आइए एक प्रयोग करते हैं। आइए हम ऑप्टिकल डिस्क के केंद्र में एक कांच की प्लेट रखें और उस पर प्रकाश की किरण को निर्देशित करें। हम देखेंगे कि कांच के साथ हवा की सीमा पर, प्रकाश न केवल परावर्तित होगा, बल्कि कांच के अंदर भी प्रवेश करेगा, इसके प्रसार की दिशा बदल देगा (चित्र 84)।

दो माध्यमों के बीच के अंतरापृष्ठ से गुजरने पर प्रकाश के संचरण की दिशा में होने वाले परिवर्तन को कहते हैं प्रकाश का अपवर्तन.

चित्र 84 दिखाता है: एओ - घटना बीम; ओबी - परावर्तित बीम; OE - अपवर्तित बीम।

ध्यान दें कि यदि हम बीम को ईओ दिशा में निर्देशित करते हैं, तो प्रकाश किरणों की उत्क्रमणीयता के कारण, यह दिशा ओए में कांच से बाहर निकल जाएगी।

प्रकाश के अपवर्तन को प्रकाश के प्रसार की गति में परिवर्तन द्वारा समझाया जाता है क्योंकि यह एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाता है। इस घटना की पहली बार इस तरह की व्याख्या 17वीं शताब्दी के मध्य में दी गई थी। फादर मेनन। मेइग्नन के अनुसार, जब प्रकाश एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाता है, तो प्रकाश की किरण अपनी दिशा उसी तरह बदलती है जैसे "सैनिक के मोर्चे" की गति की दिशा बदल जाती है, जब घास का मैदान जिसके साथ सैनिक चल रहे होते हैं, कृषि योग्य भूमि द्वारा अवरुद्ध हो जाते हैं। , जिसकी सीमा सामने की ओर एक कोण पर चलती है। प्रत्येक सैनिक जो कृषि योग्य भूमि पर पहुँच गया है, अपनी गति को धीमा कर देता है, जबकि जो सैनिक अभी तक उस तक नहीं पहुँचे हैं, वे उसी गति से आगे बढ़ते रहते हैं। इसके परिणामस्वरूप, कृषि योग्य भूमि में प्रवेश करने वाले सैनिक घास के मैदान से चलने वालों से पिछड़ने लगते हैं, और सैनिकों का स्तंभ मुड़ जाता है (चित्र 85)।

यह निर्धारित करने के लिए कि प्रकाश की किरण दो माध्यमों के बीच अंतरापृष्ठ से गुजरने पर किस दिशा में विचलन करेगी, यह जानना आवश्यक है कि इनमें से किस माध्यम में प्रकाश की गति कम है और किसमें यह अधिक है।

प्रकाश विद्युत चुम्बकीय तरंगें हैं। इसलिए, विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार की गति के बारे में जो कुछ कहा गया था (देखें 28) प्रकाश की गति पर समान रूप से लागू होता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, निर्वात में प्रकाश की गति अधिकतम होती है और इसके बराबर होती है:

सी = 299792 किमी/सेक ≈ 300000 किमी/सेकेंड।

पदार्थ v में प्रकाश की गति हमेशा निर्वात की तुलना में कम होती है:

विभिन्न माध्यमों में प्रकाश की गति के मान तालिका 6 में दिए गए हैं।

दो माध्यमों में से, जिसमें प्रकाश की गति कम होती है, कहलाती है वैकल्पिक रूप से सघन, और वह जिसमें प्रकाश की गति अधिक होती है - वैकल्पिक रूप से कम घना. उदाहरण के लिए, पानी हवा की तुलना में वैकल्पिक रूप से सघन है, और कांच पानी की तुलना में वैकल्पिक रूप से सघन है।

अनुभव से पता चलता है कि, वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम में प्रवेश करने पर, प्रकाश की एक किरण अपनी मूल दिशा से दो मीडिया (चित्र 86, ए) के बीच इंटरफेस के लंबवत की ओर विचलन करती है, और एक ऐसे माध्यम में प्रवेश करती है जो वैकल्पिक रूप से कम सघन है, प्रकाश की किरण विपरीत दिशा में विचलन करती है (चित्र 86, बी)।

अपवर्तित बीम और बीम के आपतन बिंदु पर दो मीडिया के बीच इंटरफेस के लंबवत के बीच के कोण को कहा जाता है अपवर्तन कोण. चित्र 86

α - आपतन कोण, β - अपवर्तन कोण।

चित्र 86 दर्शाता है कि अपवर्तन कोण आपतन कोण से अधिक या कम हो सकता है। क्या ये कोण मेल खा सकते हैं? वे कर सकते हैं, लेकिन केवल जब प्रकाश की किरण इंटरफ़ेस पर समकोण पर गिरती है; इस मामले में α = β = 0।

विभिन्न माध्यमों में किरणों को अपवर्तित करने की क्षमता भिन्न होती है। दो माध्यमों में प्रकाश की गति में जितना अधिक अंतर होता है, किरणें उनके बीच की सीमा पर उतनी ही मजबूत होती हैं।

कई ऑप्टिकल उपकरणों के मुख्य भागों में से एक कांच त्रिकोणीय प्रिज्म है (चित्र 87, ए)। चित्र 87, बी ऐसे प्रिज्म में बीम का मार्ग दिखाता है: दोहरे अपवर्तन के परिणामस्वरूप, त्रिकोणीय प्रिज्म उस पर बीम की घटना को उसके आधार की ओर विक्षेपित करता है।

प्रकाश का अपवर्तन ही कारण है कि किसी जलाशय (नदी, तालाब, जल स्नान) की गहराई हमें वास्तव में जितनी है उससे कम लगती है। दरअसल, जलाशय के तल पर किसी बिंदु S को देखने के लिए, यह आवश्यक है कि उससे निकलने वाली प्रकाश की किरणें प्रेक्षक की आंख में पड़ें (चित्र 88)। लेकिन हवा के साथ पानी की सीमा पर अपवर्तन के बाद, प्रकाश की किरण को आंख द्वारा जलाशय के तल पर संबंधित बिंदु S से ऊपर स्थित एक काल्पनिक छवि S 1 से आने वाले प्रकाश के रूप में माना जाएगा। यह सिद्ध किया जा सकता है कि पानी के एक पिंड की स्पष्ट गहराई h उसकी वास्तविक गहराई H का लगभग है।

इस घटना का वर्णन सबसे पहले यूक्लिड ने किया था। उनकी एक किताब रिंग के अनुभव के बारे में बताती है। प्रेक्षक प्याले को उसके तल पर पड़ी हुई अंगूठी के साथ इस तरह देखता है कि प्याले के किनारे उसे देखने की अनुमति नहीं देते हैं; फिर, आंखों की स्थिति को बदले बिना, वे प्याले में पानी डालना शुरू कर देते हैं, और थोड़ी देर बाद अंगूठी दिखाई देने लगती है।

प्रकाश का अपवर्तन कई अन्य घटनाओं की भी व्याख्या करता है, उदाहरण के लिए, एक गिलास पानी में डूबा हुआ चम्मच का स्पष्ट टूटना; तारों की वास्तविक स्थिति से अधिक और क्षितिज के ऊपर सूर्य आदि।

1. प्रकाश का अपवर्तन क्या कहलाता है? 2. किस कोण को अपवर्तन कोण कहा जाता है? इसे कैसे नामित किया गया है? 3. निर्वात में प्रकाश की चाल कितनी होती है? 4. कौन सा माध्यम वैकल्पिक रूप से सघन है: बर्फ या क्वार्ट्ज? क्यों? 5. किस स्थिति में प्रकाश का अपवर्तन कोण आपतन कोण से कम और किसमें अधिक है? 6. यदि अपवर्तित बीम मीडिया के बीच इंटरफेस के लंबवत है तो बीम का आपतन कोण क्या है? 7. एक प्रेक्षक पानी को नीचे की ओर देखकर क्यों लगता है कि जलाशय की गहराई वास्तव में जितनी है उससे कम है? यदि नदी वास्तव में 2 मीटर है तो उसकी गहराई कितनी दिखाई देगी? 8. हवा में कांच, क्वार्ट्ज और हीरे के टुकड़े हैं। प्रकाश की किरणें किस सतह पर सबसे अधिक अपवर्तित होती हैं?

प्रायोगिक कार्य. यूक्लिड के अनुभव को दोहराएं। एक चाय के प्याले के तल पर एक अंगूठी (या सिक्का) रखें, फिर उसे अपने सामने रखें ताकि कप के किनारे उसके तल को ढँक दें। यदि प्याले और आंखों की सापेक्ष स्थिति बदले बिना उसमें पानी डालें, तो अंगूठी (या सिक्का) दिखाई देने लगती है। क्यों?

