляризованных составляющих, к каждой из которых применим закон Малюса.

Закон Брюстера — закон, устанавливающий зависимость угла Брюстера от показателей преломления сред: Если тангенс угла падения луча на границу раздела двух диэлектриков равен относительному показателю преломления, то отраженный луч полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной к плоскости падения.

Вращение плоскости поляризации — поворот плоскости поляризации линейно поляризованного света при его прохождении через вещество. Вращение плоскости поляризации наблюдается в средах, обладающих двойным круговым лучепреломлением, т. е.

различными показателями преломления для право- и лево-поляризованных по кругу лучей. Линейно поляризованный пучок света можно представить как результат сложения двух лучей, распространяющихся в одном направлении и поляризованных по кругу с противоположными направлениями вращения.

Если такие два луча распространяются в теле с различными скоростями, то это приводит к повороту плоскости поляризации суммарного луча. Вращение плоскости поляризации может быть обусловлено либо особенностями внутренней структуры вещества, либо внешним магнитным полем.

Вращение плоскости поляризации наблюдается, как правило, в оптически изотропных телах (кубические кристаллы, жидкости, растворы и газы).

Для получения и исследования поляризованного света существуют специальные поляризационные устройства. Они обладают свойством пропускать от цугов только их составляющие с определенным направлением электрического вектора, которое называется направлением пропускания поляризационного устройства.

Если угол падения света на границу раздела двух ди­электриков (например, на поверхность стеклянной пла­стинки) не равен нулю, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными).

В от­раженном луче преобладают колебания, перпендикуляр­ные к плоскости падения, в преломленном луче — колебания, параллельные плоскости падения. Степень поляриза­ции зависит от угла падения.

При угле падения, удовле­творяющем условию tgIB=n12 (где о12 — показатель преломления второй среды относи­тельно первой), отраженный луч полностью поляризован (он содержит только колебания, перпендикулярные к плоскости падения).

Степень поляризации преломленного луча при угле падения, равном iB, достигает наиболь­шего значения, однако этот луч остается поляризован­ным только частично.

Соотношение носит название закона Брюстер а. Угол называют углом Брюстера или углом полной поляризации. Легко проверить, что при падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

Степень поляризации отраженного и преломленного лучей при различных углах падения получается из ре­шения уравнений Максвелла с учетом условий на гра­нице диэлектриков.

К числу этих условий принадлежат: равенство тангенциальных составляющих векторов Е и Н по обе стороны границы раздела (с одной стороны нужно брать сумму соответствующих векторов для падающей и отраженной волны, с другой — вектор для преломленной волны) и равенство нормальных составляющих векто­ров D и В. В результате получаются следующие формулы:

Прд прохождении света через некоторые кристаллы световой луч разделяется на два луча. Это явление, по­лучившее название двойного лучепреломления.

Явление двойного лучепреломления наблюдается для всех прозрачных кристаллов, за исключением принадле­жащих к кубической системе.

У так называемых одно­осных кристаллов имеется направление, вдоль которого обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются не разделяясь и с одинаковой скоростью. Это направ­ление называется оптической осью кристалла.

Следует иметь в виду, что оптическая ось — это не пря­мая линия, проходящая через какую-то точку кристалла, а определеное направление в кристалле. Любая прямая, параллельная данному направлению, является оптиче­ской осью кристалла.

Поляризационная микроскопия – это метод наблюдения в поляризованном свете для микроскопического исследования препаратов, включающих оптически анизотропные элементы (или целиком состоящих из таких элементов). Таковыми являются многие минералы, зёрна в шлифах сплавов, некоторые животные и растительные ткани и пр.

Оптические свойства анизотропных микрообъектов различны в различных направлениях и проявляются по-разному в зависимости от ориентации этих объектов относительно направления наблюдения и плоскости поляризации света, падающего на них. Наблюдение можно проводить как в проходящем, так и в отражённом свете. Свет, излучаемый осветителем, пропускают через поляризатор.

Сообщенная ему при этом поляризация меняется при последующем прохождении света через препарат (или отражении от него). Эти изменения изучаются с помощью анализатора и различных оптических компенсаторов.

