Шпаргалка по физике

1. ЗАКОН ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЭВМ на границе раздела сред. Показатель преломления. Принцип Ферма. Геометрическая и оптическая длины пути и разность хода.

     Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения, лежат в одной плоскости, а угол преломления β зависит от угла падения α в соответствии с соотношением sina / sinb = n₂₁             n₂₁ = n₂ /n₁   ,

где n₂₁   – относительный показатель преломления второй среды по отношению к первой, который представляет собой отношение абсолютных показателей преломления сред по обе стороны границы раздела.

     Абсолютным показателем преломления (оптической плотностью) среды называется величина n, равная отношению скорости электромагнитных волн с в вакууме к их фазовой v скорости в среде.

     В неоднородной среде траектория светового пучка искривляется. В соответствии с принципом Ферма: свет распространяется по такому пути, для прохождения которого ему требуется минимальное время.

     Геометрическая и оптическая длины пути и разность хода.

                           - оптическая длина пути.

В однородной среде L = n*s, где s – геометрическая длина пути.

     Оптическая длина пути должна быть экстремальна (минимальна) и стационарна (одинакова для всех возможных геометрических траекторий). В этом случае все траектории прохождения света называются таутохронными, а принцип Ферма получает следующую формулировку: свет распространяется по траектории с минимальной оптической длиной пути. Оптическая разность хода равна разности оптических путей, каждый из которых равен произведению пути луча на абсолютный показатель преломления среды Ds = n(AB + BC) - (AD +l/ 2)

18. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.

Непосредственное превращение  энергии электромагнитного излучения  в

механическую энергию  происходит при фотоэффекте – ионизации атомов и молекул под действием квантов света. В конденсированных телах различают два типа фотоэффекта – внешний и внутренний. Внешний фотоэффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым. Внешний фотоэффект подчиняется закону Эйнштейна hn = A+, где А–работа выхода электрона; V_max – максимальная скорость, приобретаемая вылетевшим электроном.

Столетов, используя вакуумный диод, экспериментально установил основные законы внешнего фотоэффекта.

Первый закон  Столетова: при неизменном спектральном составе света, падающего на фотокатод, фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности фотокатода. Второй закон Столетова: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов зависит только от частоты света и работы выхода электрона из фотокатода hn - A=.

Третий закон  Столетова определяет минимальную частоту (максимальную длину волны), которая определяет границу наблюдения фотоэффекта (красная граница внешнего фотоэффекта) v_кр=; λ_кр= =. Это позволяет экспериментально определить значение работы выхода А.

Помимо внешнего фотоэффекта, когда электроны покидают облучаемое вещество, существует внутренний фотоэффект, при котором энергия, получаемая электронами от квантов света, позволяет им изменить свое энергетическое состояние, не покидая вещества. В полупроводниках это приводит к увеличению концентрации носителей заряда (фотосопротивление).

3. Когерентность. Получение когерентных волн (классические интерференционные опыты). Опыт Юнга. Расчет интерференционной картины от двух источников.

     Когерентность - согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов.

Когерентность выражается в  постоянстве или закономерной связи  между фазами, частотами, поляризациями  и амплитудами этих волн.

     Излучение со средней циклической частотой ω и фазовой скоростью v за время когерентности распространяется на расстояние l_ког , которое называется длиной когерентности.

     Чем излучение ближе к монохроматическому, тем меньше ширина спектра его частот и тем больше время и длина когерентности этого излучения.

                        Опыт Юнга

     Источником света служит ярко освещенная щель S, от которой световая волна падает на две узкие щели S1 и S2, параллельные щели S.

     Таким образом, щели S1 и S2 играют роль когерентных источников. На экране Э (область ВС) наблюдается интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос.

Интерференцию света по методу деления амплитуды во многих отношениях наблюдать проще, чем в опытах с делением волнового фронта. Один из способов, использующих такой метод, – опыт Поля.

