Der Brechungsindex eines Mediums relativ zum Vakuum, also für den Fall des Übergangs von Lichtstrahlen aus dem Vakuum in ein Medium, heißt absolut und wird durch Formel (27.10) bestimmt: n=c/v.

Bei Berechnungen werden die absoluten Brechungsindizes den Tabellen entnommen, da ihr Wert durch Experimente ziemlich genau bestimmt wird. Da c größer als v ist, dann der absolute Brechungsindex ist immer größer als Eins.

Wenn Lichtstrahlung aus dem Vakuum in ein Medium gelangt, dann lautet die Formel für das zweite Brechungsgesetz:

sin i/sin β = n. (29.6)

Die Formel (29.6) wird in der Praxis auch oft verwendet, wenn Strahlen von Luft auf ein Medium übergehen, da sich die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit in Luft nur sehr wenig von c unterscheidet. Dies ist daran zu erkennen, dass der absolute Brechungsindex von Luft 1,0029 beträgt.

Wenn der Strahl vom Medium zum Vakuum (zur Luft) geht, dann nimmt die Formel für das zweite Brechungsgesetz die Form an:

sin i/sin β = 1/n. (29.7)

In diesem Fall entfernen sich die Strahlen beim Verlassen des Mediums zwangsläufig von der Senkrechten zur Grenzfläche zwischen Medium und Vakuum.

Lassen Sie uns herausfinden, wie Sie aus den absoluten Brechungsindizes den relativen Brechungsindex n21 finden. Lassen Sie das Licht vom Medium mit dem absoluten Index n1 zum Medium mit dem absoluten Index n2 passieren. Dann ist n1 = c/V1 undn2 = s/v2, von wo:

n2/n1=v1/v2=n21. (29.8)

Die Formel für den zweiten Brechungssatz für einen solchen Fall wird oft wie folgt geschrieben:

sini/sinβ = n2/n1. (29.9)

Erinnern wir uns daran Absoluter Exponent der Maxwell-Theorie Brechung kann aus der Beziehung gefunden werden: n = √(με). Da für lichtdurchlässige Stoffe μ praktisch gleich Eins ist, können wir annehmen, dass:

n = √ε. (29.10)

Da die Schwingungsfrequenz von Lichtstrahlung in der Größenordnung von 10 14 Hz liegt, haben weder Dipole noch Ionen in einem Dielektrikum, die eine relativ große Masse haben, Zeit, ihre Position mit einer solchen Frequenz und die dielektrischen Eigenschaften eines Stoffes zu ändern unter diesen Bedingungen werden nur durch die elektronische Polarisation seiner Atome bestimmt. Dies erklärt den Unterschied zwischen dem Wert ε=n 2 aus (29.10) und ε st in der Elektrostatik. Also für Wasser ε \u003d n 2 \u003d 1,77 und ε st \u003d 81; das ionische feste Dielektrikum NaCl ε = 2,25 und ε st = 5,6. Wenn ein Stoff aus homogenen Atomen oder unpolaren Molekülen besteht, also weder Ionen noch natürliche Dipole hat, dann kann seine Polarisation nur elektronisch sein. Für ähnliche Stoffe fallen ε aus (29.10) und ε st zusammen. Ein Beispiel für eine solche Substanz ist Diamant, der nur aus Kohlenstoffatomen besteht.

Beachten Sie, dass der Wert des absoluten Brechungsindex neben der Art des Stoffes auch von der Schwingungsfrequenz bzw. von der Strahlungswellenlänge abhängt . Mit abnehmender Wellenlänge nimmt in der Regel der Brechungsindex zu.

Karte 75.

Gesetz der Lichtreflexion: der einfallende und der reflektierte Strahl sowie die Senkrechte zur Grenzfläche zwischen zwei Medien, die am Einfallspunkt des Strahls wiederhergestellt wird, liegen in derselben Ebene (der Einfallsebene). Der Reflexionswinkel γ ist gleich dem Einfallswinkel α.

Gesetz der Lichtbrechung: der einfallende und der gebrochene Strahl sowie die Senkrechte zur Grenzfläche zwischen zwei Medien, die am Einfallspunkt des Strahls wiederhergestellt wird, liegen in derselben Ebene. Das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels α zum Sinus des Brechungswinkels β ist für zwei gegebene Medien ein konstanter Wert:

Die Gesetze der Reflexion und Brechung werden in der Wellenphysik erklärt. Nach Wellenkonzepten ist Brechung eine Folge einer Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen beim Übergang von einem Medium in ein anderes. Die physikalische Bedeutung des Brechungsindex ist das Verhältnis der Wim ersten Medium υ 1 zur Ausbreitungsgeschwindigkeit im zweiten Medium υ 2:

Abbildung 3.1.1 veranschaulicht die Gesetze der Reflexion und Brechung von Licht.

Ein Medium mit einem niedrigeren absoluten Brechungsindex wird als optisch weniger dicht bezeichnet.

Wenn Licht von einem optisch dichteren Medium in ein optisch weniger dichtes übergeht n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать Totalreflexionsphänomen, das heißt, das Verschwinden des gebrochenen Strahls. Dieses Phänomen wird bei Einfallswinkeln beobachtet, die einen bestimmten kritischen Winkel α pr überschreiten, der als Grenzwinkel der Totalreflexion(siehe Abb. 3.1.2).

Für den Einfallswinkel α = α pr sin β = 1; wert sin α pr \u003d n 2 / n 1< 1.

Wenn das zweite Medium Luft ist (n 2 ≈ 1), dann ist es bequem, die Formel umzuschreiben als

Das Phänomen der Totalreflexion findet in vielen optischen Geräten Anwendung. Die interessanteste und praktisch wichtigste Anwendung ist die Herstellung von Faserlichtleitern, bei denen es sich um dünne (von mehreren Mikrometern bis Millimetern) willkürlich gebogene Filamente aus einem optisch transparenten Material (Glas, Quarz) handelt. Licht, das auf das Ende der Faser fällt, kann sich aufgrund der Totalreflexion an den Seitenflächen entlang dieser über weite Strecken ausbreiten (Abb. 3.1.3). Die wissenschaftlich-technische Richtung, die sich mit der Entwicklung und Anwendung optischer Lichtleiter befasst, wird als Faseroptik bezeichnet.

Dispe "rsiya light" das (Zerlegung von Licht)- Dies ist ein Phänomen, das auf der Abhängigkeit des absoluten Brechungsindex einer Substanz von der Frequenz (oder Wellenlänge) des Lichts (Frequenzdispersion) oder der Abhängigkeit der Phasengeschwindigkeit des Lichts in einer Substanz von der Wellenlänge (oder Frequenz). Experimentell von Newton um 1672 entdeckt, obwohl viel später theoretisch gut erklärt.

