ЛЕКЦИЯ №4. ДИСПЕРСИЯ СВЕТА

1.

ЛЕКЦИЯ №4.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
С ВЕЩЕСТВОМ.
1. Дисперсия света.
2. Электронная теория дисперсии света.
3. Поглощение и рассеяние света.
4. Эффект Вавилова – Черенкова.

2.

1 вопрос – Дисперсия света.
Зависимость показателя преломления n вещества от частоты
(длины волны) света или фазовой скорости c / n
световых волн от его частоты называется дисперсией света:
n f ( )
Следствием дисперсии света является разложение белого
света в спектр при прохождении через призму:
A – преломляющий угол призмы;
угол отклонения лучей
призмой

3.

Угол отклонения лучей призмой зависит от показателя
преломления n, а n от , поэтому лучи разных длин волн
после прохождения призмы отклоняются на разные углы (т.е.
белый свет разлагается в спектр).

4.

Различие в дифракционном и призматическом спектрах:
1) Дифракционная решетка разлагает свет непосредственно
по длинам волн, поэтому по измеренным углам отклонения
можно вычислить длину волны
d sin
d sin k
k
Разложение света в призме происходит по значениям
показателя преломления, поэтому для определения длины
волны света надо знать зависимость
n f ( )
2) Составные цвета в дифракционном и призматическом
спектрах располагаются различно. В дифракционной решетке
длинноволновые красные лучи отклоняются сильнее, чем
фиолетовые. Призма же разлагает лучи в спектр по значениям
n, который для всех прозрачных веществ с увеличением
уменьшается. Поэтому
красные лучи отклоняются слабее, чем
фиолетовые.

5.

Величина
dn
D - дисперсия вещества, показывает
d
быстроту изменения показателя преломления с длиной волны.
Дисперсия называется нормальной, если n увеличивается с
уменьшением длины волны и аномальной, если n
уменьшается с уменьшением длины волны.

6.

2 вопрос – Электронная теория дисперсии света.
По электромагнитной теории Максвелла абсолютны
показатель преломления среды
n
Где - диэлектрическая проницаемость среды,
- магнитная проницаемость.
В оптической области спектра для всех веществ
поэтому
n , что выявляет некоторые
противоречия с опытом.
1 ,
Объяснение дисперсии света дает электронная теория
Лоренца, в которой дисперсия света рассматривается как
результат взаимодействия электромагнитных волн с
заряженными частицами, входящими в состав вещества и
совершающими вынужденные колебания в переменном
электромагнитном поле волны.

7.

По электронной теории дисперсия – следствие зависимости
от частоты световых волн.
Р
1 1
0Е
- диэлектрическая восприимчивость среды;
0 - электрическая постоянная;
Р - мгновенное значение поляризованности.
Тогда
P
n 1
0E
2
Для простоты рассматривают колебания одного электрона.
P n0 p n0 ex
n 0 -концентрация атомов в диэлектрике, е - заряд электрона,
х – смещение электрона под действием электрического
поля Е световой волны.

8.

В результате получаем
n0 ex
n 1
0E
2
Задача сводится к определению смещения х электрона под
действием внешнего поля Е.
Поле световой волны
E E0 cos t
Уравнение вынужденных колебаний электрона без учета
сил сопротивления имеет вид:
eE 0
d 2x
x
cos t
2
m
dt
Решение этого уравнения имеет вид
x A cos t ,
где
еЕ0
А
.
2
2
m( 0 )
П
Подставив
полученное значение в уравнение для n получим
о
д

9.

Зависимость показателя преломления
от частоты внешнего поля
2
2
0
n0
e
n 1
2
0 mt
2
На рисунке дан график зависимости показателя
преломления от частоты ( АВ и СD ). Если в уравнении
учесть силы сопротивления, то зависимость будет ABCD.
АВ и CD - нормальная дисперсия,
ВС – аномальная дисперсия.

10.

3 вопрос – Поглощение и рассеяние света.
В состав видимого света входят монохроматические волны с
различными значениями длин волн. В излучении нагретых
тел (нить лампы накаливания) длины волн непрерывно
заполняют весь диапазон видимого света. Такое излучение
называется белым светом. Совокупность монохроматических
компонент в излучении называется спектром. Белый свет
имеет непрерывный (сплошной) спектр. Излучение
источников, в которых свет испускается атомами вещества,
имеет дискретный (линейчатый) спектр. Полосатый спектр
состоит из отдельных полос, который создается молекулами не
связанными или слабо связанными друг с другом.
Диэлектрики имеют широкие полосы поглощение , т.е.
сплошной спектр поглощения.

11.

Структура спектров испускания и поглощения определяется
составом и строением молекул, поэтому изучение спектров
является одним из основных методов количественного и
качественного исследования вещества.

12.

Явление уменьшения энергии световой волны при ее
распространении в веществе вследствие преобразования
энергии волны в другие виды энергии называется
поглощением или абсорбцией света.
Поглощение света в веществе описывается законом Бугера
I I 0 e x
I 0 , I - интенсивности плоской монохроматической волны на
входе и выходе поглощающего вещества толщиной x;
- коэффициент поглощения, зависит от длины волны,
химического состава и состояния вещества и не зависит от
интенсивности света.
При рассеянии света
/ коэффициент экстинкции.
I I 0e
( / ) x

13.

4 вопрос – Эффект Вавилова – Черенкова.
В 1934 г. Черенков обнаружил особый вид свечения
жидкостей под действием гамма – лучей радия. Вавилов
высказал предположение, что источником излучения
являются быстрые электроны, создаваемые лучами.
Согласно электромагнитной теории заряд, движущийся
равномерно не излучает электромагнитных волн. Однако
это справедливо лишь в том случае если скорость
заряженной частицы не превышает фазовой скорости с/n
электромагнитных волн в той среде, в которой движется
частица. Если , даже двигаясь равномерно, частица будет
излучать электромагнитные волны.
c
cos
n