Поляризация света при отражении и преломлении от границы раздела двух сред. Закон Брюстера



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Поляризация света при отражении и преломлении от границы раздела двух сред. Закон Брюстера



Поляризация света при отражении и преломлении от границы раздела двух сред. Закон Брюстера

При падении естественного света на границу раздела двух изотропных диэлектриков часть его отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде. Установлено, что отраженный и преломленный лучи частично поляризованы: при вращении анализатора вокруг лучей интенсивность света периодически усиливается и ослабевает (полного гашения не наблюдается!). Эти опыты впервые проведены Малюсом (1810). Дальнейшие исследования показали, что в отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (на рис. 34 обозначены точками), в преломленном – колебания, параллельные плоскости падения (на рис. изображены стрелками).

Степень поляризации отраженного и преломленного света зависит от угла падения естественного света на границу раздела изотропных диэлектриков и показателя преломления. Брюстер (1815) установил закон, согласно которому при угле падения iB (угол Брюстера), определяемым соотношением tgib=n2/n1

(n2/n1 – показатель преломления второй среды относительно первой), отраженный луч является плоскополяризованным (содержит только колебания, перпендикулярные плоскости падения) (рис. 35). Преломленный же луч при угле падения iB поляризуется частично.

Если свет падает на границу раздела под углом Брюстера, то отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. , (i2 – угол преломления), откуда cos iB = sin i2. Следовательно, iB + i2 = π/2, но

i'B = iB (закон отражения), поэтому i'B + i2 = π/2.

Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена путем многократного преломления при условии падения света каждый раз на границу раздела под углом Брюстера. Если, например, для стекла (п =1,53) степень поляризации преломленного луча составляет ≈ 15%, то после преломления на 8 – 10 установленных подряд стеклянных пластинах вышедший из такой системы свет будет практически полностью поляризованным. Такая совокупность пластинок называется стопой Столетова.

Формула Рэеля-Джинса и ультрофиолетовая катастрофа.Квантовая гипотеза и формула Планка.

Формула Рэлея – Джинса для спектральной плотности энергетической светимости черного тела

(62)

где средняя энергия осциллятора с собственной частотой ν. В области больших частот формула Рэлея – Джинса резко расходится с экспериментом, а также с законом смещения Вина. Кроме того, попытка получить закон Стефана – Больцмана из этой формулы дает абсурдный результат.

закон излучения Вина может быть записан в виде

(63)

Формула Рэлея – Джинса и закон Вина (имеется в виду закон излучения) – частные законы. Первая из них дает правильное спектральное распределение при малых частотах (hv<<kT), а второй – при больших частотах (hv>>kT). Они не дают общей картины распределения энергии по всему диапазону частот.

Тогда средняя энергия осциллятора ,

а спектральная плотность энергетической светимости черного тела

Формула Планка для спектральной плотности энергетической светимости черного тела:

(64)

(65)

 

где h – постоянная Планка, k – постоянная Больцмана, c – скорость распространения света в вакууме.

Из формулы Планка можно вывести частные законы, описывающие тепловое излучение.

 

Внешний фотоэффект.

Внешний фотоэффект подчиняется следующим трем законам, полученным из обобщения опытных данных:

I. Закон Столетова: при фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света.

II. Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой ν.

III. Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта, т. е. минимальная частота v0 света (зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности) , ниже которой фотоэффект невозможен.

Объяснение фотоэффекта дано на основе квантовой теории. Фотоэффект описывается уравнением Эйнштейна, выражающим закон сохранения энергии при фотоэффекте: , (67)

т. е. энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону максимальной кинетической энергии .

Подставляя в уравнение Эйнштейна (67) выражение (66), приходим к объяснению второго закона фотоэффекта

.

«Красная граница» зависит лишь от работы выхода электрона, т. е. от химической природы вещества и состояния его поверхности.

Объяснение безынерционности фотоэффекта на основе квантовых представлений тривиально: испускание фотоэлектронов происходит сразу, как только на фотокатод падает излучение с ν > ν0.

 

Эффект Комптона.

Эффект Комптона – упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения (рентгеновского и γ – излучений) на свободных (или слабосвязанных) электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны.

Разность Δλ = λ' - λ (комптоновскип сдвиг) не зависит от длины волны λ падающего излучения и от природы рассеивающего вещества, а зависит только от угла θ между направлениями рассеянного и первичного излучений: , (68)

где λc = h/(moc) – комптоновская длина волны электрона [т0масса покоя электрона, λc = 2,42631058·10-12 м].

