Johtamiskokemus
Jokainen teistä luultavasti kiinnitti huomiota siihen, että vesilasissa veden ja ilman välisellä rajalla ulkonevalla lusikalla näyttää olevan jonkinlainen rikki. Havaitsemme täsmälleen saman kuvan järven tai joen rannalla, jonka säiliöstä näkyy kasvavaa ruohoa. Kun katsomme sitä, saamme vaikutelman, että veden ja ilman rajalla tämä ruohonkorsi ikään kuin poikkeaa sivuun. Tietysti tiedämme hyvin, että nämä esineet pysyvät samoina kuin ne olivat ennen kuin ne osuivat veteen. Mutta mitä me havaitsemme ja mistä tällainen visuaalinen vaikutus syntyy, tämä on valon taittuminen sen eteneessä.
Käsitellystä materiaalista, jota olet jo opiskellut aiemmilla tunneilla, sinun on muistettava, että jotta voimme määrittää, mihin suuntaan valonsäde poikkeaa, kun se kulkee kahta mediaa erottavan rajan läpi, meidän on tiedettävä, missä niistä valon nopeus on pienempi ja kumpi on enemmän.
Selvyyden vuoksi teemme kanssasi pienen kokeilun. Otetaan esimerkiksi optinen levy ja asetetaan sen keskelle lasilevy. Yritetään nyt suunnata valonsäde tähän levyyn. Ja mitä me näemme? Ja näimme, että valo heijastuu paikassa, jossa lasin ja ilman raja kulkee. Mutta sen lisäksi, että valo heijastui, näemme myös kuinka se tunkeutui lasin sisään ja samalla muutti myös etenemissuuntaansa.
Katso nyt kuinka se näkyy kuvassa:
Yritetään nyt määritellä tämä ilmiö.
Valon taittuminen on ilmiö, joka muuttaa valonsäteen liikkeen suuntaa siirtymähetkellä väliaineesta toiseen.
Palataan piirustukseen. Siinä näemme, että AO tarkoittaa tulevaa sädettä, OB on heijastunut säde ja OE on taitettu säde. Ja mitä tapahtuisi, jos ottaisimme ja suuntaisimme säteen EO:n suuntaan? Ja mitä tapahtui, on se, että "valosäteiden palautuvuuden" lain mukaan tämä säde tulisi ulos lasista suuntaan OA.
Tästä seuraa, että niillä väliaineilla, jotka pystyvät siirtämään valoa, on yleensä erilaiset optiset tiheydet ja erilaiset valon nopeudet. Ja jotta ymmärrät, että valon nopeus riippuu tiheyden arvosta. Eli mitä suurempi väliaineen optinen tiheys on, sitä pienempi valon nopeus siinä on ja samalla se taittaa voimakkaammin ulkopuolelta tulevan valon.
Miten valon taittuminen tapahtuu?
Ensimmäistä kertaa sellainen ilmiö kuin valon taittuminen, XVII vuosisadalla. Isä Menyan antoi selityksen. Hänen lausuntojensa mukaan tästä seuraa, että kun valo siirtyy väliaineesta toiseen, sen säde muuttaa suuntaa, mitä voidaan verrata "sotilasrintaman" liikkeeseen, joka muuttaa suuntaaan marssin aikana. Kuvitellaanpa niitty, jota pitkin sotilaspylväs kävelee, ja sitten tämä niitty peittää pellon, jossa raja kulkee kulmassa rintamaan nähden.
Peltomaalle päässeet sotilaat alkavat hidastaa liikkumistaan, ja ne sotilaat, jotka eivät vielä ole saavuttaneet tätä rajaa, jatkavat matkaansa samaa vauhtia. Ja sitten tapahtuu, että rajan ylittäneet ja peltoa pitkin kävelevät sotilaat alkavat jäädä jälkeen veljiään, jotka edelleen kävelevät niityllä, ja niin vähitellen joukkojen kolonni alkaa kääntyä ympäri. Tämän prosessin havainnollistamiseksi näet alla olevan kuvan.
Täsmälleen samaa prosessia havaitsemme valonsäteellä. Jotta saadaan selville, mihin suuntaan valonsäde poikkeaa sillä hetkellä, kun se ylittää kahden väliaineen rajat, on oltava käsitys kummassa niistä valonnopeus on suurempi ja missä päinvastoin, se on vähemmän.
Ja koska meillä on jo käsitys siitä, että valo on sähkömagneettisia aaltoja, niin kaikki, mitä tiedämme sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeudesta, koskee myös valonnopeutta.
On huomattava, että tyhjiössä valon nopeus on suurin:
Aineessa valon nopeus, toisin kuin tyhjiössä, on aina pienempi: v Väliaineen optinen tiheys määräytyy sen mukaan, kuinka valonsäde etenee väliaineen läpi. Optisesti tiheämpi on väliaine, jolla on pienempi valonnopeus. Väliaineen, jonka valonnopeus on hitaampi, sanotaan olevan "optisesti tiheämpi"; Jos otamme ilmaa, lasia ja vettä vertaamaan optista tiheyttä, niin ilmaa ja lasia verrattaessa lasilla on optisesti tiheämpi väliaine. Myös lasin ja veden vertailussa lasi on optisesti tiheämpi väliaine. Tästä kokemuksesta näemme, että kun se tulee tiheämpään väliaineeseen, valonsäde poikkeaa suunnasta, joka sillä oli alussa ja muuttaa suuntaa kohtisuoraa kohti, jossa kahden väliaineen rajapinta sijaitsee. Ja sisääntulon jälkeen väliaineeseen, joka on optisesti vähemmän tiheä, tässä tapauksessa valonsäde taipuu vastakkaiseen suuntaan. "α" - tulokulma, "β" - taitekulma. Valon taittumislain avulla on mahdollista laskea säteiden reitti lasikolmioprismaan. Kuvassa 87 voit seurata säteiden reittiä tässä prismassa tarkemmin: Oletko koskaan huomannut, että kun täytät kylpyhuoneen vedellä, näyttää siltä, että sitä on vähemmän kuin todellisuudessa on. Joen, lammen ja järven osalta on noussut esiin sama kuva, mutta syynä kaikkeen on juuri sellainen ilmiö kuin valon taittuminen. Mutta kuten ymmärrät, myös silmämme osallistuvat aktiivisesti kaikkiin näihin prosesseihin. Tässä esimerkiksi, jotta voimme nähdä tietyn pisteen "S" säiliön pohjalla, on ensinnäkin välttämätöntä, että valonsäteet kulkevat tämän pisteen läpi ja putoavat ihmisen silmään. kuka sitä katsoo. Ja sitten valonsäteen, joka on ylittänyt taitejakson veden ja ilman rajalla, silmä havaitsee jo valona, joka tulee näennäiskuvasta "S1", mutta joka sijaitsee korkeammalla kuin piste "S" säiliön pohjalle. Säiliön kuvitteellinen syvyys "h" on noin ¾ sen todellisesta syvyydestä H. Tämän ilmiön kuvasi ensimmäisenä Euclid. 1. Osoita esimerkkejäsi valon taittumisesta, joita tapasit jokapäiväisessä elämässä. 2. Etsi tietoa Eukleideen kokemuksesta ja yritä toistaa tämä kokemus. Optiikan ongelmia ratkaistaessa on usein tarpeen tietää lasin, veden tai muun aineen taitekerroin. Lisäksi eri tilanteissa tämän määrän absoluuttiset ja suhteelliset arvot voivat olla mukana. Ensinnäkin siitä, mitä tämä numero osoittaa: kuinka tämä tai tuo läpinäkyvä väliaine muuttaa valon etenemissuuntaa. Lisäksi sähkömagneettinen aalto voi tulla tyhjiöstä, ja sitten lasin tai muun aineen taitekerrointa kutsutaan absoluuttiseksi. Useimmissa tapauksissa sen arvo on välillä 1 ja 2. Vain hyvin harvoissa tapauksissa taitekerroin on suurempi kuin kaksi. Jos kohteen edessä on keskitiheämpi kuin tyhjiö, puhutaan suhteellisesta arvosta. Ja se lasketaan kahden absoluuttisen arvon suhteena. Esimerkiksi vesilasin suhteellinen taitekerroin on yhtä suuri kuin lasin ja veden absoluuttisten arvojen osamäärä. Joka tapauksessa se on merkitty latinalaisella kirjaimella "en" - n. Tämä arvo saadaan jakamalla saman nimen arvot toisillaan, joten se on yksinkertaisesti kerroin, jolla ei ole nimeä. Jos otamme tulokulman "alfaksi" ja nimetään taitekulmaksi "beta", taitekertoimen absoluuttisen arvon kaava näyttää tältä: n = sin α / sin β. Englanninkielisessä kirjallisuudessa voit usein löytää toisenlaisen nimityksen. Kun tulokulma on i ja taitekulma on r. On olemassa toinen kaava valon taitekertoimen laskemiseksi lasissa ja muissa läpinäkyvissä väliaineissa. Se liittyy valon nopeuteen tyhjiössä ja siihen, mutta jo tarkasteltavassa aineessa. Sitten se näyttää tältä: n = c/νλ. Tässä c on valon nopeus tyhjiössä, ν on sen nopeus läpinäkyvässä väliaineessa ja λ on aallonpituus. Se määräytyy nopeuden mukaan, jolla valo etenee tarkasteltavassa väliaineessa. Ilma on tässä suhteessa hyvin lähellä tyhjiötä, joten siinä etenevät valoaallot eivät käytännössä poikkea alkuperäisestä suunnastaan. Siksi, jos lasi-ilman tai jonkin muun ilman vieressä olevan aineen taitekerroin määritetään, niin jälkimmäinen otetaan