Практическое применение явления интерференции света

Интерфере́нция све́та — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн.

-По интерференционной картине можно выявлять и измерять неоднородности среды (в т.ч. фазовые), в которой распространяются волны, или отклонения формы поверхности от заданной.

-Явление интерференции волн, рассеянных от некоторого объекта (или прошедших через него) с «опорной» волной, лежит в основе голографии (в т.ч. оптической, акустической или СВЧ-голографии).

- Интерференционные волны от отдельных «элементарных» излучателей используются при создании сложных излучающих систем (антенн) для электромагнитных и акустических волн.

-Просветление оптики и получение высокопрозрачных покрытий и селективных оптических фильтров.

- Получение высокоотражающих диэлектрических зеркал

 

11. Дифракция света – частный случай интерференции света, явл. Перераспр. Световой энер. В пространстве при налож. Беск. Больш. Числа когер. Волн,в рез-те чего обр. макс. и мин. Света.

Явл дифр. Может быть объяснено на осн. Принц. Гюйгенса-Френеля. Суть принц.: каждая точка фронта волны явл центр. Вторичных когер. Сфер. Волн. Огибающ. Этих волн даёт положение волн. Фронта в след момент врем. Если пред фронт волны был сфер. То и новый фронт будет сфер. Если был плоским то и новый будет плоским.

Согл. Принципу расчёт интен. Света в каких-либо точках пространства осущ. По ф-ле:

, где - Амплитуда светового колеб в том месте где нах. Площ. dS. r- расст. От dS до P.

Результ. Ампл.:

 

 

12. Метод зон Френеля. Сущность метода сост. В том что волн. Пов-ть делится на зоны так что идущие от сосед. Зон лучи приходят в точку набл. В противофазах.

Тк расст от краёв сос. Зоны отл. На поэтому в точку P они приходят в противофазах.

С учетом того, что

Результ. Амплитуда от полностью открытого фронта волны равен половине амплитуды волны, пришедшей от центральной зоны Френеля.

13. Дифракция Фраунгофера на одной и двух щелях. Понятие о дифр. Спектрах.

Пусть плоская монхром. Волна падает на длинную узкую прямую щель шир. a,вырез. в непрозрачном экране. Поместим между непрозр. экраном с щелью и экраном наблюдения фокальную линзу так чтобы линза наход. на фокус. расст. От экр. Набл

Причем в точке p может набл. Max и min освещённости.

Путем проец. Отр длиной на пов-ть щели получаем зоны Френеля.

Ширина зоны Френеля:

Количество зон Френеля на ширине щели: (a-ширина щели);

Максимум: z=2k+1

Усл. макс: asin = (2k+1)

Усл. мин: asin = 2k

K=0;+-1;+-2;+-3…..

Кол-во макс: N=2kmax+1

kmax=

Дифракционный спектр образуется при прохождении света через дифракционную решетку. Он зависит от размера ячейки решетки. Чем меньше размер решетки, тем больше преломляется свет и становится более заметен дифракционный спектр, видимое глазом разложение света на основные цвета.

 

14. Дифракция Фраунгофера на дифр. Решетке. Разреш. Способность на дифр. Реш.

Дифр. Реш. Это сов-сть – регулярно располож одинаковых дифр. Эл-ов. Решетка имеет N щелей на длине L, d-период решётки:

Дифр. Реш: одномерные,двумерные,трёхмерные.

Распред. Интенс. На экране – сложное. Очень интенсивные и узкие дифр-ые макс. Отделены друг от друга большими тёмными промежутками. В мин. Интенсивность сосред. В виде большого числа небольших по энерг. Дополн макс,поэтому промежутки миним. Видны в виде слабосветящихся полосок.
Главные макс набл в направ.: ; k=0;+-1;+-2;+-3- порядок главных макс.

Всего главных макс.: N=2kmax+1

С увеличением числа щелей N в дифр решетке по сравн с теми же величинами от одной щели: -увелич. Интенс главных макс: I=

-уменьш. Ширина главных макс:

Между двумя главными макс расположены N-2 доп макс

Усл. набл доп макс: dsin = ; - приним все целые числа,кроме 0,N,2N,3N итд

Условием набл. Любых макс-ов явл. Условие получения минимума от одной щели: asin =kλ

k-любые зн-я(целые) кроме 0.

Если решетка освещ. Белым светом,то на экране набл. Дифр-й спектр неск-х порядков.

Вывод: волны с разными видами волн при прохождении решетки пространств. Раздвигаются,образуя спектр. В каждом порядке набл те же цветные макс кроме центр. Центр макс будет белым цветом,тк все волны с разн. Видами при k=0 придут в одну и ту же т. Экрана( )

Разреш. Сила- важная хар-ка дифр решетки и др оптич приборов,хар. Способность решетки разделять макс двух близких длин волн света

R= ; ; λ=

R=kN, k-порядок спектра, N-число щелей.