     В опыте Поля свет от источника S отражается двумя поверхностями тонкой прозрачной плоскопараллельной пластинки.

     В любую точку P, находящуюся с той же стороны от пластинки, что и источник, приходят два луча. Эти лучи образуют интерференционную картину.

     Для определения вида полос можно представить себе, что лучи выходят из мнимых изображений S1 и S2 источника S, создаваемых поверхностями пластинки. На удаленном экране, расположенном параллельно пластинке, интерференционные полосы имеют вид концентрических колец с центрами на перпендикуляре к пластинке, проходящем через источник S. Чем тоньше пластинка, тем крупнее масштаб интерференционной картины, т.е. больше расстояние между полосами.

          Полосы равного наклона

  При падении монохроматического света на плоскопараллельную, прозрачную и изотропную пластинку происходит отражение падающего луча (первичное отражение в точке А) и преломленного луча (вторичное отражение в точке В).

В точке С при выходе из пленки вторично отраженный луч преломляется и распространяется далее параллельно первично отраженному лучу. При этом оба луча являются когерентными.

                Полосы равной толщины

   Когда на тонкую прозрачную пленку неодинаковой толщины

падает пучок параллельных лучей, при отражении возникает

интерференционная картина  в виде полос равной толщины.

Отраженные от верхней  и нижней грани пленки лучи пересекаются вблизи поверхности пластинки. Частным случаем полос равной толщины являются кольца Ньютона.

5. Кольца Ньютона. Просветленная оптика. Интерферометры, рефрактометры.

     Кольца  Ньютона — кольцеобразные интерференционные максимумы и минимумы, появляющиеся вокруг точки касания слегка изогнутой выпуклой линзы и плоскопараллельной пластины при прохождении света сквозь линзу и пластину.

    Простая интерференционная  картина возникает в тонкой  прослойке воздуха между стеклянной  пластиной и положенной на  нее плосковыпуклой линзой, сферическая  поверхность которой имеет большой  радиус кривизны. Эта интерференционная  картина имеет вид концентрических  колец, получивших название кольца  Ньютона. Радиусы темных и светлых колец определяются по формулам:

      Просветление оптики — это нанесение на поверхность линз, граничащих с воздухом, тончайшей плёнки или нескольких плёнок одна поверх другой. Это необходимо для увеличения светопропускания оптической системы. Коэффициент преломления таких плёнок меньше коэффициента преломления стёкол линз. Просветляющие плёнки уменьшают светорассеяние и отражение падающего света от поверхности оптического элемента, соответственно улучшая светопропускание системы и контраст оптического изображения. Просветлённый объектив требует бережного обращения, так как плёнки, нанесенные на поверхность линз, легко повредить. Особенно они разрушаются маслом и жиром.

Показатель преломления  пленки

Минимальная толщина пленки равна 

     Интерферометр — измерительный прибор, принцип действия которого основан на явлении интерференции. Принцип действия: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и возвращается на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить смещение фаз пучков. Интерферометры применяются как при точных измерениях длин, в частности в станкостроении и машиностроении, так и для оценки качества оптических поверхностей и проверки оптических систем в целом.

Рефрактометр — прибор, измеряющий показатель преломления света в среде. Применение: в различных промышленных целях.

6. Дифракция света.  Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод  зон Френеля.

Дифракция света - совокупность явлений, которые наблюдаются при распространении света в оптически неоднородной среде с отклонением от законов геометрической оптики. Различают два типа дифракции:

дифракция Френеля (дифракция в сходящихся лучах);

дифракция Фраунгофера (дифракция в параллельных лучах)

При дифракции Френеля на препятствие падает плоская или сферическая волна, а дифракционная картина наблюдается на экране позади препятствия на конечном расстоянии от него.

d – диаметр отверстия;

l – расстояние от отверстия до экрана;

Принцип Гюйгенса-Френеля:

При расчете амплитуды

колебаний, возбуждаемых

источником S₀ в произволь-

ной точке М, источник S₀

можно заменить эквива-

лентной ему системой

вторичных источников –

малых участков любой замкнутой поверхности S,охватывающей источник S₀ и не охватывающей точку

наблюдения М. Вторичные источники когерентны S₀ и между

собой, а потому возбуждаемые ими вторичные волны интерферируют при наложении.