ehdollisesti tyhjiöksi. Kaikilla muilla välineillä on omat ominaisuutensa. Niillä on erilaiset tiheydet, niillä on oma lämpötilansa sekä elastiset jännitykset. Kaikki tämä vaikuttaa aineen valon taittumisen tulokseen. Ei vähäisin rooli aallon etenemissuunnan muuttamisessa on valon ominaisuuksilla. Valkoinen valo koostuu useista väreistä punaisesta violettiin. Jokainen spektrin osa taittuu omalla tavallaan. Lisäksi spektrin punaisen osan aallon indikaattorin arvo on aina pienempi kuin muun. Esimerkiksi TF-1-lasin taitekerroin vaihtelee 1,6421:stä 1,67298:aan spektrin punaisesta violettiin osaan. Tässä ovat absoluuttisten arvojen arvot, eli taitekerroin, kun säde kulkee tyhjiöstä (joka vastaa ilmaa) toisen aineen läpi. Näitä lukuja tarvitaan, jos on tarpeen määrittää lasin taitekerroin suhteessa muihin väliaineisiin. Täysi heijastus. Se tapahtuu, kun valo siirtyy tiheämmästä väliaineesta vähemmän tiheään. Tässä tietyllä tulokulman arvolla taittuminen tapahtuu suorassa kulmassa. Eli säde liukuu kahden väliaineen rajaa pitkin. Kokonaisheijastuksen rajoittava kulma on sen minimiarvo, jolloin valo ei pääse karkaamaan vähemmän tiheään väliaineeseen. Vähemmän kuin se - tapahtuu taittumista ja enemmän - heijastusta samaan väliaineeseen, josta valo siirtyi. Kunto. Lasin taitekerroin on 1,52. On tarpeen määrittää rajakulma, jossa valo heijastuu kokonaan pintojen välisestä rajapinnasta: lasi ilman kanssa, vesi ilman kanssa, lasi veden kanssa. Sinun on käytettävä taulukossa annettuja veden taitekerrointietoja. Se on yhtä suuri kuin ilman yhtenäisyys. Ratkaisu kaikissa kolmessa tapauksessa pelkistetään laskelmiksi kaavalla: sin α 0 / sin β = n 1 / n 2, jossa n 2 viittaa väliaineeseen, josta valo etenee, ja n 1 mihin se tunkeutuu. Kirjain α 0 tarkoittaa rajakulmaa. Kulman β arvo on 90 astetta. Eli sen sini on yhtenäisyys. Ensimmäisessä tapauksessa: sin α 0 = 1 /n lasia, niin rajakulma on yhtä suuri kuin 1 /n lasin arsini. 1/1,52 = 0,6579. Kulma on 41,14º. Toisessa tapauksessa, kun määrität arcsinin, sinun on korvattava veden taitekertoimen arvo. Veden osuus 1 / n saa arvon 1 / 1,33 \u003d 0, 7519. Tämä on kulman 48,75º arcsini. Kolmatta tapausta kuvaa n veden ja n lasin suhde. Arsini on laskettava murto-osalle: 1,33 / 1,52, eli luku 0,875. Rajakulman arvo selviää sen arkkisin mukaan: 61,05º. Vastaus: 41,14º, 48,75º, 61,05º. Kunto. Lasiprisma upotetaan vedellä täytettyyn astiaan. Sen taitekerroin on 1,5. Prisma perustuu suorakulmaiseen kolmioon. Isompi jalka on kohtisuorassa pohjaan nähden, ja toinen on yhdensuuntainen sen kanssa. Valosäde osuu normaalisti prisman yläpinnalle. Mikä pitäisi olla pienin kulma vaakasuoran jalan ja hypotenuusan välillä, jotta valo saavuttaa jalan kohtisuorassa suonen pohjaan nähden ja poistuu prismasta? Jotta säde poistuisi prismasta kuvatulla tavalla, sen on pudottava rajoittavassa kulmassa sisäpinnalle (selle, joka on prisman leikkauksen kolmion hypotenuusa). Rakenteella tämä rajoituskulma osoittautuu yhtä suureksi kuin vaadittu suorakulmaisen kolmion kulma. Valon taittumislain perusteella käy ilmi, että rajakulman sini, jaettuna 90 asteen sinillä, on yhtä suuri kuin kahden taitekertoimen suhde: vesi ja lasi. Laskelmat johtavat tällaiseen rajakulman arvoon: 62º30´. Valoon liittyvät prosessit ovat tärkeä osa fysiikkaa ja ympäröivät meitä kaikkialla jokapäiväisessä elämässämme. Tärkeimmät tässä tilanteessa ovat valon heijastuksen ja taittumisen lait, joihin moderni optiikka perustuu. Valon taittuminen on tärkeä osa moderni tiede. Vääristymisvaikutus Tämä artikkeli kertoo sinulle, mikä valon taittumisen ilmiö on, sekä miltä taittumislaki näyttää ja mitä siitä seuraa. Kun säde putoaa pinnalle, jonka erottaa kaksi läpinäkyvää ainetta, joilla on eri optinen tiheys (esim. eri lasit tai veteen), osa säteistä heijastuu ja osa tunkeutuu toiseen rakenteeseen (esim. se leviää vedessä tai lasissa). Siirtyessään väliaineesta toiseen, säteelle on ominaista sen suunnan muutos. Tämä on valon taittumisen ilmiö. vettä vääristävä vaikutus Vedessä olevia asioita katsottuna ne näyttävät vääristyneiltä. Tämä on erityisen havaittavissa ilman ja veden rajalla. Visuaalisesti näyttää siltä, että vedenalaiset esineet ovat hieman taipuneita. Kuvattu fysikaalinen ilmiö on juuri se syy, miksi kaikki esineet näyttävät vääristyneiltä vedessä. Kun säteet osuvat lasiin, tämä vaikutus on vähemmän havaittavissa. Säteen kulku Sama indikaattori on tyypillinen muille ympäristöille. On todettu, että tämä indikaattori riippuu aineen tiheydestä. Jos säde putoaa vähemmän tiheästä tiheämpään rakenteeseen, muodostuva vääristymäkulma on suurempi. Ja jos päinvastoin, niin vähemmän. Tämän fyysisen ilmiön määrittämiseksi luotiin taittumislaki. Valovirtojen taittumislain avulla voit määrittää läpinäkyvien aineiden ominaisuudet. Laki itsessään koostuu kahdesta säännöksestä: Lain kuvaus Tässä tapauksessa sillä hetkellä, kun säde poistuu toisesta rakenteesta ensimmäiseen (esimerkiksi kun valovirta kulkee ilmasta, lasin läpi ja takaisin ilmaan), esiintyy myös vääristymävaikutus. Pääindikaattori tässä tilanteessa on tulokulman sinin suhde samanlaiseen parametriin, mutta vääristymälle. Kuten edellä kuvatusta laista seuraa, tämä indikaattori on vakioarvo. Indikaattorit eri kohteille Tämän parametrin ansiosta voit melko tehokkaasti erottaa lasityypit sekä erilaiset jalokivet. Se on tärkeä myös valonnopeuden määrittämisessä eri medioissa. Merkintä! Valovirran suurin nopeus on tyhjiössä. Kun siirrytään aineesta toiseen, sen nopeus laskee. Esimerkiksi timantin, jolla on korkein taitekerroin, fotonien etenemisnopeus on 2,42 kertaa ilmaa nopeampi. Vedessä ne leviävät 1,33 kertaa hitaammin. Eri lasityypeille tämä parametri vaihtelee välillä 1,4 - 2,2. Merkintä! Joidenkin lasien taitekerroin on 2,2, mikä on hyvin lähellä timanttia (2,4). Siksi ei aina ole mahdollista erottaa lasipalaa oikeasta timantista. Valo voi tunkeutua erilaisten aineiden läpi, joille on ominaista erilainen optinen tiheys. Kuten aiemmin totesimme, tämän lain avulla voit määrittää väliaineen (rakenteen) tiheyden ominaisuuden. Mitä tiheämpi se on, sitä hitaammin valon nopeus siinä etenee. Esimerkiksi lasi tai vesi on optisesti tiheämpää kuin ilma. Tämä indikaattori kertoo, kuinka fotonien etenemisnopeus muuttuu siirryttäessä aineesta toiseen. Kun valovirtaa siirretään läpinäkyvien esineiden läpi, sen polarisaatio on mahdollista. Se havaitaan dielektrisistä isotrooppisista väliaineista kulkevan valovirran aikana. Polarisaatio tapahtuu, kun fotonit kulkevat lasin läpi. polarisaatiovaikutus Osittainen polarisaatio havaitaan, kun valovirran tulokulma kahden eristeen rajalla poikkeaa nollasta. Polarisaatioaste riippuu siitä, mitkä tulokulmat olivat (Brewsterin laki). Lyhyen poikkeamamme päätteeksi on silti välttämätöntä pitää tällaista vaikutusta täysimittaisena sisäisenä heijastuksena. Koko näytön ilmiö Tämän vaikutuksen ilmaantumista varten on tarpeen lisätä valovirran tulokulmaa sen siirtyessä tiheämmästä väliaineesta vähemmän tiheäksi aineiden välisellä rajapinnalla. Tilanteessa, jossa tämä parametri ylittää tietyn raja-arvon, tämän osan rajalle tulevat fotonit heijastuvat täysin. Itse asiassa tämä on toivomamme ilmiö. Ilman sitä oli mahdotonta valmistaa valokuitua. Valovirran käyttäytymisen ominaisuuksien käytännön soveltaminen antoi paljon, mikä loi erilaisia teknisiä laitteita elämämme parantamiseksi. Samaan aikaan valo ei ole avannut kaikkia mahdollisuuksiaan ihmiskunnalle, eikä sen käytännön potentiaalia ole vielä täysin toteutunut.