Применение:

- для набл оптич спектров волн,проходящих через прозр вещ-ва

-для опред длины волны.

15. Дифракция рентгеновского излучения.

Кристаллы для рентг. Лучей явл естественными дифр решётками.

Межатомные расстояния в кристаллах соизмеримы с длиной волны рентг. Излучения.

Дифр рентг лучей на кристаллах можно представить как их рассеяние плоскостями кристалл. Решётки.

Отражённые лучи будут интерфир.,если на кристалл падает монохром. Волна.

Усл усиления отражённых вторичных волн:

2dsin ур-е Вульфа-Брэггов.

16. Явление поляризации света. Типы поляризованного света.

Свет- эл-м. волна

Во всех процессах взаим. Света с вещ-вом осн. Роль играет электр. Вектор E,поэтому его называют световым вектором(для немагнитных материй).

Обычные источники света испускают ест. Свет,эл-м. световые волны в виде совокупности цугов волн.

В один и тот же момент времени вектор E в разных цугах колеблется в разных плоскостях. Ест свет- свет у которого световой вектор колеблется в любой плоскости с различной частотой и различной амплитудой.

Поляризованный свет бывает частично поляризованный и полностью поляризованный. Частично поляризованный свет- свет,у кот. Сущ. Преим. Ориент. Плоскостей. Колебаний вектора Е. частично поляриз свет хар степенью поляризации P. P= , где макс и мин инт света.

Различ след виды полностью поляр света:

1) Линейно поляр или плоскополяр свет,у кот сущ только одна плоск колеб свет вект.

2) Эллиптический поляр свет- у кот свет вект (конец вект Е) в пространстве описывает эллип,этот свет получ при сложении двух взаим. Перпенд плоск поляр свет волн с разн амплит

3) Свет,поляризованный по кругу- свет у кот конец век Е в простр опис окр

Все типы поляр света можно разл на 2 лин-поляр света и наоборот.

Ур-е Эллипса:

17. Способы получения поляр света. Явл дихроизма,двойное лучепреломление света,отраж диалект пов-ти.

Отражение от диэлектрика. При падении ест света на пов-ть диэлектрика отраж и преломл лучи станов част поляр с разной степ и видом поляр.

Плоскость падения луча- плоск в кот лежит падающ Луч и перпенд, восстан в точку падения.

Степень поляр отр луча больше степ поляр прелом луча.

При нек критич знач угл α-б. паден, степень поляр отр луча достигает макс зн-ия равн 1.

Закон Брюстера: : Танг угла падения при кот отр свет полн поляр,равен отн показ преломл сред на диэлектик.

При падении света под углом Брюстера отр и преломл лучи взаим перпенд.

Двойное лучепреломление. В природе сущ кристаллы,способн в силу своих особых св-в поляр свет: турмалин,кварц и тд. На границе раздела таких кристаллов световой луч делится на 2 луча(двойной луч преломления).

У кристаллов способн к двойн лучепрелом имеется оптич ось(направ вдоль кот луч не раздаивается) и главное сечение(плоскость проход через оптич ось и падающ светов луч).

Причиной двойного лучепрелом явл анизотропия оптич св-в кристаллов,в частн,диэл прониц вещ-ва а значит и показ-ль преломл-ия:

Дихраизм.

Дихраизм-сильное поглощение кристаллом способ к двойному преломл обыкн луча.

18. Закон Маллюса. Анализ поляр света.

В опытах маллюса свет послед пропускается через 2 один поляроида (пластинки из турмалина) пластинки могут поворачивается друг относит друга на угол .

Закон маллюса:

Интенсивность света на выходе из анализ = произв интенс света, падающ на анализ (после поляриз) на квадрат косинуса угла между плоск анализ и поляр.

При падении ест на света на анализ за анализ инт света уменьш в 2 раза,т.к перпенд составляющая напряж поглощ.=>

С учетом погл света поляроидами закон маллюса запишется: ,где

k-коэф погл. Поляр или анализ

19. оптически-активные вещ-ва. Применение поляр света.

Применение:

1) Для метролог анализа. Каждый кристалл испытыв двойное лучепрелом по своему. По хар-ру двойного лучепреломленияможно определить тип кристалла.

2) Для опред. Внутр напряжений.(дефектов) в прозр вещ-вах. В процессе изг-я изделий из прозр вещ-в в некот обл обр дефекты,приводящие к анизотропии этих областей. По явлению двойного лучепреломления можно обнаружить эти дефекты.