एक माध्यम से दूसरे माध्यम में संक्रमण की सीमा पर, यदि यह तरंग दैर्ध्य से काफी लंबा है, तो प्रकाश किरणों की दिशा में परिवर्तन देखा जाता है। इस मामले में, ऊर्जा का हिस्सा परिलक्षित होता है, अर्थात, उसी माध्यम में वापस आ जाता है, और भाग अपवर्तित हो जाता है, दूसरे माध्यम में प्रवेश करता है। प्रकाश के परावर्तन और अपवर्तन के नियमों का उपयोग करके, कोई यह बता सकता है कि परावर्तित और अपवर्तित किरणों की दिशा किस दिशा में है और प्रकाश ऊर्जा का अनुपात क्या है जो एक माध्यम से दूसरे माध्यम में परावर्तित या स्थानांतरित होता है। प्रकाश के परावर्तन और अपवर्तन की घटना होने के लिए, शरीर काफी चिकना होना चाहिए, मैट नहीं, और एक समान आंतरिक संरचना होनी चाहिए। ऐसे मामले का एक उदाहरण एक विस्तृत कंटेनर में पानी और हवा के बीच का अंतरापृष्ठ होगा। पॉलिश धातु निकायों में एक दर्पण सतह भी होती है।

इन नियमों के सार को समझने के लिए, आप एक सरल प्रयोग कर सकते हैं। किरणों की एक संकीर्ण धारा को एक बड़े बर्तन में डाले गए पानी की ओर निर्देशित किया जाना चाहिए। यह देखा जा सकता है कि किरणों का कुछ हिस्सा सतह पर परावर्तित होगा, और बाकी पानी में जाएगा। इसके अलावा, हम देखेंगे कि क्या होता है जल में प्रकाश का अपवर्तन.

प्रतिबिंब का नियम

परावर्तन का नियम प्रकाश की किरण की दिशा में परिवर्तन को निर्धारित करता है जब यह एक परावर्तक सतह से मिलता है। यह इस तथ्य में समाहित है कि घटना और परावर्तित किरण दोनों सतह के लंबवत के साथ एक ही विमान में हैं, और यह लंबवत इन किरणों के बीच के कोण को समान भागों में विभाजित करता है।

अधिक बार इसे निम्नानुसार तैयार किया जाता है: आपतन कोण और प्रकाश परावर्तन कोणबराबर हैं:

α=γ

यह सूत्रीकरण कम सटीक है क्योंकि यह बीम परावर्तन की सटीक दिशा निर्दिष्ट नहीं करता है।

परावर्तन का नियम तरंग प्रकाशिकी के सिद्धांतों से आता है। प्रयोगात्मक रूप से, यह यूक्लिड द्वारा तीसरी शताब्दी ईसा पूर्व में पाया गया था। इसे दर्पण की सतह के लिए Fermat के सिद्धांत का उपयोग करने का परिणाम माना जा सकता है।

किसी भी माध्यम में एक निश्चित डिग्री परावर्तक और अवशोषित करने की क्षमता होती है। सतह की परावर्तनशीलता को इंगित करने वाला मान है प्रकाश परावर्तन. यह निर्धारित करता है कि सतह पर लाई गई ऊर्जा का कितना अंश वह ऊर्जा है जो परावर्तित विकिरण द्वारा इससे दूर की जाती है। इसका मूल्य कई कारकों पर निर्भर करता है, जिसमें घटना के कोण और विकिरण की संरचना शामिल है।

सघनता से कम वैकल्पिक रूप से घने माध्यम (जैसे, कांच से हवा में) में संक्रमण के परिणामस्वरूप, कुल प्रतिबिंब होता है, जिसका अर्थ है कि अपवर्तित किरण गायब हो जाती है।

पूर्ण परावर्तन तब देखा जाता है जब किरणें तरल पारा या कांच पर जमा चांदी पर पड़ती हैं।

यह घटना तब होती है जब आपतन कोण सीमा से अधिक हो जाता है कुल प्रकाश परावर्तन का कोण αpr.

यदि एक α = αpr, फिर पाप β = 1, एक पाप αpr = n2/n1

जब दूसरा माध्यम वायु है (अर्थात। n2 1), यह सूत्र निम्नलिखित रूप लेता है:

पाप αpr=1/n

कांच से हवा में संक्रमण के लिए क्रांतिक कोण 42° (at .) है एन = 1.5), पानी से हवा में संक्रमण के लिए - 48.7 ° (at .) एन = 1.33).

कुल आंतरिक प्रकाश परावर्तन

प्रकृति में, पूर्ण प्रतिबिंब के उदाहरण विभिन्न मृगतृष्णा और फाटा मॉर्गन हैं। वे विभिन्न तापमानों के साथ वायु परतों की सीमा पर परावर्तन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं। अलावा, प्रकाश का पूर्ण परावर्तनकीमती पत्थरों की उज्ज्वल चमक की भी व्याख्या करता है, जब प्रत्येक आने वाली किरण कई उज्ज्वल बाहर जाने वाली किरणें बनाती है।

यदि, पानी के नीचे होने के कारण, आप सतह को एक निश्चित कोण से देखते हैं, तो आप हवा में नहीं देख सकते हैं, बल्कि पानी के नीचे की वस्तुओं की दर्पण छवि देख सकते हैं। यह पूर्ण आंतरिक परावर्तन का एक और उदाहरण है।

उस स्थिति में जब दो परावैद्युत माध्यमों के बीच की सीमा पर आपतन कोण शून्य के बराबर नहीं होता है, परावर्तित और अपवर्तित दोनों किरणें आंशिक रूप से ध्रुवीकृत हो जाती हैं। परावर्तन पर प्रकाश का ध्रुवीकरणघटना के कोण से निर्धारित होता है। जिस कोण पर परावर्तित बीम पूरी तरह से ध्रुवीकृत होता है, और अपवर्तित बीम में ध्रुवीकरण की अधिकतम संभव डिग्री होती है, उसे ब्रूस्टर कोण कहा जाता है।

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प्रकाश फोटो के परावर्तन और अपवर्तन के नियम

नीचे "प्रकाश के परावर्तन और अपवर्तन के नियम" लेख के विषय पर तस्वीरें हैं। फोटो गैलरी खोलने के लिए, बस इमेज थंबनेल पर क्लिक करें।

• घटना का दृष्टिकोणα आपतित प्रकाश पुंज और दो मीडिया के बीच इंटरफेस के लंबवत के बीच का कोण है, जिसे आपतन बिंदु पर पुनर्स्थापित किया जाता है (चित्र 1)।

• परावर्तन कोणβ परावर्तित प्रकाश पुंज और परावर्तक सतह के लंबवत के बीच का कोण है, जिसे आपतन बिंदु पर पुनर्स्थापित किया जाता है (चित्र 1 देखें)।

• अपवर्तन कोणγ प्रकाश के अपवर्तित पुंज और दो माध्यमों के बीच इंटरफेस के लंबवत के बीच का कोण है, जिसे आपतन बिंदु पर पुनर्स्थापित किया जाता है (चित्र 1 देखें)।

• बीम के नीचेउस रेखा को समझें जिसके साथ विद्युत चुम्बकीय तरंग की ऊर्जा स्थानांतरित होती है। आइए हम तीरों के साथ ज्यामितीय किरणों का उपयोग करके ऑप्टिकल किरणों को ग्राफिक रूप से चित्रित करने के लिए सहमत हों। ज्यामितीय प्रकाशिकी में, प्रकाश की तरंग प्रकृति को ध्यान में नहीं रखा जाता है (चित्र 1 देखें)।

• एक बिंदु से आने वाली किरणें कहलाती हैं विभिन्न, और एक बिंदु पर इकट्ठा होना - अभिसारी. अपसारी किरणों का एक उदाहरण दूर के तारों का प्रेक्षित प्रकाश है, और अभिसारी किरणों का एक उदाहरण किरणों का एक समूह है जो विभिन्न वस्तुओं से हमारी आंख की पुतली में प्रवेश करता है।

प्रकाश किरणों के गुणों का अध्ययन करते समय, ज्यामितीय प्रकाशिकी के चार बुनियादी नियम प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किए गए थे:

• प्रकाश के सीधा प्रसार का नियम;
• प्रकाश किरणों की स्वतंत्रता का नियम;
• प्रकाश किरणों के परावर्तन का नियम;
• प्रकाश किरणों के अपवर्तन का नियम।

प्रकाश अपवर्तन

मापों से पता चला है कि पदार्थ में प्रकाश की गति हमेशा निर्वात में प्रकाश की गति से कम होती है सी.