Анализируя такие изменения, можно судить об основных оптических характеристиках анизотропных микрообъектов: силе двойного лучепреломления, количестве оптических осей и их ориентации, вращении плоскости поляризации, дихроизме.

7. Нормальная и аномальная дисперсия света. Рассеяние света. Внешний фотоэффект. Законы Столетова. «Красная граница» фотоэффекта.

Дисперсия света – зависимость показателя преломления n вещества от частоты η (длины волны λ) света или зависимость фазовой скорости световых волн от частоты: n = f(λ0), где λ0 – длина световой волны в вакууме. Следствие дисперсии света — разложение в спектр пучка белого света при прохождении сквозь вещество.

Для всех прозрачных бесцветных веществ функция n = f(λ0) имеет следующий характер: с уменьшением длины волны показатель преломления увеличивается со все возрастающей скоростью, так что дисперсия вещества dn/dλ0, отрицательна а растет по модулю с уменьшениемλ0; такая зависимость n от λ называется нормальной дисперсией света.

Если вещество поглощает часть лучей, то в области поглощения и вблизи нее ход дисперсии обнаруживает аномалию. На некотором участке дисперсия вещества отказывается положительной.

Так, для тонкой призмы из красителя цианина в области поглощения красные лучи преломляются сильнее фиолетовых, а наименее преломляемым будет зелёный, затем синий (т. н. аномальная дисперсия).

У всякого вещества имеются свои полосы поглощения, и общий ход показателя преломления обусловлен распределением этих полос по спектру.

Рассеяние света – изменение характеристик потока оптического излучения (света) при его взаимодействии с веществом. Процесс рассеяния света заключается в том, что свет, проходящий через вещество, вызывает колебания электронов в атомах.

Колеблющиеся электроны возбуждают вторичные волны, распространяющиеся по все направлениям. Однако, вторичные волны являются когерентными, так что необходимо учесть их взаимную интерференцию.

Этими характеристиками могут быть пространственное распределение интенсивности, частотный спектр, поляризация света.

В случае однородной среды вторичные волны полностью гасят друг друга во всех направлениях, кроме направления распространения первичной волны, поэтому рассеяния не происходит.

Вторичные волны не погашают друг друга в боковых направлениях только при распространении света в неоднородной среде.

Световые волны, дифрагируя на неоднородностях среды, дают дифракционную картину, характеризующуюся довольно равномерным распределением интенсивности по всем направлениям. Такую дифракцию на мелких неоднородностях называют рассеянием света.

Среды с явно выраженной оптической неоднородностью носят название мутных сред (дымы, туманы, взвеси, эмульсии, некоторые твердые тела).

Свет, рассеянный на частицах, размеры которых значительно меньше длины световой волны, оказывается частично поляризованным.

Это объясняется тем, что колебания электронов, вызванные рассеиваемым световым пучком, происходят в плоскости, перпендикулярной пучку.

Колебания вектора Е во вторичной волне происходят в плоскости, проходящей через направление колебаний зарядов. Поэтому свет, рассеиваемый частицами в направлениях, перпендикулярных пучку, будет полностью поляризован.

В результате рассеяния света в боковых направлениях интенсивность в направлении распространения убывает быстрее, чем в случае одного лишь поглощения. Поэтому для мутного вещества закон Бугера (I(l) = I0e-kl)будет выглядеть следующим образом: I = I0e-(χ+χ’)l, где χ – коэффициент экстинкции.

Если размеры неоднородностей малы по сравнению с длиной световой волны (не более ~0,1λ), интенсивность рассеянного света I оказывается пропорциональной четвертой степени частоты или обратно пропорциональной четвертой длины волны: I ~ ω4 ~ 1/λ4 – закон Рэлея.

Фотоэффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

Внешний фотоэффект (фотоэлектронная эмиссия) – испускание электронов из вещества под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается в металлах, полупроводниках и диэлектриках и подчиняется законам фотоэффекта.