Taitekertoimen fyysinen merkitys. Valo taittuu, koska sen etenemisnopeus muuttuu siirtyessään väliaineesta toiseen. Toisen väliaineen taitekerroin suhteessa ensimmäiseen on numeerisesti yhtä suuri kuin ensimmäisessä väliaineessa olevan valon nopeuden suhde valonnopeuteen toisessa väliaineessa: Siten taitekerroin osoittaa, kuinka monta kertaa valon nopeus väliaineessa, josta säde poistuu, on suurempi (pienempi) kuin valon nopeus väliaineessa, johon se tulee. Koska sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeus tyhjiössä on vakio, on suositeltavaa määrittää eri väliaineiden taitekertoimet tyhjiön suhteen. Nopeussuhde Kanssa
kutsutaan valon etenemistä tyhjiössä sen etenemisnopeuteen tietyssä väliaineessa absoluuttinen taitekerroin tietty aine () ja on sen optisten ominaisuuksien pääominaisuus, nuo. toisen väliaineen taitekerroin suhteessa ensimmäiseen on yhtä suuri kuin näiden väliaineiden absoluuttisten indeksien suhde. Yleensä aineen optisia ominaisuuksia luonnehditaan taitekertoimella n
suhteessa ilmaan, joka poikkeaa vähän absoluuttisesta taitekertoimesta. Tässä tapauksessa väliainetta, jonka absoluuttinen indeksi on suurempi, kutsutaan optisesti tiheämmäksi. Taitekulman raja. Jos valo siirtyy väliaineesta, jolla on pienempi taitekerroin, väliaineeseen, jolla on korkeampi taitekerroin ( n 1< n 2
), silloin taitekulma on pienempi kuin tulokulma r< i
(Kuva 3). Riisi. 3. Valon taittuminen siirtymän aikana optisesti vähemmän tiheästä väliaineesta mediumiin optisesti tiheämpi. Kun tulokulma kasvaa arvoon minä m =
90° (säde 3, kuva 2) valo toisessa väliaineessa etenee vain kulman sisällä r pr
nimeltään rajoittava taitekulma. Toisen väliaineen alueella rajataitekulman (90° - i pr
), valoa ei tunkeudu (tämä alue on varjostettu kuvassa 3). Rajoita taitekulmaa r pr
Mutta sin i m = 1, siis . Täydellisen sisäisen heijastuksen ilmiö. Kun valo kulkee väliaineesta, jolla on korkea taitekerroin n 1 > n 2
(Kuva 4), taitekulma on suurempi kuin tulokulma. Valo taittuu (läpäisee toiseen väliaineeseen) vain tulokulman sisällä i pr
, joka vastaa taitekulmaa rm =
90°. Riisi. 4. Valon taittuminen siirtymisen aikana optisesti tiheämästä väliaineesta vähemmän optisesti tiheä. Suuressa kulmassa tuleva valo heijastuu kokonaan materiaalin rajalta (kuva 4 säde 3). Tätä ilmiötä kutsutaan sisäiseksi kokonaisheijastukseksi ja tulokulmaksi i pr
on sisäisen kokonaisheijastuksen rajakulma. Sisäisen kokonaisheijastuksen rajakulma i pr
määräytyy ehdon mukaan: Jos valo kulkee mistä tahansa väliaineesta tyhjiöön tai ilmaan, niin Näiden kahden väliaineen säteiden reitin käänteisyyden vuoksi raja taitekulma siirtyessä ensimmäisestä väliaineesta toiseen on yhtä suuri kuin sisäisen kokonaisheijastuksen rajoittava kulma, kun säde siirtyy toisesta väliaineesta ensimmäiseen. . Lasin sisäisen kokonaisheijastuksen rajakulma on alle 42°. Siksi lasin läpi kulkevat ja sen pinnalle 45°:n kulmassa osuvat säteet heijastuvat täysin. Tätä lasin ominaisuutta käytetään pyörivissä (kuva 5a) ja käännettävissä (kuva 4b) prismoissa, joita käytetään usein optisissa instrumenteissa. Riisi. 5: a – pyörivä prisma; b - käänteinen prisma. kuituoptiikka. Joustavien rakenteiden valmistuksessa käytetään sisäistä kokonaisheijastusta valonohjaimet. Valo, joka pääsee läpinäkyvän kuidun sisään, jota ympäröi pienempi taitekerroin, heijastuu monta kertaa ja etenee tätä kuitua pitkin (kuva 6). Kuva 6. Valon kulku läpinäkyvän kuidun sisällä, jota ympäröi aine jolla on pienempi taitekerroin. Suurten valovirtojen siirtämiseksi ja valonohjausjärjestelmän joustavuuden ylläpitämiseksi yksittäiset kuidut kootaan nipuiksi - valonohjaimet. Optiikan alaa, joka käsittelee valon ja kuvien siirtoa valojohtimien kautta, kutsutaan kuituoptiikaksi. Sama termi viittaa itse kuituoptisiin osiin ja laitteisiin. Lääketieteessä valoohjaimia käytetään valaisemaan sisäisiä onteloita kylmällä valolla ja välittämään kuvia. Käytännön osa Kutsutaan instrumentteja aineiden taitekertoimen määrittämiseksi refraktometrit(Kuva 7). Kuva 7. Refraktometrin optinen kaavio. 1 - peili, 2 - mittapää, 3 - prismajärjestelmä dispersion poistamiseksi, 4 - linssi, 5 - pyörivä prisma (säteen kierto 90 0), 6 - asteikko (joissakin refraktometreissä on kaksi asteikkoa: taitekertoimien asteikko ja liuospitoisuuden asteikko), 7 - okulaari. Refraktometrin pääosa on mittapää, joka koostuu kahdesta prismasta: valaisevasta, joka sijaitsee pään taittoosassa, ja mittauspäästä. Valaisevan prisman ulostulossa sen mattapinta muodostaa sironneen valonsäteen, joka kulkee testinesteen läpi (2-3 tippaa) prismojen väliin. Säteet putoavat mittausprisman pinnalle eri kulmissa, myös 90 0 kulmassa. Mittausprismassa säteet kerätään rajataitekulman alueelle, mikä selittää valo-varjon rajan muodostumisen laitteen näytöllä. Kuva 8. Säteen reitti mittauspäässä: 1 – valaiseva prisma, 2 – tutkittu neste, 3 - mittausprisma, 4 - näyttö. SOKERIPROSENTTIOSUUDEN MÄÄRITTÄMINEN liuoksessa
Luonnollinen ja polarisoitu valo. näkyvä valo- Tämä on elektromagneettiset aallot värähtelytaajuudella 4∙10 14 - 7,5∙10 14 Hz. Elektromagneettiset aallot ovat poikittainen: sähkö- ja magneettikenttien voimakkuuksien vektorit E ja H ovat keskenään kohtisuorassa ja sijaitsevat tasossa, joka on kohtisuorassa aallon etenemisnopeusvektoriin nähden. Koska valon sekä kemialliset että biologiset vaikutukset liittyvät pääasiassa sähkömagneettisen aallon sähköiseen komponenttiin, vektori E tämän kentän intensiteettiä kutsutaan valovektori, ja tämän vektorin värähtelytaso on valoaallon värähtelytaso. Kaikissa valonlähteissä aaltoja säteilevät monet atomit ja molekyylit, näiden aaltojen valovektorit sijaitsevat eri tasoilla ja värähtelyt tapahtuvat eri vaiheissa. Näin ollen tuloksena olevan aallon valovektorin värähtelytaso muuttaa jatkuvasti sijaintiaan avaruudessa (kuva 1). Tätä valoa kutsutaan luonnollinen, tai polaroimaton. Riisi. 