Явище лінійної поляризації світла

Властивість поперечних хвиль - поляризація.

Лінійна поляризація - коливання обурення відбувається в якійсь одній площині. У такому випадку говорять про «плоско-поляризованою хвилі»;

Досвід з турмаліном - доказ поперечности світлових хвиль.

Кристал турмаліну - це прозорий, зеленого кольору мінерал, що володіє віссю симетрії.

У промені світла від звичайного джерела присутні коливання векторів напруженості електричного поля Е і магнітної індукції В всіляких напрямків, перпендикулярних до напрямку поширення світлової хвилі. Така хвиля називається природною хвилею.

При проходженні через кристал турмаліну світло поляризується.

У поляризованого світла коливання вектора напруженості Е відбуваються тільки в одній площині, яка збігається з віссю симетрії кристала.

Поляризація світла після проходження турмаліну виявляється, якщо за першим кристалом (поляризатором) поставити другий кристал турмаліну (аналізатор).

При однаково спрямованих осях двох кристалів світловий промінь пройде через обидва і лише трохи ослабне за рахунок часткового поглинання світла кристалами.

Якщо другий кристал почати повертати, тобто зміщувати положення осі симетрії другого кристала щодо першого, то промінь буде поступово згасати і згасне зовсім, коли становище осей симетрії обох кристалів стане взаємно перпендикулярним.

Закон Брюстера - закон оптики, що виражає зв'язок показника заломлення з таким кутом, при якому світло, відбите від кордону розділу, буде повністю поляризованим в площині, перпендикулярній площині падіння, а переломлених промінь частково поляризується в площині падіння, причому поляризація переломленого променя досягає максимального значення. Легко встановити, що в цьому випадку відбите іпереломлені промені взаємно перпендикулярні. Відповідний кут називається кутом Брюстера.

Це явище оптики названо по імені шотландського фізика Девіда Брюстера, який відкрив його в 1815 році.

Квант. Енергія кванта. Швидкість світла.

Квант (від лат. Quantum - «скільки») - неподільна порція будь-якої величини в фізики. В основі поняття лежить уявлення квантової механіки про те, що деякі фізичні величини можуть приймати тільки певні значення.

Термін квант був вперше введений Максом Планком в його класичній роботі 1900 року - першій роботі з квантової теорії, яка заклала її основу.

У всіх класичних механічних хвиль (в рідинах, газах і твердих тілах) головний параметр, що визначає енергію хвилі, - це її амплітуда (точніше, квадрат амплітуди). У разі світла амплітуда визначає інтенсивність випромінювання. Однак при вивченні явища фотоефекту - вибивання світлом електронів з металу - виявилося, що енергія вибитих електронів не пов'язана з інтенсивністю (амплітудою) випромінювання, а залежить тільки від його частоти. Навіть слабкий блакитне світло вибиває електрони з металу, а найпотужніший жовтий прожектор не може вибити з того ж металу жодного електрона. Інтенсивність визначає, скільки буде вибито електронів, - але тільки якщо частота перевищує певний поріг. Виявилося, що енергія в електромагнітній хвилі роздроблена на порції, що отримали назву квантів. Енергія кванта електромагнітного випромінювання фіксована і дорівнює:

де h = 4 · 10-15 еВ · з = 6 · 10-34 Дж · с - постійна Планка, ще одна фундаментальна фізична величина, яка визначає властивості нашого світу. З окремим електроном при фотоефекті взаємодіє окремий квант, і якщо його енергії недостатньо, він не може вибити електрон з металу. Давню суперечку про природу світла - хвилі це або потік частинок - було вирішено на користь своєрідного синтезу. Одні явища описуються хвильовими рівняннями, а інші - уявленнями про фотонах, кванти електромагнітного випромінювання, які були введені в обіг двома німецькими фізиками - Максом Планком і Альбертом Ейнштейном.

Енергію квантів у фізиці прийнято виражати в електрон-вольтах. Це позасистемна одиниця вимірювання енергії. Один електрон-вольт (1 еВ) дорівнює енергії, яку набуває електрон, коли розганяється електричним полем напругою 1 вольт. Це дуже невелика величина, в одиницях системи Сі 1 еВ = 6 · 10-18 Дж. Але в масштабах атомів і молекул електрон-вольт - цілком солідна величина.

