Жарық поляризациясы.Жылулық сәулелену

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 15 бет
Таңдаулыға:

І. Жарықтың поляризациясы.

ЖОСПАР:

Табиғи және поляризацияланған жарық.

Поляризация жазықтығы. Поляризациялану дәрежесі.

Поляроидтар. Анализаторлар және поляризаторлар.
Малюс заңы.
Шағылған және сынған жарықтың поляризациясы.

Брюстер заңы.

Ішкі толық шағылысу құбылысы.

ІІ. Жылулық сәулелену құбылысы.

ЖОСПАР:

Энергетикалық жарқырау. Жұтылу қабілеттілігі.
Абсолютті қара дене. Кирхгофф заңы.
Стефан-Больцман заңы.
Вин заңы.
Гэлей - джинс заңы.

Поляризация тек көлденең толқындарда ғана болады, болық (қума) толқындарда мұндай құбылыс байқалмайды.

1. Жарықтың ұзындығы 400-700 нм болатын электромагниттік толқындар екені бізге мәлім. Әрбір сәулені сәуле шығарғыш электрлік және магниттік кернеулері бар векторлық бағыттағы электромагниттік толқындар шығарады. Бірақ затта атомдар көп және олар реттсіз орналасқан. Сондықтан жарық олардан әр түрлі бағыттарға таралады да, барлық бағыттағы тербелістердің амплитудалары бірдей болады.

Тербеліс амплитудалары барлық жазықтықтарда бірдей болатын жарықты табиғи жарық деп атайды.

Затқа жарық әсер еткен кезде жарық толқынының электромагниттік өрісінің электрлік құраушысы негізгі мәнге ие болады, өйткені тек сол ғана заттың атомындағы электронға негізгі әсерін тигізеді. Сондықтан поляризация заңдылықтарын суреттеу үшін тек жарық векторын - электр өрісінің Е кернеулігі векторын қарастырамыз.

Жарықты бір-біріне тәуелсіз көптеген атомдардың сәуле шығаруының электромагниттік сәулелерінің қосындысы ретінде елестетуге болады. Сондықтан Е векторының барлық бағыттағы бағдарлануы тең ықтималды. Мұндай жарық табиғи деп аталады.

Поляризацияланған жарық деп Е векторының тербеліс бағыты қандай да бір жолмен реттелген жарықты айтады.

Жартылай поляризацияланған жарық деп Е векторының тербеліс бағыты басымырақ бағыттағы жарықты айтады.

Жазық поляризацияланған жарық деп Е векторы жарық сәулесі өтетін жазықтықта ғана тербелетін жарық, (а) және (б) . Бұл жазықтық поляризация жазықтығы деп аталады.

а) б) в)

1 - сурет

Егер Е векторының ұштары уақыт өтуіне байланысты сәулеге перпендикуляр жазықтықта шеңбер және эллипс сызса, онда

a) б) в)

2 - сурет

жарық циркулярлы және эллипстік поляризацияланған деп аталады.

а) б)

3 - сурет

Поляризациялану дәрежесі деп Р шамасын айтады.

P=: P=

Іmax -ІminІmax + Іmin: Іmax -Іmin Іmax + Іmin

мұндағы І _max және І _min - сәйкес жартылай поляризацияланған жарықтың максималь және минималь интенсивтілігі. Табиғи жарық үшін І _max = І _min және Р = 0. Жазық поляризацияланған жарық үшін І _min = 0, Р = 1.

Табиғи жарықтан жазық поляризацияланған жарықты тербелісті белгілі бағытта ғана өткізетін, поляризаторларды пайдалану арқылы алуға болады. Поляризатор ретінде Е тербелістеріне қатысты анизатропты орта пайдаланылады.

2. Полярланбаған жарықтан полярланған жарықты кейбір кристалдардың көмегімен алуға болады. Қазір бұл үшін поляроидтық қабыршақты пайдалануға болады(поляроидты 1929 жылы Эдвин Лэнд ойлап тапты) . Бұл қабыршақ осьтері параллель етіп орналастырылған өте ұзын молекулалардың күрделі құрылымы болып табылады. Мұндай поляроид параллель саңылаулардың жиынтығы ролін атқарады да, ол бір жазықтықта полярланған жарықты толық, шығынсыз өткізеді де,

а) б) в)