Внешний фотоэффект – результат трех последовательных процессов: поглощения фотона и появления электрона с высокой (по сравнению со средней) энергией; движения этого электрона к поверхности, при котором часть энергии может рассеяться; выхода электрона в другую среду через поверхность раздела. Количественной характеристикой фотоэлектронной эмиссии является квантовый выход Y – число вылетевших электронов, приходящееся на 1 фотон излучения, падающего на поверхность тела. Величина Y зависит от свойств тела, состояния его поверхности и энергии фотонов.

Законы Столетова.

Количество электронов, вырываемых с поверхности металла в секунду, прямо пропорционально мощности светового потока.

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от падающего светового потока.

Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты, то фотоэффект не происходит («красная граница фотоэффекта»). У щелочных металлов красная граница лежит в диапазоне видимого света.

Фотоэффект безинерционен.

«Красная граница» фотоэффекта – наименьшая частота излучения, при которой еще возможен внешний фотоэффект т.е. начальная кинетическая энергия фотоэлектронов больше нуля. Красная граница фотоэффекта определяется выбором материалов фотокатодов.

Частота υ0 зависит только от работы выхода электрона: υ0 = A/ħ, где A — работы выхода для конкретного фотокатода, а ħ — постоянная Планка. Работа выхода A зависит от материала фотокатода и состояния его поверхности. Испускание фотоэлектронов начинается сразу же, как только на фотокатод падает свет с частотой υ = υ0.

Источник: https://studopedia.su/18_8036_polyarizatsiya-sveta-zakon-malyusa-zakon-bryustera-vrashchenie-ploskosti-polyarizatsii-metodi-polyarizatsionnogo-analiza-gornih-porod.html

Законы поляризации света

Законы поляризации света

Естественный световой луч представляет собой достаточно сложное явление, так как имеет двойственную корпускулярно-волновую природу. В одних случаях он начинает вести себя как электромагнитные, систематизированные волны, в других случаях — как хаотичный частиц (фотонов и квантов).

При исследовании процесса поляризации свет проявляет луч демонстрирует свойства поперечных электромагнитных волн.

Определение 1

Поляризованный свет – это свет, в котором все колебательные направления упорядочены каким-либо образом и действуют по определенной схеме.

Свет с преимущественным направлением колебаний осей называют в физике частично поляризованным светом. В природе также существует огромный класс электромагнитных волн, в которых движения магнитного и электрического полей совершаются по конкретным сторонам.

Такое свойство определяет дальнейшее состояние поляризации световой волны. Если вектор напряженности электромагнитной волны колеблется и направляется в неопределенном пространстве, говорят о линейной поляризации, а вот волна света в этом случае полностью поляризована.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Поляризованный и естественный свет: закон Максвелла

Максвелл быстро разработал комплексную и эффективную модель поперечных световых волн, которые приводили в итоге к явлению двойного лучепреломления и ряду иных оптических эффектов. Спустя 40 лет теория ученого точно описала и объяснила поперечную природу света.

Электромагнитные волны Максвелла включали:

  • поля, которые колеблются перпендикулярно направлению центрального перемещения;
  • колебательные упорядоченные направления светового вектора, называемые поляризованными;
  • систематизированный волны светового луча.

Элементы расположены под углом 90° относительно друг друга. Для исследования поляризации света достаточно знать изначальное положение только одного из световых векторов. Обычно для этого используется ось $E$.

При этом распространения электрического и магнитного полей формируют комплексную правую систему координат. Уравнения доказывают, что частицы поля находятся в фазовой среде и в любой момент времени могут одновременно достигать максимальных значений в пространстве.

Закон максвелла предполагает, что абсолютно для всех электромагнитных волн в пустоте поляризованный свет возможно получить из естественного посредством поляризаторов, способных пропускать световые лучи только в одном направлении (кварц, исландский шпат турмалин).

Рисунок 1. Поляризация света, теория Максвелла. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Закон Брюстера и корпускулярно-волновой дуализм

Рисунок 2. Закон Брюстера. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Замечание 1

Закон Брюстер гласит, что преломление сред зависит от угла, которые устанавливает основные показатели светового луча.

