ДИСПЕРСИЯ СВЕТА dispersio лат рассеяние развеивание

ДИСПЕРСИЯ СВЕТА dispersio (лат. ) – рассеяние, развеивание

1666 год Ньютон в своих опытах пользовался солнечным Исаак Ньютон светом, который он пропускал в комнату через узкое отверстие в оконной ставне.

Дисперсией называют зависимость показателя преломления света от частоты колебаний (или длины волны).

Дисперсия света представляется в виде зависимости или Следствием дисперсии является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через призму. СПЕКТР spectrum (лат. ) вúдение.

Метод скрещенных призм *

Синтез белого света с помощью призм, осуществленный И. Ньютоном Опыт И. Ньютона

ВЫВОДЫ ИЗ ОПЫТОВ НЬЮТОНА Белый свет не является монохроматическим. Вторая призма только преломляет лучи, но не изменяет их цвет. Эти лучи были названы простыми или монохроматическими. Белый свет состоит из монохроматических – простых цветов. Опыт И. Ньютона

ВЫВОДЫ ИЗ ОПЫТОВ НЬЮТОНА Показатель преломления среды зависит от цвета света: лучи красного света в любой среде преломляются слабее, чем все остальные. При выходе из призмы белый свет разлагается на семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Меньше всех отклоняется красный свет, больше - фиолетовый.

ВЫВОДЫ ИЗ ОПЫТОВ НЬЮТОНА Свет с разными длинами волн распространяется в среде с разными скоростями: фиолетовый с наименьшей, красный - наибольшей, так как n = c/v. 760 – 620 – 590 – 560 – 500 – 480 – 450 – 620 590 560 500 480 450 380 нм нм

Величина D= dn/dλ или dn/dν, называемая дисперсией вещества, показывает, как быстро меняется показатель преломления с длиной волны. Для прозрачных веществ с λ увеличением уменьшается n. При этом или Такая дисперсия называется нормальной.

Если n уменьшается с уменьшением λ, тогда зависимость n от λ называется аномальной дисперсией. то есть

«Нормальная дисперсия» — это дисперсия вдали от длин волн, при которых происходит поглощение света данным веществом. «Аномальная дисперсия» — это дисперсия в области полос поглощения света веществом. Аномальная дисперсия обусловлена взаимодействием света с заряженными частицами, входящими в состав вещества и совершающими вынужденные колебания в переменном электромагнитном поле волны.

Поглощение света Поглощением (адсорбцией) света называется уменьшение энергии световой волны при её распространении в среде. Энергия поглощённой световой волны преобразуется в другие виды энергии: тепловую, химическую и др. 13

• 14

Поглощение света • Различают следующие спектры поглощения: – Линейчатый. Наблюдается у разреженных газов. Представляет собой узкие линии поглощения – Полосатый спектр поглощения обычно наблюдается у молекул в конденсированном состоянии – Сплошной спектр поглощения наблюдается у конденсированных 15

Действие света • При поглощении света иногда наблюдаются следующие сопутствующие явления – Фотопроводимость и возникновение фото. ЭДС – Люминесценция – Фотохимические превращения • Эти эффекты нашли широкое практическое применение 16

Фотоэлектрические эффекты • При освещении неоднородной среды можно наблюдать появление разности потенциалов на её границах (возникновение фото. ЭДС) • Этот эффект используют для регистрации и исследования свойств излучения, а так же для преобразования световой энергии в электрическую 17

Люминесценция • Фотолюминесценцией называется свечение среды в результате воздействия более коротковолнового излучения. Часть поглощённой энергии при этом переходит в тепло • Люминесценция используется для визуализации невидимого коротковолнового излучения (медицина, дефектоскопия, криминалистика), а так же для создания изображений (телевидение) 18

Фотохимическое действие света • В некоторых веществах под действием света начинают протекать химические превращения. Это проявление фотохимического действия света • На фотохимическом эффекте основана фотография и различные способы оптической записи информации, а так же некоторые способы преобразования световой энергии в химическую (фотосинтез, зрение) 19

Рассеяние света • 20

Рассеяние света в мутных средах Мутные среды — среды с явно выраженными оптическими неоднородностями. К ним относятся аэрозоли (облака, дым, туман), эмульсия, коллоидные растворы и т. д. , т. е. такие среды, в которых взвешено множество очень мелких частиц инородных веществ. Свет, проходя через мутную среду, дифрагирует от беспорядочно расположенных микронеоднородностей. Наблюдается равномерное распределение интенсивностей по всем направлениям, без определенной дифракционной картины. Например, узкий пучок солнечных лучей, 21 проходя через запыленный воздух,

Рассеяние света в чистых средах Рассеяние света (как правило, слабое) наблюдается также и в чистых средах, не содержащих посторонних частиц. Л. И. Мандельштам объяснил рассеяние света в средах нарушением их оптической однородности, при котором показатель преломления среды не постоянен, а меняется от точки к точке. В дальнейшем польский физик М. Смолуховский (1872— 1917) указал, что причиной рассеяния света могут быть флуктуации плотности. Рассеяние света в чистых средах, обусловленное флуктуациями плотности, анизотропии или концентрации, называется

Почему небо голубое, а закат и восход – кр Рассеиваются сильнее более короткая (сине-голубая) часть спектра. Именно по этой причине небосвод имеет синеголубой цвет (если он не загорожен облаками). При наклонном движении солнечного луча через атмосферу, когда Солнце находится низко над горизонтом (на закате или восходе), длина луча при его прохождении через атмосферу увеличивается в десятки раз и поэтому почти вся коротковолновая (сине-голубая) часть спектра рассеивается и

Рассеяние света в чистых средах Флуктуации плотности и интенсивность рассеяния света возрастают с увеличением температуры. Поэтому в ясный летний день цвет неба является более насыщенным по сравнению с таким же зимним днем.

Красный + Зеленый + Голубой = Белый свет Томас Юнг 1807 год

Спектральный круг

Условия возникновения радуги: 1. Радуга появляется, только когда выглянуло из-за туч солнце и только в стороне, противоположной солнцу. 2. Радуга возникает, когда солнце освещает завесу дождя. 3. Радуга появляется при условии, что угловая высота солнца над

ЦВЕТА НЕПРОЗРАЧНЫХ ТЕЛ üПри взаимодействии с различными телами лучи света разного цвета поразному отражаются и поглощаются этими телами. üТела, окрашенные в белый цвет, отражают лучи света разных частот одинаково хорошо. üТела, окрашенные в черный цвет, поглощают лучи света разных частот одинаково хорошо. üНепрозрачные тела окрашиваются в

ЦВЕТА ПРОЗРАЧНЫХ ТЕЛ v. Цвет прозрачного тела определяется составом того света, который проходит через него. v. Если прозрачное тело равномерно поглощает лучи всех цветов, то в проходящем белом свете оно бесцветно, а при цветном освещении имеет цвет тех лучей, которыми освещено.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Следствием теории Максвелла является поперечность световых волн: векторы напряженности Е и магнитного Н полей волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости υ распространения волны (перпендикулярно лучу).

Для описания закономерностей поляризации света достаточно знать поведение лишь одного из векторов - светового вектора – вектора напряженности Е электрического поля. Известно, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах вещества.

На рисунке показаны различные колебания веревки

Вертикально поляризованные волны проходят через препятствие - вертикальную щель Горизонтально поляризованные волны НЕ проходят через препятствие - вертикальную щель

Если на пути таких волн поставить две щели, то через них не сможет пройти ни одна из поляризованных волн. Поляризация может существовать только у поперечных волн!, но не у продольных. В продольных волнах колебания совершаются только вдоль направления их распространения, и никакой ориентацией щели нельзя эти

Свет не обязательно поляризован. Он может быть и неполяризованным. Это означает, что колебания источника происходят одновременно во многих плоскостях. Неполяризованный свет Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е называется естественным.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Частично поляризованный свет

Плоскополяризованный свет является предельным случаем эллиптически поляризованного света – света, для которого световой вектор Е изменяется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в (вектор Н) плоскости, которая перпендикулярна лучу. Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора Е плоско поляризованной волны и направление распространения этой волны, называется плоскостью

Если эллипс поляризации вырождается в прямую (при разности фаз, равной нулю или π), то имеем дело с плоскополяризованным светом.

Если эллипс поляризации вырождается в окружность (при разности фаз, равной /2), то это - циркулярно поляризованный (поляризованный по кругу) свет.

Степенью поляризации называется величина где Imax и Imin— соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором. Для естественного света Imax = Imin и Р = 0,

В 1809 году французский инженер Э. Малюс открыл закон, названный его именем. В его опытах 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 I = I 0 cos 2φ.

Малюс (Malus) Этьен Луи (23. VII. 1775 – 24. II. 1812) – французский физик, член Парижской АН (1810). В 1808 г. открыл поляризацию света при отражении от прозрачных тел. Установил (1810) зависимость поляризованного света после его интенсивности прохождения через анализатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и анализатора (закон Малюса). Разработал теорию двойного лучепреломления света в кристаллах. В 1811 г. независимо от Ж. Б. Био обнаружил поляризацию света при преломлении. Предложил (1811) метод определения

Классические опыты с турмалином

При вращении кристалла T 1 вокруг направления луча, падающего естественного света, никаких изменений интенсивности прошедшего через турмалин света не наблюдается. Если на пути луча поставить вторую пластинку турмалина Т 2 и вращать ее вокруг направления луча, то интенсивность света, прошедшего через пластинки, меняется в зависимости от угла φ между оптическими осями кристаллов по закону Малюса.

