Дисперсия света. Поглощение света

Дисперсия света – зависимость показателя преломления вещества от длины или частоты световой волны.

Следствием явления дисперсии света является разложение белого цвета в спектр при прохождении через стеклянную призму.

Два случая дисперсии: нормальная и аномальная.

Дисперсия нормальная, если , она характерна для прозрачных для света веществ.

Дисперсия аномальная, если . Аномальная характерна для области частот, соответствующих полосам интенсивного поглощения света веществом (для стекла такие полосы находятся в ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра). При взаимодействии с веществом свет может не только преломляться, но и поглощаться.

Поглощение – явление потери энергии световой волны, проходящей через вещество вследствие преобразования энергии волны в разные формы внутренней энергии вещества или в энергию вторичного излучения других направлений и спектрального состава. Согласно закону Бугера, интенсивность света, проходящего через вещество, уменьшается: , где – интенсивности волны, падающей на слой поглощающего вещества и выходящего из него, х – толщина слоя, – коэффициент поглощения, зависящий от длины волны падающего света, химической природы и состояния поверхности вещества и не зависит от интенсивности света.

При

1) Для различных веществ коэффициенты поглощения различны, для газов коэффициент поглощения стремится к 0, , поэтому газы имеют линейчатые или полосатые спектры поглощения.

2) Для диэлектриков мал ( - ) Спектры поглощения у диэлектриков сплошные.

3) Для металлов практически непроницаемы для света ( - )

Эффект Доплера

Так называется изменение частоты колебаний или длины волны, воспринимаемой приемником при движении источника колебаний и приемника друг относительно друга. Эффект Доплера характерен для всех видов волн: световых, звуковых и так далее. Рассмотрим эффект Доплера для электромагнитных волн в вакууме. В этом случае изменение частоты колебаний, воспринимаемых приемником при движении приемника и источника колебаний друг относительно друга определяется:

Где , скорость источника света относительно приемника/ скорость света. Скорость предельна, когда источник и приемник удаляются друг от друга и отрицательны, когда они сближаются. – угол между направлением наблюдения и направлением скорости V, измеряемых в системе отсчета, связанной с наблюдателем. Различают продольный и поперечный эффект Доплера. Продольный наблюдается при движении приемника вдоль линии, соединяющей его с источником. При этом = 0 градусов, а из формулы

Следует, что

1) При скорости больше 0, , или При удалении источника и приемника друг от друга наблюдается смещение в область более длинных волн, называемых красным смещением.

2) При скорости меньше 0, , или При сближении источника и приемника наблюдается сдвиг в область более коротких волн, называемым фиолетовым смещением.

Поперечный эффект Доплера наблюдается при движении приемника перпендикулярно линии, соединяющих его с источником. Этот эффект является чисто релятивистским. и в окустике, где скорости намного меньше скорости света, не наблюдается. Эффект Доплера используется в радиолокации для измерения расстояний до движущихся объектов.

Поляризация света.

Поляризация – упорядоченность в ориентации (Е) векторов напряженности электрического поля и (Н) магнитного поля электромагнитной волны в плоскости, перпендикулярной направлению распространению света. Е называют световым вектором.

Естественный свет – свет, в котором направление колебаний светового вектора всевозможны и равновероятны.

Поляризованный свет – свет, в котором колебания Е каким-либо образом упорядочены. Частично поляризованный – свет, в котором имеется преимущественное направление колебаний Е. Линейно или плоско-поляризованный свет – свет, в котором Е колеблется в одной плоскости.

Различают способы поляризации света:

1) При отражении света от поверхности диэлектрика.

2) При простом преломлении лучей при прохождении света через вещество

3) При двойном лучепреломлении при прохождении света через вещество

Степень поляризации света определяется по формуле:

– интенсивности света, соответствующие двум взаимно перпендикулярным компонентам Е.

1) Для естественного ,

2) Для линейно поляризованного ,

3) Для частично поляризованного

Плоско-поляризованный свет можно получить, пропустив естественный свет через пластину турмалина, вырезанную параллельно его оптической оси. Оптическая ось – направление в кристалле, относительно которого атомы кристаллической решетки располагаются симметрично. Турмалин поглощает свет в тех направлениях, в которых Е перпендикулярен его оптической оси. Если Е параллелен оптической оси турмалина, то такие лучи проходят через пластину почти без поглощения. Таким образом, пройдя пластину Турмалина, естественный свет наполовину и становится плоско-поляризованным с Е, параллельным оптической оси турмалина.

Приборы для поглощения поляризованного света называются поляризаторами (поляроиды, поляроидные пленки). Приборы, применяемые для исследования поляризованного света, называются анализаторами (те же приборы). Рассмотрим поляризатор и анализатор, поставленных друг за другом. Согласно закону Малюса интенсивность света, прошедшего через анализатор, равна произведению интенсивности света через анализатор на косинус в квадрате угла между поляризатором и анализатором ,

Если естественный свет падает на границу 2-х диэлектриков (воздух/стекло), часть света отражается, часть преломляется. В отличие от падающего естественного света отраженный и приломленный лучи являются поляризованными.

Согласно закону Брюстера отраженный луч полностью линейно поляризован при угле падения, равным углу Брюстера , где (относительному показателю преломления отражающей среды). Полная поляризация отраженного луча наступает тогда, когда отраженный луч и преломленный луч перпендикулярны друг другу. Преломленный луч при этом поляризован максимально, но не полностью, так как закон Брюстера устанавливает зависимость угла падения лучей от показателя преломления среды, которая зависит от длины волны, то поляризация отраженного луча может быть полной только при монохроматическом свете.