Түсетін толқын Тік поляроид Шыққан толқын

4- сурет

оған перпендикуляр жазықтықта полярланған жарықты толық жұтып қояды. Жарықты өткізетін бағыт поляроидтың осі деп аталады. Егер жазық полярланған жарық осі поляризация бағытымен и бұрыш жасайтын поляроидқа келіп түсетін болса, онда жарық поляроидтан кейін поляроидтың осіне параллель жазықтықта полярланады да, оның амплитудасы cosи рет әлсіреген болады. Сөйтіп, поляроид арқылы поляризацияның тек поляроид осіне параллель компоненті ғана өтеді. Жарықтың интенситігі амплитуданың квадратына пропорционал болатындықтан, поляризатор арқылы өткен жазық полярланған шоқтың интенсивтігі

І=I _o cos ² и

өрнекпен анықталады, мұндағы и - поляризатор мен түсетін толқынның полярлану жазықтығының арасындағы бұрыш, I _o - түсетін жарықтың интенсивтігі. Поляроидты полярланған жарықты алу үшін қажет поляризатор ретінде пайдалануға болады, себебі поляроид толқынның поляризациясы өзінің осіне параллель болатын компонентін ғана өткізеді. Поляроидты жарықтың полярланғандығын және қандай жазықтықта полярланғандығын білу үшін анализатор ретінде де пайдалануға болады. Егер жарық полярланған болса, онда поляроид - анализатор өз осінің бағдарына тәуелсіз түрде жарықтың бірдей мөлшерін ғана өткізеді. Егер жарық полярланған болса, онда поляроидты айналдырған кезде өтетін жарықтың интенсивтігі, егер полярлану жазықтығы поляроид осіне параллель болса, максимал да, ал поляроид осіне перпендикуляр болған кезде, минималь болады. Егер белгілі бір бағдар кезінде поляроид - анализатор арқылы өтетін жарықтың интенсивтігі нолге дейін түсетін болса, онда мұндай жарық толық полярланған. Егер жарықтың интенсивтігі жай минимумға дейін ғана төмендейтін болса, онда жарық - жартылай полярланған.

Полярланбаған жарық дегеніміз поляризациясы кездейсоқ бағытталған жарық болып табылады. Осы поляризациялардың әрбіреуін екі компонентке, өзара перпендикуляр болатын екі құраушыларға жіктеуге болады. Сөйтіп, полярланбаған жарықты амплитудалары бірдей, ал поляризация жазықтықтары өзара перпендикуляр болатын екі жазық полярланған жарық шоқтарынан тұрады деуге болады. 5 - суретте көрсетілгендей, полярланбаған жарық бірінші поляроид арқылы өткен соң, жазық полярланған болады. Ал екінші поляроид (анализатор) бұл компонентті өзі арқылы өткізбейді, себебі оның осі

бірінші поляроидтың осіне перпендикуляр. Мысалы, түсетін жарықты полярлайтын қасиетінің арқасында күннен сақтайтын поляроидтық көзілдіріктер полярланбаған жарықтың 50%-ін ұстап қалады. Шын мәнісінде әйнектің бояуының арқасында одан да көп мөлшерде ұстап қалады.

3. Интенсивтігі I _таб табиғи

жарықты Т ₁ поляризаторы арқылы

өткіземіз. Поляризатор жазықтығымен ц

бұрышын жасайтын жазықтықтағы

тербелістің А амплитудасын

амплитудалары А _і =Acosц және А _т =Asinц

жазықтығы екі тербеліске жіктеуге болады.

Өткен толқынның интенсивтілігі А _і ² =A ² cosц пропорционал. Табиғи жарықта ц - дың барлық мәндері тең ықтималды, сондықтан поляризатор арқылы өткен жарық үлесі <cos ² ц>=1/2 орташа мәніне тең, ал бірінші Т ₁ поляризатор арқылы өткен жазық поляризацияланған жарықтың интенсивтігі:

Io=: I _o =

Ітаб.2: Ітаб. 2

Жазық поляризацияланған жарық жолына бірінші поляризаторға ш бұрыш жасай, екінші Т ₂ поляризаторды қоямыз. Анализатор арқылы өткен І жарық интенсивтілігінің ш бұрышына тәуелділігі Малюс заңы бойынша өзгереді:

І=I _o cos ² ш

Сондықтан екі поляризатор арқылы өткен жарық интенсивтілігі:

І=1/2 I _таб cos ² ш

Осыдан, поляризатор параллель болғанда I _mах =1/2 I _таб және поляризаторлар айқасқан кезде I _min =0.

7- cурет

4. Егер табиғи жарық екі диэлектрикті бөлетін шекараға түссе, онда шағылған және сынған сәуле жартылай поляризацияланған болады.

Шағылған сәуледе түсу жазықтығына перпендикуляр тербелістер, ал сынған сәуледе түсу жазықтығындағы тербелістер басым болады.