1. Kaaviomainen esitys säteestä ja luonnonvalosta. Jos valitsemme kaksi keskenään kohtisuoraa tasoa, jotka kulkevat luonnonvalonsäteen läpi ja heijastamme vektorit E tasoon, niin nämä projektiot ovat keskimäärin samat. Siten on kätevää kuvata luonnonvalon säde suorana viivana, jolla on sama määrä molempia ulokkeita viivojen ja pisteiden muodossa: Kun valo kulkee kiteiden läpi, on mahdollista saada valoa, jonka aaltovärähtelytaso on vakiona avaruudessa. Tätä valoa kutsutaan tasainen- tai lineaarisesti polarisoitunut. Atomien ja molekyylien järjestyneen sijoittelun ansiosta tilahilassa kide välittää vain valovektorivärähtelyjä, jotka tapahtuvat tietyssä hilalle ominaisessa tasossa. Tasopolarisoitu valoaalto on sopivasti kuvattu seuraavasti: Valon polarisaatio voi olla myös osittainen. Tässä tapauksessa valovektorin värähtelyjen amplitudi missä tahansa tasossa ylittää merkittävästi muiden tasojen värähtelyjen amplitudit. Osittain polarisoitunut valo voidaan tavanomaisesti kuvata seuraavasti: jne. Viivojen ja pisteiden lukumäärän suhde määrää valon polarisaatioasteen. Kaikissa menetelmissä luonnonvalon muuntamiseksi polarisoiduksi valoksi komponentit, joilla on hyvin määritelty polarisaatiotason suunta, valitaan kokonaan tai osittain luonnonvalosta. Menetelmät polarisoidun valon saamiseksi: a) valon heijastus ja taittuminen kahden eristeen rajalla; b) valon läpäiseminen optisesti anisotrooppisten yksiakselisten kiteiden läpi; c) valon siirtyminen väliaineiden läpi, joiden optinen anisotropia on keinotekoisesti luotu sähkö- tai magneettikentän vaikutuksesta sekä muodonmuutoksesta. Nämä menetelmät perustuvat ilmiöön anisotropia. Anisotropia on useiden ominaisuuksien (mekaaninen, lämpö, sähköinen, optinen) riippuvuus suunnasta. Kutsutaan kappaleita, joiden ominaisuudet ovat samat kaikkiin suuntiin isotrooppinen. Polarisaatiota havaitaan myös valon sironnan aikana. Polarisaatioaste on sitä suurempi, mitä pienempi on sironnan saaneiden hiukkasten koko. Polarisoitua valoa tuottamaan suunniteltuja laitteita kutsutaan polarisaattorit. Valon polarisaatio heijastuksen aikana ja taittuminen kahden eristeen rajapinnassa. Kun luonnonvalo heijastuu ja taittuu kahden isotrooppisen eristeen rajapinnassa, tapahtuu sen lineaarinen polarisaatio. Mielivaltaisessa tulokulmassa heijastuneen valon polarisaatio on osittainen. Heijastunutta sädettä hallitsevat tulotasoon nähden kohtisuorat värähtelyt, kun taas taitettua sädettä hallitsevat sen suuntaiset värähtelyt (kuva 2). Riisi. 2. Luonnonvalon osittainen polarisaatio heijastuksen ja taittumisen aikana Jos tulokulma täyttää ehdon tg i B = n 21, niin heijastunut valo on täysin polarisoitunut (Brewsterin laki) ja taittunut säde ei polarisoitu kokonaan, vaan maksimaalisesti (kuva 3). Tässä tapauksessa heijastuneet ja taittuneet säteet ovat keskenään kohtisuorassa. on kahden väliaineen suhteellinen taitekerroin, i B on Brewsterin kulma. Riisi. 3. Heijastun säteen kokonaispolarisaatio heijastuksen ja taittumisen aikana kahden isotrooppisen dielektrin rajapinnassa. Kaksinkertainen taittuminen. On olemassa useita kiteitä (kalsiitti, kvartsi jne.), joissa valonsäde taittuessaan jakautuu kahdeksi säteeksi, joilla on erilaiset ominaisuudet. Kalsiitti (islannin sparra) on kide, jossa on kuusikulmainen hila. Sen solun muodostavan kuusikulmaisen prisman symmetria-akselia kutsutaan optiseksi akseliksi. Optinen akseli ei ole viiva, vaan suunta kiteessä. Mikä tahansa tämän suunnan suuntainen viiva on myös optinen akseli. Jos kalsiittikiteestä leikataan levy siten, että sen pinnat ovat kohtisuorassa optiseen akseliin nähden ja valonsäde suunnataan optista akselia pitkin, siinä ei tapahdu muutoksia. Jos säde kuitenkin suunnataan kulmassa optiseen akseliin nähden, niin se jaetaan kahdeksi säteeksi (kuva 4), joista toista kutsutaan tavalliseksi, toista poikkeukselliseksi. Riisi. 4. Kahtaistaitteisuus, kun valo kulkee kalsiittilevyn läpi. MN on optinen akseli. Tavallinen säde on tulotasossa ja sillä on tietylle aineelle tavallinen taitekerroin. Poikkeuksellinen säde on tasossa, joka kulkee tulevan säteen ja kiteen optisen akselin läpi, piirrettynä säteen tulopisteeseen. Tätä konetta kutsutaan kiteen päätaso. Tavallisten ja poikkeuksellisten säteiden taitekertoimet ovat erilaiset. Sekä tavalliset että poikkeukselliset säteet ovat polarisoituneita. Tavallisten säteiden värähtelytaso on kohtisuorassa päätasoon nähden. Satunnaisten säteiden värähtelyt tapahtuvat kiteen päätasossa. Kahtaistaittavuuden ilmiö johtuu kiteiden anisotropiasta. Optisella akselilla valoaallon nopeus tavallisille ja poikkeuksellisille säteille on sama. Muihin suuntiin ylimääräisen aallon nopeus kalsiitissa on suurempi kuin tavallisen aallon. Suurin ero molempien aaltojen nopeuksien välillä tapahtuu suunnassa, joka on kohtisuorassa optista akselia vastaan. Huygensin periaatteen mukaan kahtaistaittavuuden ollessa jokaisessa pisteen aallon pinnalla, joka saavuttaa kiteen rajan, syntyy samanaikaisesti kaksi alkeisaaltoa (ei yksi, kuten tavallisessa väliaineessa), jotka etenevät kiteessä. Yhden aallon etenemisnopeus kaikkiin suuntiin on sama, ts. aallolla on pallomainen muoto ja sitä kutsutaan tavallinen. Toisen aallon etenemisnopeus kiteen optisen akselin suunnassa on sama kuin tavallisen aallon nopeus, ja optiseen akseliin nähden kohtisuorassa suunnassa se eroaa siitä. Aalto on ellipsoidimuotoinen ja sitä kutsutaan epätavallinen(Kuva 5). Riisi. 5. Tavallisen (o) ja poikkeuksellisen (e) aallon eteneminen kiteessä kaksinkertaisella taitolla. Prisma Nikolai. Polarisoidun valon saamiseksi käytetään Nicol-polarisoivaa prismaa. Tietyn muotoinen ja kokoinen prisma leikataan kalsiitista, sitten se sahataan diagonaalista tasoa pitkin ja liimataan Kanadan balsamia. Kun valonsäde osuu yläpinnalle prisman akselia pitkin (kuva 6), ylimääräinen säde osuu liimaustasoon pienemmässä kulmassa ja kulkee läpi lähes suuntaa muuttamatta. Tavallinen säde putoaa kulmassa, joka on suurempi kuin Kanadan balsamin kokonaisheijastuskulma, se heijastuu liimaustasosta ja absorboituu prisman mustuneeseen pintaan. Nicol-prisma tuottaa täysin polarisoitua valoa, jonka värähtelytaso on prisman päätasossa. Riisi. 6. Nicolas-prisma. Kaavio tavallisen kulkemisesta ja poikkeukselliset säteet. Dikroismi. On kiteitä, jotka absorboivat tavallisia ja poikkeuksellisia säteitä eri tavoin. Joten jos luonnollinen valonsäde suunnataan turmaliinikiteeseen kohtisuorassa optisen akselin suuntaan, niin vain muutaman millimetrin levypaksuudella tavallinen säde absorboituu kokonaan ja vain poikkeuksellinen säde tulee ulos kristalli (kuva 7). Riisi. 