Räumliche Streuung ist die Abhängigkeit des Tensors der Permittivität des Mediums vom Wellenvektor. Diese Abhängigkeit verursacht eine Reihe von Phänomenen, die räumliche Polarisationseffekte genannt werden.

Eines der klarsten Beispiele für Dispersion - Zerlegung von weißem Licht beim Durchgang durch ein Prisma (Newtons Experiment). Die Essenz des Dispersionsphänomens ist der Unterschied in den Ausbreitungsgeschwindigkeiten von Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen in einer transparenten Substanz - einem optischen Medium (während im Vakuum die Lichtgeschwindigkeit immer gleich ist, unabhängig von der Wellenlänge und damit der Farbe) . Üblicherweise gilt: Je höher die Frequenz einer Lichtwelle, desto größer der Brechungsindex des Mediums dafür und desto geringer die Wellengeschwindigkeit im Medium:

Newtons Experimente Experiment zur Zerlegung von weißem Licht in ein Spektrum: Newton richtete einen Sonnenstrahl durch ein kleines Loch auf ein Glasprisma. Beim Auftreffen auf das Prisma wurde der Strahl gebrochen und ergab an der gegenüberliegenden Wand ein längliches Bild mit schillernden Farbwechseln - das Spektrum. Experiment über den Durchgang von monochromatischem Licht durch ein Prisma: Newton platzierte rotes Glas in den Weg des Sonnenstrahls, hinter dem er monochromatisches Licht (rot) erhielt, dann ein Prisma und beobachtete auf dem Bildschirm nur einen roten Fleck des Lichtstrahls. Erfahrung in der Synthese (Gewinnung) von weißem Licht: Zuerst richtete Newton den Strahl der Sonne auf ein Prisma. Nachdem Newton die farbigen Strahlen, die aus dem Prisma kamen, mit Hilfe einer Sammellinse gesammelt hatte, erhielt er anstelle eines farbigen Streifens ein weißes Bild eines Lochs in einer weißen Wand. Newtons Schlussfolgerungen:- das Prisma verändert das Licht nicht, sondern zerlegt es nur in Bestandteile - farblich unterschiedliche Lichtstrahlen unterscheiden sich im Brechungsgrad; violette Strahlen werden am stärksten gebrochen, rotes Licht wird weniger stark gebrochen - rotes Licht, das weniger gebrochen wird, hat die höchste Geschwindigkeit und violette hat die niedrigste, daher zerlegt das Prisma das Licht. Die Abhängigkeit des Brechungsindex von Licht von seiner Farbe wird als Dispersion bezeichnet.

Ergebnisse:- ein Prisma zerlegt Licht - weißes Licht ist komplex (zusammengesetzt) ​​- violette Strahlen werden stärker gebrochen als rote. Die Farbe eines Lichtstrahls wird durch seine Schwingungsfrequenz bestimmt. Beim Übergang von einem Medium zum anderen ändern sich Lichtgeschwindigkeit und Wellenlänge, aber die Frequenz, die die Farbe bestimmt, bleibt konstant. Die Grenzen der Bereiche des weißen Lichts und seiner Komponenten werden normalerweise durch ihre Wellenlängen im Vakuum gekennzeichnet. Weißes Licht ist eine Sammlung von Wellenlängen von 380 bis 760 nm.

Karte 77.

Lichtabsorption. Bouguersches Gesetz

Die Absorption von Licht in einer Substanz ist mit der Umwandlung der Energie des elektromagnetischen Feldes der Welle in die thermische Energie der Substanz (oder in die Energie der sekundären Photolumineszenzstrahlung) verbunden. Das Lichtabsorptionsgesetz (Bouguersches Gesetz) hat die Form:

Ich = Ich 0 exp(- x),(1)

wo ich 0 , ich- Eingangslichtintensität (x=0) und aus der mittleren Schichtdicke austreten X, - Absorptionskoeffizient, es hängt davon ab .

Für Dielektrika  =10 -1  10 -5 m -1 , für Metalle =10 5  10 7 m -1 , daher sind Metalle lichtundurchlässig.

Abhängigkeit  ( ) erklärt die Färbung absorbierender Körper. Beispielsweise erscheint Glas, das wenig rotes Licht absorbiert, rot, wenn es mit weißem Licht beleuchtet wird.

Streuung von Licht. Rayleighs Gesetz

Lichtbeugung kann in einem optisch inhomogenen Medium auftreten, beispielsweise in einem trüben Medium (Rauch, Nebel, staubige Luft etc.). Lichtwellen, die an Inhomogenitäten des Mediums gebeugt werden, erzeugen ein Beugungsmuster, das durch eine ziemlich gleichmäßige Intensitätsverteilung in alle Richtungen gekennzeichnet ist.

Eine solche Beugung durch kleine Inhomogenitäten wird genannt Streuung von Licht.

Dieses Phänomen wird beobachtet, wenn ein schmaler Sonnenstrahl durch staubige Luft geht, an Staubpartikeln streut und sichtbar wird.

Sind die Abmessungen der Inhomogenitäten klein im Vergleich zur Wellenlänge (nicht mehr als 0,1  ), dann ist die Streulichtintensität umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge, d.h.

ich rass ~ 1/  4 , (2)

diese Beziehung wird Rayleighs Gesetz genannt.

Lichtstreuung wird auch in reinen Medien beobachtet, die keine Fremdpartikel enthalten. Beispielsweise kann es zu Schwankungen (zufällige Abweichungen) der Dichte, Anisotropie oder Konzentration kommen. Eine solche Streuung wird als molekular bezeichnet. Es erklärt zum Beispiel die blaue Farbe des Himmels. Tatsächlich werden nach (2) blaue und blaue Strahlen stärker gestreut als rote und gelbe, weil haben eine kürzere Wellenlänge und verursachen so die blaue Farbe des Himmels.

Ticket 78.

Polarisation des Lichts- eine Reihe von Phänomenen der Wellenoptik, in denen sich die transversale Natur elektromagnetischer Lichtwellen manifestiert. Querwelle- Teilchen des Mediums schwingen senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung ( Abb.1).

Abb.1 Querwelle

Elektromagnetische Lichtwelle Ebene polarisiert(lineare Polarisation), wenn die Schwingungsrichtungen der Vektoren E und B streng festgelegt sind und in bestimmten Ebenen liegen ( Abb.1). Eine ebene polarisierte Lichtwelle wird genannt Ebene polarisiert(linear polarisiertes) Licht. nicht polarisiert(natürliche) Welle - eine elektromagnetische Lichtwelle, bei der die Schwingungsrichtungen der Vektoren E und B in dieser Welle in beliebigen Ebenen senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor v liegen können. unpolarisiertes Licht- Lichtwellen, bei denen sich die Schwingungsrichtungen der Vektoren E und B zufällig ändern, so dass alle Schwingungsrichtungen in Ebenen senkrecht zum Ausbreitungsstrahl der Welle gleich wahrscheinlich sind ( Abb.2).