Полярланбаған жарықтан полярланған жарықты алудың тағы бір тәсілі бар - ол шағылу. Жарық металл емес бетке кез келген бұрышпен түскен кезде, шағылған жарық негізінен шағылтқыш бетке параллель түрде жазық полярланған болып шығады. Басқаша айтқанда, шағылтқыш бетке жарықтың перпендикуляр

8 - сурет

жазықтықта полярланған компоненті түгелдей дерлік өтіп кетеді немесе жұтылады. Судың бетіне немесе жолға қараған кезде, поляроидтық көзілдірікті бұра отырып, оған жеңіл көз жеткізуге болады. Ашық беттердің көпшілігі горизонталь болғандықтан, поляроидтық көзілдіріктің осін вертикаль бағыттайды да, жарықтың ең интенсивтік компонентін өшіреді, осының арқасында шағылуларды азайтады.

Шағылған жарықтың полярлану дәрежесі бұрышқа тәуелді болады: жарық тік түскен кезде, ол түк те полярланбаған, ал толық полярлану бұрышы и _р деп аталатын бұрыш кезінде жарық толық полярланған болады. Толық полярлану бұрышы шекараның екі жағындағы орталардың сыну көрсеткіштерімен мынандай қатынасқа байланысты:

tg ир =: tg ир =

n2. n1: n2. n1

Мұндағы n ₁ - сәуле таралатын ортаның сыну көрсеткіші, ал n ₂ - шағылтқыш шекараның екінші жағында жатқан ортаның сыну көрсеткіші. Егер жарық ауада таралатын болса, онда n ₁ =1, сөйтіп

tg и _р = n

Толық полярлану бұрышын Брюстер бұрышы, ал бұл формуланы Брюстер заңы деп атайды. Бұл заңды шотланд физигі Дэвид Брюстер (1781-1858) 1812 жылы тәжірибе жүзінде ашқан болатын. Брюстер бұрышымен түскен кезде шағылған және сынған сәулелер 90° бұрыш түзеді, яғни и _р + и _r =90° (9-сурет) .

9-сурет

Бұған өрнекті (n ₂ = n ₁ tg и = n ₁ sin и _р / cos и _р ) n ₁ sin и _р = n ₂ sin и Снелль заңына қойып, одан cos _p =sin _r тендігін алу арқылы жеткізуге болады, ал соңғы теңдік тек кезінде ғана орындалады.

Егер екі диэлектрикті бөлетін шекарадағы электромагниттік өріс үшін шекаралық шарттарды ескерсек, онда әртүрлі түсу бұрыштарында шағылған және сынған жарықтардың поляризациялау дәріжесін Максвелл теңдеулерінен есептеуге болады.

Сәуленің қосарланып сынуы.

Көптеген мөлдір орталарға жарықтың жылдамдылығы барлық бағыттарда бірдей болады. Мұндай орталарды изотопты деп атайды. Кейбір кристалдарға және ерітінділерге жарықтын жылдамдығы түрліше бағыттарға түрліше болады. Мұңдай орталар анизотроптық деп аталады. Оларды қосарланып сыну деп те атайды.

10-суретте сәуле кристалдың бетіне нормаль түседі және кристалдың оптикалық осі сурет жазықтығында жатыр. Сырған сәулелердің кәдімгі сәуле (о - сәуле; кәдімгі, байырғы) деп аталатын біреуі кристалл арқылы өтеді. Өзгеше сәуле (е - сәуле; ерекше, өзгеше) деп аталатын сынған екінші сәуле қайсібір бұрышқа бұрыла сынады.

20 - сурет

Сәуленің қосарланып сынуын түсіндіру үшін Гюйгенс принципін пайдаланамыз. 11 а - суреттегі кәдімгі толқынды қарастырайық. Гюгенстің екі элементар толқынының центрлері кристаллға кірер мезетте үшін толқын қапталында көрсетілген. Бұл элементар толқындар барлық бағыттарда бірдей жылдамдықтармен таралатын болғанлықтан, олар кристалл ішінде де сфералық болып қалады және тұра бағытта таралады.

а) б)

11, б - сурет. Гюгенстің элементарының қапталы эллипс түрінде болады. Элементар толқынның 1 сәулесі оптикалық оське перпендикуляр полярланған. 2, 3, 4 сәулелелер жай сәулеге қарағанда тезірек таралады, әрі 4 сәуленің таралу

жылдамдығы максималь болады. Сондықтан толқын қапталы бір жаққа ығысқан болып шығады. Осы бағытта е-сәулесі таралатын болады.