7. Valon kulku turmaliinikiteen läpi. Tavallisten ja poikkeuksellisten säteiden absorption erilaista luonnetta kutsutaan absorptioanisotropia, tai dikroismi. Näin ollen turmaliinikiteitä voidaan käyttää myös polarisaattoreina. Polaroidit. Tällä hetkellä polarisaattoreita käytetään laajalti. polaroidit. Polaroidin valmistamiseksi kahden lasi- tai pleksilevyn väliin liimataan läpinäkyvä kalvo, joka sisältää valoa polarisoivan dikroisen aineen (esimerkiksi jodokinonisulfaatti) kiteitä. Kalvon valmistusprosessin aikana kiteet suunnataan siten, että niiden optiset akselit ovat yhdensuuntaiset. Koko järjestelmä on kiinnitetty kehyksiin. Polaroidien alhaiset kustannukset ja mahdollisuus valmistaa laajapintaisia levyjä varmistivat niiden laajan käytön käytännössä. Polarisoidun valon analyysi. Valon luonteen ja polarisaatioasteen tutkimiseksi laitteita ns analysaattorit. Analysaattoreina käytetään samoja laitteita, joilla saadaan lineaarisesti polarisoituja valoja - polarisaattoreita, mutta jotka on sovitettu pyörimään pituusakselin ympäri. Analysaattori läpäisee vain värähtelyt, jotka ovat yhtäpitäviä sen päätason kanssa. Muussa tapauksessa vain tämän tason värähtelykomponentti kulkee analysaattorin läpi. Jos analysaattoriin tuleva valoaalto on lineaarisesti polarisoitunut, analysaattorista lähtevän aallon intensiteetti tyydyttää Maluksen laki: missä I 0 on tulevan valon intensiteetti, φ on tulevan valon tasojen ja analysaattorin lähettämän valon välinen kulma. Valon kulku polarisaattori-analysaattorijärjestelmän läpi on esitetty kaavamaisesti kuvassa. kahdeksan. Riisi. Kuva 8. Kaavio valon kulkemisesta polarisaattori-analysaattorijärjestelmän läpi (P - polarisaattori, A - analysaattori, E - näyttö): a) polarisaattorin ja analysaattorin päätasot yhtyvät; b) polarisaattorin ja analysaattorin päätasot sijaitsevat tietyssä kulmassa; c) polarisaattorin ja analysaattorin päätasot ovat keskenään kohtisuorassa. Jos polarisaattorin ja analysaattorin päätasot ovat samat, valo kulkee kokonaan analysaattorin läpi ja valaisee näytön (kuva 7a). Jos ne sijaitsevat tietyssä kulmassa, valo kulkee analysaattorin läpi, mutta vaimenee (kuva 7b), mitä enemmän tämä kulma on 90 0 . Jos nämä tasot ovat keskenään kohtisuorassa, analysaattori sammuttaa valon kokonaan (kuva 7c) Polarisoidun valon värähtelytason kierto. Polarimetria. Joillakin kiteillä sekä orgaanisten aineiden liuoksilla on kyky kiertää niiden läpi kulkevan polarisoidun valon värähtelytasoa. Näitä aineita kutsutaan optisesti a aktiivinen. Näitä ovat sokerit, hapot, alkaloidit jne. Suurimmalle osalle optisesti aktiivisista aineista havaittiin kahden muunnelman olemassaolo, jotka pyörittävät polarisaatiotasoa, vastaavasti myötä- ja vastapäivään (sädettä kohti katsovalle tarkkailijalle). Ensimmäinen modifikaatio on ns oikealle kiertävä, tai positiivinen toinen - vasemmalle kiertävä, tai negatiivinen. Aineen luonnollinen optinen aktiivisuus ei-kiteisessä tilassa johtuu molekyylien epäsymmetriasta. Kiteisissä aineissa optinen aktiivisuus voi johtua myös hilassa olevien molekyylien järjestyksen erityispiirteistä. Kiinteissä aineissa polarisaatiotason kiertokulma φ on suoraan verrannollinen valonsäteen reitin pituuteen d kehossa: missä α on pyörimiskyky (erityinen kierto), riippuen aineen tyypistä, lämpötilasta ja aallonpituudesta. Vasemmalle ja oikealle kiertomuutoksille pyörimiskyvyt ovat suuruudeltaan samat. Ratkaisuille polarisaatiotason kiertokulma missä α on ominaiskierto, c on optisesti aktiivisen aineen pitoisuus liuoksessa. α:n arvo riippuu optisesti aktiivisen aineen ja liuottimen laadusta, lämpötilasta ja valon aallonpituudesta. Erityinen kierto- tämä on 100-kertainen pyörimiskulma 1 dm:n paksuiselle liuokselle ainepitoisuudessa 1 grammaa 100 cm 3 liuosta kohden lämpötilassa 20 0 C ja valon aallonpituudella λ=589 nm. Hyvin herkkää menetelmää pitoisuuden c määrittämiseksi kutsutaan tähän suhteeseen polarimetria (sakkarimetria). Polarisaatiotason pyörimisen riippuvuutta valon aallonpituudesta kutsutaan pyörivä dispersio. Ensimmäisessä likiarvossa on Bion laki: jossa A on aineen luonteesta ja lämpötilasta riippuva kerroin. Kliinisessä ympäristössä menetelmä polarimetria käytetään virtsan sokeripitoisuuden määrittämiseen. Tähän käytetty laite on ns sakkarimetri(Kuva 9). Riisi. 9. Sakarimetrin optinen asettelu: Ja - luonnonvalon lähde; C - valosuodatin (monokromaattori), joka varmistaa laitteen toiminnan koordinoinnin Biotin lain kanssa; L on suppeneva linssi, joka tuottaa yhdensuuntaisen valonsäteen ulostulossa; P - polarisaattori; K – putki testiliuoksella; A - analysaattori asennettu pyörivälle levylle D jakoineen. Tutkimusta suoritettaessa analysaattori asetetaan ensin näkökentän maksimaaliseen tummenemiseen ilman testiliuosta. Sitten laitteeseen asetetaan putki, jossa on liuosta ja analysaattoria pyörittämällä, näkökenttä taas tummennetaan. Pienempi kahdesta kulmasta, joita analysaattorin on käännettävä, on analyytin kiertokulma. Kulmaa käytetään liuoksen sokeripitoisuuden laskemiseen. Laskelmien yksinkertaistamiseksi putki liuoksella tehdään niin pitkäksi, että analysaattorin kiertokulma (asteina) on numeerisesti yhtä suuri kuin pitoisuus Kanssa liuos (grammoina 100 cm3:a kohti). Glukoosiputken pituus on 19 cm. polarisoiva mikroskopia. Menetelmä perustuu anisotropia jotkin solujen ja kudosten komponentit, jotka näkyvät, kun niitä tarkkaillaan polarisoidussa valossa. Rakenteet, jotka koostuvat rinnakkain järjestetyistä molekyyleistä tai pinon muodossa olevista kiekoista, kun ne viedään väliaineeseen, jonka taitekerroin poikkeaa rakenteen hiukkasten taitekertoimesta, osoittavat kykyä kaksinkertainen taittuminen. Tämä tarkoittaa, että rakenne läpäisee polarisoitua valoa vain, jos polarisaatiotaso on yhdensuuntainen hiukkasten pitkien akselien kanssa. Tämä pätee myös silloin, kun hiukkasilla ei ole omaa kahtaistaitteisuuttaan. Optinen anisotropia havaitaan lihaksissa, sidekudoksessa (kollageeni) ja hermosäikeissä. Luustolihaksen nimi juovainen" lihaskuidun yksittäisten osien optisten ominaisuuksien eroista johtuen. Se koostuu vuorotellen tummemmista ja vaaleammista kudosaineen alueista. Tämä antaa kuidulle poikittaisjuovaisuuden. Lihaskuitujen tutkimus polarisoidussa valossa paljastaa, että tummemmat alueet ovat anisotrooppinen ja niillä on ominaisuuksia kahtaistaittavuus, kun taas tummemmat alueet ovat isotrooppinen. Kollageeni kuidut ovat anisotrooppisia, niiden optinen akseli sijaitsee kuidun akselia pitkin. Misellit massassa neurofibrillit ovat myös anisotrooppisia, mutta niiden optiset akselit sijaitsevat säteen suunnassa. Polarisoivaa mikroskooppia käytetään näiden rakenteiden histologiseen tutkimukseen. Polarisoivan mikroskoopin tärkein komponentti on polarisaattori, joka sijaitsee valonlähteen ja kondensaattorin välissä. Lisäksi mikroskoopissa on pyörivä alusta tai näytepidike, objektiivin ja okulaarin väliin sijoitettu analysaattori, joka voidaan asentaa siten, että sen akseli