Зоны Френеля

Участки, на которые можно разбить поверхность световой (или звуковой) волны для вычисления результатов дифракции света (или звука). Впервые этот метод применил О. Френель в 1815. Суть метода такова. Пусть от светящейся точки Q распространяется сферическая волна и требуется определить характеристики волнового процесса, вызванного ею в точке Р.

19. Энергия и импульс фотона. Эффект Комптона. Световое давление.

Квант электромагнитного  излучения – фотон – ультрарелятивистская частица, так как он всегда движется со скоростью света в вакууме и не имеет массы. Обладая энергией, фотон обладает и импульсом, величина которого P_f=h∙ =

Световое давление на плоскую поверхность тела - численное значение нормальной составляющей суммарного импульса, передаваемого фотонами телу на единице площади рассматриваемой поверхности за единицу времени.

Суммарный передаваемый поверхности  импульс равен Dp=(1+R)*n∙ h∙ ∙cosα.

Среднее значение объемной плотности энергии электромагнитного поля <w>= n*h*

Корпускулярные свойства света обнаруживаются в эффекте Комптона, который проявляется в изменении длины волны рентгеновского  излучения при его рассеянии веществом, содержащим легкие атомы.

Поглощение фотона свободным  электроном невозможно, так как это противоречит законам сохранения энергии и импульса. Одновременное выполнение законов сохранения энергии и импульса для поглощения фотона неподвижным электроном hv=; p = .

7. Дифракция Френеля  на простейших преградах (диафрагма,  диск). Зонные пластинки.

Дифракцией света называют совокупность явлений, которые наблюдаются  при распространении света в  оптически неоднородной среде с  отклонением от законов геометрической оптики. Различают два типа дифракции:

1)дифракция Френеля (дифракция  в сходящихся лучах).

2) дифракция Фраунгофера  (дифракция в параллельных лучах).

Амплитуда dA колебаний, возбуждаемых в точке Р вторичным источником, пропорциональна площади соответствующего участка ds волновой поверхности, обратно пропорциональна расстоянию r от него до точки Р и зависит от угла a между внешней нормалью к волновой поверхности и направлением от элемента ds в точку Р.Выберем в качестве вспомогательной поверхности сферическую поверхность радиуса a так, чтобы расстояние b от этой поверхности до точки наблюдения было порядка a, и разобьем эту поверхность на небольшие по площади

кольцевые участки (зоны Френеля) так, чтобы разность хода от аналогичных точек этих участков до точки наблюдения была равна λ/2. Амплитуда результирующих колебаний в точке P равна A = A₁ – A₂ + A₃ – A₄ + …;где A_i – амплитуда колебаний в точке P от вторичных источников в пределах i-ой зоны.

При i<<a/λ площади всех зон очень малы и одинаковы:

s_i=pλab/(a+b). С увеличением i увеличивается и расстояние r_i от зоны до точки P и угол a_i между нормалью к поверхности зоны и направлением в точку P, а потому

A₁ > A₂ > A₃ > A₄ >… Аi= (A_i-1+A_i+1)/2.

Если на пути света поставить  экран, закрывающий все зоны Френеля, кроме первой, то А = А1, что в два раза больше, чем в отсутствие экрана.