Від енергії квантів безпосередньо залежить здатність випромінювання виробляти певний вплив на речовина. Багато процесів в речовині характеризуються порогової енергією - якщо окремі кванти несуть меншу енергію, то, як би багато їх не було, вони не зможуть спровокувати надпороговий процес.

Кванти видимого світла мають енергію 2-3 еВ - цього достатньо для порушення хімічних зв'язків і провокування деяких хімічних реакцій, наприклад, тих, що протікають в фотоплівці і в сітківці ока. Ультрафіолетові кванти можуть руйнувати більш сильні хімічні зв'язки, а також іонізувати атоми, відриваючи зовнішні електрони. Це робить ультрафіолет небезпечним для життя. Рентгенівське випромінювання може виривати з атомів електрони з внутрішніх оболонок, а також порушувати коливання всередині атомних ядер. Гамма-випромінювання здатне руйнувати атомні ядра, а самі енергійні гамма-кванти навіть впроваджуються в структуру елементарних частинок, таких як протони і нейтрони.

Швидкість світла (у вакуумі) - абсолютна величина швидкості поширення електромагнітних хвиль у вакуумі. У фізиці традиційно позначається латинською буквою «c» (вимовляється як [це]). Швидкість світла у вакуумі - фундаментальна постійна, яка не залежить від вибору інерціальної системи відліку (ІСО). Вона відноситься до фундаментальних фізичних постійних, які характеризують не просто окремі тіла або поля, а властивості простору-часу в цілому. За сучасними уявленнями, швидкість світла у вакуумі - гранична швидкість руху часток і поширення взаємодій.

Зі швидкістю світла поширюються, власне, видиме світло і інші види електромагнітного випромінювання (радіохвилі, рентгенівські промені, гамма-кванти і ін.).

Як можна більш точне вимірювання величини з надзвичайно важливо не тільки в загальнотеоретичному плані і для визначення значень інших фізичних величин, але і для практичних цілей (див. Нижче). Вперше С. с. визначив в 1676 О. К. Ремер по зміні проміжків часу між затемненнями супутника Юпітера Іо. У 1728 той же виконав Дж. Брадлей, виходячи зі своїх спостережень аберації світла зірок. На Землі С. с. першим виміряв - за часом проходження світлом точно відомого відстані (бази) - в 1849 А. І. Л. Фізо. (Показник заломлення повітря дуже мало відрізняється від 1, і наземні вимірювання дають величину, вельми близьку до с.) У досвіді Фізо пучок світла періодично переривався обертається зубчастим диском, проходив базу (близько 8 км) і, відбившись від дзеркала, повертався на периферію диска . Падаючи при цьому на зубець, світло не досягав спостерігача, потрапляючи в проміжок між зубцями, - реєструвався спостерігачем. За відомим швидкостям обертання диска визначалося час проходження світлом бази. Физо отримав з = 315 300 км / сек.

В сучасних вимірах С. с. використовується модернізований метод Фізо (модуляційний метод) з заміною зубчастого колеса на електрооптичний, дифракційний, інтерференційний або який-небудь інший модулятор світла, повністю перериває чи послабляє світловий пучок. Приймачем випромінювання служить фотоелемент або фотоелектронний помножувач. Застосування лазера в якості джерела світла, ультразвукового модулятора зі стабілізованою частотою і підвищення точності вимірювання довжини бази дозволили знизити похибки вимірювань і отримати значення з = 299792,5 = 0,15 км / сек. Крім прямих вимірювань С. с. за часом проходження відомої бази широко застосовуються т. зв. непрямі методи, що дають ще більшу точність. Так, методом мікрохвильового вакуумованого резонатора (англійський фізик К. Фрум, 1958) при довжині хвилі випромінювання l = 4 см отримано значення з = 299792,5 =? 0,1 км / сек. Похибка визначення С. с. як частки від розподілу незалежно знайдених l і n атомарних або молекулярних спектральних ліній ще менше. Американський учений К. Івенсон і його співробітники в 1972 по цезієві стандарту частоти знайшли з точністю до 11 знаків частоту випромінювання СН4-лазера, а по Криптонова стандарту частоти - його довжину хвилі (близько 3,39 мкм) і отримали з = 299792456,2 = 0,8 м / сек. До теперішнього часу (1976) за рішенням XII Генеральної асамблеї Міжнародний союзу по радіозв'язку (1957) прийнято вважати С. с. в вакуумі дорівнює 299 792 = 0,4 км / сек.

