1.
« Электромагнитные волны в веществе » Профессор Звонов Валерий Степанович « Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России » January 29, 2012 Кафедра физики и теплотехники

2.
<ul><li>Дисперсия света. Электронная теория дисперсии света. </li></ul><ul><li>Поглощение света. Естественный и поляризованный свет. </li></ul><ul><li>Поляризация света при отражении и преломлении. </li></ul><ul><li>Поляроиды и поляризационные призмы. </li></ul><ul><li>Закон Малюса. </li></ul><ul><li>Искусственная оптическая анизотропия. Вращение плоскости поляризации. </li></ul>« Электромагнитные волны в веществе »

3.
« Электромагнитные волны в веществе » <ul><li>При взаимодействии света с веществом наблюдаются следующие явления : </li></ul><ul><ul><li>Изменение скорости света по сравнению с вакуумом </li></ul></ul><ul><ul><li>Поглощение света </li></ul></ul><ul><ul><li>Рассеяние света </li></ul></ul><ul><ul><li>Изменение состояния поляризации </li></ul></ul>« Электромагнитные волны в веществе »

4.
<ul><li>Дисперсией света называется зависимость показателя преломления n вещества от частоты ν (длины волны λ ) света. </li></ul><ul><li>Дисперсия света представляется в виде зависимости n = f( λ ) </li></ul><ul><li>Следствием дисперсии является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через призму </li></ul>«Дисперсия света»

5.
Дисперсия света <ul><li>Этот эффект используется для разложения светового пучка на монохроматические компоненты </li></ul><ul><li>Для разложения в спектр обычно используют призмы </li></ul>

6.
Дисперсия света <ul><li>У прозрачных веществ показатель преломления n убывает с увеличением длины волны  . Такая зависимость называется нормальной дисперсией </li></ul><ul><li>Вблизи областей поглощения наблюдается аномальная дисперсия - когда n увеличивается с увеличением  </li></ul>n  , нм 200 600

7.
<ul><li>Как объяснить эту зависимость? </li></ul>«Электронная теория дисперсии»

8.
<ul><li>Согласно теории Максвелла показатель преломления связан с относительной диэлектрической проницаемостью  и относительной магнитной проницаемостью  среды: </li></ul><ul><li>(1) </li></ul><ul><li>В (1) величины  и  необходимо определять для электромагнитных волн соответствующей частоты. Они будут иными чем при статических измерениях. В оптическом диапазоне  =1 </li></ul>«Электронная теория дисперсии»

9.
<ul><li>Объяснить зависимость величин n и  от  позволяет электронная теория дисперсии Друде - Лоренца </li></ul>«Электронная теория дисперсии» Пауль Друде (1863-1906) Хендрик Лоренц (1853-1898)

10.
<ul><li>В этой теории рассматривается взаимодействие электромагнитной волны с электронами вещества, которые представляются осцилляторами. Их взаимодействие описывается уравнениями колебаний </li></ul>

14.
Поглощение света <ul><li>Поглощением (адсорбцией) света называется уменьшение энергии световой волны при её распространении в среде </li></ul><ul><li>Энергия поглощённой световой волны преобразуется в другие виды энергии: тепловую, химическую и др. </li></ul>

15.
Поглощение света <ul><li>При прохождении тонкого слоя вещества dx , происходит изменение интенсивности света dI пропорциональное самой интенсивности I и толщине слоя: </li></ul><ul><li>dI=-  Idx </li></ul><ul><li>где  - коэффициент поглощения, зависящий от длины волны света, химической природы поглотителя и внешних условий </li></ul>

16.
Поглощение света <ul><li>Различают следующие спектры поглощения: </li></ul><ul><ul><li>Линейчатый . Наблюдается у разреженных газов. Представляет собой узкие линии поглощения </li></ul></ul><ul><ul><li>Полосатый спектр поглощения обычно наблюдается у молекул в конденсированном состоянии </li></ul></ul><ul><ul><li>Сплошной спектр поглощения наблюдается у конденсированных веществ. Он характеризуется отсутствием структуры </li></ul></ul> 

17.
Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел. Например, стекло, слабо поглощающее красные и оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые и синие, при освещении белым светом будет казаться красным. Если на такое стекло направить зеленый и синий свет, то из-за сильного поглощения света этих длин волн стекло будет казаться черным. Это явление используется для изготовления светофильтров, которые

19.
Рассеяние света <ul><li>Рассеянием света называют изменение направления распространения световых лучей в среде, содержащей мелкие (порядка длины волны и меньше) неоднородности </li></ul><ul><li>Неоднородность среды является необходимым условием возникновения рассеяния </li></ul><ul><li>Рассеяние света на мелких инородных частицах называют эффектом Тиндаля </li></ul>

20.
Рассеяние света <ul><li>Закон Рэлея : интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвёртой степени длины волны излучения: </li></ul><ul><li>I~1/  4 </li></ul><ul><li>Интенсивность рассеяния пропорциональна квадрату объёма частицы или шестой степени её радиуса </li></ul>Джон Уильям Стретт Лорд Релей (1842-1919)

21.
Рассеяние света <ul><li>Эффект Тиндаля </li></ul>Эффект Тиндаля возникает при рассеянии на взвешенных частицах, размеры которых превышают размеры атомов в десятки раз. При укрупнении частиц взвеси до размеров порядка 1/20 длины световых волн (примерно от 25 нм и выше), рассеяние становится полихромным, то есть свет начинает рассеиваться равномерно во всём видимом диапазоне цветов от фиолетового до красного. В результате эффект Тиндаля пропадает. Вот почему густой туман или кучевые облака кажутся нам белыми — они состоят из плотной взвеси водяной пыли с диаметром частиц от микронов до миллиметров, что значительно выше порога рассеяния по Тиндалю. Тиндаль ( 1820 - 1893) Тиндаль заметил, что если пропустить пучок сходящихся лучей через коллоидный раствор, то наблюдается образование светящегося конуса. Это явление в честь автора названо явлением Тиндаля.