Еще большее усиление света  в точке наблюдения можно получить с помощью зонной пластинки – стеклянной пластинки, на поверхность которой нанесено непрозрачное покрытие в виде колец, закрывающих только четные (или только нечетные) зоны Френеля. При дифракции Френеля на препятствие падает плоская или сферическая волна, а дифракционная картина наблюдается на экране позади препятствия на конечном расстоянии от него. При дифракции Френеля на небольшом круглом отверстии в монохроматическом свете на экране наблюдается система чередующихся темных и светлых интерференционных колец с общим центром в точке О. Если для точки О в отверстии укладывается четное число 2k зон Френеля, то в точке О будет темное пятно

A=(A₁-A₂k)/2<A₁/2, если не четное-то светлое: A=(A₁+A₂k+1)/2<A₁/2

При увеличении отношения  диаметра отверстия d к расстоянию от отверстия до экрана l амплитуда света в центре экрана приближается к А₁/2, а контрастность дифракционной картины уменьшается.

При дифракции света на круглом диске закрытыми оказываются  зоны Френеля первых номеров от 1 до m. Тогда амплитуда колебаний в точке наблюдения будет равна:  A = A_m+1 – A_m+2 + A_m+3 – A_m+4 +…=( A_m+1)/2+(( A_m+1)/2– A_m+2 +( A_m+3)/2)+… =( A_m+1)/2

Если диск закрывает зоны не слишком больших номеров, то A_{m + 1} ≈ 2A₀ и A ≈ A₀, т. е. в центре картины при дифракции света на диске наблюдается интерференционный максимум (пятно Пуассона), окруженное светлыми и темными дифракционными кольцами. При освещении диска полихроматическим излучением в центре экрана наблюдается белое пятно, окруженное системой концентрических цветных колец.

При увеличении отношения  диаметра диска d к расстоянию от диска до экрана l яркость пятна Пуассона постепенно уменьшается, а следующее за ним темное кольцо расширяется, образуя область тени за диском.

2. Интерференция света. Условия получения интерференционной картины. Условия максимума и минимума при интерференции.

     Интерференция света — нелинейное сложение интенсивностей двух или нескольких световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной.

     Устойчивую картину интерференции света дают только когерентные волны. Если две складываемые волны имеют одинаковую частоту, то cos(Ф₂ -Ф₁ ) = cos(j₂ -j₁ ) = const

Это явление когерентности-согласованном протекании во

времени и пространстве волновых процессов.

Если I₁ = I₂, то I_max = 4* I₁   ,  а   I_min = 0.   I – интенсивность света.

В точках с разностью фаз:

Dj = 2mp m = ±0,1,2,... I max > I₁ + I₂ (максимум интенсивности)

Dj = ±(2m +1)p, I min < I₁ + I₂ (минимум интенсивности)

8. Дифракция Фраунгофера.  Дифракция Фраунгофера на одной  и двух щелях.

При дифракции Фраунгофера  на препятствие падает плоская волна, а дифракционная картина в виде системы дифракционных максимумов наблюдается на экране, находящемся в фокальной плоскости собирающей линзы.

При дифракции на узкой  длинной щели в непрозрачном препятствии на экране наблюдается система дифракционных полос. Параллельные лучи, идущие от краев щели под углом дифракции ψ к направлению падающего света, собираются линзой в точке Fψ фокальной плоскости. Результат интерференции в точке Fψ зависит от разности хода D = bsinψ и длины волны λ .

Если щель по ширине разбить  на зоны Френеля в виде полосок, разность хода от краев которых равна λ/2, то число зон Френеля, укладывающихся в щели, равно 2b│sinψ│/λ.

Если число зон Френеля  четное, то наблюдается дифракционный минимум: bSinψ=+-2m λ/2.

Если число зон Френеля  нечетное, то наблюдается дифракционный максимум: bSinψ=+-(2m+1) λ/2.

Если на щель падает полихроматическое  излучение, то центральный максимум – белый с радужной окраской по краям, а все остальные интерференционные полосы – цветные, так как минимумам и максимумам одних и тех же порядков m соответствуют, в зависимости от длины волны λ, разные углы дифракции. При уменьшении ширины щели ширина центрального максимума увеличивается.

При b ≤ l освещенность экрана монотонно уменьшается от

середины к краям. При b >> l на экране наблюдается четкое изображение источника света, образуемое линзой по законам геометрической оптики.