Знання точної величини С. с. має велике практичне значення, зокрема в зв'язку з визначенням відстаней за часом проходження радіо- або світлових сигналів в радіолокації, оптичної локації і дальнометріі. Особливо широко цей метод застосовується в геодезії і в системах стеження за штучними супутниками Землі; він використаний для точного вимірювання відстані між Землею і Місяцем і для вирішення ряду інших завдань.

7.Спектр. Умови освіти спектрів випромінювання. Характер розподілу енергії в спектрі: безперервні. лінійчатих, смугасті спектри і системи їх випромінюють.

Спектр (лат. Spectrum «бачення») у фізиці - розподіл значень фізичної величини (зазвичай енергії, частоти або маси). Зазвичай під спектром мається на увазі електромагнітний спектр - спектр частот (або те ж саме, що енергій квантів) електромагнітного ізлученія.В науковий обіг термін спектр ввів Ньютон в 1671-1672 роках для позначення багатобарвним смуги, схожою на веселку, яка виходить при проходженні сонячного променя через трикутну скляну призму.

Ньютон перший використовував слово спектр (лат. Spectrum - бачення, поява) у пресі в 1671 році, описуючи свої оптичні досліди. Він зробив спостереження, що коли промінь світла падає на поверхню скляної призми під кутом до поверхні, частина світла відбивається, а частина проходить через скло, утворюючи різнокольорові смуги. Вчений припустив, що світло складається з потоку частинок (корпускул) різних кольорів, і що частки різного кольору рухаються з різною швидкістю в прозорому середовищі. За його припущенням, червоне світло рухався швидше ніж фіолетовий, тому і червоний промінь відхилявся на призмі не так сильно, як фіолетовий. Через це і виникав видимий спектр кольорів.

Ньютон розділив світло на сім кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, індиго і фіолетовий. Число сім він вибрав з переконання (що походить від давньогрецьких софістів), що існує зв'язок між квітами, музичними нотами, об'єктами Сонячної системи і днями тижня. Людське око відносно слабко сприйнятливий до частот кольору індиго, тому деякі люди не можуть відрізнити його від блакитного або Фіолет кольору. Тому після Ньютона часто пропонувалося вважати індиго не самостійним кольором, а лише відтінком фіолетового або блакитного (проте він досі включений в спектр в західній традиції). У російській традиції індиго відповідає синього кольору.

Гете, на відміну від Ньютона, вважав, що спектр виникає при накладенні різних складових частин світу. Спостерігаючи за широкими променями світла, він виявив, що при проході через призму, на краях променя проявляються червоно-жовті і блакитні краю, між якими світло залишається білим, а спектр з'являється, якщо наблизити ці краї досить близько один до одного.

У XIX столітті, після відкриття ультрафіолетового і інфрачервоного випромінювань, розуміння видимого спектру стало більш точним.

На початку XIX століття Томас Юнг і Герман фон Гельмгольц також досліджували взаємозв'язок між спектром видимого випромінювання і кольоровим зором. Їх теорія кольорового зору вірно припускала, що для визначення кольору очей використовує три різних види рецепторів.

Спектри діляться на:

1. Спектри випромінювання

2. Спектри поглинання

· Безперервний (суцільний) спектр дають тіла, що знаходяться в твердому стані, а також сильно стиснуті гази, нагріті до високої температури. Характер спектра пояснюється сильним взаємодією окремих атомів і молекул.Прімер: світло від Сонця, свічки, лампочки розжарювання; високотемпературна плазма

· Лінійчаті спектри дають всі речовини в газоподібному атомарному (але не молекулярному) стані (світіння парів речовини в полум'я або світіння газового розряду). В цьому випадку атоми практично не взаємодіють один з одним, а ізольовані атоми випромінюють строго певні довжини хвиль, характерні для кожного хімічного елемента. При збільшенні щільності атомарного газу окремі спектральні лінії розширюються, і при сильному стисненні газу, коли взаємодія атомів стає істотним, ці лінії перекривають один одного, утворюючи суцільний спектр. Приклади випромінювання: лазери, светодіоідние джерела

· Смугасті спектри дають гази, молекули яких слабо пов'язані один з одним. При цьому спектр складається з окремих смуг, розділених темними проміжками. Кожна смуга являє собою сукупність великого числа дуже тісно розташованих ліній, обумовлених взаємодією атомів в молекулі. Приклад: світіння парів йоду