Abb.2 unpolarisiertes Licht

polarisierte Wellen- in denen die Richtungen der Vektoren E und B im Raum unverändert bleiben oder sich nach einem bestimmten Gesetz ändern. Strahlung, bei der sich die Richtung des Vektors E zufällig ändert - unpolarisiert. Ein Beispiel für eine solche Strahlung kann Wärmestrahlung (zufällig verteilte Atome und Elektronen) sein. Polarisationsebene- Dies ist eine Ebene senkrecht zur Schwingungsrichtung des Vektors E. Der Hauptmechanismus für das Auftreten polarisierter Strahlung ist die Streuung von Strahlung durch Elektronen, Atome, Moleküle und Staubpartikel.

1.2. Arten der Polarisierung Es gibt drei Arten der Polarisation. Lassen Sie uns sie definieren. 1. Linear Tritt auf, wenn der elektrische Vektor E seine Position im Raum behält. Es hebt gewissermaßen die Ebene hervor, in der der Vektor E oszilliert. 2. Kreisförmig Dies ist die Polarisation, die auftritt, wenn sich der elektrische Vektor E um die Richtung der Wellenausbreitung mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, die gleich der Winkelfrequenz der Welle ist, während er seinen absoluten Wert beibehält. Diese Polarisation charakterisiert die Drehrichtung des Vektors E in der Ebene senkrecht zur Sichtlinie. Ein Beispiel ist die Zyklotronstrahlung (ein System von Elektronen, die in einem Magnetfeld rotieren). 3. Ellipsenförmig Tritt auf, wenn sich der Betrag des elektrischen Vektors E so ändert, dass er eine Ellipse beschreibt (Drehung des Vektors E). Elliptische und zirkulare Polarisation ist rechts (die Drehung des Vektors E erfolgt im Uhrzeigersinn, wenn Sie in Richtung der sich ausbreitenden Welle schauen) und links (die Drehung des Vektors E erfolgt gegen den Uhrzeigersinn, wenn Sie in Richtung der sich ausbreitenden Welle schauen).

In der Tat die häufigste partielle Polarisierung (teilweise polarisierte elektromagnetische Wellen). Quantitativ wird es durch eine bestimmte Menge genannt Grad der Polarisierung R, die definiert ist als: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin) wo Imax,ich bin dabei- die höchste und niedrigste elektromagnetische Energieflussdichte durch den Analysator (Polaroid, Nicol-Prisma…). In der Praxis wird die Strahlungspolarisation oft durch Stokes-Parameter beschrieben (es werden Strahlungsflüsse mit einer bestimmten Polarisationsrichtung bestimmt).

Ticket 79.

Fällt natürliches Licht auf die Grenzfläche zwischen zwei Dielektrika (z. B. Luft und Glas), wird ein Teil davon reflektiert, ein Teil wird gebrochen und breitet sich im zweiten Medium aus. Indem wir einen Analysator (z. B. Turmalin) in den Weg der reflektierten und gebrochenen Strahlen stellen, stellen wir sicher, dass die reflektierten und gebrochenen Strahlen teilweise polarisiert sind: Wenn der Analysator um die Strahlen gedreht wird, nimmt die Lichtintensität periodisch zu und ab ( vollständiges Aussterben wird nicht beobachtet!). Weitere Studien zeigten, dass im reflektierten Strahl Schwingungen senkrecht zur Einfallsebene vorherrschen (in Abb. 275 sind sie durch Punkte gekennzeichnet), im gebrochenen Strahl - Schwingungen parallel zur Einfallsebene (durch Pfeile dargestellt).

Der Polarisationsgrad (der Grad der Trennung von Lichtwellen mit einer bestimmten Ausrichtung des elektrischen (und magnetischen) Vektors) hängt vom Einfallswinkel der Strahlen und dem Brechungsindex ab. Schottischer Physiker D. Brewster(1781-1868) gegründet Gesetz, wonach im Einfallswinkel ich B (Brewster-Winkel), definiert durch die Beziehung

(n 21 - Brechungsindex des zweiten Mediums relativ zum ersten), der reflektierte Strahl ist eben polarisiert(enthält nur Schwingungen senkrecht zur Einfallsebene) (Abb. 276). Der gebrochene Strahl im Einfallswinkelich B maximal polarisiert, aber nicht vollständig.

Trifft Licht im Brewster-Winkel auf die Grenzfläche, dann die reflektierten und gebrochenen Strahlen zueinander senkrecht(tg ich B=Sünde ich B/cos ich b, n 21 = Sünde ich B / Sünde ich 2 (ich 2 - Brechungswinkel), woraus cos ich B=Sünde ich 2). Somit, ich B + ich 2 =  /2, aber ich’ B= ich B (Reflexionsgesetz), also ich’ B+ ich 2 =  /2.

Der Polarisationsgrad von reflektiertem und gebrochenem Licht bei unterschiedlichen Einfallswinkeln lässt sich aus den Maxwellschen Gleichungen berechnen, wenn man die Randbedingungen für das elektromagnetische Feld an der Grenzfläche zwischen zwei isotropen Dielektrika (den sog Fresnel-Formeln).

Der Polarisationsgrad des gebrochenen Lichts kann deutlich erhöht werden (durch wiederholte Brechung, vorausgesetzt, das Licht fällt jedes Mal unter dem Brewster-Winkel auf die Grenzfläche). Wenn zum Beispiel für Glas ( n= 1.53) beträgt der Polarisationsgrad des gebrochenen Strahls 15%, dann ist das aus einem solchen System austretende Licht nach der Brechung durch 8-10 übereinander angeordnete Glasplatten nahezu vollständig polarisiert. Dieser Plattensatz heißt Fuß. Mit dem Fuß kann polarisiertes Licht sowohl in seiner Reflexion als auch in seiner Brechung analysiert werden.

Ticket 79 (für Spur)

Wie die Erfahrung zeigt, erweist sich bei der Brechung und Reflexion von Licht das gebrochene und reflektierte Licht als polarisiert und die Reflexion. Licht kann bei einem bestimmten Einfallswinkel aber vollständig polarisiert sein Licht ist immer teilpolarisiert.Anhand der Formeln von Frinel kann gezeigt werden, dass das Licht reflektiert. Licht wird in einer Ebene senkrecht zur Einfallsebene und Brechung polarisiert. das Licht wird in einer Ebene parallel zur Einfallsebene polarisiert.

Der Einfallswinkel, bei dem die Reflexion erfolgt Licht ist vollständig polarisiert wird als Brewster-Winkel bezeichnet.Der Brewster-Winkel wird aus dem Brewster-Gesetz bestimmt: -Brewster-Gesetz. In diesem Fall der Winkel zwischen Reflexion. und brechen. Strahlen gleich sind.Für ein Luft-Glas-System ist der Brewster-Winkel gleich.Um eine gute Polarisation zu erhalten, d.h. , wenn Licht gebrochen wird, werden viele gebrochene Oberflächen verwendet, die als Stoletov-Fuß bezeichnet werden.