При дифракции Фраунгофера  на круглом отверстии на экране наблюдается яркое светлое пятно, находящееся в фокусе линзы, и концентрические темные и светлые кольца. Интенсивность светлых колец очень мала по сравнению с интенсивностью центрального максимума и убывает с увеличением их радиуса.

Условие первого дифракционного минимума Sinψ1=1,22∙(λ/D), где D – диаметр отверстия, λ – длина волны.

При дифракции на двух щелях  шириной b, разделенных непрозрачным промежутком шириной а, интерферируют не только волны, исходящие из вторичных источников одной щели, но и волны, исходящие из вторичных источников обеих щелей.

Если рассмотреть интерференцию  волн от одинаково расположенных зон Френеля в обеих щелях, то условие дифракционного минимума (дополнительный минимум) будет иметь вид: (a+b)Sinψ=+-(2m+1) λ/2

Между дополнительными минимумами будут располагаться дополнительные максимумы. Волны приходят в противофазе.

17. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Гипотеза и формула Планка.

Абсолютно черным телом называется тело, которое полностью поглощает все падающее на него излучение («А_ν=1» – поглощательная способность). При заданной температуре собственное тепловое излучение абсолютно черного тела, находящегося в состоянии теплового равновесия с излучением, должно иметь тот же спектральный состав, что и окружающее это тело равновесное излучение. В качестве теоретической модели абсолютно черного тела можно взять бесконечную систему гармонических осцилляторов со всевозможными собственными частотами. Каждый из осцилляторов соответствует монохроматической компоненте, а излучательная способность абсолютно черного тела связано со средним значением энергии осциллятора с частотой ν. r_v*= ∙<ε_v>

Энергетическая светимость абсолютно черного тела R_э*=;

Макс Планк выдвинул гипотезу, что атомные осцилляторы

излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями – квантами, энергия которых ε = hn = hc/l.

Формула Планка: r_v*= ∙

Постоянная Планка: h=6,63∙10^-34 Дж∙с.

15. Тепловое излучение, его характеристики. Абсолютно черное тело.

Все тела при температурах выше абсолютного нуля являются источниками излучения, которое называется тепловым излучением. Тепловое излучение может находиться в термодинамическом равновесии с веществом. Тепловое излучение зависит только от температуры и оптических излучающего тела и уносит из тела энергию. Поэтому температура тела понижается, если расход энергии тела на тепловое излучение не восполняется поступлением теплоты извне.

Радиационным теплообменом называется самопроизвольный процесс передачи энергии в форме теплоты от более нагретого тела менее нагретому телу при помощи излучения и поглощения электромагнитных волн.

Расход энергии тела на тепловое излучение компенсируется при

поглощении такого же количества энергии падающего на него излучения.

Равновесное излучение  возможно только в адиабатически замкнутой

системе (отсутствие обмена теплотой с внешней средой), в которой все тела имеют одинаковую температуру..

Равновесное излучение  не зависит от материала тел, образующих

замкнутую термодинамически равновесную систему (второе начало

термодинамики).

Равновесное излучение  изотропно, то есть оно не поляризовано и все

направления его распространения равновероятны.

Спектральной характеристикой  равновесного излучения является

спектральная плотность  энергетической плотности энергии излучения. r(v,T)=, где dw - энергия равновесного излучения с частотами от ν до ν + dν, заключенная в единице объема поля излучения.

Объемная плотность энергии  поля излучения (интегральная

энергетическая  светимость тела): w =

Спектральной плотностью энергетической светимости (излучательной

способностью) тела называется физическая величина, численно равная

отношению энергии dW, излучаемой за единицу времени с единицы площади поверхности тела в интервале частот от ν до ν+dν (или от λ до λ+dλ), к ширине этого интервала: r_v= , r_λ=, r_λ=.

Энергетической  светимостью (интегральной излучательной способностью) тела называется физическая величина Rэ, численно равная энергии электромагнитных волн частотном диапазоне от 0 до, излучаемых за единицу времени с единицы поверхности тела: R_э= = .