Итенсивность прошедшего через пластинки света изменяется от минимума (полное гашение света) при α = π/2 (оптические оси пластинок перпендикулярны) до максимума при α = 0 (оптические оси пластинок E=E параллельны). 0 О’ Естественный B Плоскополяризованный свет B’ свет A A’ Т 1 О Т 2 О О’

При прохождении естественного света через два поляризатора, плоскости которых образуют угол α, из первого выходит плоскополяризованный свет с интенсивностью I 0 = ½Iест, из второго, выходит свет с Imах = ½Iест, интенсивностью I = I (поляризаторы o параллельны) Iminα. 0 (поляризаторы 2 = cos скрещены)

Получить поляризованный свет из неполяризованного можно отражением. Когда свет падает на неметаллическую поверхность под любым углом, кроме прямого, отраженный луч оказывается плоско поляризованным преимущественно параллельно отражающей поверхности.

Степень поляризации отраженного пучка зависит от угла: при нормальном падении свет полностью не поляризован, а при падении под углом, который называется углом полной поляризации Б, отраженный свет поляризован на 100%. Угол полной поляризации связан с показателями преломления сред по обе стороны границы их раздела соотношением

Сэр Дэвид Брюстер ( Sir David Brewster; 11 декабря 1781 – 10 февраля 1868) — шотландский физик. С 1801 года стал заниматься физикой, преимущественно оптикой. Он был профессором физики, ректором Эдинбургского Специализировался на изучении университета. оптических явлений, прежде всего спектральных и поляризационных. В 1816 г. изобрёл калейдоскоп. Является автором

В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (обозначены точками), в преломленном — колебания, параллельные плоскости падения (изображены стрелками).

Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена путем многократного преломления при условии падения света каждый раз на границу раздела под углом Брюстера. Для стекла (п = 1, 53) степень поляризации преломленного луча составляет 10%. После преломления на 8 10 наложенных друг на друга стеклянных пластинок вышедший из такой системы свет будет практически полностью поляризованным.

е о В конце XVII века было обнаружено, что кристалл исландского шпата (Ca. CO 3) раздваивает проходящие через него лучи. Это явление получило название двойного Если кристалл поворачивать относительно направления первоначального лучепреломления луча, то поворачиваются оба луча, прошедшие через кристалл

Даже в том случае, когда первичный пучок падает на кристалл нормально, преломленный пучок разделяется на два, причем один из них является продолжением первичного, а второй отклоняется. Второй из этих лучей получил название

В основе работы поляризационных приспособлений, служащих для получения поляризованного света, лежит явление двойного лучепреломления. Наиболее часто для этого применяются призмы и поляроиды. Призмы делятся на два класса: 1) призмы, дающие только плоскополяризованный луч (поляризационные призмы); 2) призмы, дающие два поляризованных во взаимно

Призма Николя представляет собой двойную призму из исландского шпата, склеенную вдоль линии АВ канадским бальзамом с n = 1, 55. Оптическая ось ОО' призмы составляет с входной гранью угол 48°. На передней грани призмы естественный луч, параллельный ребру СВ, раздваивается на два луча: обыкновенный (nо=1, 66) и необыкновенный (ne= 1, 51).

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. Различие в поглощении приводит к тому, что при освещении дихроичного кристалла белым светом кристалл по разным направлениям оказывается различно окрашенным.

Оптически изотропные вещества становятся оптически анизотропными под действием: одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической системы, стекла и др. ); электрического поля (эффект Керра; жидкости, аморфные тела, газы); магнитного поля (жидкости, стекла, коллоиды).

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.

Опыт показывает, что угол поворота плоскости поляризации: для оптически активных кристаллов и чистых жидкостей φ=αd для оптически активных растворов φ=[α]Cd, где d — расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе, α ([α]) — так называемое удельное вращение, численно равное углу поворота плоскости поляризации света слоем оптически активного вещества единичной толщины (единичной

Контрольные вопросы 1. Определение дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсия 2. Определение поглощения света, закон Бугера 3. Рассеяние света в чистых средах. Почему небо голубое в полдень и красное на восходе и закате 4. Определение поляризации света 5. Законы Малюса и Брюстера 6. Двойное лучепреломление: обыкновенный и необыкновенный лучи