ЛЕКЦИЯ_№4_ДИСПЕРСИЯ+ПОЛЯРИЗАЦИЯ_СВЕТА

1.

ЛЕКЦИЯ №23.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
С ВЕЩЕСТВОМ.
1. Дисперсия света.
2. Электронная теория дисперсии света.
3. Виды спектров

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.

Величина
dn
D
d
- дисперсия вещества, показывает
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.

5.

2 вопрос – Электронная теория дисперсии света.
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.

6.

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.

7.

3 вопрос – Виды спектров
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.

8.

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

9.

Рассмотрим спектры – распределение энергии по частотам
(или по длинам волн)
линейчатый спектр
полосатый спектр
сплошной спектр
08

10.

ЛЕКЦИЯ № 24.
ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА.
1. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса.
2. Поляризация света при отражении и преломлении на
границе двух диэлектриков. Закон Брюстера.
3. Двойное лучепреломление
4. Искусственная оптическая анизотропия.
5. Вращение плоскости поляризации.

11.

1 вопрос - Естественный и поляризованный свет. Закон
Малюса.
Следствием теории Максвелла является поперечность
световых волн
Е H
Для описания поляризации достаточно знать поведение
одного из векторов – светового (
)

12.

Естественный свет – это свет со всевозможными
равновероятными направлениями колебаний вектора
напряженности электрического поля (значит и вектора
напряженности магнитного поля).
Свет, в котором направления колебаний светового вектора
каким-то образом упорядочены, называется поляризованным.
Свет с преимущественным (но не исключительным!)
направлением колебаний вектора напряженности
электрического поля называется частично поляризованным
светом.
Свет, в котором световой вектор колеблется только в одном
направлении, перпендикулярно лучу называется
плоскополяризованным светом.

13.

Рис.6. Прохождение естественного света через два идеальных
поляроида.
закон Малюса.
где Е Е0 соs амплитуда
вышедшей волны.

14.

Степенью поляризации называется величина
I max I min
Р
I max I min
Где I max и I min - максимальная и минимальная интенсивности
частично поляризованного света, пропускаемого анализатором.
Для естественного света I max I min и Р 0
Для плоскополяризованного
I min 0
Р 1

15.

Модель. Поляризация света
Модель. Поляризация света

16.

2 вопрос – Поляризация света при отражении и преломлении
на границе двух диэлектриков. Закон Брюстера.
Если естественный свет падает на границу раздела двух
диэлектриков, то часть его отражается, а часть преломляется и
распространяется во второй среде.
Отраженный и
преломленный лучи
частично поляризованы.
В отраженном луче
преобладают колебания,
перпендикулярные
плоскости падения, а в
преломленном –
колебания,
параллельные плоскости
падения.

17.

Закон Брюстера:
tg iB n21
Если свет падает на границу раздела под углом Брюстера, то
отраженный и преломленный лучи взаимно
перпендикулярны. Отраженный луч является
плоскополяризованным. Преломленный луч поляризован
максимально, но не полностью.

18.

3 вопрос – Двойное лучепреломление.
Еще в конце XVII века было обнаружено, что кристалл
исландского шпата (CaCO3) раздваивает проходящие через
него лучи. Это явление получило название двойного
лучепреломления.
Один луч является
продолжением
первичного
(обыкновенный).
Второй луч
отклоняется
(необыкновенный).

19.

Обыкновенный и необыкновенный лучи плоскополяризованы
во взаимно перпендикулярных плоскостях: колебания
светового вектора в обыкновенном луче происходят
перпендикулярно главной плоскости, а в необыкновенном
луче – в главной плоскости.
Главная плоскость кристалла – это плоскость, проходящая
через направление луча света и оптическую ось кристалла.
Оптическая ось кристалла – это направление в оптически
анизотропном кристалле, по которому луч света
распространяется, не испытывая двойного лучепреломления.

20.

При любом направлении обыкновенного луча колебания
светового вектора перпендикулярны оптической оси кристалла,
поэтому обыкновенный луч распространяется по всем
направления с одинаковой скоростью 0 с / n0 : для него
показатель преломления постоянная величина.
Для необыкновенного луча угол между направлением колебаний
светового вектора и оптической осью зависит от направления
луча, поэтому необыкновенные лучи распространяются по
различным направлениям с разными скоростями
:
показатель преломления необыкновенного луча является
переменной величиной. е с / ne
Кристаллы, в которых происходит двойное лучепреломление,
являются анизотропными.

21.

4 вопрос – Искусственная оптическая анизотропия.
Оптически изотропные вещества становятся анизотропными
под действием:
1) деформации (одностороннего сжатия или растяжения)
( кристаллы кубической системы, стекла и др.),
2) электрического поля (эффект Керра)
(жидкости, аморфные тела, газы),
3) магнитного поля ( жидкости, стекла, коллоиды).
Мерой возникающей оптической анизотропии является
разность показателей преломления обыкновенного и
необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном
оптической оси:
n0 ne k1
в случае деформации
в случае электрического
n n k E2
0
e
2
n0 ne k 3 H 2
в случае магнитного поля.

22.

5 вопрос - Вращение плоскости поляризации.
Вещества, способные вращать плоскость поляризации
называются оптически активными веществами ( кварц,
водный раствор сахара, скипидар и др.).
Угол поворота плоскости поляризации
для кристаллов и чистых жидкостей:
для растворов
d
Сd
d – длина пути, пройденного светом в оптически активном
веществе,
С – массовая концентрация оптически активного вещества
в растворе,
- удельное вращение.