Поглощательной  способностью (монохроматическим коэффициентом  поглощения) тела называется безразмерная величина А_ν, показывающая, какая доля энергии электромагнитных волн в интервале от ν до ν+dν, падающих на поверхность тела, поглощается им: A_v= ≤ 1, где величина падающей энергии электромагнитных волн определяется выражением =r(v,T)dv.

Значение А_ν зависит от длины волны, температуры, химического состава тела и состояния его поверхности. Абсолютно черным телом называется тело, которое полностью поглощает все падающее на него излучение (А_ν=1). При заданной температуре собственное тепловое излучение абсолютно черного тела, находящегося в состоянии теплового равновесия с излучением, должно иметь тот же спектральный состав, что и окружающее это тело равновесное излучение.

16. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина.

Абсолютно черным телом называется тело, которое полностью поглощает все падающее на него излучение («А_ν=1» – поглощательная способность). При заданной температуре собственное тепловое излучение абсолютно черного тела, находящегося в состоянии теплового равновесия с излучением, должно иметь тот же спектральный состав, что и окружающее это тело равновесное излучение. В качестве теоретической модели абсолютно черного тела можно взять бесконечную систему гармонических осцилляторов со всевозможными собственными частотами. Каждый из осцилляторов соответствует монохроматической компоненте, а излучательная способность абсолютно черного тела связано со средним значением энергии осциллятора с частотой ν. r_v*= ∙<ε_v>

Энергетическая светимость абсолютно черного тела R_э*=

Закон Кирхгофа: r_v*=r(v,T) = ; Отношение излучательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела и равно излучательной способности абсолютно черного тела. Зависимость f(v,T)=r(v,T) называется функцией Кирхгофа.

Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры (закон Стефана-Больцмана): R_э*=σ∙T⁴, где где σ = 5,67 10-8 Вт/(м²К⁴) – постоянная Стефана-Больцмана.

Закон Стефана-Больцмана  из формулы Планка: R_э*= ∙T⁴.

Зависимость излучательной способности абсолютно черного тела от частоты имеет экстремальный характер и при повышении температуры тела максимум распределения сдвигается в сторону больших частот (меньших длин волн): λ_m= - Закон смещения Вина. В области больших частот зависимость излучательной способности абсолютно черного тела хорошо описывается законом излучения Вина r_v*=v³j ( ).

9. Дифракция Фраунгофера  на дифракционной решетке (ДР). Дисперсия и разрешающая способность ДР. Применение ДР.

При дифракции света на одномерной дифракционной решетке (системе из одинаковых N щелей шириной b, разделенных непрозрачными промежутками шириной а) дифракционная картина имеет вид узких и ярких дифракционных максимумов, разделенных широкими практически темными промежутками.

d = a + b – постоянная (период) дифракционной решетки.

Если на дифракционную решетку нормально падает плоская монохроматическая волна, то колебания во всех точках щелей происходят в одинаковой фазе. Колебания, возбуждаемые каждой щелью в произвольной точке фокальной плоскости, совпадают по амплитуде и отличаются по фазе. Для пары соседних щелей сдвиг фаз между колебаниями одинаков.

Главные минимумы при дифракции света на дифракционной решетке наблюдаются под углами дифракции ψ, соответствующими интерференционным минимумам при дифракции на одной щели b*siny = ±m*l. Главным максимумам соответствуют углы дифракции ψ,       удовлетворяющие условию d*siny = ±n*l

Основными характеристиками оптических приборов являются угловая дисперсия и разрешающая способность.

Разрешающая способность определяется критерием Рэлея, в соответствии с которым: изображения двух одинаковых точечных источников видны раздельно, если центральный максимум дифракционной картины от первого источника совпадает с первым минимумом дифракционной картины от второго источника.

D =dj/dl

Угловой дисперсией D дифракционной решетки называется угловое расстояние между двумя линиями, отнесенное к разности длин волн.