on kohtisuorassa polarisaattorin akseliin nähden, sekä kompensaattori. Kun polarisaattori ja analysaattori ovat ristissä ja kohde puuttuu tai isotrooppinen kenttä näyttää tasaisen pimeältä. Jos on kappale, jolla on kahtaistaitteinen, ja se sijaitsee niin, että sen akseli on kulmassa polarisaatiotasoon nähden, joka on eri kuin 0 0 tai 90 0, se jakaa polarisoidun valon kahteen komponenttiin - yhdensuuntaiseksi ja kohtisuoraan polarisaatiotasoon nähden. analysaattorin taso. Tämän seurauksena osa valosta kulkee analysaattorin läpi, mikä johtaa kirkkaan kuvan kohteesta tummaa taustaa vasten. Kun kohde pyörii, sen kuvan kirkkaus muuttuu ja saavuttaa maksiminsa 45 0 kulmassa suhteessa polarisaattoriin tai analysaattoriin. Polarisoivalla mikroskopialla tutkitaan molekyylien orientaatiota biologisissa rakenteissa (esim. lihassoluissa) sekä muilla menetelmillä näkymättömien rakenteiden (esim. mitoottinen kara solun jakautumisen aikana) havainnoinnin aikana, kierteisen rakenteen tunnistaminen. Polarisoitua valoa käytetään malliolosuhteissa arvioimaan luukudoksissa esiintyviä mekaanisia rasituksia. Tämä menetelmä perustuu fotoelastisuusilmiöön, joka muodostuu optisen anisotropian esiintymisestä alun perin isotrooppisissa kiinteissä aineissa mekaanisten kuormien vaikutuksesta. VALON AALTOPITUUSTEN MÄÄRITTÄMINEN DIFRAKTIORIILALLA
Valon häiriö. Valon interferenssi on ilmiö, joka syntyy, kun valoaallot asettuvat päällekkäin, ja siihen liittyy niiden vahvistuminen tai heikkeneminen. Vakaa häiriökuvio syntyy, kun koherentit aallot asetetaan päällekkäin. Koherentteja aaltoja kutsutaan aalloksi, joilla on samat taajuudet ja samat vaiheet tai joilla on jatkuva vaihesiirto. Valoaaltojen vahvistuminen häiriön aikana (maksimiehto) tapahtuu, jos Δ sopii parilliseen määrään puoliaallonpituuksia: missä k
– suurin järjestys, k=0,±1,±2,±,…±n; λ
on valoaallon pituus. Valoaaltojen heikkeneminen häiriön aikana (minimiehto) havaitaan, jos optisen polun eroon Δ mahtuu pariton määrä puoliaallonpituuksia: missä k
on minimin järjestys. Kahden säteen optisen polun ero on ero etäisyyksissä lähteistä häiriökuvion havainnointipisteeseen. Häiriö ohuissa kalvoissa. Ohutkalvojen häiriöitä voidaan havaita saippuakuplissa, kerosiinipisteessä veden pinnalla auringonvalon valaistuna. Anna säteen 1 pudota ohuen kalvon pinnalle (katso kuva 2). Ilman ja kalvon rajapinnassa taittunut säde kulkee kalvon läpi, heijastuu sen sisäpinnalta, lähestyy kalvon ulkopintaa, taittuu kalvon ja ilman rajapinnassa ja säde tulee esiin. Ohjaamme säteen 2 säteen poistumispisteeseen, joka kulkee yhdensuuntaisesti säteen 1 kanssa. Säde 2 heijastuu kalvon pinnalta, asetettuna säteen päälle, ja molemmat säteet häiritsevät. Kun filmiä valaistaan monivärisellä valolla, saadaan sateenkaarikuva. Tämä johtuu siitä, että kalvo ei ole paksuudeltaan tasainen. Tästä johtuen syntyy erisuuruisia polkueroja, jotka vastaavat eri aallonpituuksia (värilliset saippuakalvot, joidenkin hyönteisten ja lintujen siipien värikkäät värit, öljy- tai öljykalvot veden pinnalla jne.). Valon häiriötä käytetään laitteissa - interferometreissä. Interferometrit ovat optisia laitteita, joilla voidaan erottaa kaksi sädettä ja luoda tietty reittiero niiden välille. Interferometreillä määritetään aallonpituus suurella tarkkuudella pienillä etäisyyksillä, aineiden taitekertoimet ja määritetään optisten pintojen laatu. Terveys- ja hygieniatarkoituksiin interferometriä käytetään haitallisten kaasujen pitoisuuden määrittämiseen. Interferometrin ja mikroskoopin (interferenssimikroskoopin) yhdistelmää käytetään biologiassa läpinäkyvien mikroobjektien taitekertoimen, kuiva-ainepitoisuuden ja paksuuden mittaamiseen. Huygens-Fresnel-periaate. Huygensin mukaan jokainen väliaineen piste, johon primaariaalto saavuttaa tietyllä hetkellä, on toisioaaltojen lähde. Fresnel tarkensi tätä Huygensin asemaa lisäämällä, että toisioaallot ovat koherentteja, ts. päällekkäin ne antavat vakaan häiriökuvion. Valon diffraktio. Valon diffraktio on ilmiö, jossa valo poikkeaa suoraviivaisesta etenemisestä. Diffraktio yhdensuuntaisissa säteissä yhdestä raosta. Anna kohteen leveästi sisään
yhdensuuntainen yksivärinen valonsäde putoaa (katso kuva 3): Säteiden reitille on asennettu linssi L
, jonka polttotasossa näyttö sijaitsee E
. Useimmat säteet eivät taivu; Älä muuta niiden suuntaa, ja objektiivi tarkentaa ne L
näytön keskellä muodostaen keskimaxin tai nollakertaisen maksimin. Samassa diffraktiokulmassa taipuvat säteet φ
, muodostaa maksimiarvot näytölle 1,2,3,…, n
- tilaukset. Siten diffraktiokuvio, joka saadaan yhdestä raosta rinnakkaisissa säteissä, kun se valaistaan monokromaattisella valolla, on kirkas raita maksimaalisella valaistuksella näytön keskellä, sitten tulee tumma raita (vähintään 1. kertaluokkaa), sitten tulee kirkas raita ( korkein 1. kertaluokka). järjestys), tumma nauha (vähintään 2. kerta), maksimi 2. kertaluokka jne. Diffraktiokuvio on symmetrinen keskimaksimiin nähden. Kun rako valaistaan valkoisella valolla, näytölle muodostuu värillisten juovien järjestelmä, vain keskimaksimi säilyttää tulevan valon värin. Ehdot max ja min diffraktio. Jos optisen polun erossa Δ
sovita pariton määrä segmenttejä yhtä suuri kuin , niin valon voimakkuus kasvaa ( max
diffraktio): missä k
on maksimijärjestys; k
=±1,±2,±…,± n;
λ
on aallonpituus. Jos optisen polun erossa Δ
sovita parillinen määrä segmenttejä yhtä suuri kuin , niin valon voimakkuus heikkenee ( min
diffraktio): missä k
on minimin järjestys. Diffraktiohila. Diffraktiohila koostuu vuorottelevista vyöhykkeistä, jotka ovat läpinäkymättömiä valolle, ja nauhat (raot), jotka ovat valoa läpäiseviä ja yhtä leveitä. Diffraktiohilan pääominaisuus on sen jakso d
. diffraktiohilan jakso on läpinäkyvien ja läpinäkymättömien vyöhykkeiden kokonaisleveys: Diffraktiohilaa käytetään optisissa instrumenteissa parantamaan instrumentin resoluutiota. Diffraktiohilan resoluutio riippuu spektrin järjestyksestä k
ja iskujen määrästä N
: missä R
-resoluutio. Diffraktiohilan kaavan johtaminen. Ohjataan kaksi yhdensuuntaista sädettä diffraktiohilaan: 1 ja 2 siten, että niiden välinen etäisyys on yhtä suuri kuin hilajakso d
. Kohdissa MUTTA
ja AT
säteet 1 ja 2 taipuvat, poikkeamalla suoraviivaisesta suunnasta kulmassa φ
on diffraktiokulma. Säteet
ja
tarkennettu objektiivilla L
linssin polttotasossa olevalle näytölle (kuva 5). Jokaista hilan rakoa voidaan pitää toisioaaltojen lähteenä (Huygens-Fresnel-periaate). Näytöllä pisteessä D havaitsemme häiriökuvion maksimin. kohdasta MUTTA