Karte 80.

Die Erfahrung zeigt, dass bei der Wechselwirkung von Licht mit Materie die Hauptwirkung (physiologisch, photochemisch, photoelektrisch usw.) durch Schwingungen des Vektors verursacht wird, der in diesem Zusammenhang manchmal als Lichtvektor bezeichnet wird. Um die Muster der Lichtpolarisation zu beschreiben, wird daher das Verhalten des Vektors überwacht.

Die von den Vektoren gebildete Ebene wird als Polarisationsebene bezeichnet.

Wenn die Vektorschwingungen in einer festen Ebene auftreten, wird ein solches Licht (Strahl) als linear polarisiert bezeichnet. Sie wird willkürlich wie folgt bezeichnet. Wenn der Strahl in einer senkrechten Ebene polarisiert ist (in der Ebene xz, siehe Abb. 2 in der zweiten Vorlesung), dann wird es bezeichnet.

Natürliches Licht (von gewöhnlichen Quellen, der Sonne) besteht aus Wellen, die unterschiedliche, zufällig verteilte Polarisationsebenen haben (siehe Abb. 3).

Natürliches Licht wird manchmal herkömmlicherweise als dieses bezeichnet. Es wird auch als nicht polarisiert bezeichnet.

Wenn sich während der Ausbreitung der Welle der Vektor dreht und gleichzeitig das Ende des Vektors einen Kreis beschreibt, wird solches Licht als zirkular polarisiert bezeichnet, und die Polarisation ist zirkular oder zirkular (rechts oder links). Es gibt auch eine elliptische Polarisation.

Es gibt optische Geräte (Filme, Platten usw.) - Polarisatoren, die linear polarisiertes Licht oder teilweise polarisiertes Licht aus natürlichem Licht emittieren.

Polarisatoren, die zur Analyse der Polarisation von Licht verwendet werden, werden genannt Analysatoren.

Die Ebene des Polarisators (oder Analysators) ist die Polarisationsebene des durch den Polarisator (oder Analysator) übertragenen Lichts.

Lassen Sie einen Polarisator (oder Analysator) mit linear polarisiertem Licht mit einer Amplitude einfallen E 0 . Die Amplitude des durchgelassenen Lichts wird sein E=E 0 cos j, und die Intensität Ich = Ich 0 gegen 2 j.

Diese Formel drückt aus Malus' Gesetz:

Die Intensität von linear polarisiertem Licht, das durch den Analysator geht, ist proportional zum Quadrat des Kosinus des Winkels j zwischen der Schwingungsebene des einfallenden Lichts und der Ebene des Analysators.

Ticket 80 (für Sporen)

Polarisatoren sind Geräte, die es ermöglichen, polarisiertes Licht zu erhalten. Analysatoren sind Geräte, mit denen Sie analysieren können, ob Licht polarisiert ist oder nicht. Strukturell sind ein Polarisator und ein Analysator gleich. Dann sind alle Richtungen des Vektors E gleich wahrscheinlich. Jede Der Vektor kann in zwei zueinander senkrechte Komponenten zerlegt werden: eine parallel zur Polarisationsebene des Polarisators und die andere senkrecht dazu.

Offensichtlich ist die Intensität des Lichts, das den Polarisator verlässt, gleich. Lassen Sie uns die Intensität des Lichts, das den Polarisator verlässt, mit () bezeichnen. Wenn ein Analysator auf den Weg des Polarisators gestellt wird, dessen Hauptebene einen Winkel mit bildet die Hauptebene des Polarisators, dann wird die Intensität des Lichts, das den Analysator verlässt, durch das Gesetz bestimmt.

Karte 81.

Der sowjetische Physiker P. A. Cherenkov untersuchte die Lumineszenz einer Lösung von Uransalzen unter Einwirkung von Radiumstrahlen und machte darauf aufmerksam, dass das Wasser selbst leuchtet, in dem sich keine Uransalze befinden. Es stellte sich heraus, dass, wenn Strahlen (siehe Gammastrahlung) durch reine Flüssigkeiten geleitet werden, sie alle zu leuchten beginnen. S. I. Vavilov, unter dessen Leitung P. A. Cherenkov arbeitete, stellte die Hypothese auf, dass das Leuchten mit der Bewegung von Elektronen zusammenhängt, die durch Radiumquanten aus Atomen herausgeschlagen werden. Tatsächlich hing das Leuchten stark von der Richtung des Magnetfelds in der Flüssigkeit ab (dies deutete darauf hin, dass seine Ursache die Bewegung von Elektronen war).

Aber warum senden Elektronen, die sich in einer Flüssigkeit bewegen, Licht aus? Die richtige Antwort auf diese Frage wurde 1937 von den sowjetischen Physikern I. E. Tamm und I. M. Frank gegeben.

Ein Elektron, das sich in einer Substanz bewegt, interagiert mit den umgebenden Atomen. Unter der Wirkung seines elektrischen Feldes werden Atomelektronen und Atomkerne in entgegengesetzte Richtungen verschoben - das Medium wird polarisiert. Polarisierend und dann wieder in den Ausgangszustand zurückkehrend, senden die entlang der Flugbahn des Elektrons befindlichen Atome des Mediums elektromagnetische Lichtwellen aus. Wenn die Elektronengeschwindigkeit v kleiner ist als die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit im Medium (- Brechungsindex), überholt das elektromagnetische Feld das Elektron, und die Substanz hat Zeit, sich vor dem Elektron im Raum zu polarisieren. Die Polarisation des Mediums vor und hinter dem Elektron ist entgegengesetzt gerichtet, und die Strahlungen entgegengesetzt polarisierter Atome "addieren" sich gegenseitig "aus". Wenn die Atome, die das Elektron noch nicht erreicht hat, keine Zeit haben, sich zu polarisieren, und Strahlung erscheint, gerichtet entlang einer schmalen konischen Schicht mit einem Scheitel, der mit dem sich bewegenden Elektron zusammenfällt, und einem Winkel am Scheitel c. Das Aussehen eines Lichtkegels und der Strahlungszustand lassen sich aus den allgemeinen Gesetzmäßigkeiten der Wellenausbreitung ableiten.