3) Материаловедение. Для опред фазового состава.

4) Фотозатворы мгновенного действия. С этой целью исп эффект Керра- возникновение двойного лучепрел в оптич изотропных жидкостях и газах под воздейств однородного эл поля.

ОАВ- сферы обладающ способностью вращать плоскость поляр проход через них излучения

-ОА к вращению в любом агрег сост(сахар,никотин и тд)

-ОА к вращению только в крист фазе(кварц,киноварь)

Угол поворота плоскости поляр: ( -удельный угол вр-я = углу поворота плоск-ти поляризации при конц раствора C=1% и длине пути луча L=10см)

Для кристаллов:

Явл вращения плоскости поляриз объясн по ассим самих молекул и ассим в их ориент, если тогда поляр в плоскости поляр не меняется, если тогда будет происх поворот плоск поляр.

*

Если то где *

Нек-ые вещ-ва оптически неактивыные в обычных усл, преобр. ОАВ во внешн магн поле(эфф Фарадея)

где k-константы вещ-ва,l-длина пути света в вещ-ве.

Причина поворота ассиметрия в строении молекул.

20. равновесное тепловое излучение. Хар-ки теплового излучения.

Тепловое излучение бывает равновесное и неравновесное. Тепловое излучение- единств из всех видов излуч,кот может наход в равновесии с излучаемым телом.

Тепловое излучение лежит в оптическом диапазоне длин волн и подразд на: инфракрасное,виидмое и У-Ф.

Поместим тело с темп-ой T с зеркальной внутр пов-стью. Пов-ть полностью отражает падающ на неё излуч.

В объёме полости будет наход равновес теплов изл-е,при равновесном изл тело испуск энерг= поглощ телом энергии в ед времени.

Хар-ки: 1) поток излучения Фэ-энергия всех э-м волн,излуч тело за ед врем: ,

[Ф]= 1лм(люмен)

2) энерг светимость Rэ – энергия всех э-м волн, излуч ед пов-ти тела за ед врем при данной темп-ре Rэ= , [Rэ]= 1 лм/

3) диффер энерг светимость- энерг волн,излуч ед пов-ти тела за ед врем для беск мал интерв длин волн dλ

– спектр плотн-сть энерг светим(испуск спос-ть)

dRэ = λ

4)испускат спос-ть – равна энерг светим,приходящ на ед интервал длин волн,включая данную длину волны,зависит от темп-ры и длины волны.

Коэф отраж α= отнош отраж свет потока к падающ: α=

Коэф поглощ ρ=отнош поглощ свет потока к падающ ρ=

Коэф пропускания τ= отнош прошедш свет потока к падающ τ=

21. Законы теплового излучения

Поместим в непрониц замкнутую с внутр зерк пов-тью полость несколько тел с разными темп-рами.

Темпр-ры всех тел выровняются и со временем не будут меняться- между телами устан равновесное излуч
Закон Кирхгофа.

Отношение испуск способ-и тела к его поглощ способ-и:

-есть величина постоянная для любого тела

- равная испуск способ-и АЧТ

- кот явл универ ф-ий длины волны и темп-ы

Если нагреть АЧТ то отверстие в нем будет служ ист излуч. Изменяя t полости, можно иссл спектр излуч АЧТ при разных t. Как показывает опыт, спектр излуч АЧТ явл сплошным,т.е. излуч происх практич во всем диапазоне длин волн.

Закон Стефана-Больцмана:

Энерг светимость АЧТ пропорц 4-ой степени абс темп тела: Rэ=σ ,
σ=5.67* Вт / -постоянная Стефана-Больцмана

Закон Смещения Вина:
Длина волны, на кот приход макс спектр плотн энерг светим АЧТ, обр пропорц абс t тела:
, b=2.9* з-на смещ Вина.

Второй закон Вина:

Макс знач спектр плотн энерг свет АЧТ пропорц 5-ой степени его абс t: ,
C=1,3* Вт/ -постоянная второго закона Вина.

22. Ультрафиолетовая катастрофа. Гипотеза Планка.

Опред теор завис спектр плотн энерг свет от длины волны и t долго не удавалось.

Один из путей: получить всю кривую спектр распред излуч черного тела r(λ,T) из термодинам сообр.

В основу теор была положена теорема Класс статистич термодинам о равномерном распред энергии по степеням свободы в сост термодинам равновес. Эта теорема была применена к равновесному излуч в замкн полости. Рэлей с участием Джинса получил формулу: = – фор-ла хорошо соглас с экспер данными только в обл. достат длинных волн.