säteen polulla
pudota kohtisuora ja hanki piste C. harkitse kolmiota ABC
: suorakulmainen kolmio РВАС=Рφ
kulmina, joiden sivut ovat keskenään kohtisuorat. From Δ
ABC: missä AB=d
(rakentamisen mukaan), SW = ∆
on optisen polun ero. Koska pisteessä D havaitsemme maksimihäiriön, niin missä k
on maksimijärjestys, λ
on valoaallon pituus. Arvojen liittäminen AB=d,
kaavaan sinφ
: Täältä saamme: AT yleisnäkymä diffraktiohilakaavalla on muoto: ±-merkit osoittavat, että näytön häiriökuvio on symmetrinen keskimaksimiin nähden. Holografian fyysiset perusteet. Holografia on aaltokentän tallennus- ja rekonstruointimenetelmä, joka perustuu aaltojen diffraktioon ja häiriöihin. Jos vain esineestä heijastuneiden aaltojen intensiteetti on kiinnitetty tavalliseen valokuvaan, aaltojen vaiheet tallennetaan lisäksi hologrammiin, mikä antaa lisätietoa kohteesta ja mahdollistaa kolmiulotteisen kuvan saamiseksi. objekti. Optisen säteilyn (valon) etenemissuunnan muuttaminen, kun se kulkee kahden median välisen rajapinnan läpi. PS määritetään pidennetyllä tasaisella rajapinnalla homogeenisten isotrooppisten läpinäkyvien (ei-absorboivien) väliaineiden, joiden taitekertoimet n1 ja n2, välillä. kaksi säännönmukaisuutta: taittunut on tasossa, joka kulkee tulevan säteen läpi, ja normaali (suoraan) rajapintaan nähden; tulokulmat j ja taittumiskulmat c (kuva) yhdistetään Snellin taittumislain avulla: n1sinj=n2sinc. Valosäteiden reitti taittumisen aikana tasaisella pinnalla, joka erottaa kaksi läpinäkyvää materiaalia. Pisteviiva osoittaa heijastuneen säteen. Taitekulma % on suurempi kuin tulokulma j; tämä osoittaa, että sisään Tämä tapaus taittuminen tapahtuu optisesti tiheämmästä ensimmäisestä väliaineesta optisesti vähemmän tiheään toiseen (n1>n2). n on käyttöliittymän normaali. P. s. mukana valon heijastus; tässä tapauksessa taittuneiden ja heijastuneiden säteiden energioiden summa (niiden kvantitatiiviset lausekkeet johtuvat Fresnelin kaavoista) on yhtä suuri kuin tulevan säteen energia. Viittaa niihin. intensiteetit riippuvat tulokulmasta, arvoista n1 ja n2 sekä valon polarisaatiosta tulevassa säteessä. Normaalissa pudotuksessa suhde vrt. taittuneiden ja tulevan valon aaltojen energiat ovat 4n1n2/(n1+n2)2; olennaisessa erityistapauksessa valon siirtyessä ilmasta (n1 suurella tarkkuudella = 1) lasiin, jonka n2 = 1,5, se on 96 %. Jos n2, tulevan valoaallon rajapinnalle tuoma energia kulkeutuu heijastuneen aallon mukana (täyssisäisen heijastuksen ilmiö). Jokaiselle j:lle, paitsi j=0, P. s. johon liittyy valon polarisaation muutos (voimakkain ns. Brewster-kulmassa j = arctg (n2 / n1), (katso BREWSTERIN LAKI), jota käytetään lineaarisesti polarisoidun valon saamiseksi (katso OPTIIKKA). kohtaavien säteiden polarisaatio ilmenee selvästi kahtaistaittavuuden tapauksessa optisesti anisotrooppisissa väliaineissa. Absorboivissa väliaineissa P. s. voidaan kuvata tiukasti käyttäen muodollisesti samoja ilmaisuja kuin ei-absorboivissa väliaineissa, mutta pitäen n:tä kompleksina suureena (jonka kuvitteellinen osa on tässä tapauksessa ominaista, myös c muuttuu monimutkaiseksi ja menettää taitekulman yksinkertaisen merkityksen, joka sillä on ei-absorboiville aineille. Yleisessä tapauksessa väliaineen n riippuu väliaineen pituudesta l valo (valodispersio), sen säteet kulkevat eri suuntiin eri l. PS:n lait ovat perusta linssien ja monien optisten laitteiden suunnittelulle, joilla muutetaan valonsäteiden suuntaa ja saadaan optisia kuvia. Fyysinen tietosanakirja. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja.
.
1983
. Valoaallon (valonsäteen) etenemissuunnan muuttaminen kulkiessaan kahden eri läpinäkyvän aineen välisen rajapinnan läpi. Tasaisella rajapinnalla kahden homogeenisen isotrooppisen väliaineen välillä, joissa on abs. taitekertoimet ja
P. s. jälki määritetään. lait: tulevat, heijastuneet ja taittuneet säteet sekä rajapinnan normaali kohtauspisteessä ovat samassa tasossa (tulotasossa); tulo- ja taitekulmat (kuva 1), jotka vastaavat säteet muodostavat normaalin kanssa, sekä median ja taitekertoimet liittyvät monokromaattisiin. Sveta Snell lain mukaan taittuminen Riisi. 1. Valon taittuminen kahden median välisessä rajapinnassa n 1 ja nuolet osoittavat sähkövektorin komponenttien sijainnin tulotasossa, ympyrät pisteellä - kohtisuorassa tulotasoon nähden. Yleensä P. kanssa. mukana valon heijastus samasta rajasta. Ei-absorboivien (läpinäkyvien) väliaineiden tapauksessa taittuneen aallon valovirran kokonaisenergia on yhtä suuri kuin tulevan ja heijastuneen aallon virtojen energioiden välinen ero (energian säilymisen laki). Taittuneen aallon valovirran intensiteetin suhde tulevaan kertoimeen. välineiden välisen rajapinnan läpäisy - riippuu tulevan aallon valon polarisaatiosta, tulokulmasta ja taitekertoimista ja Taittuneen (ja heijastuneen) aallon intensiteetin tiukka määritelmä voidaan saada Maxwellin ratkaisusta. yhtälöt sopivilla sähkön reunaehtoilla. ja magn. valoaallon vektorit ja ilmaistaan Fresnel-kaavat. Jos sähköllä hajottaa tulevan ja taittuneen aallon vektori kahteen (sijoittuu tulotasoon) ja (siitä kohti kohtisuoraan) kertoimen Fresnel-kaavaan. vastaavien komponenttien voimansiirroilla on muoto Riippuvuus ja on esitetty kuvassa. 2. Lausekkeista (*) ja kuvasta. 2:sta seuraa, että kaikille tulokulmille, paitsi normaalin tulon erikoistapauksessa Tämä tarkoittaa, että kaikilla (paitsi = 0) tapahtuu taittunutta valoa. Jos rajapinnalle putoaa luonnollinen (ei polarisoitunut), jolle sitten taitetussa aallossa, eli valo on osittain polarisoitunut. Naib. tarkoittaa. taittuu aalto, kun se putoaa Brewsterin kulmassa = Riisi. 