Reis. 1. Mechanismus der Wellenfrontbildung

Lassen Sie ein Elektron entlang der Achse OE (siehe Abb. 1) eines sehr engen leeren Kanals in einer homogenen transparenten Substanz mit einem Brechungsindex laufen (ein leerer Kanal wird benötigt, um Stöße eines Elektrons mit Atomen in a nicht zu berücksichtigen theoretische Betrachtung). Jeder Punkt auf der OE-Linie, der nacheinander von einem Elektron besetzt wird, ist das Zentrum der Lichtemission. Wellen, die von aufeinanderfolgenden Punkten O, D, E ausgehen, interferieren miteinander und werden verstärkt, wenn die Phasendifferenz zwischen ihnen Null ist (siehe Interferenz). Diese Bedingung ist für die Richtung erfüllt, die mit der Flugbahn des Elektrons einen Winkel von 0 bildet. Winkel 0 wird bestimmt durch das Verhältnis:.

Betrachten Sie in der Tat zwei Wellen, die in der Richtung in einem Winkel von 0 zur Elektronengeschwindigkeit von zwei Punkten der Flugbahn emittiert werden - Punkt O und Punkt D, getrennt durch einen Abstand . Am Punkt B, der auf der geraden Linie BE liegt, senkrecht zu OB, die erste Welle zum Zeitpunkt - Am Punkt F, der auf der geraden Linie BE liegt, wird die von dem Punkt emittierte Welle zum Zeitpunkt nach der Emission von eintreffen Welle vom Punkt O. Diese beiden Wellen werden in Phase sein, d.h. die gerade Linie wird eine Wellenfront sein, wenn diese Zeiten gleich sind:. Das als Bedingung der Gleichheit der Zeiten gibt. In allen Richtungen wird das Licht aufgrund der Interferenz von Wellen ausgelöscht, die von Abschnitten der Flugbahn emittiert werden, die durch einen Abstand D getrennt sind. Der Wert von D wird durch eine offensichtliche Gleichung bestimmt, wobei T die Periode der Lichtoszillationen ist. Diese Gleichung hat immer eine Lösung, wenn.

Wenn , dann ist die Richtung, in der sich die abgestrahlten Wellen, interferierend, verstärken, nicht vorhanden, kann nicht größer als 1 sein.

Reis. 2. Ausbreitung von Schallwellen und Bildung einer Stoßwelle bei Körperbewegung

Strahlung wird nur beobachtet, wenn .

Experimentell fliegen Elektronen in einem endlichen Raumwinkel mit einer bestimmten Geschwindigkeitsstreuung, und als Ergebnis breitet sich Strahlung in einer konischen Schicht nahe der durch den Winkel bestimmten Hauptrichtung aus.

Bei unserer Betrachtung haben wir die Abbremsung des Elektrons vernachlässigt. Dies ist durchaus akzeptabel, da die Verluste durch Vavilov-Cherenkov-Strahlung gering sind und wir in erster Näherung davon ausgehen können, dass die vom Elektron verlorene Energie seine Geschwindigkeit nicht beeinflusst und es sich gleichmäßig bewegt. Dies ist der grundlegende Unterschied und die Ungewöhnlichkeit der Vavilov-Cherenkov-Strahlung. Normalerweise strahlen Ladungen ab und erfahren eine erhebliche Beschleunigung.

Ein Elektron, das seinem eigenen Licht davonläuft, ist wie ein Flugzeug, das mit einer Geschwindigkeit fliegt, die größer ist als die Schallgeschwindigkeit. In diesem Fall breitet sich auch vor dem Flugzeug eine kegelförmige Stoßwelle aus (siehe Abb. 2).

Brechung wird eine bestimmte abstrakte Zahl genannt, die die Brechkraft jedes transparenten Mediums charakterisiert. Es ist üblich, es mit n zu bezeichnen. Es gibt den absoluten Brechungsindex und den relativen Koeffizienten.

Die erste wird mit einer von zwei Formeln berechnet:

n = sin α / sin β = const (wobei sin α der Sinus des Einfallswinkels und sin β der Sinus des Lichtstrahls ist, der aus dem Hohlraum in das betrachtete Medium eintritt)

n = c / υ λ (wobei c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist, υ λ die Lichtgeschwindigkeit im untersuchten Medium).

Hier zeigt die Berechnung, wie oft Licht im Moment des Übergangs vom Vakuum in ein transparentes Medium seine Ausbreitungsgeschwindigkeit ändert. Auf diese Weise wird der Brechungsindex (absolut) bestimmt. Um den Verwandten herauszufinden, verwenden Sie die Formel:

Das heißt, die absoluten Brechungsindizes von Substanzen unterschiedlicher Dichte, wie Luft und Glas, werden berücksichtigt.

Generell sind die absoluten Koeffizienten aller Körper, egal ob gasförmig, flüssig oder fest, immer größer als 1. Grundsätzlich liegen ihre Werte zwischen 1 und 2. Dieser Wert kann nur in Ausnahmefällen über 2 liegen. Der Wert dieses Parameters für einige Umgebungen:

Bezogen auf den härtesten Naturstoff der Erde, den Diamanten, beträgt dieser Wert 2,42. Bei der Durchführung wissenschaftlicher Forschung usw. ist es sehr oft erforderlich, den Brechungsindex von Wasser zu kennen. Dieser Parameter ist 1,334.

Da die Wellenlänge als Indikator natürlich nicht konstant ist, wird dem Buchstaben n ein Index zugeordnet. Sein Wert hilft zu verstehen, auf welche Welle des Spektrums sich dieser Koeffizient bezieht. Betrachtet man die gleiche Substanz, aber mit zunehmender Wellenlänge des Lichts, nimmt der Brechungsindex ab. Dieser Umstand verursachte die Zerlegung von Licht in ein Spektrum beim Durchgang durch eine Linse, ein Prisma usw.

Über den Wert des Brechungsindex können Sie beispielsweise feststellen, wie viel von einem Stoff in einem anderen gelöst ist. Dies ist zum Beispiel beim Brauen nützlich oder wenn Sie die Konzentration von Zucker, Früchten oder Beeren im Saft wissen müssen. Dieser Indikator ist auch wichtig bei der Bestimmung der Qualität von Erdölprodukten und bei Schmuck, wenn die Echtheit eines Steins usw. nachgewiesen werden muss.

Ohne die Verwendung einer Substanz ist die im Okular des Instruments sichtbare Skala vollständig blau. Wenn Sie gewöhnliches destilliertes Wasser auf ein Prisma tropfen, verläuft die Grenze der blauen und weißen Farben bei korrekter Kalibrierung des Instruments genau entlang der Nullmarke. Wenn Sie eine andere Substanz untersuchen, verschiebt sie sich entlang der Skala, je nachdem, welchen Brechungsindex sie hat.