Разрешающей способностью дифракционной решетки называют

безразмерную величину R =l/Dl

где Dl – значение минимальной разности длин волн двух соседних линий спектра, которые еще регистрируются раздельно.

14. Плоскость поляризации. Вращение плоскости поляризации. Поляриметры.

При прохождении линейно  поляризованного света через  некоторые вещества, называемые оптически активными, плоскость поляризации света поворачивается вокруг направления луча.

К оптически активным веществам  относятся некоторые

кристаллы (кварц, киноварь и  др.) и жидкости (скипидар, раствор  сахара в воде и др.).

Все вещества, активные в  жидком состоянии, активны и в  кристаллическом состоянии, но некоторые  вещества

активные в кристаллическом состоянии не активны в жидком состоянии.

Угол поворота φ плоскости поляризации в оптически активных веществах пропорционален толщине l слоя вещества: j =al, где α – коэффициент пропорциональности, называемый удельным вращением

или постоянной вращения.

Удельное вращение α зависит от природы вещества, температуры и длины волны и эта зависимость называется вращательной дисперсией, которая вдали от полос поглощения подчиняется закону Био: a~.

Если смотреть навстречу  лучу, то вращение плоскости поляризации может происходить как по часовой стрелке (правое или положительное вращение), так и против часовой стрелки (левое или отрицательное вращение).

Угол поворота плоскости поляризации на пути l в оптически активном растворе равен: j = [a ]DKl, где D – плотность раствора; К – массовая доля оптически активного вещества в растворе; [α] – удельное вращение раствора.

Оптически неактивная среда  под действием внешнего магнитного поля приобретает способность вращать плоскость поляризации света, распространяющегося вдоль направления поля (эффект Фарадея). Угол поворота пропорционален длине пути и напряженности магнитного поля Н: j =VHl, где V – постоянная Верде.

Поляриметр (полярископ,- только для наблюдения) — прибор, предназначенный для измерения степени поляризации частично поляризованного света или оптической активности прозрачных и однородных сред, растворов и жидкостей.

13. Интерференция поляризованного света. Искусственная анизотропия.

Обыкновенная и необыкновенная волны, выходящие из пластинки одноосного кристалла, интерферировать не могут, так как вектора А_о и А_е взаимно перпендикулярны.

Установленный за пластинкой  анализатор А выделяет из падающих на него когерентных волн составляющие А₀^* и А_е^*, поляризованные в одной плоскости, которые могут интерферировать.

Результат интерференции  зависит от разности фаз Dj.

При падении линейно поляризованного  монохроматического света на пластинку  в полволны за анализатором, плоскость которого параллельна плоскости поляризации падающего на пластинку света, наблюдается интерференционный минимум.

Если на пластинку в  полволны падает линейно поляризованный белый свет, то при наблюдении через анализатор пластинка кажется окрашенной. При

вращении анализатора цвет пластинки изменяется.

В оптически изотропных кристаллах может возникать анизотропия  под действием внешних факторов (искусственная оптическая анизотропия):

1). При возникновении оптической анизотропии под действием внешнего давления (фотоупругость) разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, при

падении света перпендикулярно  оси приложения деформации, пропорциональна нормальному давлению σ: n₀ - n_е0 = ks, где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств вещества.

2). При воздействии внешнего электрического поля (эффект Керра)

разность показателей  преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, при падении света перпендикулярно направлению вектора напряженности внешнего электрического поля, равна: n_е0 - n₀ = Bl₀E², где λ₀ – длина волны света в вакууме; В – постоянная Керра.

3). При воздействии внешнего магнитного поля (эффект Коттона-

Мутона) разность показателей преломления обыкновенного и

необыкновенного лучей, при  падении света перпендикулярно направлению вектора Н напряженности внешнего магнитного

поля, равна: n_е0 - n₀ = Сl₀H², где С – постоянная Коттона-Мутона; λ₀ – длина волны света в вакууме.

10. Поляризация света. Виды поляризованного света. Закон Малюса.