Таким образом, если тангенс угла падения пучка света на границу раздела двух одинаковых диэлектриков равен относительному параметру преломления, то отраженный элемент полностью поляризован в той плоскости, которая перпендикулярна к поверхности падения.

Вращение плоскости световой поляризации – систематический поворот поверхности линейно поляризованного светового луча при его прохождении через определенное вещество.

Такой эффект часто наблюдается в средах, которые оснащены круглым двойным лучепреломлением, то есть различными показателями преломления для поляризованных по кругу векторов. Линейно поляризованный световой луч можно представить, как итог сложения двух осей, что распределяются в одном направлении.

Если такие два элемента распространяются в физическом теле с различными скоростями, то это приводит к внезапному повороту плоскости поляризации суммарного луча. Следовательно, вращение плоскости, согласно закону Брюстера, может быть обусловлено внешним магнитным полем или внутренней структуры вещества.

Для исследования поляризованного света существуют и часто используются специальные поляризационные устройства. Они обладают свойством пропускать основные составляющие луча с определенным направлением электрической оси, которое называется коэффициентом пропускания поляризационного объекта.

Опыты русского ученого Лебедева в корпускулярно-волновом дуализме показали, что свет может оказывать существенной давление на окружающие вещи. Перед ученым возникло огромное количество технических сложностей. Несмотря на это, он экспериментально доказал, что фотоны светового луча передают поверхностям ненулевой импульс, когда встречают серьезные преграды.

В результате исследователям пришлось признать: любая элементарная частица – это одновременно и материальный объект, и волна. Фотоны обладают как признаками осциллятора, так и характеристиками материального вещества.

Это и есть ключевой принцип корпускулярно-волнового дуализма. Также необходимо было понять, как именно движется и существует в пространстве бесконечная волна с конечной массой.

На помощь пришло определение «квант», представляющий собой минимальный пакет общего целого, взаимодействующий с веществом.

На сегодняшний день физики выделяют такие кванты:

  • гравитационного поля — предсказаны только с теоретической точки зрения и не имеют научного доказательства;
  • глюонного поля – его элементы были найдены, в отличии от гравитонов;
  • коллективного взаимодействия узлов — отвечают за превращение электромагнитного излучения в звук.

Закон Малюса

Рисунок 3. Закон Малюса. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Замечание 2

Закон Малюса базируется на том, что прямая зависимость интенсивности полностью поляризованного света после его прохождения заключается в определенном анализаторе, действующего от угла между плоскостями до падающего света и анализатора.

Свет с другой поляризацией может быть представлен в виде общей суммы двух линейных составляющих, к каждой из которых возможно применить теорию Малюса.Интенсивность светового луча, прошедшего через поляризатор, прямо пропорциональна показателю интенсивности падающего поляризованного вектора квадрату косинуса угла, расположенного между плоскостью преломленного света и плоскостью поляризатора.

Все кристаллы являются мощными анизотропными, то есть их свойства напрямую зависят от исходного направления. Эффект двойного лучепреломления впервые был обнаружен Барталином в 1667 году на кристалле исландского шпата.

Данное явление в теории Малюса заключается в следующем: световой луч, падающий на анизотропный элемент, разделяется на два фрагмента: необыкновенный и обычный, который в итоге распространяются с разными скоростями в различных направлениях.

Интересно, что у двуосных кристаллов всегда имеется два направления, вдоль которых не наблюдается двойное лучепреломление.

Для релятивистского случая необходимо добавить циклические частоты поляризованных световых волн. Но эти компоненты будут учитываться, только если сам источник света движется со скоростью, максимально близкой к скорости света.

Для использования на практике расширенной формулы Малюса не обязательно преодолевать двести тысяч километров в секунду. Релятивистской считается та скорость, которая равна одному проценту от скорости светового луча в вакууме.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/fizicheskaya_optika/zakony_polyarizacii_sveta/

Поляризация света для

Законы поляризации света

В нашем блоге уже можно найти статьи про преломление, дисперсию и дифракцию света. Теперь пришло время поговорить о том, в чем заключается сущность поляризации света.