Рис. 59
Уменьшение энергии фотона означает увеличение длины волны рассеянного излучения. При каждом таком столкновении выполняются законы:

закон сохранения импульса p = p' + p

или, используя теорему косинусов, (69)

закон сохранения энергии W0 + E = W + E', (70)

где p = hv/c, p' = hv'/c, Wo = moc2 энергия электрона до столкно­вения (m0 – масса покоя электрона), E = hv – энергия налета­ющего фотона, – энергия электрона после сто­лкновения E' = hv' – энергия рассеянного фотона

 

ГИПОТЕЗА ДЕ БРОЙЛЯ

Луи де Бройль в 1924 г. постулировал, что корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный характер и распространяется не только на световые корпускулы (фотоны), но и на все частицы материи: частицы вещества (в частности, электроны) наряду с корпускулярными обладают также и волновыми свойствами. Количественные соотношения, связывающие корпускулярные (энергия и импульс) и волновые [частота (длина волны)] характеристики микрочастиц, такие же, как для фотона:

E = hv = ħω, p = h/λ = ħk, где k = 2π/λ – волновое число, а ħ = h/2π – постоянная Планка.

Длина волны, связанная с частицей, , (71)

где р – импульс частицы, λ называется длиной волны де Бройля.

Для нерелятивистской частицы длина волны де Бройля , где т0 масса покоя частицы. Если Т – кинетическая энергия частицы [Т=р2/(2т)], то (71)

Для релятивистской частицы длина волны де Бройля

(в данном случае ). Выразив с помощью соотношения импульс частицы р через ее полную энергию Е, найдем

Если Т – кинетическая энергия частицы, то Е = Т + т0с2.

Тогда .

Гипотеза де-Бройля была блестяще подтверждена экспериментально. Дэвиссон и Джермер обнаружили, что пучок электронов, рассеивающийся от кристаллической пластинки, дает дифракционную картину. Томсон и независимо от него Тартаковский получили дифракционную картину при прохождении электронного пучка через металлическую фольгу.

Электрон при ударе о фотопластинку оказывает на нее такое же действие, как и фотон. Полученная таким способом электронограмма золота (рис. 61) сопоставлена с полученной в аналогичных условиях рентгенограммой алюминия (рис. 62). Сходство обеих картин поразительно.

Экспериментальное доказательство наличия волновых свойств микрочастиц привело к выводу о том, что мы имеем дело с универсальным явлением – общим свойством материи Простейшей волной с частотой ω и волновым вектором k является плоская монохроматическая волна.

Поляризация света при отражении и преломлении от границы раздела двух сред. Закон Брюстера

При падении естественного света на границу раздела двух изотропных диэлектриков часть его отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде. Установлено, что отраженный и преломленный лучи частично поляризованы: при вращении анализатора вокруг лучей интенсивность света периодически усиливается и ослабевает (полного гашения не наблюдается!). Эти опыты впервые проведены Малюсом (1810). Дальнейшие исследования показали, что в отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (на рис. 34 обозначены точками), в преломленном – колебания, параллельные плоскости падения (на рис. изображены стрелками).

Степень поляризации отраженного и преломленного света зависит от угла падения естественного света на границу раздела изотропных диэлектриков и показателя преломления. Брюстер (1815) установил закон, согласно которому при угле падения iB (угол Брюстера), определяемым соотношением tgib=n2/n1

(n2/n1 – показатель преломления второй среды относительно первой), отраженный луч является плоскополяризованным (содержит только колебания, перпендикулярные плоскости падения) (рис. 35). Преломленный же луч при угле падения iB поляризуется частично.

Если свет падает на границу раздела под углом Брюстера, то отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. , (i2 – угол преломления), откуда cos iB = sin i2. Следовательно, iB + i2 = π/2, но

i'B = iB (закон отражения), поэтому i'B + i2 = π/2.

Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена путем многократного преломления при условии падения света каждый раз на границу раздела под углом Брюстера. Если, например, для стекла (п =1,53) степень поляризации преломленного луча составляет ≈ 15%, то после преломления на 8 – 10 установленных подряд стеклянных пластинах вышедший из такой системы свет будет практически полностью поляризованным. Такая совокупность пластинок называется стопой Столетова.



Последнее изменение этой страницы: 2016-12-12; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.234.221.162 (0.008 с.)