Кейбір қосарланып сындыратын кристаллдар полярланған компоненттердің біреуі екіншісіне қарағанда күштірек жұтады (12-сурет) .

12 - сурет

Мұндай кристаллдардың дихроизмі бар дейді. Егер дихроизмді кристалл жеткілікті қалың болса, онда полярланбаған жарықтың бір компоненті жұтылады да, кристалл арқылы өткен жарық полярланған болып шығады. Поляроидтық қабыршақтағы жағдай осы дихроизм құбылысына негізделген.

Оптикалық анизотропты кристалда қосарланып сынбай өтетін бағыт кристалдың оптикалық осі деп аталады.

13 - сурет

Жарық сәулесінің бағытымен және кристалдың оптикалық осі арқылы өтетін жазықтық кристалдың бас жазықтығы деп аталады. о- және е- сәулелері өзара перпендикуляр жазықтықта поляризацияланған. о - сәулесі кристалдың барлық бағытында бірдей жылдамдықпен тарайды.

V _o =c/n _o

Сәуленің қосарланып сыну құбылысы поляризациялаушы жабдықтарды поляризациялаушы призмалар мен поляроидтарды дайындауда пайдаланылады.

Мысалы, Ниполь призмасында Исланд штатынан жасалған қос призма АВ бойымен кадалық бальзаммен желімделген.

Кәдімгі сәуле толық шағылады, ал жазық поляризацияланған кәдімгі емес сәуле призмадан өтеді.

Керр эффектісі - электр өрісінің әсерінен заттың оптикалық анизатропиясы - заттардағы молекулалардың түрлі бағыттарда әртүрлі түсіндіріледі. Кәдімгі және кәдімгі емес сәулелердің сындыру көрсеткіштерінің айырымы:

nе - nо = B л _o E ²

мұндағы вакуумдағы жарық толқынының ұзындығы, электр өрісінің кернеулігі, В - заттың табиғатына жарықтың толқын ұзындығына және температурасына байланысты Керр тұрақтысы.

15 - сурет

Кейбір оптикалық активті деп аталатын заттар, поляризация жазықтығын айналдыру қабілетіне ие болады. Поляризация жазықтығының бұру бұрышы былай анықталады:

ц=а*d

мұндағы, d - зат қабатының қалыңдығы, а - меншікті айналу бұрышы. Бұл кезде d~л _о ^-2 - бұл Био заңы. Ерітінді үшін бұрышы ерітінді концентрациясына с байланысты:

ц =а*с*d

16 - сурет

Егер айқасқан Р поляризатор мен А анализатор арасына оптикалық актив заты орналастырса, онда анализатордың көру аймағы жарықтанады.

ІІ. Жылулық сәулелену құбылысы.

Кванттық оптика - жарықтың кванттық қасиеттері байқалатын құбылыстарды зерттеумен айналысатын оптика бөлімі.

Зат құрамына енетін электр зарядтарының тербелісі затта энергияның жоғалуымен жүретін электромагниттік сәулелену тудырады.

Егер сәуле шығару ұзақтығы жарық тербелісінің периодынан анағұрлым артық болса, онда сәуле шығарудың екі түрі болуы мүмкін:

жылулық сәуле шығару
люминесценция.

Дене - сәулену жүйесінің тепе-теңдік күйі деп, дене мен сәуле шығару арасында энергияның таралуы әр толқын ұзындығы үшін тұрақты болып қалатын күйді айтады.

Сәуле шығарудың бірден -бір түрі, сәуле шығаратын денемен тепе-теңдікте бола алатын жылулық сәуле шығару, яғни дененің қызған кезіндегі жарқырауы болып табылады.

Люменисценция тепе-теңдікте болмайтын сәуле шығару, берілген температурада дененің жылулық сәуле шығару ұзақтығы тербеліс периодынан үлкен болатын сәуле шығару ұзақтығы тербеліс периодынан үлкен болатын сәуле шығару.

Жылулық сәуле шағыру заттардың атомдары мен молекулаларының жылулық қозғалысының энергиясы есбінен болатын және ОК жоғары температурада барлық денелерге тән қасиет.

Тепе- теңдіктегі жылулық сәуле шығару деп дененің бірлік уақыт ішінде қанша энергия шығарса, сонша энергияны жұтатындығын айтады.

Жылулық сәулеленудің инетенсивтігін оның қуаты арқылы сипаттауға болады. Сәлеленіп тұрған дене бетінің аудан бірлігінен барлық бағытта шығатын сәулелену қуатын дененің жарқыраудеп атайды.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.