Lichtstreuung ist die Abhängigkeit vom Brechungsindex n Substanzen auf der Wellenlänge des Lichts (im Vakuum)

oder, was dasselbe ist, die Abhängigkeit der Phasengeschwindigkeit von Lichtwellen von der Frequenz:

Stoffdispersion die Ableitung von genannt n An

Dispersion – die Abhängigkeit des Brechungsindex eines Stoffes von der Frequenz der Welle – zeigt sich besonders hell und schön zusammen mit dem Effekt der Doppelbrechung (siehe Video 6.6 im vorigen Absatz), der beobachtet wird, wenn Licht durch anisotrope Stoffe hindurchtritt. Tatsache ist, dass die Brechungsindizes ordentlicher und außerordentlicher Wellen unterschiedlich von der Frequenz der Welle abhängen. Folglich hängt die Farbe (Frequenz) des Lichts, das durch eine anisotrope Substanz übertragen wird, die zwischen zwei Polarisatoren angeordnet ist, sowohl von der Dicke der Schicht dieser Substanz als auch vom Winkel zwischen den Transmissionsebenen der Polarisatoren ab.

Bei allen transparenten farblosen Substanzen im sichtbaren Teil des Spektrums nimmt mit abnehmender Wellenlänge der Brechungsindex zu, dh die Dispersion der Substanz wird negativ:. (Abb. 6.7, Bereiche 1-2, 3-4)

Wenn ein Stoff Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich (Frequenzen) absorbiert, dann erfolgt im Absorptionsbereich die Dispersion

fällt positiv aus und wird gerufen anomal (Abbildung 6.7, Bereich 2–3).

Reis. 6.7. Abhängigkeit des Quadrats des Brechungsindex (durchgezogene Kurve) und des Absorptionskoeffizienten von Licht durch einen Stoff
(gestrichelte Kurve) auf der Wellenlängelin der Nähe einer der Absorptionsbanden()

Newton untersuchte auch die normale Dispersion. Die Zerlegung von weißem Licht in ein Spektrum beim Durchgang durch ein Prisma ist eine Folge der Lichtstreuung. Wenn ein weißer Lichtstrahl durch ein Glasprisma geht, a buntes Spektrum (Abb. 6.8).

Reis. 6.8. Der Durchgang von weißem Licht durch ein Prisma: aufgrund des Unterschieds im Brechungsindex von Glas für unterschiedliche
Wellenlänge wird der Strahl in monochromatische Bestandteile zerlegt - auf dem Bildschirm erscheint ein Spektrum

Rotes Licht hat die längste Wellenlänge und den niedrigsten Brechungsindex, sodass rote Strahlen vom Prisma weniger abgelenkt werden als andere. Neben ihnen werden Strahlen aus orangefarbenem, dann gelbem, grünem, blauem, blauem und schließlich violettem Licht sein. Das auf das Prisma einfallende komplexe weiße Licht wurde in monochromatische Komponenten (Spektrum) zerlegt.

Ein Paradebeispiel für Dispersion ist der Regenbogen. Ein Regenbogen wird beobachtet, wenn die Sonne hinter dem Beobachter steht. Rote und violette Strahlen werden von kugelförmigen Wassertropfen gebrochen und von ihrer inneren Oberfläche reflektiert. Rote Strahlen werden weniger gebrochen und fallen dem Betrachter aus Tröpfchen in größerer Höhe ins Auge. Daher fällt das obere Band des Regenbogens immer rot aus (Abb. 26.8).

Reis. 6.9. Das Erscheinen des Regenbogens

Anhand der Gesetze der Reflexion und Brechung des Lichts lässt sich der Weg von Lichtstrahlen mit Totalreflexion und Streuung in Regentropfen berechnen. Es zeigt sich, dass die Strahlen in der Richtung am stärksten streuen, die mit der Richtung der Sonnenstrahlen einen Winkel von etwa 42° bildet (Abb. 6.10).

Reis. 6.10. Lage des Regenbogens

Der Ort solcher Punkte ist ein Kreis, dessen Mittelpunkt der Punkt ist 0. Ein Teil davon bleibt dem Betrachter verborgen R Unter dem Horizont ist der Bogen über dem Horizont der sichtbare Regenbogen. Es ist auch möglich, dass Strahlen in Regentropfen doppelt reflektiert werden, was zu einem Regenbogen zweiter Ordnung führt, dessen Helligkeit natürlich geringer ist als die Helligkeit des Hauptregenbogens. Für sie gibt die Theorie einen Winkel 51 °, das heißt, der Regenbogen zweiter Ordnung liegt außerhalb des Hauptregenbogens. Darin ist die Reihenfolge der Farben umgekehrt: Der äußere Bogen ist lila gefärbt und der untere Bogen ist rot. Regenbögen dritter und höherer Ordnung werden selten beobachtet.

Elementare Dispersionstheorie. Die Abhängigkeit des Brechungsindex eines Stoffes von der Länge einer elektromagnetischen Welle (Frequenz) wird anhand der Theorie der erzwungenen Schwingungen erklärt. Genau genommen gehorcht die Bewegung von Elektronen in einem Atom (Molekül) den Gesetzen der Quantenmechanik. Für ein qualitatives Verständnis optischer Phänomene kann man sich jedoch auf die Vorstellung von Elektronen beschränken, die in einem Atom (Molekül) durch eine elastische Kraft gebunden sind. Bei Abweichung von der Gleichgewichtslage beginnen solche Elektronen zu schwingen, verlieren nach und nach Energie an die Strahlung elektromagnetischer Wellen oder übertragen ihre Energie auf die Gitterknoten und erwärmen die Substanz. Dadurch werden die Schwingungen gedämpft.

Beim Durchgang durch Materie wirkt auf jedes Elektron eine elektromagnetische Welle mit der Lorentzkraft:

wo v- die Geschwindigkeit eines schwingenden Elektrons. Bei einer elektromagnetischen Welle ist das Verhältnis der Stärken des magnetischen und elektrischen Feldes

Daher ist es nicht schwierig, das Verhältnis der auf ein Elektron wirkenden elektrischen und magnetischen Kräfte abzuschätzen:

Elektronen in Materie bewegen sich mit Geschwindigkeiten, die viel niedriger sind als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum:

wo - die Amplitude der elektrischen Feldstärke in der Lichtwelle, - die Phase der Welle, bestimmt durch die Position des betrachteten Elektrons. Um die Berechnungen zu vereinfachen, vernachlässigen wir die Dämpfung und schreiben die Elektronenbewegungsgleichung in die Form

wo ist die Eigenschwingungsfrequenz eines Elektrons in einem Atom. Die Lösung einer solchen inhomogenen Differentialgleichung haben wir bereits früher betrachtet und erhalten

Daher ist die Verschiebung des Elektrons aus der Gleichgewichtsposition proportional zur Stärke des elektrischen Felds. Verschiebungen der Kerne aus der Gleichgewichtslage können vernachlässigt werden, da die Massen der Kerne sehr groß im Vergleich zur Masse des Elektrons sind.