22.
Поляризация света <ul><li>Дж. Максвелл в 1864 году предположил, что свет - есть электромагнитная волна, которая представляет собой распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы Е и В перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны </li></ul>

23.
Поляризация света <ul><li>Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е (и, следовательно, Н ) называется естественным . </li></ul><ul><li>Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным . </li></ul><ul><li>Частично поляризованный свет – свет с преимущественным (но не исключительным) направлением вектора E </li></ul>

24.
Поляризация света <ul><li>Естественный (неполяризованный) свет (рис а) </li></ul>

25.
Круговая поляризация

26.
Поляризация света Получают поляризованный свет пропуская свет через поляризаторы Р , в качестве которых используются среды, анизотропные в отношении колебаний вектора E (например, кристаллы, в частности турмалин). Для анализа поляризованного света используют те же поляризаторы, которые называются анализаторами А . Малюс (Malus) Этьен Луи (1775–1812) В 1809 году французский инженер Э. Малюс открыл закон, названный его именем. В опытах Малюса свет последовательно пропускался через две одинаковые пластинки из турмалина (прозрачное кристаллическое вещество зеленоватой окраски). Пластинки можно было поворачивать друг относительно друга на угол φ Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной cos 2 φ: I ~ cos 2 φ – Закон Малю

27.
Поляризация света

28.
ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА ПРИ ОТРАЖЕНИИ И ПРЕЛОМЛЕНИИ НА ГРАНИЦЕ ДВУХ ДИЭЛЕКТРИКОВ отраженный и преломленный лучи частично поляризованы: Закон Брюстера: Отраженный свет полностью линейно поляризован при угле падения φ Бр , удовлетворяющем условию tg φ Бр =n 2 /n 1 Отметим, что при падении света под углом Брюстера угол между отражённым и преломленным лучом равен ровно 90 0 . Дэвид Брюстер (1781-1868)

29.
ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА ПРИ ОТРАЖЕНИИ И ПРЕЛОМЛЕНИИ НА ГРАНИЦЕ ДВУХ ДИЭЛЕКТРИКОВ Для стекла угол Брюстера составляет 57 о Отраженный луч оказывается полностью поляризованным. Преломленный луч оказывается поляризованным лишь частично, Но пройдя 8-10 стекол, луч полностью поляризуется (Стопа Столетова) Александр Григорьевич Столетов (1839-1896)

30.
Поляроидные фильтры

31.
Поляроидные фильтры Голубое небо, например, обязано своим цветом рассеянию сине-фиолетовой части солнечного света на мельчайших капельках воды. А поскольку отражение света от поверхности каждой капельки носит характер зеркального отражения от неметаллической поверхности, то свет, идущий от неба, оказывается линейно-поляризованным. Следовательно, выбрав соответствующее направление съемки, можно при помощи поляризационного светофильтра сделать голубое небо значительно темнее, не оказывая влияния на воспроизведение остальных деталей пейзажа.

32.
Поговорим о стереокино Стереосъемка и стереопроекция

33.
Сущность поляризационного метода просмотра 3D Линейная поляризация

34.
Сущность поляризационного метода просмотра 3D Круговая поляризация

36.
<ul><li>Викинги использовали использовали для навигации в светлое время суток &quot;солнечные камни&quot; – кристаллы, поляризующие солнечный свет. </li></ul><ul><li>Сначала двоякопреломляющий кристалл (тот самый солнечный камень) нужно было «откалибровать». Рассматривая через него небо в ясную погоду, причём в стороне от светила, викинг должен был поворачивать камень, добиваясь наибольшей яркости. Тогда направление на Солнце следовало нацарапать на камне. В следующий раз, стоило появиться хоть небольшому просвету в облаках, мореплаватель мог нацелить на него камень и повернуть до максимальной яркости неба. Линия на камне указала бы на Солнце... </li></ul>

37.
Двойное лучепреломление

38.
Поляризационные призмы

39.
дихроизм Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма, т. е. различного поглощения света в зависимости от ориентации электрического вектора световой волны, и называются дихроичными кристаллами. Примером сильно дихроичного кристалла является турмалин, в котором из-за сильного селективного поглощения обык­новенного луча уже при толщине пластинки 1 мм из нее выходит только необыкновенный луч.

40.
Искусственная оптическая анизотропия <ul><li>Оптически изотропные вещества становятся оптически анизотропными под действием: </li></ul><ul><li>одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической системы, стекла и др.); </li></ul><ul><li>электрического поля (эффект Керра; жидкости, аморфные тела, газы); </li></ul><ul><li>магнитного поля (жидкости, стекла, коллоиды). </li></ul>

41.
Искусственная оптическая анизотропия <ul><li>Вращение плоскости поляризации </li></ul>Некоторые вещества (например, из твердых тел — кварц, сахар, киноварь, из жидкостей — водный раствор сахара, винная кислота, скипидар), называемые оптически активными , обладают способностью вращать плоскость поляризации.

42.
<ul><li>Профессор Звонов Валерий Степанович Санкт-Петербургский университет государственной противопожарной службы МЧС России кафедра Физики и теплотехники </li></ul><ul><li>[email_address] </li></ul>БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