• निर्वात में प्रकाश की गति का अनुपात सीकिसी दिए गए माध्यम में इसकी गति को कहा जाता है निरपेक्ष अपवर्तनांक:

\(n=\frac(c)(\upsilon ).\)

मुहावरा " माध्यम का निरपेक्ष अपवर्तनांक"अक्सर द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है" माध्यम का अपवर्तनांक».

अपवर्तनांक के साथ दो पारदर्शी मीडिया के बीच एक फ्लैट इंटरफेस पर एक बीम घटना पर विचार करें एन 1 और एन 2 किसी कोण पर α (चित्र 2)।

• दो माध्यमों के बीच अंतरापृष्ठ से गुजरने पर प्रकाश पुंज के संचरण की दिशा में होने वाले परिवर्तन को कहते हैं प्रकाश का अपवर्तन.

अपवर्तन के नियम:

• आपतन कोण की ज्या α का अपवर्तन कोण की ज्या से अनुपात दो दिए गए माध्यमों के लिए एक स्थिर मान है

\(\frac(sin \alpha )(sin \gamma)=\frac(n_2)(n_1).\)

• किरणें, आपतित और अपवर्तित, दो माध्यमों के बीच अंतरापृष्ठ के समतल पर किरण के आपतन बिंदु पर खींचे गए लंबवत के साथ एक ही तल में स्थित होती हैं।

अपवर्तन के लिए, प्रकाश किरणों की उत्क्रमणीयता का सिद्धांत:

• एक बिंदु पर अपवर्तित अपवर्तित किरण के मार्ग के साथ फैलने वाली प्रकाश की किरण हेमीडिया के बीच इंटरफेस पर, घटना बीम के पथ के साथ आगे फैलता है।

अपवर्तन के नियम से यह निष्कर्ष निकलता है कि यदि दूसरा माध्यम पहले माध्यम से प्रकाशिक रूप से सघन है,

• वे। एन 2 > एन 1 , फिर α > γ \(\left(\frac(n_2)(n_1) > 1, \;\;\; \frac(sin \alpha )(sin \gamma ) > 1 \right)\) (चित्र। 3ए);
• यदि एन 2 < एन 1 , फिर α< γ (рис. 3, б).

चावल। 3

पानी और कांच में प्रकाश के अपवर्तन का पहला उल्लेख क्लॉडियस टॉलेमी "ऑप्टिक्स" के काम में मिलता है, जो द्वितीय शताब्दी ईस्वी में प्रकाशित हुआ था। प्रकाश अपवर्तन का नियम प्रयोगात्मक रूप से 1620 में डच वैज्ञानिक विलेब्रोड स्नेलियस द्वारा स्थापित किया गया था। ध्यान दें कि, स्नेल से स्वतंत्र रूप से, रेने डेसकार्टेस द्वारा अपवर्तन के नियम की खोज की गई थी।

प्रकाश के अपवर्तन का नियम आपको विभिन्न ऑप्टिकल प्रणालियों में किरणों के पथ की गणना करने की अनुमति देता है।

दो पारदर्शी मीडिया के बीच इंटरफेस में, तरंग प्रतिबिंब आमतौर पर अपवर्तन के साथ-साथ देखा जाता है। ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार, परावर्तित की ऊर्जाओं का योग वूओ और अपवर्तित वूएनपी तरंगें आपतित तरंग की ऊर्जा के बराबर होती हैं वूएन:

डब्ल्यू एन = डब्ल्यू एनपी + डब्ल्यू ओ.

कुल प्रतिबिंब

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, जब प्रकाश वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम से वैकल्पिक रूप से कम घने माध्यम में गुजरता है ( एन 1 > एन 2), अपवर्तन कोण γ आपतन कोण α से बड़ा हो जाता है (चित्र 3, b देखें)।

जैसे-जैसे आपतन कोण α बढ़ता है (चित्र 4), एक निश्चित मान α3 पर, अपवर्तन कोण γ = 90° हो जाएगा, अर्थात प्रकाश दूसरे माध्यम में प्रवेश नहीं करेगा। बड़े कोणों पर α3 प्रकाश ही परावर्तित होगा। अपवर्तित तरंग ऊर्जा डब्ल्यूएनपीइस मामले में, यह शून्य के बराबर हो जाएगा, और परावर्तित तरंग की ऊर्जा घटना की ऊर्जा के बराबर होगी: डब्ल्यू एन = डब्ल्यू ओ. इसलिए, घटना के इस कोण α 3 (बाद में α 0 के रूप में संदर्भित) से शुरू होकर, सभी प्रकाश ऊर्जा इन मीडिया के बीच इंटरफेस से परिलक्षित होती है।

इस घटना को पूर्ण परावर्तन कहा जाता है (चित्र 4 देखें)।

• कोण α0 जिस पर पूर्ण परावर्तन प्रारंभ होता है, कहलाता है कुल परावर्तन का सीमित कोण.

कोण α 0 का मान अपवर्तन के नियम से निर्धारित होता है, बशर्ते कि अपवर्तन कोण = 90°:

\(\sin \alpha_(0) = \frac(n_(2))(n_(1)) \;\;\; \left(n_(2)< n_{1} \right).\)

साहित्य

झिल्को, वी.वी. भौतिकी: पाठ्यपुस्तक। 11वीं कक्षा की सामान्य शिक्षा के लिए भत्ता। स्कूल रूसी से लैंग प्रशिक्षण / वी.वी. ज़िल्को, एल.जी. मार्कोविच। - मिन्स्क: नर। अश्वेता, 2009. - एस। 91-96।

प्रकाश के अपवर्तन के नियम।

अपवर्तक सूचकांक का भौतिक अर्थ।प्रकाश का अपवर्तन एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर उसके प्रसार की गति में परिवर्तन के कारण होता है। पहले माध्यम के सापेक्ष दूसरे माध्यम का अपवर्तनांक संख्यात्मक रूप से पहले माध्यम में प्रकाश की गति और दूसरे माध्यम में प्रकाश की गति के अनुपात के बराबर है:

इस प्रकार, अपवर्तनांक दर्शाता है कि जिस माध्यम से किरण निकलती है उसमें प्रकाश की गति उस माध्यम में प्रकाश की गति से कितनी गुना अधिक (कम) होती है जिसमें वह प्रवेश करती है।

चूंकि निर्वात में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार की गति स्थिर होती है, इसलिए यह सलाह दी जाती है कि निर्वात के संबंध में विभिन्न माध्यमों के अपवर्तनांक को निर्धारित किया जाए। गति अनुपात साथ निर्वात में प्रकाश का किसी दिए गए माध्यम में प्रसार की गति से प्रसार कहलाता है निरपेक्ष अपवर्तनांकदिया गया पदार्थ () और इसके प्रकाशिक गुणों की मुख्य विशेषता है,

,

वे। पहले के सापेक्ष दूसरे माध्यम का अपवर्तनांक इन मीडिया के निरपेक्ष सूचकांकों के अनुपात के बराबर होता है।

आमतौर पर, किसी पदार्थ के ऑप्टिकल गुण अपवर्तनांक द्वारा विशेषता होते हैं एन हवा के सापेक्ष, जो निरपेक्ष अपवर्तनांक से बहुत कम भिन्न होता है। इस मामले में, जिस माध्यम में निरपेक्ष सूचकांक अधिक होता है, उसे वैकल्पिक रूप से सघन कहा जाता है।

अपवर्तन के सीमित कोण।यदि प्रकाश कम अपवर्तनांक वाले माध्यम से उच्च अपवर्तनांक वाले माध्यम में जाता है ( एन 1< n 2 ), तो अपवर्तन कोण आपतन कोण से कम होता है

आर< i (चित्र 3)।

चावल। 3. संक्रमण के दौरान प्रकाश का अपवर्तन

वैकल्पिक रूप से कम सघन माध्यम से मध्यम

वैकल्पिक रूप से सघन।

जैसे-जैसे आपतन कोण बढ़ता है मैं एम = 90° (बीम 3, चित्र 2) दूसरे माध्यम में प्रकाश केवल कोण के भीतर ही प्रसारित होगा आर प्रो बुलाया अपवर्तन का सीमित कोण. दूसरे माध्यम के क्षेत्र में अपवर्तन के सीमित कोण के अतिरिक्त कोण के भीतर (90° - मैं जनसंपर्क ), कोई प्रकाश प्रवेश नहीं करता है (यह क्षेत्र चित्र 3 में छायांकित है)।

अपवर्तन का सीमा कोण आर प्रो

लेकिन पाप मैं एम = 1, इसलिए।

पूर्ण आंतरिक परावर्तन की घटना।जब प्रकाश उच्च अपवर्तनांक वाले माध्यम से गुजरता है एन 1> एन 2 (चित्र 4), तो अपवर्तन कोण आपतन कोण से बड़ा होता है। प्रकाश केवल आपतन कोण के भीतर अपवर्तित होता है (दूसरे माध्यम में जाता है) मैं जनसंपर्क , जो अपवर्तन कोण से मेल खाती है आरएम = 90°.

चावल। 4. वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम से माध्यम में संक्रमण के दौरान प्रकाश का अपवर्तन

कम वैकल्पिक रूप से घना।

बड़े कोण पर आपतित प्रकाश मीडिया की सीमा से पूरी तरह परावर्तित हो जाता है (चित्र 4 बीम 3)। इस घटना को पूर्ण आंतरिक परावर्तन और आपतन कोण कहा जाता है मैं जनसंपर्क पूर्ण आंतरिक परावर्तन का सीमित कोण है।

कुल आंतरिक परावर्तन का सीमित कोण मैं जनसंपर्क शर्त के अनुसार निर्धारित:

, तो पाप आर एम = 1, इसलिए,।

यदि प्रकाश किसी माध्यम से निर्वात या वायु में गमन करता है, तो

इन दो माध्यमों के लिए किरणों के पथ की उत्क्रमणीयता के कारण, पहले माध्यम से दूसरे माध्यम में संक्रमण में अपवर्तन का सीमित कोण कुल आंतरिक प्रतिबिंब के सीमित कोण के बराबर होता है जब किरण दूसरे माध्यम से पहले माध्यम से गुजरती है .

कांच के लिए पूर्ण आंतरिक परावर्तन का सीमित कोण 42° से कम है। इसलिए, कांच के माध्यम से यात्रा करने वाली किरणें और इसकी सतह पर 45° के कोण पर आपतित होने वाली किरणें पूरी तरह से परावर्तित हो जाती हैं। कांच के इस गुण का उपयोग रोटरी (चित्र 5a) और प्रतिवर्ती (चित्र 4b) प्रिज्म में किया जाता है, जो अक्सर ऑप्टिकल उपकरणों में उपयोग किया जाता है।

चावल। 5: ए - रोटरी प्रिज्म; बी - रिवर्स प्रिज्म।

फाइबर ऑप्टिक्स।फ्लेक्सिबल के निर्माण में पूर्ण आंतरिक परावर्तन का उपयोग किया जाता है प्रकाश मार्गदर्शक. कम अपवर्तनांक वाले पदार्थ से घिरे एक पारदर्शी तंतु के अंदर प्रवेश करने वाला प्रकाश कई बार परावर्तित होता है और इस तंतु के साथ फैलता है (चित्र 6)।

चित्र 6. पदार्थ से घिरे एक पारदर्शी तंतु के अंदर प्रकाश का मार्ग

कम अपवर्तक सूचकांक के साथ।

उच्च प्रकाश प्रवाह को संचारित करने और प्रकाश गाइड प्रणाली के लचीलेपन को बनाए रखने के लिए, अलग-अलग तंतुओं को बंडलों में इकट्ठा किया जाता है - प्रकाश मार्गदर्शक. प्रकाशिकी की वह शाखा जो प्रकाश गाइड के माध्यम से प्रकाश और छवियों के संचरण से संबंधित है, फाइबर ऑप्टिक्स कहलाती है। वही शब्द स्वयं फाइबर-ऑप्टिक भागों और उपकरणों को संदर्भित करता है। चिकित्सा में, प्रकाश गाइड का उपयोग आंतरिक गुहाओं को ठंडी रोशनी से रोशन करने और छवियों को प्रसारित करने के लिए किया जाता है।

व्यावहारिक भाग

पदार्थों के अपवर्तनांक को निर्धारित करने वाले उपकरणों को कहा जाता है रेफ्रेक्टोमीटर(चित्र 7)।

चित्र 7. रेफ्रेक्टोमीटर की ऑप्टिकल योजना।

1 - दर्पण, 2 - मापने वाला सिर, 3 - फैलाव को खत्म करने के लिए प्रिज्म की प्रणाली, 4 - लेंस, 5 - रोटरी प्रिज्म (बीम रोटेशन 90 0), 6 - स्केल (कुछ रेफ्रेक्टोमीटर में)

दो पैमाने हैं: अपवर्तक सूचकांकों का पैमाना और समाधानों की सांद्रता का पैमाना),

7 - ऐपिस।

रेफ्रेक्टोमीटर का मुख्य भाग एक मापने वाला सिर होता है, जिसमें दो प्रिज्म होते हैं: एक रोशनी वाला, जो सिर के तह भाग में स्थित होता है, और एक मापने वाला होता है।

प्रबुद्ध प्रिज्म के बाहर निकलने पर, इसकी मैट सतह प्रकाश की एक बिखरी हुई किरण बनाती है जो प्रिज्म के बीच परीक्षण तरल (2-3 बूंद) से गुजरती है। मापने वाले प्रिज्म की सतह पर किरणें 90 0 के कोण सहित विभिन्न कोणों पर गिरती हैं। मापने वाले प्रिज्म में, किरणों को अपवर्तन के सीमित कोण के क्षेत्र में एकत्र किया जाता है, जो डिवाइस स्क्रीन पर प्रकाश-छाया सीमा के गठन की व्याख्या करता है।

चित्र 8. मापने वाले सिर में बीम पथ:

1 - इल्युमिनेटिंग प्रिज्म, 2 - जांचा हुआ द्रव,

3 - मापने वाला प्रिज्म, 4 - स्क्रीन।

समाधान में चीनी के प्रतिशत का निर्धारण

प्राकृतिक और ध्रुवीकृत प्रकाश। दृश्य प्रकाश- ये है विद्युतचुम्बकीय तरंगें 4∙10 14 से 7.5∙10 14 हर्ट्ज की सीमा में दोलन आवृत्ति के साथ। विद्युतचुम्बकीय तरंगेंहैं आड़ा: विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की ताकत के वैक्टर ई और एच परस्पर लंबवत हैं और तरंग प्रसार वेग वेक्टर के लंबवत विमान में स्थित हैं।

इस तथ्य के कारण कि प्रकाश के रासायनिक और जैविक दोनों प्रभाव मुख्य रूप से विद्युत चुम्बकीय तरंग के विद्युत घटक से जुड़े होते हैं, वेक्टर इइस क्षेत्र की तीव्रता कहलाती है प्रकाश वेक्टर,और इस वेक्टर के दोलनों का तल है प्रकाश तरंग के दोलन का तल.

किसी भी प्रकाश स्रोत में, तरंगें कई परमाणुओं और अणुओं द्वारा उत्सर्जित होती हैं, इन तरंगों के प्रकाश वाहक विभिन्न विमानों में स्थित होते हैं, और दोलन विभिन्न चरणों में होते हैं। नतीजतन, परिणामी तरंग के प्रकाश वेक्टर के दोलनों का तल लगातार अंतरिक्ष में अपनी स्थिति बदलता है (चित्र 1)। इस प्रकाश को कहा जाता है प्राकृतिक,या अध्रुवित.

चावल। 1. बीम और प्राकृतिक प्रकाश का योजनाबद्ध निरूपण।

यदि हम प्राकृतिक प्रकाश की किरण से गुजरने वाले दो परस्पर लंबवत विमानों को चुनते हैं और विमान पर वैक्टर ई को प्रोजेक्ट करते हैं, तो औसतन ये अनुमान समान होंगे। इस प्रकार, प्राकृतिक प्रकाश की किरण को एक सीधी रेखा के रूप में चित्रित करना सुविधाजनक होता है, जिस पर डैश और डॉट्स के रूप में दोनों अनुमानों की समान संख्या स्थित होती है:

जब प्रकाश क्रिस्टल से होकर गुजरता है, तो प्रकाश प्राप्त करना संभव होता है जिसका तरंग दोलन विमान अंतरिक्ष में एक स्थिर स्थिति में रहता है। इस प्रकाश को कहा जाता है समतल-या रैखिक रूप से ध्रुवीकृत. एक स्थानिक जाली में परमाणुओं और अणुओं की व्यवस्थित व्यवस्था के कारण, क्रिस्टल केवल प्रकाश वेक्टर दोलनों को प्रसारित करता है जो किसी दिए गए जाली के एक निश्चित विमान विशेषता में होते हैं।

एक समतल ध्रुवित प्रकाश तरंग को आसानी से निम्नानुसार दर्शाया गया है:

प्रकाश का ध्रुवीकरण आंशिक भी हो सकता है। इस मामले में, किसी एक विमान में प्रकाश वेक्टर के दोलनों का आयाम अन्य विमानों में दोलनों के आयाम से काफी अधिक है।

आंशिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश को पारंपरिक रूप से निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है: आदि। डैश और डॉट्स की संख्या का अनुपात प्रकाश ध्रुवीकरण की डिग्री निर्धारित करता है।

प्राकृतिक प्रकाश को ध्रुवीकृत प्रकाश में परिवर्तित करने के सभी तरीकों में, ध्रुवीकरण विमान के एक अच्छी तरह से परिभाषित अभिविन्यास वाले घटकों को प्राकृतिक प्रकाश से पूरी तरह या आंशिक रूप से चुना जाता है।

ध्रुवीकृत प्रकाश प्राप्त करने की विधियाँ: क) दो डाइलेक्ट्रिक्स की सीमा पर प्रकाश का परावर्तन और अपवर्तन; बी) वैकल्पिक रूप से अनिसोट्रोपिक एकअक्षीय क्रिस्टल के माध्यम से प्रकाश का संचरण; ग) मीडिया के माध्यम से प्रकाश का संचरण, जिसकी ऑप्टिकल अनिसोट्रॉपी कृत्रिम रूप से विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र की क्रिया के साथ-साथ विरूपण के कारण बनाई जाती है। ये विधियां घटना पर आधारित हैं असमदिग्वर्ती होने की दशा.

एनिसोट्रॉपिकदिशा पर कई गुणों (यांत्रिक, थर्मल, विद्युत, ऑप्टिकल) की निर्भरता है। वे निकाय जिनके गुण सभी दिशाओं में समान होते हैं, कहलाते हैं समदैशिक.

प्रकाश के प्रकीर्णन के दौरान ध्रुवीकरण भी देखा जाता है। ध्रुवीकरण की डिग्री जितनी अधिक होती है, कणों का आकार उतना ही छोटा होता है जिस पर प्रकीर्णन होता है।

ध्रुवीकृत प्रकाश उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों को कहा जाता है ध्रुवीकरण करने वाले.

परावर्तन के दौरान प्रकाश का ध्रुवीकरण और दो डाइलेक्ट्रिक्स के बीच इंटरफेस में अपवर्तन।जब प्राकृतिक प्रकाश दो आइसोट्रोपिक डाइलेक्ट्रिक्स के बीच इंटरफेस में परावर्तित और अपवर्तित होता है, तो इसका रैखिक ध्रुवीकरण होता है। आपतन के मनमाने कोण पर परावर्तित प्रकाश का ध्रुवण आंशिक होता है। परावर्तित बीम घटना के विमान के लंबवत दोलनों का प्रभुत्व है, जबकि अपवर्तित बीम इसके समानांतर दोलनों का प्रभुत्व है (चित्र 2)।

चावल। 2. परावर्तन और अपवर्तन के दौरान प्राकृतिक प्रकाश का आंशिक ध्रुवीकरण

यदि आपतन कोण tg i B = n 21 की स्थिति को संतुष्ट करता है, तो परावर्तित प्रकाश पूरी तरह से ध्रुवीकृत (ब्रूस्टर का नियम) है, और अपवर्तित किरण पूरी तरह से नहीं, बल्कि अधिकतम रूप से ध्रुवीकृत होती है (चित्र 3)। इस मामले में, परावर्तित और अपवर्तित किरणें परस्पर लंबवत होती हैं।

दो माध्यमों का आपेक्षिक अपवर्तनांक है, i B ब्रूस्टर कोण है।

चावल। 3. परावर्तन और अपवर्तन के दौरान परावर्तित किरण का कुल ध्रुवीकरण

दो आइसोट्रोपिक डाइलेक्ट्रिक्स के बीच इंटरफेस में।

दोहरा अपवर्तन।कई क्रिस्टल (कैल्साइट, क्वार्ट्ज, आदि) होते हैं जिसमें प्रकाश की एक किरण, अपवर्तित होने पर, विभिन्न गुणों के साथ दो बीमों में विभाजित हो जाती है। कैल्साइट (आइसलैंडिक स्पार) एक हेक्सागोनल जाली वाला क्रिस्टल है। षट्कोणीय प्रिज्म की सममिति की धुरी जिससे इसकी कोशिका बनती है, प्रकाशीय अक्ष कहलाती है। ऑप्टिकल अक्ष एक रेखा नहीं है, बल्कि क्रिस्टल में एक दिशा है। इस दिशा के समांतर कोई भी रेखा भी प्रकाशिक अक्ष होती है।

यदि किसी प्लेट को कैल्साइट क्रिस्टल से इस प्रकार काट दिया जाए कि उसके फलक प्रकाशिक अक्ष के लंबवत हों और प्रकाश की किरण प्रकाशिक अक्ष के अनुदिश निर्देशित हो, तो उसमें कोई परिवर्तन नहीं होगा। यदि, हालांकि, बीम को ऑप्टिकल अक्ष के कोण पर निर्देशित किया जाता है, तो इसे दो बीम (चित्र 4) में विभाजित किया जाएगा, जिनमें से एक को साधारण कहा जाता है, दूसरा - असाधारण।

चावल। 4. जब प्रकाश कैल्साइट की प्लेट से होकर गुजरता है तो बायरफ्रींगेंस।

एमएन ऑप्टिकल अक्ष है।

एक साधारण बीम आपतन तल में स्थित होता है और इसमें किसी दिए गए पदार्थ के लिए सामान्य अपवर्तनांक होता है। असाधारण बीम बीम की घटना के बिंदु पर खींचे गए घटना बीम और क्रिस्टल के ऑप्टिकल अक्ष से गुजरने वाले विमान में स्थित है। इस विमान को कहा जाता है क्रिस्टल का मुख्य तल. साधारण और असाधारण बीम के लिए अपवर्तनांक भिन्न होते हैं।

साधारण और असाधारण दोनों किरणें ध्रुवीकृत होती हैं। साधारण किरणों के दोलन का तल मुख्य तल के लंबवत होता है। असाधारण किरणों के दोलन क्रिस्टल के मुख्य तल में होते हैं।

बायरफ्रींग की घटना क्रिस्टल के अनिसोट्रॉपी के कारण होती है। प्रकाशिक अक्ष के अनुदिश साधारण और असाधारण किरणों के लिए प्रकाश तरंग की गति समान होती है। अन्य दिशाओं में, कैल्साइट में एक असाधारण तरंग का वेग सामान्य तरंग की तुलना में अधिक होता है। दोनों तरंगों के वेगों के बीच सबसे बड़ा अंतर ऑप्टिकल अक्ष के लंबवत दिशा में होता है।

हाइजेन्स सिद्धांत के अनुसार, क्रिस्टल सीमा तक पहुंचने वाली लहर की सतह के प्रत्येक बिंदु पर द्विभाजन के साथ, दो प्राथमिक तरंगें एक साथ उत्पन्न होती हैं (एक नहीं, जैसा कि सामान्य मीडिया में होता है), जो क्रिस्टल में फैलती हैं।

एक तरंग की सभी दिशाओं में प्रसार गति समान होती है, अर्थात। तरंग का एक गोलाकार आकार होता है और इसे कहा जाता है साधारण. क्रिस्टल के प्रकाशिक अक्ष की दिशा में किसी अन्य तरंग के संचरण की गति सामान्य तरंग की गति के समान होती है, और प्रकाशीय अक्ष के लंबवत दिशा में यह उससे भिन्न होती है। तरंग का एक दीर्घवृत्ताकार आकार होता है और इसे कहते हैं असाधारण(चित्र 5)।

चावल। 5. एक क्रिस्टल में एक साधारण (ओ) और असाधारण (ई) तरंग का प्रसार

दोहरे अपवर्तन के साथ।

प्रिज्म निकोलस।ध्रुवीकृत प्रकाश प्राप्त करने के लिए, एक निकोल ध्रुवीकरण प्रिज्म का उपयोग किया जाता है। एक निश्चित आकार और आकार के प्रिज्म को कैल्साइट से काट दिया जाता है, फिर इसे एक विकर्ण विमान के साथ देखा जाता है और कनाडाई बालसम से चिपकाया जाता है। जब एक प्रकाश पुंज प्रिज्म अक्ष के साथ ऊपरी फलक पर आपतित होता है (चित्र 6), तो असाधारण किरण एक छोटे कोण पर चिपके हुए तल पर आपतित होती है और लगभग बिना दिशा बदले गुजरती है। एक साधारण बीम कैनेडियन बालसम के लिए कुल प्रतिबिंब के कोण से अधिक कोण पर गिरता है, ग्लूइंग प्लेन से परावर्तित होता है और प्रिज्म के काले चेहरे द्वारा अवशोषित होता है। निकोल प्रिज्म पूरी तरह से ध्रुवीकृत प्रकाश उत्पन्न करता है, जिसके दोलन का तल प्रिज्म के मुख्य तल में स्थित होता है।

चावल। 6. निकोलस प्रिज्म। एक साधारण के पारित होने की योजना

और असाधारण किरणें।

द्वैतवाद।ऐसे क्रिस्टल होते हैं जो साधारण और असाधारण किरणों को अलग-अलग तरीकों से अवशोषित करते हैं। इसलिए, यदि एक प्राकृतिक प्रकाश पुंज को ऑप्टिकल अक्ष की दिशा के लंबवत टूमलाइन क्रिस्टल की ओर निर्देशित किया जाता है, तो केवल कुछ मिलीमीटर की प्लेट मोटाई के साथ, साधारण बीम पूरी तरह से अवशोषित हो जाएगा, और केवल असाधारण बीम ही बाहर निकलेगा। क्रिस्टल (चित्र। 7)।

चावल। 7. टूमलाइन क्रिस्टल के माध्यम से प्रकाश का मार्ग।

साधारण और असाधारण किरणों के अवशोषण की भिन्न प्रकृति कहलाती है अवशोषण अनिसोट्रॉपी,या द्वैतवादइस प्रकार, टूमलाइन क्रिस्टल का उपयोग ध्रुवीकरण के रूप में भी किया जा सकता है।

पोलेरॉइड।वर्तमान में, ध्रुवीकरण व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। पोलेरॉइड्सपोलेरॉइड बनाने के लिए, एक पारदर्शी फिल्म को कांच या प्लेक्सीग्लास की दो प्लेटों के बीच चिपकाया जाता है, जिसमें एक डाइक्रोइक पदार्थ के क्रिस्टल होते हैं जो प्रकाश को ध्रुवीकृत करते हैं (उदाहरण के लिए, आयोडोक्विनोन सल्फेट)। फिल्म निर्माण प्रक्रिया के दौरान, क्रिस्टल उन्मुख होते हैं ताकि उनके ऑप्टिकल अक्ष समानांतर हों। पूरा सिस्टम एक फ्रेम में फिक्स है।

पोलेरॉइड की कम लागत और एक बड़े क्षेत्र के साथ प्लेटों के निर्माण की संभावना ने व्यवहार में उनके व्यापक अनुप्रयोग को सुनिश्चित किया।

ध्रुवीकृत प्रकाश का विश्लेषण।प्रकाश के ध्रुवीकरण की प्रकृति और डिग्री का अध्ययन करने के लिए, उपकरणों को कहा जाता है विश्लेषक।विश्लेषक के रूप में, उन्हीं उपकरणों का उपयोग किया जाता है जो रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश - ध्रुवीकरण प्राप्त करने के लिए काम करते हैं, लेकिन अनुदैर्ध्य अक्ष के चारों ओर घूमने के लिए अनुकूलित होते हैं। विश्लेषक केवल उन कंपनों को पारित करता है जो इसके मुख्य विमान के साथ मेल खाते हैं। अन्यथा, केवल दोलन घटक जो इस विमान के साथ मेल खाता है, विश्लेषक से होकर गुजरता है।

यदि विश्लेषक में प्रवेश करने वाली प्रकाश तरंग को रैखिक रूप से ध्रुवीकृत किया जाता है, तो विश्लेषक से निकलने वाली तरंग की तीव्रता संतुष्ट करती है मालुस का नियम:

,

जहां I 0 आने वाली रोशनी की तीव्रता है, आने वाले प्रकाश के विमानों और विश्लेषक द्वारा प्रेषित प्रकाश के बीच का कोण है।

ध्रुवीकरण-विश्लेषक प्रणाली के माध्यम से प्रकाश का मार्ग अंजीर में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है। आठ।

चावल। अंजीर। 8. ध्रुवीकरण-विश्लेषक प्रणाली के माध्यम से प्रकाश के पारित होने की योजना (पी - ध्रुवीकरणकर्ता,

ए - विश्लेषक, ई - स्क्रीन):

ए) ध्रुवीकरण और विश्लेषक के मुख्य विमान मेल खाते हैं;

बी) ध्रुवीकरण और विश्लेषक के मुख्य विमान एक निश्चित कोण पर स्थित हैं;

ग) ध्रुवक और विश्लेषक के मुख्य तल परस्पर लंबवत हैं।

यदि ध्रुवीकरण और विश्लेषक के मुख्य विमान मेल खाते हैं, तो प्रकाश पूरी तरह से विश्लेषक से होकर गुजरता है और स्क्रीन को रोशन करता है (चित्र 7 ए)। यदि वे एक निश्चित कोण पर स्थित हैं, तो प्रकाश विश्लेषक के माध्यम से गुजरता है, लेकिन क्षीणन (छवि 7 बी) जितना अधिक होगा, यह कोण 90 0 के करीब होगा। यदि ये तल परस्पर लंबवत हैं, तो विश्लेषक द्वारा प्रकाश पूरी तरह से बुझ जाता है (चित्र 7c)

ध्रुवीकृत प्रकाश के दोलन के तल का घूर्णन। पोलारिमेट्री।कुछ क्रिस्टल, साथ ही कार्बनिक पदार्थों के समाधान, उनके माध्यम से गुजरने वाले ध्रुवीकृत प्रकाश के दोलनों के विमान को घुमाने की क्षमता रखते हैं। इन पदार्थों को कहा जाता है ऑप्टिकलीएक सक्रिय. इनमें शर्करा, अम्ल, एल्कलॉइड आदि शामिल हैं।

वैकल्पिक रूप से सक्रिय पदार्थों के बहुमत के लिए, दो संशोधनों का अस्तित्व पाया गया जो ध्रुवीकरण के विमान को क्रमशः दक्षिणावर्त और वामावर्त घुमाता है, (बीम की ओर देखने वाले पर्यवेक्षक के लिए)। पहला संशोधन कहा जाता है डेक्सट्रोरोटेटरी,या सकारात्मकदूसरा - लीवरोट्री,या नकारात्मक।

गैर-क्रिस्टलीय अवस्था में किसी पदार्थ की प्राकृतिक प्रकाशिक गतिविधि अणुओं की विषमता के कारण होती है। क्रिस्टलीय पदार्थों में, ऑप्टिकल गतिविधि जाली में अणुओं की व्यवस्था की ख़ासियत के कारण भी हो सकती है।

ठोस पदार्थों में, ध्रुवण तल के घूर्णन का कोण शरीर में प्रकाश पुंज के पथ की लंबाई d के समानुपाती होता है:

जहां α है घूर्णी क्षमता (विशिष्ट रोटेशन),पदार्थ के प्रकार, तापमान और तरंग दैर्ध्य के आधार पर। बाएँ और दाएँ-घूर्णन संशोधनों के लिए, घूर्णी क्षमताएँ परिमाण में समान होती हैं।

समाधान के लिए, ध्रुवीकरण विमान के रोटेशन का कोण

,

जहां α विशिष्ट घूर्णन है, c समाधान में वैकल्पिक रूप से सक्रिय पदार्थ की सांद्रता है। α का मान वैकल्पिक रूप से सक्रिय पदार्थ की प्रकृति और विलायक, तापमान और प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। विशिष्ट आवर्तन- यह 20 0 सी के तापमान पर और प्रकाश की तरंग दैर्ध्य λ=589 एनएम पर 1 ग्राम प्रति 100 सेमी 3 की एक पदार्थ एकाग्रता पर 1 डीएम मोटी समाधान के लिए 100 गुना बढ़ा हुआ रोटेशन कोण है। इस अनुपात के आधार पर सांद्रता c के निर्धारण के लिए एक अत्यंत संवेदनशील विधि कहलाती है पोलारिमेट्री (सैकरीमेट्री)।

प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर ध्रुवीकरण विमान के घूर्णन की निर्भरता को कहा जाता है घूर्णी फैलाव।पहले सन्निकटन में है जैव का नियम:

जहां ए पदार्थ की प्रकृति और तापमान के आधार पर एक गुणांक है।

नैदानिक ​​​​सेटिंग में, विधि ध्रुवनमापनमूत्र में शर्करा की मात्रा निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। इसके लिए प्रयोग की जाने वाली युक्ति कहलाती है सैचरीमीटर(चित्र 9)।

चावल। 9. सैकरीमीटर का ऑप्टिकल लेआउट:

और - प्राकृतिक प्रकाश का स्रोत;

सी - लाइट फिल्टर (मोनोक्रोमेटर), जो डिवाइस के संचालन के समन्वय को सुनिश्चित करता है

बायोट के नियम के साथ;

L एक अभिसारी लेंस है जो आउटपुट पर प्रकाश की समानांतर किरण देता है;

पी - ध्रुवीकरण;

के - परीक्षण समाधान के साथ ट्यूब;

ए - एनालाइज़र एक घूर्णन डिस्क डी पर डिवीजनों के साथ लगा हुआ है।

एक अध्ययन करते समय, विश्लेषक पहले परीक्षण समाधान के बिना देखने के क्षेत्र के अधिकतम अंधेरे पर सेट होता है। फिर समाधान के साथ एक ट्यूब को डिवाइस में रखा जाता है और विश्लेषक को घुमाते हुए, देखने के क्षेत्र को फिर से काला कर दिया जाता है। दो कोणों में से छोटा जिसके माध्यम से विश्लेषक को घुमाया जाना चाहिए, विश्लेषण के लिए रोटेशन का कोण है। इस कोण का उपयोग विलयन में शर्करा की सांद्रता की गणना के लिए किया जाता है।

गणना को सरल बनाने के लिए, समाधान के साथ ट्यूब को इतना लंबा बनाया जाता है कि विश्लेषक के रोटेशन का कोण (डिग्री में) संख्यात्मक रूप से एकाग्रता के बराबर हो साथसमाधान (ग्राम प्रति 100 सेमी 3)। ग्लूकोज के लिए ट्यूब की लंबाई 19 सेमी है।

ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोपी।विधि पर आधारित है असमदिग्वर्ती होने की दशाकोशिकाओं और ऊतकों के कुछ घटक जो ध्रुवीकृत प्रकाश में देखे जाने पर प्रकट होते हैं। समानांतर में व्यवस्थित अणुओं से बनी संरचनाएं, या स्टैक के रूप में व्यवस्थित डिस्क, जब एक माध्यम में एक अपवर्तक सूचकांक के साथ पेश किया जाता है जो संरचना के कणों के अपवर्तक सूचकांक से भिन्न होता है, तो करने की क्षमता प्रदर्शित करता है दोहरा अपवर्तन।इसका मतलब यह है कि संरचना केवल ध्रुवीकृत प्रकाश संचारित करेगी यदि ध्रुवीकरण का विमान कणों की लंबी कुल्हाड़ियों के समानांतर है। यह तब भी मान्य रहता है जब कणों का अपना द्विभाजन नहीं होता है। ऑप्टिकल असमदिग्वर्ती होने की दशामांसपेशियों, संयोजी ऊतक (कोलेजन) और तंत्रिका तंतुओं में देखा गया।

कंकाल की मांसपेशी का बहुत नाम धारीदार"मांसपेशी फाइबर के अलग-अलग वर्गों के ऑप्टिकल गुणों में अंतर के कारण। इसमें ऊतक पदार्थ के बारी-बारी से गहरे और हल्के क्षेत्र होते हैं। यह फाइबर को एक अनुप्रस्थ पट्टी देता है। ध्रुवीकृत प्रकाश में पेशीय तंतु के अध्ययन से पता चलता है कि गहरे क्षेत्र हैं एनिस्ट्रोपिकऔर गुण हैं birefringence, जबकि गहरे क्षेत्र हैं समदैशिक. कोलेजनफाइबर अनिसोट्रोपिक हैं, उनकी ऑप्टिकल अक्ष फाइबर अक्ष के साथ स्थित है। लुगदी में मिसेल न्यूरोफाइब्रिल्सअनिसोट्रोपिक भी हैं, लेकिन उनके ऑप्टिकल अक्ष रेडियल दिशाओं में स्थित हैं। इन संरचनाओं की हिस्टोलॉजिकल जांच के लिए एक ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोप का उपयोग किया जाता है।

एक ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोप का सबसे महत्वपूर्ण घटक पोलराइज़र है, जो प्रकाश स्रोत और संधारित्र के बीच स्थित होता है। इसके अलावा, माइक्रोस्कोप में एक घूर्णन चरण या नमूना धारक होता है, जो उद्देश्य और ऐपिस के बीच स्थित एक विश्लेषक होता है, जिसे स्थापित किया जा सकता है ताकि इसकी धुरी ध्रुवीकरण अक्ष के लंबवत हो, और एक प्रतिपूरक हो।

जब पोलराइज़र और एनालाइज़र को क्रॉस किया जाता है और ऑब्जेक्ट गुम हो जाता है या समदैशिकमैदान समान रूप से अंधेरा दिखाई देता है। यदि कोई वस्तु द्विभाजन के साथ है, और यह स्थित है कि इसकी धुरी ध्रुवीकरण के विमान के कोण पर है, 0 0 या 90 0 से अलग है, तो यह ध्रुवीकृत प्रकाश को दो घटकों में विभाजित करेगा - समानांतर और लंबवत विश्लेषक का विमान। नतीजतन, कुछ प्रकाश विश्लेषक के माध्यम से गुजरेगा, जिसके परिणामस्वरूप एक अंधेरे पृष्ठभूमि के खिलाफ वस्तु की एक उज्ज्वल छवि होगी। जब वस्तु घूमती है, तो उसकी छवि की चमक बदल जाएगी, ध्रुवीकरण या विश्लेषक के सापेक्ष 45 0 के कोण पर अधिकतम तक पहुंच जाएगी।

ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोपी का उपयोग जैविक संरचनाओं (जैसे मांसपेशियों की कोशिकाओं) में अणुओं के उन्मुखीकरण का अध्ययन करने के लिए किया जाता है, साथ ही अन्य तरीकों से अदृश्य संरचनाओं के अवलोकन के दौरान (जैसे कोशिका विभाजन के दौरान माइटोटिक स्पिंडल), पेचदार संरचना की पहचान।

हड्डी के ऊतकों में होने वाले यांत्रिक तनावों का आकलन करने के लिए मॉडल स्थितियों में ध्रुवीकृत प्रकाश का उपयोग किया जाता है। यह विधि फोटोइलास्टिक की घटना पर आधारित है, जिसमें यांत्रिक भार की कार्रवाई के तहत प्रारंभिक रूप से आइसोट्रोपिक ठोस में ऑप्टिकल अनिसोट्रॉपी की उपस्थिति होती है।

एक विवर्तन झंझरी का उपयोग करके प्रकाश तरंग की लंबाई का निर्धारण

हल्का हस्तक्षेप।प्रकाश हस्तक्षेप एक ऐसी घटना है जो तब होती है जब प्रकाश तरंगें आरोपित होती हैं और उनके प्रवर्धन या क्षीणन के साथ होती हैं। जब सुसंगत तरंगों को आरोपित किया जाता है तो एक स्थिर हस्तक्षेप पैटर्न उत्पन्न होता है। सुसंगत तरंगों को समान आवृत्तियों और समान चरणों वाली तरंगें या निरंतर चरण बदलाव वाली तरंगें कहा जाता है। हस्तक्षेप के दौरान प्रकाश तरंगों का प्रवर्धन (अधिकतम स्थिति) तब होता है जब Δ अर्ध-तरंग दैर्ध्य की एक समान संख्या में फिट बैठता है:

कहाँ पे क - अधिकतम आदेश, के = 0, ± 1, ± 2, ±, ... ± एन;

λ प्रकाश तरंग की लंबाई है।

हस्तक्षेप के दौरान प्रकाश तरंगों का कमजोर होना (न्यूनतम स्थिति) तब देखा जाता है जब विषम संख्या में अर्ध-तरंग दैर्ध्य ऑप्टिकल पथ अंतर में फिट होते हैं :

कहाँ पे क न्यूनतम का क्रम है।

दो बीमों का ऑप्टिकल पथ अंतर, स्रोतों से दूरी में हस्तक्षेप पैटर्न के अवलोकन के बिंदु तक का अंतर है।

पतली फिल्मों में हस्तक्षेप।पतली फिल्मों में हस्तक्षेप साबुन के बुलबुले में देखा जा सकता है, पानी की सतह पर मिट्टी के तेल के एक स्थान में जब सूरज की रोशनी से प्रकाशित होता है।

मान लीजिए कि बीम 1 एक पतली फिल्म की सतह पर गिरती है (चित्र 2 देखें)। बीम, एयर-फिल्म इंटरफेस पर अपवर्तित, फिल्म से गुजरती है, इसकी आंतरिक सतह से परिलक्षित होती है, फिल्म की बाहरी सतह तक पहुंचती है, फिल्म-एयर इंटरफेस पर अपवर्तित होती है, और बीम उभरती है। हम बीम 2 को बीम निकास बिंदु पर निर्देशित करते हैं, जो बीम 1 के समानांतर गुजरता है। बीम 2 फिल्म की सतह से परिलक्षित होता है, बीम पर लगाया जाता है, और दोनों बीम हस्तक्षेप करते हैं।

जब हम फिल्म को पॉलीक्रोमैटिक लाइट से रोशन करते हैं, तो हमें एक इंद्रधनुषी चित्र मिलता है। यह इस तथ्य के कारण है कि फिल्म मोटाई में एक समान नहीं है। नतीजतन, विभिन्न परिमाणों के पथ अंतर उत्पन्न होते हैं, जो विभिन्न तरंग दैर्ध्य (रंगीन साबुन की फिल्में, कुछ कीड़ों और पक्षियों के पंखों के इंद्रधनुषी रंग, पानी की सतह पर तेल या तेल की फिल्में, आदि) के अनुरूप होते हैं।

उपकरणों में प्रकाश हस्तक्षेप का उपयोग किया जाता है - इंटरफेरोमीटर। इंटरफेरोमीटर ऑप्टिकल डिवाइस हैं जिनका उपयोग दो बीमों को स्थानिक रूप से अलग करने और उनके बीच एक निश्चित पथ अंतर बनाने के लिए किया जा सकता है। इंटरफेरोमीटर का उपयोग छोटी दूरी की उच्च सटीकता, पदार्थों के अपवर्तक सूचकांकों और ऑप्टिकल सतहों की गुणवत्ता निर्धारित करने के लिए तरंग दैर्ध्य को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

सैनिटरी और हाइजीनिक उद्देश्यों के लिए, हानिकारक गैसों की सामग्री को निर्धारित करने के लिए इंटरफेरोमीटर का उपयोग किया जाता है।

एक इंटरफेरोमीटर और एक माइक्रोस्कोप (इंटरफेरेंस माइक्रोस्कोप) के संयोजन का उपयोग जीव विज्ञान में अपवर्तक सूचकांक, शुष्क पदार्थ एकाग्रता और पारदर्शी सूक्ष्म वस्तुओं की मोटाई को मापने के लिए किया जाता है।

हाइजेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत।हाइजेन्स के अनुसार, माध्यम का प्रत्येक बिंदु, जिस पर प्राथमिक तरंग एक निश्चित क्षण में पहुँचती है, द्वितीयक तरंगों का स्रोत होता है। फ़्रेज़नेल ने हाइजेन्स की इस स्थिति को यह जोड़कर परिष्कृत किया कि द्वितीयक तरंगें सुसंगत हैं, अर्थात। जब आरोपित किया जाता है, तो वे एक स्थिर हस्तक्षेप पैटर्न देंगे।

प्रकाश का विवर्तन।प्रकाश का विवर्तन रेक्टिलाइनियर प्रसार से प्रकाश के विचलन की घटना है।

एक झिरी से समानांतर पुंजों में विवर्तन।लक्ष्य को चौड़ा होने दें में मोनोक्रोमैटिक प्रकाश की एक समानांतर किरण गिरती है (चित्र 3 देखें):

किरणों के मार्ग में एक लेंस लगाया जाता है ली , फोकल प्लेन में जिसमें स्क्रीन स्थित है इ . अधिकांश बीम विवर्तित नहीं होते हैं; अपनी दिशा नहीं बदलते हैं, और वे लेंस द्वारा केंद्रित होते हैं ली स्क्रीन के केंद्र में, एक केंद्रीय अधिकतम या शून्य-क्रम अधिकतम बनाते हैं। समान विवर्तन कोणों पर विवर्तन किरणें φ , स्क्रीन पर मैक्सिमा बनाएगा 1,2,3,…, एन - आदेश।

इस प्रकार, समानांतर बीम में एक झिरी से प्राप्त विवर्तन पैटर्न, जब मोनोक्रोमैटिक प्रकाश से रोशन होता है, स्क्रीन के केंद्र में अधिकतम रोशनी के साथ एक उज्ज्वल पट्टी होती है, फिर एक गहरी पट्टी (न्यूनतम 1 क्रम) आती है, फिर एक उज्ज्वल पट्टी आती है ( प्रथम क्रम का अधिकतम) क्रम), डार्क बैंड (द्वितीय क्रम का न्यूनतम), द्वितीय क्रम का अधिकतम आदि। केंद्रीय अधिकतम के संबंध में विवर्तन पैटर्न सममित है। जब स्लिट को सफेद रोशनी से रोशन किया जाता है, तो स्क्रीन पर रंगीन बैंड की एक प्रणाली बनती है, केवल केंद्रीय अधिकतम घटना प्रकाश के रंग को बनाए रखेगा।

शर्तें मैक्सतथा मिनटविवर्तन।यदि प्रकाशिक पथ में अंतर है Δ के बराबर खंडों की एक विषम संख्या फिट करें, तो प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि होती है ( मैक्स विवर्तन):

कहाँ पे क अधिकतम का क्रम है; क =±1,±2,±…,± एन;

λ तरंगदैर्घ्य है।

यदि प्रकाशिक पथ में अंतर है Δ के बराबर खंडों की एक सम संख्या फिट करें, तो प्रकाश की तीव्रता कमजोर हो जाती है ( मिनट विवर्तन):

कहाँ पे क न्यूनतम का क्रम है।

डिफ़्रैक्शन ग्रेटिंग।एक विवर्तन झंझरी में वैकल्पिक बैंड होते हैं जो बैंड (स्लिट्स) के साथ प्रकाश के पारित होने के लिए अपारदर्शी होते हैं जो प्रकाश के लिए पारदर्शी होते हैं और समान चौड़ाई के होते हैं।

विवर्तन झंझरी की मुख्य विशेषता इसकी अवधि है डी . विवर्तन झंझरी की अवधि पारदर्शी और अपारदर्शी बैंड की कुल चौड़ाई है:

उपकरण के रिज़ॉल्यूशन को बढ़ाने के लिए ऑप्टिकल उपकरणों में एक विवर्तन झंझरी का उपयोग किया जाता है। विवर्तन झंझरी का संकल्प स्पेक्ट्रम के क्रम पर निर्भर करता है क और स्ट्रोक की संख्या पर एन :

कहाँ पे आर - संकल्प।

विवर्तन झंझरी सूत्र की व्युत्पत्ति।आइए हम दो समानांतर बीमों को विवर्तन झंझरी पर निर्देशित करें: 1 और 2 ताकि उनके बीच की दूरी झंझरी अवधि के बराबर हो डी .

बिंदुओं पर लेकिन तथा पर बीम 1 और 2 एक कोण पर रेक्टिलिनियर दिशा से विचलित होकर विवर्तित होते हैं φ विवर्तन कोण है।

किरणों तथा लेंस द्वारा केंद्रित ली लेंस के फोकल तल में स्थित एक स्क्रीन पर (चित्र 5)। झंझरी के प्रत्येक छिद्र को द्वितीयक तरंगों (ह्यूजेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत) के स्रोत के रूप में माना जा सकता है। बिंदु D पर स्क्रीन पर, हम अधिकतम हस्तक्षेप पैटर्न देखते हैं।

एक बिंदु से लेकिन किरण के पथ पर लंब को गिराएं और बिंदु C प्राप्त करें। एक त्रिभुज पर विचार करें एबीसी : सही त्रिकोण =Рφ परस्पर लंबवत भुजाओं वाले कोणों के रूप में। से Δ एबीसी:

कहाँ पे एबी = डी (निर्माण द्वारा),

दप = ऑप्टिकल पथ अंतर है।

चूँकि बिंदु D पर हम अधिकतम व्यतिकरण देखते हैं, तो

कहाँ पे क अधिकतम का क्रम है,

λ प्रकाश तरंग की लंबाई है।

मूल्यों में प्लगिंग एबी = डी, के लिए सूत्र में पाप :

यहाँ से हमें मिलता है:

सामान्य तौर पर, विवर्तन झंझरी सूत्र का रूप होता है:

± संकेत दिखाते हैं कि स्क्रीन पर हस्तक्षेप पैटर्न केंद्रीय अधिकतम के संबंध में सममित है।

होलोग्राफी की भौतिक नींव।होलोग्राफी एक तरंग क्षेत्र की रिकॉर्डिंग और पुनर्निर्माण की एक विधि है, जो तरंग विवर्तन और हस्तक्षेप की घटना पर आधारित है। यदि केवल वस्तु से परावर्तित तरंगों की तीव्रता एक नियमित तस्वीर पर दर्ज की जाती है, तो तरंगों के चरणों को अतिरिक्त रूप से होलोग्राम पर दर्ज किया जाता है, जो वस्तु के बारे में अतिरिक्त जानकारी प्रदान करता है और एक त्रि-आयामी छवि प्राप्त करना संभव बनाता है। वस्तु।