как видно из зависимости ф-ла Рэлея-Джинса приводит к парадоксальным рез-ам в обл коротких длин волн. Экспериментальная кривая идёт в 0, а теор-ая в беск.

Несовпадение теор с эксперим получило название ‘утрафиол катастрофа’.тк в обл коротких длин волн законы термодинамики и в целом класс физики оказались неправильными.

Гипотеза Планка. В 1900 году Планк постулирует гипотезу что энергия нагретым телом испуск не непрерывно а порциями(квантами).

Ф-ла Рэлея-Джинса явл частны случаем общей ф-лой Планка. Ф-ла Планка с опред знач h очень хорошо согл с эксперим данными,т.е гипотеза Планка оказывается состоятельной.

Ф-ла Планка: Ɛ=h𝜐=h = , h=6,626* Дж*с, ћ= Дж*с

23.Фотоэффект. Основные законы внешнего фотоэффекта.
Фотоэффект - испускание электронов веществом под действием света или любого другого электромагнитного излучения.

Первый закон фотоэффекта: Сила фототока пропорциональна интенсивности светового излучения.

Кол-во испускаемых катодом эл-ов пропорциональна падающ световому потоку.

Второй: макс кин энергия эл-ов линейно возрастает с частотой излучения. Задерж. Напряж. Прямо пропорц. Зависит от частоты света.

Третий: для каждого вещ-ва при опред сост его пов-ти и темп-ры сущ порог – мин частота с кот начин фотоэффект. При частотах меньших фотоэффект не возник.

24. Объяснение внешнего фотоэффекта по Эйнштейну.

Он постулировал что вещ-во поглощ энергию э-м излуч порциями(квантами). Частицы света-фотоны.

По Эйнштейну: 1 Фотон поглощает 1 эл-н. Мин Энерг фотона опред ф-лой Планка: Ɛ=h𝜐

Эйнш предложил ур-е: h𝜐=Авых+ это ур-е явл законом сохр Энергии. Энерг кванта света h𝜐 погл эн-ом, расход на вырыв эл-на из металла и на сообщ-е эн-а кинет эн-ии .

Первая закономерность: тк эл-н погл-т только 1 фотон,то кол-во вырван эл-ов пропорц свет потоку, => сила тока пропорц свет потоку.

Вторая: h𝜐=Авых+e , 𝜐=Авых/h+e/h* , 𝜐=b+a

Третья: =0, h𝜐=Авых, 𝜐= , 𝜐 < , h𝜐 < Авых => фотоэфф. Нет!

25. Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм.

Фотон - частица света с массой покоя=0, движ со скор 𝒱=3* м/c, имеет энергию,массу и импульс. Энергия фотона зависит от частицы света: Ɛ=h𝜐, m= , p=m*c= = .

Сущ фотона доказано экспер в опытах Боте. Излуч происх отдельн порциями.

Давление света определено тем что фотоны имеют импульс кот они передают пов-ти на кот падают; равно силе действ со стороны фотонов на ед пов-ти: p= Импульс сообщ-й фотонами стенки-

N=nSc – кол-во фотонов падающ на пов-ть за время , n- конц фотонов, Sc - объём в кот распред фотоны за время .

Серая пов-ть часть фотонов отраж и часть поглощ.

отр= - =-2mc=2mc: -изменение импульса отр фотонов,

=mc. Полное изменение импульса: =(1+ )mcN

p= (1+ ) nm -давление, W= nm - объёмная плотность свет энергии,=> p=(1+

W= , ℐ-интенс света в .

Представл о света,как о потоке фотонов,хорошо подтвержд опытными данными о давл света.

26.Развитие представления о строении атома.

Первая модель атома- модель Томсона 1903г.

По этой модели: атом - полож заряж шар, внутри кот около своих полож равновес колебл эл-ны.

По расчётам Томсона: радиус шараобр атома ~ м=1Å

Вторая – планетарная модель Резерфорда 1911г.

Столько сильное отклонение положит α частица могла получить только при столкнов с част одноим с ней разяда, по значит большей массы. На основе иссл была положена ядерн(планет) модель атома. Несостоятельность модели резерф: если согл законам класс электродинам, эл-ны испуск энергию,то их полная энергия должна уменьшаться,что приводит к уменьш радиусов орбит, что при достиж эл-нами ядра произойдёт нейтрализ зарядов и атом должен исчезнуть.

Атом Резерфорда оказался неустановл системой. Как показал опыт,спектры излуч всех атомов- линейчатые. Для атома водорода, частоты линий излуч описываются простой схемой:

=T(m)-T(n), W-частота спектр линии; m,n-целые числа; T(n),T(m)-спектр термы.

В модели Резерф излуч-сплошное.

Третье-постулаты Бора(в след билете).