Ein Atom mit einem verschobenen Elektron erhält ein Dipolmoment

(Nehmen wir der Einfachheit halber vorerst an, dass es im Atom nur ein "optisches" Elektron gibt, dessen Verschiebung entscheidend zur Polarisation beiträgt). Wenn eine Volumeneinheit enthält N Atome, dann kann die Polarisation des Mediums (Dipolmoment pro Volumeneinheit) geschrieben werden als

In realen Medien sind verschiedene Arten von Ladungsschwingungen (Gruppen von Elektronen oder Ionen) möglich, die zur Polarisation beitragen. Diese Arten von Vibrationen können unterschiedliche Ladungsmengen haben e ich und die Massen ich, sowie verschiedene Eigenfrequenzen (Wir werden sie mit dem Index bezeichnen k), die Anzahl der Atome pro Volumeneinheit bei einer bestimmten Schwingungsart Nk proportional zur Konzentration der Atome N:

Dimensionsloser Proportionalitätsfaktor fk charakterisiert den effektiven Beitrag jeder Schwingungsart zum Gesamtwert der mittleren Polarisation:

Andererseits ist bekanntlich

wo ist die dielektrische Suszeptibilität der Substanz, die mit der Dielektrizitätskonstante zusammenhängt e Verhältnis

Als Ergebnis erhalten wir einen Ausdruck für das Quadrat des Brechungsindex eines Stoffes:

In der Nähe jeder der Eigenfrequenzen erleidet die durch Formel (6.24) definierte Funktion eine Diskontinuität. Dieses Verhalten des Brechungsindex ist darauf zurückzuführen, dass wir die Dämpfung vernachlässigt haben. In ähnlicher Weise führt, wie wir bereits gesehen haben, die Vernachlässigung der Dämpfung zu einem unendlichen Anstieg der Amplitude der erzwungenen Schwingungen bei Resonanz. Die Berücksichtigung der Dämpfung erspart uns Unendlichkeiten, und die Funktion hat die in Abb. 6.11.

Reis. 6.11. Die Abhängigkeit der Dielektrizitätskonstante des Mediumsauf der Frequenz der elektromagnetischen Welle

Betrachtung des Zusammenhangs von Frequenz und Länge einer elektromagnetischen Welle im Vakuum

Sie können die Abhängigkeit des Brechungsindex der Substanz erhalten P von der Wellenlänge im Bereich normaler Dispersion (Abschnitte 1–2 und 3–4 in Abb. 6.7):

Die natürlichen Schwingungsfrequenzen entsprechenden Wellenlängen sind konstante Koeffizienten.

Im Bereich der anomalen Dispersion () liegt die Frequenz des externen elektromagnetischen Felds nahe einer der Eigenfrequenzen der Schwingungen molekularer Dipole, dh es tritt eine Resonanz auf. In diesen Bereichen (z. B. Abschnitte 2–3 in Abb. 6.7) wird eine erhebliche Absorption elektromagnetischer Wellen beobachtet; Der Absorptionskoeffizient des Lichts durch die Substanz wird durch die gestrichelte Linie in Abb. 6.7.

Das Konzept der Gruppengeschwindigkeit. Das Konzept der Gruppengeschwindigkeit ist eng mit dem Dispersionsphänomen verbunden. Bei der Ausbreitung in einem Medium mit Streuung echter elektromagnetischer Impulse, beispielsweise uns bekannter Wellenzüge, die von einzelnen Atomemittern ausgesandt werden, kommt es zu deren „Ausbreitung“ – Ausdehnung der räumlichen Ausdehnung und zeitlichen Dauer. Dies liegt daran, dass solche Impulse keine monochromatische Sinuswelle sind, sondern ein sogenanntes Wellenpaket oder eine Gruppe von Wellen - eine Menge harmonischer Komponenten mit unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Amplituden, die sich jeweils in einem Medium mit ausbreiten seine eigene Phasengeschwindigkeit (6.13).

Würde sich das Wellenpaket im Vakuum ausbreiten, dann würde seine Form und Raumzeitausdehnung unverändert bleiben, und die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines solchen Wellenzuges wäre die Phasengeschwindigkeit des Lichts im Vakuum

Bedingt durch Dispersion die Abhängigkeit der Frequenz einer elektromagnetischen Welle von der Wellenzahl k wird nichtlinear, und die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Wellenzugs im Medium, also die Energieübertragungsrate, wird durch die Ableitung bestimmt

wo ist die Wellennummer für die "zentrale" Welle im Zug (die die höchste Amplitude hat).

Wir werden diese Formel nicht in allgemeiner Form herleiten, aber ihre physikalische Bedeutung an einem konkreten Beispiel erläutern. Als Modell eines Wellenpakets nehmen wir ein Signal, das aus zwei ebenen Wellen besteht, die sich in die gleiche Richtung mit den gleichen Amplituden und Anfangsphasen ausbreiten, sich aber in den Frequenzen unterscheiden, die relativ zur "zentralen" Frequenz um einen kleinen Betrag verschoben sind. Die entsprechenden Wellennummern sind gegenüber der "zentralen" Wellennummer verschoben um einen kleinen Betrag . Diese Wellen werden durch Ausdrücke beschrieben.

Die mit Licht verbundenen Prozesse sind ein wichtiger Bestandteil der Physik und umgeben uns überall in unserem Alltag. Die wichtigsten in dieser Situation sind die Gesetze der Reflexion und Brechung des Lichts, auf denen die moderne Optik basiert. Die Lichtbrechung ist ein wichtiger Teil der modernen Wissenschaft.

Verzerrungseffekt

In diesem Artikel erfahren Sie, was das Phänomen der Lichtbrechung ist, wie das Brechungsgesetz aussieht und was daraus folgt.

Grundlagen eines physikalischen Phänomens

Wenn ein Strahl auf eine Oberfläche fällt, die durch zwei transparente Substanzen mit unterschiedlicher optischer Dichte getrennt ist (z. B. unterschiedliche Gläser oder in Wasser), wird ein Teil der Strahlen reflektiert und ein Teil dringt in die zweite Struktur ein (z. B. es breitet sich in Wasser oder Glas aus). Beim Übergang von einem Medium zum anderen ist der Strahl durch eine Richtungsänderung gekennzeichnet. Dies ist das Phänomen der Lichtbrechung.
Reflexion und Brechung des Lichts lassen sich besonders gut im Wasser beobachten.

Wasserverzerrungseffekt

Wenn man Dinge im Wasser betrachtet, erscheinen sie verzerrt. Dies macht sich besonders an der Grenze zwischen Luft und Wasser bemerkbar. Optisch scheint es, dass Unterwasserobjekte leicht abgelenkt werden. Das beschriebene physikalische Phänomen ist genau der Grund, warum alle Objekte im Wasser verzerrt erscheinen. Wenn die Strahlen auf das Glas treffen, ist dieser Effekt weniger wahrnehmbar.
Die Lichtbrechung ist ein physikalisches Phänomen, das durch eine Änderung der Richtung des Sonnenstrahls im Moment des Übergangs von einem Medium (Struktur) zu einem anderen gekennzeichnet ist.
Betrachten Sie zum besseren Verständnis dieses Prozesses das Beispiel eines Strahls, der aus Luft in Wasser fällt (ähnlich wie bei Glas). Durch Zeichnen einer Senkrechten entlang der Grenzfläche können Brechungswinkel und Rückkehr des Lichtstrahls gemessen werden. Dieser Indikator (der Brechungswinkel) ändert sich, wenn die Strömung in das Wasser (innerhalb des Glases) eindringt.
Beachten Sie! Unter diesem Parameter wird der Winkel verstanden, der eine auf die Trennung zweier Stoffe gezogene Senkrechte bildet, wenn der Strahl von der ersten Struktur zur zweiten durchdringt.

Strahldurchgang

Derselbe Indikator ist typisch für andere Umgebungen. Es wird festgestellt, dass dieser Indikator von der Dichte der Substanz abhängt. Wenn der Strahl von einer weniger dichten zu einer dichteren Struktur einfällt, ist der erzeugte Verzerrungswinkel größer. Und wenn umgekehrt, dann weniger.
Gleichzeitig wirkt sich eine Änderung der Fallneigung auch auf diesen Indikator aus. Aber die Beziehung zwischen ihnen bleibt nicht konstant. Gleichzeitig bleibt das Verhältnis ihrer Sinus konstant, was durch die folgende Formel dargestellt wird: sinα / sinγ = n, wobei:

• n ist ein konstanter Wert, der für jeden spezifischen Stoff (Luft, Glas, Wasser usw.) beschrieben wird. Daher kann dieser Wert aus speziellen Tabellen ermittelt werden;
• α ist der Einfallswinkel;
• γ ist der Brechungswinkel.

Um dieses physikalische Phänomen zu bestimmen, wurde das Brechungsgesetz geschaffen.

physikalisches Gesetz

Mit dem Brechungsgesetz von Lichtströmen können Sie die Eigenschaften transparenter Substanzen bestimmen. Das Gesetz selbst besteht aus zwei Bestimmungen:

• Erster Teil. Der Strahl (einfallend, modifiziert) und die Senkrechte, die am Einfallspunkt an der Grenze wiederhergestellt wurde, z. B. Luft und Wasser (Glas usw.), befinden sich in derselben Ebene;
• zweiter Teil. Der Indikator für das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zum Sinus desselben Winkels, der beim Überqueren der Grenze gebildet wird, ist ein konstanter Wert.

Beschreibung des Gesetzes

In diesem Fall tritt in dem Moment, in dem der Strahl aus der zweiten Struktur in die erste austritt (z. B. wenn der Lichtstrom von der Luft durch das Glas und zurück in die Luft gelangt), auch ein Verzerrungseffekt auf.

Ein wichtiger Parameter für verschiedene Objekte

Der Hauptindikator in dieser Situation ist das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zu einem ähnlichen Parameter, jedoch für Verzerrung. Wie aus dem oben beschriebenen Gesetz hervorgeht, ist dieser Indikator ein konstanter Wert.
Wenn sich der Wert der Fallneigung ändert, ist dieselbe Situation gleichzeitig typisch für einen ähnlichen Indikator. Dieser Parameter ist von großer Bedeutung, da er ein integrales Merkmal transparenter Substanzen ist.

Indikatoren für verschiedene Objekte

Dank dieses Parameters können Sie sehr gut zwischen Glasarten und einer Vielzahl von Edelsteinen unterscheiden. Es ist auch wichtig, um die Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Medien zu bestimmen.

Beachten Sie! Die höchste Geschwindigkeit des Lichtflusses ist im Vakuum.

Beim Übergang von einer Substanz zur anderen nimmt seine Geschwindigkeit ab. Zum Beispiel hat Diamant, der den höchsten Brechungsindex hat, eine 2,42-mal schnellere Phoals Luft. In Wasser breiten sie sich 1,33-mal langsamer aus. Für verschiedene Glasarten reicht dieser Parameter von 1,4 bis 2,2.

Beachten Sie! Einige Gläser haben einen Brechungsindex von 2,2, was dem von Diamant (2,4) sehr nahe kommt. Daher ist es nicht immer möglich, ein Stück Glas von einem echten Diamanten zu unterscheiden.

Optische Dichte von Substanzen

Licht kann verschiedene Stoffe durchdringen, die sich durch unterschiedliche optische Dichte auszeichnen. Wie wir bereits gesagt haben, können Sie mit diesem Gesetz die Eigenschaft der Dichte des Mediums (Struktur) bestimmen. Je dichter es ist, desto langsamer breitet sich die Lichtgeschwindigkeit darin aus. Beispielsweise sind Glas oder Wasser optisch dichter als Luft.
Abgesehen davon, dass dieser Parameter ein konstanter Wert ist, spiegelt er auch das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit in zwei Substanzen wider. Die physikalische Bedeutung kann als folgende Formel dargestellt werden:

Dieser Indikator gibt an, wie sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Photonen beim Übergang von einer Substanz zur anderen ändert.

Ein weiterer wichtiger Indikator

Beim Bewegen des Lichtstroms durch transparente Objekte ist seine Polarisation möglich. Es wird beim Durchgang eines Lichtflusses aus dielektrischen isotropen Medien beobachtet. Polarisation tritt auf, wenn Photonen Glas passieren.

Polarisationseffekt

Teilpolarisation wird beobachtet, wenn der Einfallswinkel des Lichtstroms an der Grenze zweier Dielektrika von Null abweicht. Der Polarisationsgrad hängt von den Einfallswinkeln ab (Brewstersches Gesetz).

Vollständige innere Reflexion

Zum Abschluss unseres kurzen Exkurses ist es noch notwendig, einen solchen Effekt als vollwertige innere Reflexion zu betrachten.

Full-Display-Phänomen

Für das Auftreten dieses Effekts ist es notwendig, den Einfallswinkel des Lichtflusses im Moment seines Übergangs von einem dichteren zu einem weniger dichten Medium an der Grenzfläche zwischen Substanzen zu vergrößern. Übersteigt dieser Parameter einen bestimmten Grenzwert, so werden die an der Grenze dieses Abschnitts einfallenden Photonen vollständig reflektiert. Eigentlich wird dies unser gewünschtes Phänomen sein. Ohne sie war es unmöglich, Glasfasern herzustellen.

Fazit

Die praktische Anwendung der Merkmale des Verhaltens des Lichtflusses hat viel gegeben und eine Vielzahl technischer Geräte geschaffen, um unser Leben zu verbessern. Gleichzeitig hat Licht der Menschheit noch nicht alle seine Möglichkeiten eröffnet und sein praktisches Potenzial noch nicht voll ausgeschöpft.

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