В самом общем смысле правильнее говорить о поляризации волн. Поляризация света, как явление, представляет собой частный случай поляризации волны. Ведь свет представляет собой электромагнитное излучение в диапазоне, воспринимаемом глазами человека.

Что такое поляризация света

Поляризация – это характеристика поперечных волн. Она описывает положение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Если этой темы не было на лекциях в университете, то вы, вероятно, спросите: что это за колеблющаяся величина и какому направлению она перпендикулярна?

Как выглядит распространение света, если посмотреть на этот вопрос с точки зрения физики? Как, где и что колеблется, и куда при этом летит?

Электромагнитная волна

Свет – это электромагнитная волна, которая характеризуется векторами напряженности электрического поля E и вектором напряженности магнитного поля Н. Кстати, интересные факты о природе света можно узнать из нашей статьи.

Согласно теории Максвелла, световые волны поперечны. Это значит, что векторы E и H взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны.

Поляризация наблюдается только на поперечных волнах.

Для описания поляризации света достаточно знать положение только одного из векторов. Обычно для этого рассматривается вектор E.

Если направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, свет называется поляризованным.

Возьмем свет на рисунке, который приведен выше. Он, безусловно, поляризован, так как вектор E колеблется в одной плоскости.

Если же вектор E колеблется в разных плоскостях с одинаковой  вероятностью, то такой свет называется естественным.

Поляризация света

Поляризация света по определению – это выделение из естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Откуда берется поляризованный свет?

Свет, который мы видим вокруг себя, чаще всего неполяризован. Свет от лампочек, солнечный свет – это свет, в котором вектор напряженности колеблется во всех возможных направлениях. Но если вам по роду деятельности приходится весь день смотреть в ЖК-монитор, знайте: вы видите поляризованный свет.

Естественный, поляризованный  и частично поляризованный свет

Чтобы наблюдать явление поляризации света, нужно пропустить естественный свет через анизотропную среду, которая называется поляризатором и «отсекает» ненужные направления колебаний, оставляя какое-то одно.

Анизотропная среда – среда, имеющая разные свойства в зависимости от направления внутри этой среды.

В качестве поляризаторов используются кристаллы. Один из природных кристаллов, часто и давно применяемых в опытах по изучению поляризации света — турмалин.

Еще один способ получения поляризованного света — отражение от диэлектрика. Когда свет падает на границу раздела двух сред, луч разделяется на отраженный и преломленный.  При этом лучи являются частично поляризованными, а степень их поляризации зависит от угла падения.

Поляризация отражением

Связь между углом падения и степенью поляризации света выражается законом Брюстера.

Когда свет падает на границу раздела под углом, тангенс которого равняется относительному показателю преломления двух сред, отраженный луч является линейно поляризованным, а преломленный луч поляризован частично с преобладанием колебаний, лежащих в плоскости падения луча.

Линейно поляризованный свет — свет, который поляризован так, что вектор E колеблется только в одной определенной плоскости.

Практическое применение явления поляризации света

Поляризация света – не просто явление, которое интересно изучать. Оно широко применяется на практике.

Пример, с которым знакомы почти все – 3D-кинематограф. Еще один пример – поляризационные очки, в которых не видно бликов солнца на воде, а свет фар встречных машин не слепит водителя. Поляризационные фильтры применяются в фототехнике, а поляризация волн используется для передачи сигналов между антеннами космических аппаратов.

Фото, сделанные с применением поляризационного фильтра и без него

Поляризация — не самое сложное для понимания природное явление. Хотя если копнуть глубоко и начать основательно разбираться с физическими законами, которым она подчиняется, могут возникнуть сложности.

Чтобы не терять время и преодолеть трудности максимально быстро, обратитесь за советом и помощью к нашим авторам. Мы поможем выполнить реферат, лабораторную работу, решить контрольные задания на тему «поляризация света».

Источник: https://Zaochnik-com.ru/blog/polyarizaciya-sveta-dlya-chajnikov-opredelenie-sut-yavleniya-i-sushhnost/

Booksm
Добавить комментарий