Поляризацией называется выделение линейно поляризованного света из естественного или частично поляризованного света.

Устройства, позволяющие выделять выделение линейно поляризованного света из естественного или частично поляризованного света. Линейно поляризованный свет из естественного или частично поляризованного света, называются

поляризаторами.

Если на поляризатор П₁ перпендикулярно его плоскости падает

неполяризованный свет, то падающий свет можно представить  в виде двух волн, линейно поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Поляризатор пропускает свет, электрический вектор которого направлен вдоль линии y-y’, и не пропускает свет, электрический вектор которого направлен в

перпендикулярном направлении. Тогда интенсивность прошедшего света I_n будет равна половине интенсивности I₀ неполяризованного света.

Если на поляризатор П₂ перпендикулярно его плоскости падает

линейно поляризованный свет, электрический вектор которого

направлен под углом φ к плоскости поляризации yz , то

амплитуда света, выходящего из этого поляризатора, равна

A₂=A₁cos a

Интенсивности линейно поляризованного света

I₂ и падающего на поляризатор П₂ света I₁ связаны между

собой уравнением (закон Малюса) I₂=I₁cos²a

11.Поляризация  света при отражении и преломлении.

Закон Брюстера.

 При изучении закономерностей 

Поляризации естественного  света

при отражении и преломлении  от

поверхности раздела двух сред

этот свет удобно рассматривать 

как совокупность двух линейно

поляризованных волн – s- и р-типа.

  В волне р-типа вектор Ер лежит в

плоскости падения, а в  волне s-типа

вектор Еs лежит перпендикулярно

плоскости падения.

Коэффициент отражения волн s-типавсегда больше

коэффициента отраженияволн р-типа, а потому

отраженный и преломленный лучи частично

поляризованы – в отраженном луче преобладают волна

s-типа, а в преломленном луче - р-типа.

Отраженный свет полностью  линейно поляризован при

угле падения iБр (угол Брюстера), удовлетворяющем

условию (закон Брюстера).

tg i_Бр=n₁₂;   где n₁₂ – относительный показатель преломления

среды, отражающей свет.

12. Двойное лучепреломление.  Поляризующие устройства 

(призма Николя и др.). Поляризаторы.

  Большинство кристаллов оптически

анизотропно – их относительная

диэлектрическая проницаемость  и

показатель преломления  зависят от

направления электрического вектора Е

световой волны. Это приводит к

возникновению явления, называемого

двойным лучепреломлением.

   При двойном лучепреломлении  луч, падающий на

поверхность кристалла, раздваивается  в нем на два 

преломленных луча – обыкновенный луч (о) и

необыкновенный луч (е).

   Направление в оптически анизотропном кристалле,

вдоль которого свет распространяется, не испытывая

двойного лучепреломления, называется оптической

осью кристалла.

   Призма Николя  — поляризационное устройство,

в основе принципа действия которого лежат эффекты

двойного лучепреломления  и полного внутреннего отражения.

   Свет с произвольной  поляризацией, проходя через торец 

призмы испытывает двойное  лучепреломление, расщепляясь на

два луча — обыкновенный, имеющий горизонтальную плоскость

поляризации и необыкновенный, с вертикальной плоскостью

поляризации. После чего обыкновенный луч испытывает

полное внутреннее отражение  о плоскость склеивания и выходит

через боковую поверхность. Необыкновенный беспрепятственно

выходит через противоположный  торец призмы.

   Поляриза́тор — вещество, позволяющее выделить из

электромагнитной волны  часть, обладающую желаемой

поляризацией при пропускании  его сквозь или отражении от

поверхности, получая проекцию волны на плоскость поляризации.

Они используются в поляризацио́нных фильтрах. В радиотехнике

и в быту под поляризатором  понимается устройство для

преобразования вертикальной или горизонтальной поляризации  в

круговую (эллиптическую) или  наоборот. В антеннах в качестве

 поляризаторов используют  волноводы с вкрученными винтами.