2. Läpäisykertoimien ja eri polarisaatioiden aaltojen riippuvuus taittumiskulmasta rajalla ( = 1) - lasi (taitekerroin = 1,52); tulevaa polaroimatonta valoa varten. Jos valo putoaa optisesti vähemmän tiheästä väliaineesta tiheämpään aineeseen (), niin taittunut säde on olemassa kaikissa kulmissa 0 - Jos valo putoaa optisesti tiheämästä väliaineesta vähemmän tiheään, niin taittunut aalto on olemassa vain tulokulma = 0 - = arcsin. Tulokulmissa > arcsinП. Kanssa. ei tapahdu, on vain heijastunut aalto - ilmiö täydellinen sisäinen heijastus. Optisesti anisotrooppisissa väliaineissa muodostuu yleensä kaksi taittuvaa valoaaltoa, joilla on keskenään kohtisuora polarisaatio (ks. kristallioptiikka). Muodollisesti P. s.:n lait. läpinäkyville väliaineille voidaan laajentaa absorboiviin väliaineisiin, jos katsomme tällaisen väliaineen olevan kompleksisuure, jossa k on absorptiokerroin. Kun kyseessä ovat metallit, joilla on voimakas absorptio (ja suuri heijastuskerroin), metallin sisällä etenevä aalto absorboituu ohueen pintaan läheiseen kerrokseen ja katkenneen aallon käsite menettää merkityksensä (ks. metallioptiikka). Koska väliaineen taitekerroin riippuu valon aallonpituudesta l (ks. valon hajonta) sitten jos se putoaa läpinäkyvän median rajapinnalle, ei-mono-kromaattinen. taittuneita valonsäteitä. aallonpituudet menevät eron mukaan. dispersiivisissä prismoissa käytetyt suunnat. P. s. läpinäkyvien materiaalien kuperat, koverat ja tasaiset pinnat perustuvat linsseihin, joita käytetään optiset kuvat, dispersiiviset prismat jne. optinen. elementtejä. Jos taitekerroin muuttuu jatkuvasti (esimerkiksi ilmakehässä, jossa on korkeus), niin kun valonsäde etenee sellaisessa väliaineessa, tapahtuu myös jatkuva muutos etenemissuunnassa - säde taipuu kohti suurempaa taitekerrointa indeksi (katso kuva. Valon taittuminen ilmakehässä), mutta valo ei heijastu. Tehokkaiden lasereiden luoman korkean intensiteetin säteilyn vaikutuksesta väliaine muuttuu epälineaariseksi. Indusoituu väliaineen molekyyleissä vahvan sähkön vaikutuksesta. valoaallon kentät, dipolit, johtuen molekyylien elektronien värähtelyjen epäharmonisuudesta, lähettävät väliaineessa toisioaaltoja paitsi tulevan säteilyn taajuudella, myös aaltoja, joiden taajuus on kaksinkertainen - harmoniset - 2 (ja korkeammat). harmoniset 3, ...). Molekyylisestä näkökulmasta näiden toisioaaltojen häiriö johtaa tuloksena olevien taittuneiden aaltojen muodostumiseen väliaineessa taajuudella (kuten lineaarisessa optiikassa) (katso kuva 1). Huygens- Fresnel-periaate) sekä taajuudella
, Krimille vastaavat makroskooppisia. taitekertoimet ja Johtuen väliaineen dispersiosta Lit.: Landsberg G.S., Optics, 5. painos, M., 1976; Sivukhin D.V., Yleinen fysiikan kurssi, 2. painos, [vol. 4] - Optics, M., 1985. V. I. Malyshev. Fyysinen tietosanakirja. 5 osassa. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja.
Päätoimittaja A. M. Prokhorov.
1988
. VALON TAITTUMINEN, valon etenemissuunnan muutos, kun se kulkee kahden läpinäkyvän aineen välisen rajapinnan läpi. Tulokulma j ja taitekulma c liittyvät toisiinsa suhteella: sinj/sinc=n2/n1=v1/v2, missä n1 ja n2 ovat väliaineen taitekertoimia,… … Nykyaikainen tietosanakirja Valon etenemissuunnan muuttaminen kulkiessaan kahden läpinäkyvän aineen välisen rajapinnan läpi. tulokulma ja taitekulma liittyvät toisiinsa suhteella: missä n1 ja n2 ovat väliaineen taitekertoimet, v1 ja v2 ovat valon nopeudet 1. ja 2. väliaineessa ... Suuri Ensyklopedinen sanakirja valon taittuminen- taittuminen Muutos valon etenemissuunnassa kulkiessaan kahden väliaineen välisen rajapinnan läpi tai väliaineessa, jonka taitekerroin vaihtelee pisteestä toiseen. [Suositeltujen termien kokoelma. Numero 79. Fyysinen optiikka. Akatemia…… Teknisen kääntäjän käsikirja VALON TAITTUMINEN, valonsäteen suunnan muutos siirryttäessä väliaineesta toiseen. Tulokulman sinin suhde (p taitekulman siniin ip tai, joka on sama, valoaallon etenemisnopeuksien suhde toisessa ja toisessa ... ... Suuri lääketieteellinen tietosanakirja Valon etenemissuunnan muuttaminen kulkiessaan kahden läpinäkyvän aineen välisen rajapinnan läpi. Tulokulma (ja heijastus) φ ja taitekulma χ liittyvät toisiinsa suhteella: , missä n1 ja n2 ovat väliaineen taitekertoimet, v1 ja v2 ovat valon nopeus ... ... tietosanakirja Valon etenemissuunnan muuttaminen kulkiessaan kahden läpinäkyvän aineen välisen rajapinnan läpi. Tulokulma (ja heijastus) φ ja taitekulma x liittyvät toisiinsa suhteella: missä n1 ja n2 ovat väliaineen taitekertoimet, v1 ja v2 ovat valon nopeudet ensimmäisessä ... ... Luonnontiede. tietosanakirja valon taittuminen- valo lūžimas statusas T ala Standardisation ir metrologija definis Šviesos bangų sklidimo krypties kitimas nevienalytėje aplinkoje. atitikmenys: engl. valon taittuminen vok. Lichtbrechung, f rus. valon taittuminen, n pranc. taittuminen…… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas
Väliaineen optinen tiheys
Väliainetta, jossa valon nopeus on suurempi, kutsutaan "optisesti vähemmän tiheäksi". 
Taittumiskulma
Valon taittuminen kolmioprismassa
Valon taittuminen silmässä
Kotitehtävät
Kahdenlaisia taitekerrointa
Mikä on taitekertoimen laskentakaava?
Mistä taitekerroin riippuu?
Esimerkkiarvot eri aineille
Mitä muita määriä käytetään ongelmien ratkaisemiseen?
Tehtävä 1
Tehtävä #2
Fysikaalisen ilmiön perusteet
Valon heijastuminen ja taittuminen näkyy erityisen hyvin vedessä.
Valon taittuminen on fysikaalinen ilmiö, jolle on ominaista auringon säteen suunnan muutos väliaineesta (rakenteesta) toiseen siirtyessä.
Ymmärryksen parantamiseksi Tämä prosessi, harkitse esimerkkiä, jossa säde putoaa ilmasta veteen (samalla tavalla kuin lasi). Piirtämällä kohtisuora rajapintaa pitkin voidaan mitata valonsäteen taittumis- ja paluukulma. Tämä ilmaisin (taitekulma) muuttuu, kun virtaus tunkeutuu veteen (lasin sisään).
Merkintä! Tämä parametri ymmärretään kulmaksi, joka muodostaa kohtisuoran, joka on vedetty kahden aineen erottamiseen, kun säde tunkeutuu ensimmäisestä rakenteesta toiseen.
Samanaikaisesti laskun kaltevuuden muutos vaikuttaa myös tähän indikaattoriin. Mutta heidän välinen suhde ei pysy vakiona. Samalla niiden sinien suhde säilyy vakioarvo, joka esitetään seuraavalla kaavalla: sinα / sinγ = n, jossa:fyysinen laki
Tärkeä parametri eri kohteille
Samaan aikaan, kun putoamisen kaltevuuden arvo muuttuu, sama tilanne on tyypillinen samanlaiselle indikaattorille. Tämä parametri on erittäin tärkeä, koska se on läpinäkyvien aineiden olennainen ominaisuus.
Aineiden optinen tiheys
Sen lisäksi, että tämä parametri on vakioarvo, se heijastaa myös valonnopeuden suhdetta kahdessa aineessa. Fyysinen merkitys voidaan näyttää seuraavalla kaavalla:Toinen tärkeä indikaattori
Täysi sisäinen heijastus
Johtopäätös
Kuinka tehdä paperilamppu omin käsin
Kuinka tarkistaa LED-nauhan suorituskykyValon taittumisen lait.
,
, niin sin r m =1, joten .
,
,
, kun
milloin (kuva 2). Jossa< 1, а = 1, т. е. преломление поляризов. света с не сопровождается отражением.
ja tämän seurauksena väliaineeseen muodostuu kaksi taittuvaa aaltoa, joilla on taajuudet ja jotka etenevät hajoamista pitkin. ohjeita. Tässä tapauksessa taittuneen aallon intensiteetti taajuudella on paljon pienempi kuin intensiteetti taajuudella (katso lisätietoja kohdasta Art. epälineaarinen optiikka).Katso, mitä "VALON REFRACTION" on muissa sanakirjoissa:
