გარემოს გარდატეხის მაჩვენებელი ვაკუუმთან მიმართებაში, ანუ სინათლის სხივების ვაკუუმიდან გარემოში გადასვლის შემთხვევაში აბსოლუტური ეწოდება და განისაზღვრება ფორმულით (27.10): n=c/v.

გამოთვლებში, აბსოლუტური რეფრაქციული მაჩვენებლები აღებულია ცხრილებიდან, რადგან მათი მნიშვნელობა საკმაოდ ზუსტად განისაზღვრება ექსპერიმენტების გამოყენებით. ვინაიდან c მეტია v-ზე, მაშინ აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი ყოველთვის აღემატება ერთიანობას.

თუ სინათლის გამოსხივება ვაკუუმიდან საშუალოზე გადადის, მაშინ გარდატეხის მეორე კანონის ფორმულა ასე იწერება:

sin i/sin β = n. (29.6)

ფორმულა (29.6) ასევე ხშირად გამოიყენება პრაქტიკაში, როდესაც სხივები ჰაერიდან საშუალოზე გადადის, რადგან ჰაერში სინათლის გავრცელების სიჩქარე ძალიან ცოტა განსხვავდება c-დან. ეს ჩანს იქიდან, რომ ჰაერის აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი არის 1,0029.

როდესაც სხივი გადადის საშუალოდან ვაკუუმში (ჰაერში), მაშინ გარდატეხის მეორე კანონის ფორმულა იღებს ფორმას:

sin i/sin β = 1/n. (29.7)

ამ შემთხვევაში, სხივები საშუალოდან გასვლისას აუცილებლად შორდებიან პერპენდიკულარულ შუასა და ვაკუუმს შორის ინტერფეისს.

მოდით გავარკვიოთ, თუ როგორ შეგიძლიათ იპოვოთ ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი n21 აბსოლუტური გარდატეხის მაჩვენებლებიდან. მოდით, სინათლე გადავიდეს n1 აბსოლუტური ინდექსის მქონე საშუალოდან საშუალო აბსოლუტური ინდექსით n2. მაშინ n1 = c/V1 დაn2 = s/v2, საიდანაც:

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

ასეთი შემთხვევისთვის გარდატეხის მეორე კანონის ფორმულა ხშირად იწერება შემდეგნაირად:

sini/sinβ = n2/n1. (29.9)

გავიხსენოთ ეს მაქსველის თეორიის აბსოლუტური მაჩვენებლებიგარდატეხა შეიძლება აღმოჩნდეს მიმართებიდან: n = √(με). ვინაიდან სინათლის გამოსხივებისთვის გამჭვირვალე ნივთიერებებისთვის μ პრაქტიკულად უდრის ერთიანობას, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ:

n = √ε. (29.10)

ვინაიდან სინათლის გამოსხივებაში რხევების სიხშირე არის 10 14 ჰც-ის რიგითობა, არც დიპოლებს და არც იონებს დიელექტრიკში, რომლებსაც აქვთ შედარებით დიდი მასა, არ აქვთ დრო, რომ შეცვალონ თავიანთი პოზიცია ასეთი სიხშირით და ნივთიერების დიელექტრიკული თვისებები. ამ პირობებში განისაზღვრება მხოლოდ მისი ატომების ელექტრონული პოლარიზაცია. ეს ხსნის განსხვავებას ε= მნიშვნელობას შორისn 2 (29.10)-დან და ε st ელექტროსტატიკაში.ასე რომ, წყლისთვის ε \u003d n 2 \u003d 1.77 და ε st \u003d 81; იონური მყარი დიელექტრიკი NaCl ε=2.25 და ε st =5.6. როდესაც ნივთიერება შედგება ერთგვაროვანი ატომებისგან ან არაპოლარული მოლეკულებისგან, ანუ მას არ გააჩნია არც იონები და არც ბუნებრივი დიპოლები, მაშინ მისი პოლარიზაცია შეიძლება იყოს მხოლოდ ელექტრონული. მსგავსი ნივთიერებებისთვის ε (29.10) და ε st ემთხვევა. ასეთი ნივთიერების მაგალითია ბრილიანტი, რომელიც შედგება მხოლოდ ნახშირბადის ატომებისგან.

გაითვალისწინეთ, რომ გარდატეხის აბსოლუტური ინდექსის მნიშვნელობა, გარდა ნივთიერების ტიპისა, ასევე დამოკიდებულია რხევის სიხშირეზე, ან რადიაციის ტალღის სიგრძეზე. . ტალღის სიგრძის კლებასთან ერთად, როგორც წესი, რეფრაქციული ინდექსი იზრდება.

ბილეთი 75.

სინათლის არეკვლის კანონი: ჩავარდნილი და არეკლილი სხივები, ისევე როგორც პერპენდიკულარული ორ მედიას შორის ინტერფეისის, აღდგენილი სხივის დაცემის წერტილში, მდებარეობს იმავე სიბრტყეში (დაცემის სიბრტყე). არეკვლის კუთხე γ უდრის α დაცემის კუთხეს.

სინათლის გარდატეხის კანონი: ჩავარდნილი და გატეხილი სხივები, ისევე როგორც პერპენდიკულარული ორ მედიას შორის ინტერფეისის, აღდგენილი სხივის დაცემის წერტილში, მდებარეობს იმავე სიბრტყეში. α დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება β გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა ორი მოცემული მედიისთვის:

არეკვლისა და გარდატეხის კანონები ახსნილია ტალღის ფიზიკაში. ტალღის კონცეფციების მიხედვით, გარდატეხა არის ტალღის გავრცელების სიჩქარის ცვლილების შედეგი ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას. რეფრაქციული ინდექსის ფიზიკური მნიშვნელობაარის პირველ გარემოში υ 1 ტალღის გავრცელების სიჩქარის თანაფარდობა მეორე გარემოში υ 2 მათი გავრცელების სიჩქარესთან:

ნახაზი 3.1.1 ასახავს სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონებს.

დაბალი აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსის მქონე გარემოს ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივი ეწოდება.

როდესაც სინათლე გადადის ოპტიკურად უფრო მჭიდრო გარემოდან ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივ გარემოში n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать მთლიანი ასახვის ფენომენი, ანუ გარდატეხილი სხივის გაქრობა. ეს ფენომენი შეინიშნება დაცემის კუთხეებში, რომლებიც აღემატება გარკვეულ კრიტიკულ კუთხეს α pr, რომელსაც ე.წ მთლიანი შიდა ასახვის შემზღუდველი კუთხე(იხ. სურ. 3.1.2).

დაცემის კუთხისთვის α = α pr sin β = 1; მნიშვნელობა sin α pr \u003d n 2 / n 1< 1.

თუ მეორე გარემო არის ჰაერი (n 2 ≈ 1), მაშინ მოსახერხებელია ფორმულის გადაწერა როგორც

მთლიანი შიდა ასახვის ფენომენი გამოიყენება ბევრ ოპტიკურ მოწყობილობაში. ყველაზე საინტერესო და პრაქტიკულად მნიშვნელოვანი აპლიკაციაა ბოჭკოვანი სინათლის გიდების შექმნა, რომლებიც არის თხელი (რამდენიმე მიკრომეტრიდან მილიმეტრამდე) თვითნებურად მოხრილი ძაფები ოპტიკურად გამჭვირვალე მასალისგან (მინა, კვარცი). ბოჭკოს ბოლოზე დაცემული სინათლე შეიძლება გავრცელდეს მის გასწვრივ დიდ მანძილზე გვერდითი ზედაპირებიდან მთლიანი შიდა არეკვლის გამო (ნახ. 3.1.3). სამეცნიერო და ტექნიკურ მიმართულებას, რომელიც მონაწილეობს ოპტიკური სინათლის გიდების შემუშავებასა და გამოყენებაში, ეწოდება ბოჭკოვანი ოპტიკა.

დისპე "რსიას შუქი" (სინათლის დაშლა)- ეს არის ფენომენი, რომელიც გამოწვეულია ნივთიერების აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსის დამოკიდებულებით სინათლის სიხშირეზე (ან ტალღის სიგრძეზე) (სიხშირის დისპერსიაზე), ან, იგივე, ნივთიერების სინათლის ფაზური სიჩქარის დამოკიდებულებით. ტალღის სიგრძე (ან სიხშირე). ექსპერიმენტულად აღმოაჩინა ნიუტონმა დაახლოებით 1672 წელს, თუმცა თეორიულად კარგად ახსნა ბევრად მოგვიანებით.

სივრცითი დისპერსიაარის საშუალო ნებადართულობის ტენზორის დამოკიდებულება ტალღის ვექტორზე. ეს დამოკიდებულება იწვევს უამრავ ფენომენს, რომელსაც ეწოდება სივრცითი პოლარიზაციის ეფექტი.

დისპერსიის ერთ-ერთი ყველაზე ნათელი მაგალითი - თეთრი სინათლის დაშლაპრიზმაში გავლისას (ნიუტონის ექსპერიმენტი). დისპერსიის ფენომენის არსი არის სხვადასხვა სიგრძის სინათლის სხივების გავრცელების სიჩქარის განსხვავება გამჭვირვალე ნივთიერებაში - ოპტიკურ გარემოში (მაშინ, როცა ვაკუუმში სინათლის სიჩქარე ყოველთვის ერთნაირია, მიუხედავად ტალღის სიგრძისა და, შესაბამისად, ფერისა) . ჩვეულებრივ, რაც უფრო მაღალია სინათლის ტალღის სიხშირე, მით უფრო დიდია მისთვის საშუალების გარდატეხის ინდექსი და მით უფრო დაბალია ტალღის სიჩქარე გარემოში:

ნიუტონის ექსპერიმენტები ექსპერიმენტი თეთრი სინათლის სპექტრად დაშლის შესახებ: ნიუტონმა მზის სინათლის სხივი პატარა ხვრელში მინის პრიზმაზე გაატარა. პრიზმაზე მოხვედრისას, სხივი გადაიხრჩო და მოპირდაპირე კედელზე მისცა წაგრძელებული გამოსახულება ფერების მოლურჯო მონაცვლეობით - სპექტრით. ექსპერიმენტი მონოქრომატული სინათლის პრიზმაში გავლის შესახებ: ნიუტონმა მზის სხივის გზაზე მოათავსა წითელი მინა, რომლის უკან მიიღო მონოქრომატული სინათლე (წითელი), შემდეგ პრიზმა და ეკრანზე მხოლოდ წითელ ლაქას აკვირდებოდა სინათლის სხივიდან. თეთრი სინათლის სინთეზის (მიღების) გამოცდილება:ჯერ ნიუტონმა მზის სხივი პრიზმისკენ მიმართა. შემდეგ, პრიზმიდან გამომავალი ფერადი სხივები შეკრებილი ლინზის დახმარებით, ნიუტონმა მიიღო თეთრ კედელზე ხვრელის თეთრი გამოსახულება ფერადი ზოლის ნაცვლად. ნიუტონის დასკვნები:- პრიზმა არ ცვლის სინათლეს, არამედ მხოლოდ ანაწილებს მას კომპონენტებად - სინათლის სხივები, რომლებიც განსხვავდება ფერით, განსხვავდება გარდატეხის ხარისხით; იისფერი სხივები ყველაზე მძაფრად ირღვევა, წითელი შუქი ნაკლებად ძლიერად ირღვევა - წითელ შუქს, რომელიც ნაკლებად ირღვევა, აქვს ყველაზე მაღალი სიჩქარე, ხოლო იისფერს აქვს ყველაზე დაბალი, ამიტომ პრიზმა ანადგურებს სინათლეს. სინათლის გარდატეხის ინდექსის დამოკიდებულებას მის ფერზე ეწოდება დისპერსია.

დასკვნები:- პრიზმა ანადგურებს სინათლეს - თეთრი სინათლე რთულია (კომპოზიტური) - იისფერი სხივები უფრო მეტად ირღვევა ვიდრე წითელი. სინათლის სხივის ფერი განისაზღვრება მისი რხევის სიხშირით. ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას სინათლის სიჩქარე და ტალღის სიგრძე იცვლება, მაგრამ სიხშირე, რომელიც განსაზღვრავს ფერს, რჩება მუდმივი. თეთრი სინათლის დიაპაზონის საზღვრები და მისი კომპონენტები ჩვეულებრივ ხასიათდება მათი ტალღის სიგრძით ვაკუუმში. თეთრი შუქი არის ტალღის სიგრძის კოლექცია 380-დან 760 ნმ-მდე.

ბილეთი 77.

სინათლის შთანთქმა. ბუგერის კანონი

ნივთიერებაში სინათლის შთანთქმა დაკავშირებულია ტალღის ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიის გადაქცევასთან ნივთიერების თერმულ ენერგიად (ან მეორადი ფოტოლუმინესცენტური გამოსხივების ენერგიად). სინათლის შთანთქმის კანონს (ბუგერის კანონი) აქვს ფორმა:

მე=მე 0 exp(- x),(1)

სადაც მე 0 , მე- შეყვანის სინათლის ინტენსივობა (x=0)და გამოდით საშუალო სისქის ფენიდან X, - შთანთქმის კოეფიციენტი, ეს დამოკიდებულია .

დიელექტრიკებისთვის  =10 -1  10 -5 მ -1 , ლითონებისთვის =10 5  10 7 მ -1 , ამიტომ ლითონები გაუმჭვირვალეა სინათლის მიმართ.

დამოკიდებულება  ( ) ხსნის შთამნთქმელი სხეულების შეფერილობას. მაგალითად, მინა, რომელიც შთანთქავს მცირე წითელ შუქს, გამოჩნდება წითელი, როდესაც განათდება თეთრი შუქით.

სინათლის გაფანტვა. რეილის კანონი

სინათლის დიფრაქცია შეიძლება მოხდეს ოპტიკურად არაერთგვაროვან გარემოში, მაგალითად, ბუნდოვან გარემოში (კვამლი, ნისლი, მტვრიანი ჰაერი და ა.შ.). დიფრაქციით, სინათლის ტალღები გარემოს არაერთგვაროვნებაზე ქმნიან დიფრაქციულ ნიმუშს, რომელიც ხასიათდება ინტენსივობის საკმაოდ ერთგვაროვანი განაწილებით ყველა მიმართულებით.

მცირე არაჰომოგენურობით ასეთ დიფრაქციას ე.წ სინათლის გაფანტვა.

ეს ფენომენი შეინიშნება, თუ მზის ვიწრო სხივი გადის მტვრიან ჰაერში, იფანტება მტვრის ნაწილაკებზე და ხილული ხდება.

თუ არაერთგვაროვნების ზომები მცირეა ტალღის სიგრძესთან შედარებით (არაუმეტეს 0,1  ), მაშინ გაფანტული სინათლის ინტენსივობა უკუპროპორციულია ტალღის სიგრძის მეოთხე ხარისხთან, ე.ი.

მე ჯიშის ~ 1/  4 , (2)

ამ ურთიერთობას რეილის კანონი ეწოდება.

სინათლის გაფანტვა ასევე შეინიშნება სუფთა გარემოში, რომელიც არ შეიცავს უცხო ნაწილაკებს. მაგალითად, ეს შეიძლება მოხდეს სიმკვრივის, ანიზოტროპიის ან კონცენტრაციის რყევებზე (შემთხვევითი გადახრები). ასეთ გაფანტვას მოლეკულური ეწოდება. ის ხსნის, მაგალითად, ცის ლურჯ ფერს. მართლაც, (2) მიხედვით, ლურჯი და ლურჯი სხივები უფრო ძლიერად არის მიმოფანტული, ვიდრე წითელი და ყვითელი, რადგან აქვთ უფრო მოკლე ტალღის სიგრძე, რაც იწვევს ცის ლურჯ ფერს.

ბილეთი 78.

მსუბუქი პოლარიზაცია- ტალღური ოპტიკის ფენომენების ერთობლიობა, რომელშიც ვლინდება ელექტრომაგნიტური სინათლის ტალღების განივი ბუნება. განივი ტალღა- საშუალო ნაწილაკები ირხევა ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულარული მიმართულებით ( ნახ.1).

ნახ.1 განივი ტალღა

ელექტრომაგნიტური სინათლის ტალღა თვითმფრინავი პოლარიზებულია(წრფივი პოლარიზაცია), თუ ვექტორების E და B რხევის მიმართულებები მკაცრად არის დაფიქსირებული და დევს გარკვეულ სიბრტყეებზე ( ნახ.1). თვითმფრინავის პოლარიზებული სინათლის ტალღა ეწოდება თვითმფრინავი პოლარიზებულია(წრფივი პოლარიზებული) სინათლე. არაპოლარიზებული(ბუნებრივი) ტალღა - ელექტრომაგნიტური სინათლის ტალღა, რომელშიც ვექტორების E და B რხევის მიმართულებები ამ ტალღაში შეიძლება მდებარეობდეს ნებისმიერ სიბრტყეში პერპენდიკულარულ სიჩქარის ვექტორზე v. არაპოლარიზებული შუქი- სინათლის ტალღები, რომლებშიც E და B ვექტორების რხევების მიმართულებები შემთხვევით იცვლება ისე, რომ ტალღის გავრცელების სხივზე პერპენდიკულარულ სიბრტყეებზე რხევების ყველა მიმართულება თანაბრად სავარაუდოა ( ნახ.2).

ნახ.2 არაპოლარიზებული შუქი

პოლარიზებული ტალღები- რომელშიც E და B ვექტორების მიმართულებები უცვლელი რჩება სივრცეში ან იცვლება გარკვეული კანონის მიხედვით. გამოსხივება, რომლის დროსაც ვექტორის E მიმართულება იცვლება შემთხვევით - არაპოლარიზებული. ასეთი გამოსხივების მაგალითი შეიძლება იყოს თერმული გამოსხივება (შემთხვევით განაწილებული ატომები და ელექტრონები). პოლარიზაციის სიბრტყე- ეს არის E ვექტორის რხევის მიმართულების პერპენდიკულარული სიბრტყე. პოლარიზებული გამოსხივების წარმოქმნის მთავარი მექანიზმია ელექტრონების, ატომების, მოლეკულების და მტვრის ნაწილაკების მიერ გამოსხივების გაფანტვა.

1.2. პოლარიზაციის სახეებიპოლარიზაციის სამი ტიპი არსებობს. მოდით განვსაზღვროთ ისინი. 1. ხაზოვანი ჩნდება, თუ ელექტრული ვექტორი E ინარჩუნებს თავის პოზიციას სივრცეში. ის ერთგვარად ხაზს უსვამს იმ სიბრტყეს, რომელშიც ვექტორი E ირხევა. 2. წრიული ეს არის პოლარიზაცია, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც ელექტრული ვექტორი E ბრუნავს ტალღის გავრცელების მიმართულების გარშემო ტალღის კუთხური სიხშირის ტოლი კუთხური სიჩქარით, ხოლო მისი აბსოლუტური მნიშვნელობა ინარჩუნებს. ეს პოლარიზაცია ახასიათებს E ვექტორის ბრუნვის მიმართულებას მხედველობის ხაზის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში. ამის მაგალითია ციკლოტრონის გამოსხივება (ელექტრონების სისტემა, რომელიც ბრუნავს მაგნიტურ ველში). 3. ელიფსური ხდება მაშინ, როდესაც ელექტრული ვექტორის E სიდიდე იცვლება ისე, რომ იგი აღწერს ელიფსს (ვექტორის E ბრუნვა). ელიფსური და წრიული პოლარიზაცია არის სწორი (E ვექტორის ბრუნვა ხდება საათის ისრის მიმართულებით, თუ გამავრცელებელ ტალღას უყურებთ) და მარცხნივ (ვექტორის E-ის ბრუნვა ხდება საათის ისრის საწინააღმდეგოდ, თუ გამავრცელებელ ტალღას უყურებთ).

სინამდვილეში, ყველაზე გავრცელებული ნაწილობრივი პოლარიზაცია (ნაწილობრივ პოლარიზებული ელექტრომაგნიტური ტალღები). რაოდენობრივად მას ახასიათებს გარკვეული რაოდენობა ე.წ პოლარიზაციის ხარისხი რ, რომელიც განისაზღვრება როგორც: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin)სადაც იმაქს,მინ- ყველაზე მაღალი და ყველაზე დაბალი ელექტრომაგნიტური ენერგიის ნაკადის სიმკვრივე ანალიზატორის მეშვეობით (პოლაროიდი, ნიკოლის პრიზმა…). პრაქტიკაში, რადიაციული პოლარიზაცია ხშირად აღწერილია სტოკსის პარამეტრებით (განისაზღვრება რადიაციული ნაკადები პოლარიზაციის მოცემული მიმართულებით).

ბილეთი 79.

თუ ბუნებრივი სინათლე ეცემა ორ დიელექტრიკას შორის ინტერფეისზე (მაგალითად, ჰაერი და მინა), მაშინ მისი ნაწილი აირეკლება, ნაწილი კი ირღვევა და ვრცელდება მეორე გარემოში. ასახული და გატეხილი სხივების გზაზე ანალიზატორის (მაგალითად, ტურმალინის) დაყენებით, ჩვენ დავრწმუნდებით, რომ არეკლილი და გატეხილი სხივები ნაწილობრივ პოლარიზებულია: როდესაც ანალიზატორი ბრუნავს სხივების გარშემო, სინათლის ინტენსივობა პერიოდულად იზრდება და მცირდება ( სრული გადაშენება არ შეინიშნება!). შემდგომმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ასახულ სხივში ჭარბობს დაცემის სიბრტყის პერპენდიკულარული რხევები (ნახ. 275-ზე ისინი მითითებულია წერტილებით), რეფრაქციულ სხივში - რხევები დაცემის სიბრტყის პარალელურად (ნაჩვენებია ისრებით).

პოლარიზაციის ხარისხი (ელექტრული (და მაგნიტური) ვექტორის გარკვეული ორიენტაციის მქონე სინათლის ტალღების განცალკევების ხარისხი) დამოკიდებულია სხივების დაცემის კუთხეზე და გარდატეხის ინდექსზე. შოტლანდიელი ფიზიკოსი დ.ბრუსტერი(1781-1868) დაარსდა კანონი, რომლის მიხედვითაც დაცემის კუთხით მე B (ბრუსტერის კუთხე), განსაზღვრული მიმართებით

(ნ 21 - მეორე გარემოს რეფრაქციული ინდექსი პირველთან შედარებით), არეკლილი სხივი სიბრტყით პოლარიზებულია(შეიცავს მხოლოდ დაცემის სიბრტყის პერპენდიკულარულ რხევებს) (სურ. 276). რეფრაქციული სხივი დაცემის კუთხითმებ პოლარიზებული მაქსიმუმ, მაგრამ არა მთლიანად.

თუ სინათლე ეცემა ინტერფეისს ბრუსტერის კუთხით, მაშინ არეკლილი და გარდატეხილი სხივები ორმხრივი პერპენდიკულარული(ტგ მე B=ცოდვა მებ/ქოს მებ, ნ 21 = ცოდვა მებ / ცოდვა მე 2 (მე 2 - გარდატეხის კუთხე), საიდანაც cos მე B=ცოდვა მე 2). აქედან გამომდინარე, მებ + მე 2 =  /2, მაგრამ მე’ B= მე B (ასახვის კანონი), ასე მე’ B+ მე 2 =  /2.

არეკლილი და გარდატეხილი სინათლის პოლარიზაციის ხარისხი დაცემის სხვადასხვა კუთხით შეიძლება გამოითვალოს მაქსველის განტოლებებიდან, თუ გავითვალისწინებთ ელექტრომაგნიტური ველის სასაზღვრო პირობებს ორ იზოტროპულ დიელექტრიკს შორის (ე.წ. ფრენელის ფორმულები).

გარდატეხილი სინათლის პოლარიზაციის ხარისხი შეიძლება მნიშვნელოვნად გაიზარდოს (განმეორებითი რეფრაქციით, იმ პირობით, რომ სინათლე ყოველ ჯერზე ეცემა ინტერფეისზე ბრუსტერის კუთხით). თუ, მაგალითად, მინისთვის ( n= 1.53), რეფრაქციული სხივის პოლარიზაციის ხარისხი არის 15%, შემდეგ ერთმანეთზე გადახურული 8-10 მინის ფირფიტით გარდატეხის შემდეგ, ასეთი სისტემიდან გამომავალი სინათლე თითქმის მთლიანად პოლარიზდება. ფირფიტების ამ კომპლექტს ე.წ ფეხი.ფეხი შეიძლება გამოყენებულ იქნას პოლარიზებული სინათლის გასაანალიზებლად, როგორც მის ასახვაში, ასევე რეფრაქციაში.

ბილეთი 79 (სპურისთვის)

როგორც გამოცდილება გვიჩვენებს, სინათლის გარდატეხისა და არეკვლის დროს, რეფრაქციული და არეკლილი სინათლე აღმოჩნდება პოლარიზებული და არეკვლა. სინათლე შეიძლება იყოს მთლიანად პოლარიზებული დაცემის გარკვეული კუთხით, მაგრამ სინათლე ყოველთვის ნაწილობრივ პოლარიზებულია.ფრინელის ფორმულებზე დაყრდნობით შეიძლება აჩვენოს, რომ ასახავს. სინათლე პოლარიზებულია დაცემის სიბრტყის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში და გარდატეხის სიბრტყეზე. სინათლე პოლარიზებულია დაცემის სიბრტყის პარალელურად სიბრტყეში.

დაცემის კუთხე, რომელზეც ანარეკლია სინათლეს სრულად პოლარიზებული ეწოდება ბრუსტერის კუთხე.ბრუსტერის კუთხე განისაზღვრება ბრიუსტერის კანონით: -ბრუსტერის კანონი.ამ შემთხვევაში კუთხე არეკვლას შორის. და შესვენება. სხივები თანაბარი იქნება ჰაერ-მინის სისტემისთვის ბრუსტერის კუთხე ტოლია კარგი პოლარიზაციის მისაღებად ე.ი. , სინათლის გარდატეხისას გამოიყენება ბევრი გატეხილი ზედაპირი, რომელსაც სტოლეტოვის ტერფს უწოდებენ.

ბილეთი 80.

გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ სინათლის მატერიასთან ურთიერთქმედებისას ძირითადი მოქმედება (ფიზიოლოგიური, ფოტოქიმიური, ფოტოელექტრული და ა.შ.) გამოწვეულია ვექტორის რხევებით, რომელსაც ამასთან დაკავშირებით ზოგჯერ სინათლის ვექტორსაც უწოდებენ. ამიტომ, სინათლის პოლარიზაციის ნიმუშების აღსაწერად, ვექტორის ქცევის მონიტორინგი ხდება.

სიბრტყე ჩამოყალიბებულია ვექტორებით და ეწოდება პოლარიზაციის სიბრტყე.

თუ ვექტორული რხევები ხდება ერთ ფიქსირებულ სიბრტყეში, მაშინ ასეთ სინათლეს (სხივს) უწოდებენ წრფივად პოლარიზებულს. იგი თვითნებურად არის მითითებული შემდეგნაირად. თუ სხივი პოლარიზებულია პერპენდიკულარულ სიბრტყეში (სიბრტყეში xz, იხილეთ ნახ. 2 მეორე ლექციაში), შემდეგ აღინიშნება.

ბუნებრივი სინათლე (ჩვეულებრივი წყაროებიდან, მზე) შედგება ტალღებისგან, რომლებსაც აქვთ პოლარიზაციის განსხვავებული, შემთხვევით განაწილებული სიბრტყეები (იხ. სურ. 3).

ბუნებრივ შუქს ზოგჯერ ჩვეულებრივ უწოდებენ ამას. მას ასევე უწოდებენ არაპოლარიზებულს.

თუ ტალღის გავრცელებისას ვექტორი ბრუნავს და ამავდროულად ვექტორის ბოლო აღწერს წრეს, მაშინ ასეთ სინათლეს ეწოდება წრიული პოლარიზებული, ხოლო პოლარიზაცია არის წრიული ან წრიული (მარჯვნივ ან მარცხნივ). ასევე არსებობს ელიფსური პოლარიზაცია.

არის ოპტიკური მოწყობილობები (ფილმები, ფირფიტები და ა.შ.) - პოლარიზატორები, რომლებიც ასხივებენ ხაზოვან პოლარიზებულ სინათლეს ან ნაწილობრივ პოლარიზებულ შუქს ბუნებრივი სინათლისგან.

პოლარიზატორები, რომლებიც გამოიყენება სინათლის პოლარიზაციის გასაანალიზებლად, ეწოდება ანალიზატორები.

პოლარიზატორის (ან ანალიზატორის) სიბრტყე არის პოლარიზატორის (ან ანალიზატორის) მიერ გადაცემული სინათლის პოლარიზაციის სიბრტყე.

მოდით, პოლარიზატორი (ან ანალიზატორი) იყოს წრფივი პოლარიზებული სინათლეზე ამპლიტუდით ე 0 . გადაცემული სინათლის ამპლიტუდა იქნება E=E 0 cos ჯდა ინტენსივობა მე=მე 0 co 2 ჯ.

ეს ფორმულა გამოხატავს მალუსის კანონი:

ანალიზატორში გამავალი წრფივი პოლარიზებული სინათლის ინტენსივობა პროპორციულია კუთხის კოსინუსის კვადრატის ჯდაცემის სინათლის რხევების სიბრტყესა და ანალიზატორის სიბრტყეს შორის.

ბილეთი 80 (სპარსებისთვის)

პოლარიზატორები არის მოწყობილობები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის პოლარიზებული სინათლის მიღებას. ანალიზატორები არის მოწყობილობები, რომლებითაც შეგიძლიათ გაანალიზოთ სინათლე პოლარიზებული თუ არა. სტრუქტურულად, პოლარიზატორი და ანალიზატორი ერთნაირია. მაშინ ვექტორის E ყველა მიმართულება სავარაუდოა. თითოეული ვექტორი შეიძლება დაიყოს ორ ურთიერთ პერპენდიკულარულ კომპონენტად: ერთი პარალელურია პოლარიზატორის პოლარიზაციის სიბრტყის პარალელურად, მეორე კი მის პერპენდიკულარულად.

ცხადია, პოლარიზატორიდან გამოსული სინათლის ინტენსივობა ტოლი იქნება.მოდით, პოლარიზატორიდან გამოსული სინათლის ინტენსივობა ავღნიშნოთ ()-ით. თუ პოლარიზატორის გზაზე მოთავსებულია ანალიზატორი, რომლის მთავარი სიბრტყე ქმნის კუთხეს. პოლარიზატორის მთავარი სიბრტყე, მაშინ ანალიზატორიდან გამოსული სინათლის ინტენსივობა განისაზღვრება კანონით.

ბილეთი 81.

რადიუმის სხივების ზემოქმედების ქვეშ ურანის მარილების ლუმინესცენციის შესწავლისას საბჭოთა ფიზიკოსმა პ.ა. ჩერენკოვმა ყურადღება გაამახვილა იმ ფაქტზე, რომ თავად წყალი ანათებს, რომელშიც არ არის ურანის მარილები. აღმოჩნდა, რომ როდესაც სხივები (იხ. გამა გამოსხივება) გადის სუფთა სითხეებში, ისინი ყველა იწყებენ ნათებას. S. I. Vavilov, რომლის ხელმძღვანელობითაც მუშაობდა P.A. Cherenkov, გამოთქვა ჰიპოთეზა, რომ სიკაშკაშე ასოცირდება ატომებიდან რადიუმის კვანტების მიერ ამოღებული ელექტრონების მოძრაობასთან. მართლაც, სიკაშკაშე ძლიერ იყო დამოკიდებული სითხეში მაგნიტური ველის მიმართულებაზე (ეს ვარაუდობს, რომ მისი მიზეზი ელექტრონების მოძრაობაა).

მაგრამ რატომ ასხივებენ სითხეში მოძრავი ელექტრონები? ამ კითხვაზე სწორი პასუხი გასცეს 1937 წელს საბჭოთა ფიზიკოსებმა I. E. Tamm-მა და I. M. Frank-მა.

ნივთიერებაში მოძრავი ელექტრონი ურთიერთქმედებს მიმდებარე ატომებთან. მისი ელექტრული ველის მოქმედებით ატომური ელექტრონები და ბირთვები გადაადგილდებიან საპირისპირო მიმართულებით - გარემო პოლარიზებულია. ელექტრონის ტრაექტორიის გასწვრივ განლაგებული საშუალო ატომები, პოლარიზებული და შემდეგ საწყის მდგომარეობას უბრუნდებიან, ასხივებენ ელექტრომაგნიტურ სინათლის ტალღებს. თუ ელექტრონის სიჩქარე v ნაკლებია საშუალოზე სინათლის გავრცელების სიჩქარეზე (- გარდატეხის ინდექსი), მაშინ ელექტრომაგნიტური ველი გადალახავს ელექტრონს და ნივთიერებას ექნება დრო, რომ პოლარიზდეს სივრცეში ელექტრონის წინ. ელექტრონის წინ და მის უკან საშუალების პოლარიზაცია საპირისპიროა მიმართულებით, ხოლო საპირისპირო პოლარიზებული ატომების გამოსხივება, „შემატება“, „ჩაქრება“ ერთმანეთს. როდესაც ატომებს, რომლებსაც ელექტრონი ჯერ არ მიუღწევია, არ აქვთ დრო პოლარიზაციისთვის და ჩნდება გამოსხივება, რომელიც მიმართულია ვიწრო კონუსური შრის გასწვრივ, წვეროთი, რომელიც ემთხვევა მოძრავ ელექტრონს და კუთხე c წვეროზე. მსუბუქი „კონუსის“ გარეგნობა და გამოსხივების მდგომარეობა შეიძლება მივიღოთ ტალღის გავრცელების ზოგადი პრინციპებიდან.

ბრინჯი. 1. ტალღის ფრონტის ფორმირების მექანიზმი

მიეცით ელექტრონმა გადაადგილება OE ღერძის გასწვრივ (იხ. ნახაზი 1) ძალიან ვიწრო ცარიელი არხის ერთგვაროვან გამჭვირვალე ნივთიერებაში, გარდატეხის ინდექსით (საჭიროა ცარიელი არხი, რათა მხედველობაში არ მივიღოთ ელექტრონის შეჯახება ატომებთან თეორიული განხილვა). OE ხაზის ნებისმიერი წერტილი, რომელიც თანმიმდევრულად დაიკავებს ელექტრონს, იქნება სინათლის ემისიის ცენტრი. თანმიმდევრული O, D, E წერტილებიდან გამომავალი ტალღები ერევა ერთმანეთში და ძლიერდება, თუ მათ შორის ფაზის სხვაობა ნულის ტოლია (იხ. ჩარევა). ეს პირობა დაკმაყოფილებულია მიმართულებისთვის, რომელიც ქმნის 0-ის კუთხეს ელექტრონის ტრაექტორიასთან. კუთხე 0 განისაზღვრება თანაფარდობით:.

მართლაც, განვიხილოთ ორი ტალღა, რომელიც გამოსხივებულია მიმართულებით 0 კუთხით ელექტრონის სიჩქარის მიმართ ტრაექტორიის ორი წერტილიდან - წერტილი O და წერტილი D, დაშორებული მანძილით. B წერტილში, რომელიც დევს BE სწორ ხაზზე, OB-ზე პერპენდიკულარულად, პირველი ტალღა - დროში F წერტილში, რომელიც მდებარეობს BE სწორ ხაზზე, წერტილიდან გამოსხივებული ტალღა მოვა დროის მომენტში ემისიის შემდეგ. ტალღა O წერტილიდან. ეს ორი ტალღა იქნება ფაზაში, ანუ სწორი ხაზი იქნება ტალღის ფრონტი, თუ ეს ჯერ ტოლია:. რომ როგორც დროთა თანასწორობის პირობა იძლევა. ყველა მიმართულებით, რისთვისაც შუქი ჩაქრება ტრაექტორიის D მანძილით გამოყოფილი ტალღების გამოსხივებული ტალღების ჩარევის გამო. D-ის მნიშვნელობა განისაზღვრება აშკარა განტოლებით, სადაც T არის სინათლის რხევების პერიოდი. ამ განტოლებას ყოველთვის აქვს გამოსავალი თუ.

თუ , მაშინ მიმართულება, რომლითაც გამოსხივებული ტალღები, რომლებიც ერევა, ძლიერდება, არ არსებობს, არ შეიძლება იყოს 1-ზე მეტი.

ბრინჯი. 2. ხმოვანი ტალღების განაწილება და დარტყმითი ტალღის წარმოქმნა სხეულის მოძრაობის დროს

რადიაცია შეინიშნება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ .

ექსპერიმენტულად, ელექტრონები დაფრინავენ სასრულ მყარ კუთხით, სიჩქარის გარკვეული გავრცელებით და შედეგად, გამოსხივება ვრცელდება კონუსურ შრეში, კუთხით განსაზღვრული ძირითადი მიმართულების მახლობლად.

ჩვენი აზრით, ჩვენ უგულებელვყავით ელექტრონის შენელება. ეს სავსებით მისაღებია, ვინაიდან ვავილოვ-ჩერენკოვის გამოსხივების შედეგად დანაკარგები მცირეა და, პირველი მიახლოებით, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ელექტრონის მიერ დაკარგული ენერგია გავლენას არ ახდენს მის სიჩქარეზე და ის ერთნაირად მოძრაობს. ეს არის ვავილოვ-ჩერენკოვის გამოსხივების ფუნდამენტური განსხვავება და უჩვეულოობა. ჩვეულებრივ, მუხტები ასხივებენ, განიცდიან მნიშვნელოვან აჩქარებას.

ელექტრონი, რომელიც აჭარბებს საკუთარ სინათლეს, ჰგავს თვითმფრინავს, რომელიც დაფრინავს ბგერის სიჩქარეზე მეტი სიჩქარით. ამ შემთხვევაში, კონუსური დარტყმითი ტალღა ასევე ვრცელდება თვითმფრინავის წინ (იხ. სურ. 2).

გარდატეხა ეწოდება გარკვეულ აბსტრაქტულ რიცხვს, რომელიც ახასიათებს ნებისმიერი გამჭვირვალე საშუალების გარდატეხის ძალას. ჩვეულებრივია მისი დანიშვნა ნ. არსებობს აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი და ფარდობითი კოეფიციენტი.

პირველი გამოითვლება ორიდან ერთი ფორმულის გამოყენებით:

n = sin α / sin β = const (სადაც sin α არის დაცემის კუთხის სინუსი, ხოლო sin β არის სინათლის სხივის სინუსი, რომელიც შედის განხილულ გარემოში სიცარიელიდან)

n = c / υ λ (სადაც c არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში, υ λ არის სინათლის სიჩქარე შესასწავლ გარემოში).

აქ გაანგარიშება აჩვენებს, რამდენჯერ იცვლის სინათლე გავრცელების სიჩქარეს ვაკუუმიდან გამჭვირვალე გარემოზე გადასვლის მომენტში. ამ გზით დგინდება რეფრაქციული ინდექსი (აბსოლუტური). ნათესავის გასარკვევად გამოიყენეთ ფორმულა:

ანუ განიხილება სხვადასხვა სიმკვრივის ნივთიერებების აბსოლუტური რეფრაქციული მაჩვენებლები, როგორიცაა ჰაერი და მინა.

ზოგადად რომ ვთქვათ, ნებისმიერი სხეულების აბსოლუტური კოეფიციენტები, იქნება ეს აირებიანი, თხევადი თუ მყარი, ყოველთვის 1-ზე მეტია. ძირითადად, მათი მნიშვნელობები მერყეობს 1-დან 2-მდე. ეს მნიშვნელობა შეიძლება იყოს 2-ზე მეტი მხოლოდ გამონაკლის შემთხვევებში. ამ პარამეტრის მნიშვნელობა ზოგიერთი გარემოსთვის:

ეს მნიშვნელობა, როდესაც გამოიყენება პლანეტის უმძიმეს ბუნებრივ ნივთიერებაზე, ალმასზე, არის 2.42. ძალიან ხშირად, სამეცნიერო კვლევების ჩატარებისას და ა.შ., საჭიროა წყლის რეფრაქციული ინდექსის ცოდნა. ეს პარამეტრი არის 1.334.

ვინაიდან ტალღის სიგრძე არის მაჩვენებელი, რა თქმა უნდა, არა მუდმივი, ინდექსი ენიჭება ასო n-ს. მისი მნიშვნელობა გვეხმარება გავიგოთ, სპექტრის რომელ ტალღას ეხება ეს კოეფიციენტი. ერთი და იგივე ნივთიერების განხილვისას, მაგრამ სინათლის ტალღის სიგრძის მატებასთან ერთად, რეფრაქციული ინდექსი მცირდება. ამ გარემოებამ გამოიწვია სინათლის სპექტრად დაშლა ლინზაში, პრიზმაში და ა.შ.

რეფრაქციული ინდექსის მნიშვნელობით შეგიძლიათ განსაზღვროთ, მაგალითად, რამდენი ნივთიერება იხსნება მეორეში. ეს სასარგებლოა, მაგალითად, ხარშვისას ან როცა უნდა იცოდეთ წვენში შაქრის, ხილის ან კენკრის კონცენტრაცია. ეს მაჩვენებელი ასევე მნიშვნელოვანია ნავთობპროდუქტების ხარისხის განსაზღვრისას და სამკაულებში, როდესაც საჭიროა ქვის ავთენტურობის დადასტურება და ა.შ.

რაიმე ნივთიერების გამოყენების გარეშე, ინსტრუმენტის ოკულარში ხილული მასშტაბი მთლიანად ლურჯი იქნება. თუ ჩვეულებრივ გამოხდილ წყალს ჩამოაგდებთ პრიზმაზე, ინსტრუმენტის სწორი დაკალიბრებით, ლურჯი და თეთრი ფერის საზღვარი მკაცრად გაივლის ნულოვანი ნიშნის გასწვრივ. სხვა ნივთიერების შესწავლისას, ის გადაინაცვლებს მასშტაბის გასწვრივ იმის მიხედვით, თუ რა რეფრაქციული ინდექსი აქვს.

სინათლის დისპერსიაარის რეფრაქციული ინდექსის დამოკიდებულება ნნივთიერებები სინათლის ტალღის სიგრძეზე (ვაკუუმში)

ან, რაც იგივეა, სინათლის ტალღების ფაზური სიჩქარის დამოკიდებულება სიხშირეზე:

ნივთიერების დისპერსია-ის წარმოებულს უწოდებენ ნ on

დისპერსია - ნივთიერების რეფრაქციული ინდექსის დამოკიდებულება ტალღის სიხშირეზე - განსაკუთრებით ნათლად და ლამაზად ვლინდება ორმხრივი შეფერხების ეფექტთან ერთად (იხილეთ ვიდეო 6.6 წინა აბზაცში), რომელიც შეინიშნება, როდესაც სინათლე გადის ანისოტროპულ ნივთიერებებში. ფაქტია, რომ ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი ტალღების გარდატეხის ინდექსები განსხვავებულად არის დამოკიდებული ტალღის სიხშირეზე. შედეგად, ორ პოლარიზერს შორის მოთავსებული ანიზოტროპული ნივთიერების მეშვეობით გადაცემული სინათლის ფერი (სიხშირე) დამოკიდებულია როგორც ამ ნივთიერების ფენის სისქეზე, ასევე პოლარიზატორების გადამცემ სიბრტყეებს შორის კუთხეზე.

სპექტრის ხილულ ნაწილში ყველა გამჭვირვალე უფერო ნივთიერებისთვის, ტალღის სიგრძის შემცირებით, რეფრაქციული ინდექსი იზრდება, ანუ ნივთიერების დისპერსია უარყოფითია:. (ნახ. 6.7, სფეროები 1-2, 3-4)

თუ ნივთიერება შთანთქავს სინათლეს ტალღის სიგრძის (სიხშირეების) გარკვეულ დიაპაზონში, მაშინ შთანთქმის რეგიონში დისპერსია

დადებითი აღმოჩნდება და ე.წ ანომალიური (სურათი 6.7, ფართობი 2-3).

ბრინჯი. 6.7. გარდატეხის ინდექსის კვადრატის (მყარი მრუდის) დამოკიდებულება და ნივთიერების მიერ სინათლის შთანთქმის კოეფიციენტი
(დატეხილი მრუდი) ტალღის სიგრძეზელერთ-ერთ შთანთქმის ზოლთან ახლოს()

ნიუტონმა ასევე შეისწავლა ნორმალური დისპერსიაც. პრიზმაში გავლისას თეთრი სინათლის სპექტრად დაშლა სინათლის დისპერსიის შედეგია. როდესაც თეთრი სინათლის სხივი გადის მინის პრიზმაში, ა ფერადი სპექტრი (ნახ. 6.8).

ბრინჯი. 6.8. თეთრი სინათლის გავლა პრიზმაში: შუშის გარდატეხის ინდექსის განსხვავების გამო
ტალღის სიგრძე, სხივი იშლება მონოქრომატულ კომპონენტებად - ეკრანზე ჩნდება სპექტრი

წითელ შუქს აქვს ყველაზე გრძელი ტალღის სიგრძე და ყველაზე დაბალი რეფრაქციული ინდექსი, ამიტომ წითელი სხივები პრიზმით სხვაზე ნაკლებია გადახრილი. მათ გვერდით იქნება ნარინჯისფერი, შემდეგ ყვითელი, მწვანე, ლურჯი, ლურჯი და ბოლოს მეწამული შუქი. პრიზმაზე რთული თეთრი სინათლის ინციდენტი დაიშალა მონოქრომატულ კომპონენტებად (სპექტრში).

დისპერსიის მთავარი მაგალითია ცისარტყელა. ცისარტყელა შეინიშნება, თუ მზე დამკვირვებლის უკან დგას. წითელი და იისფერი სხივები ირღვევა სფერული წყლის წვეთებით და აირეკლება მათი შიდა ზედაპირიდან. წითელი სხივები ნაკლებად ირღვევა და უფრო მაღალ სიმაღლეზე მყოფი წვეთებიდან ეცემა დამკვირვებლის თვალში. ამიტომ ცისარტყელას ზედა ზოლი ყოველთვის წითელი გამოდის (სურ. 26.8).

ბრინჯი. 6.9. ცისარტყელის გამოჩენა

სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონების გამოყენებით, შესაძლებელია გამოვთვალოთ სინათლის სხივების ბილიკი მთლიანი არეკვით და წვიმის წვეთებში დისპერსიით. გამოდის, რომ სხივები ყველაზე დიდი ინტენსივობით იფანტება იმ მიმართულებით, რომელიც ქმნის დაახლოებით 42° კუთხეს მზის სხივების მიმართულებასთან (სურ. 6.10).

ბრინჯი. 6.10. ცისარტყელას მდებარეობა

ასეთი წერტილების ადგილი არის წრე, რომელიც ორიენტირებულია წერტილზე 0. მისი ნაწილი დამალულია დამკვირვებლისგან რჰორიზონტის ქვემოთ, ჰორიზონტის ზემოთ რკალი არის ხილული ცისარტყელა. ასევე შესაძლებელია სხივების ორმაგი ასახვა წვიმის წვეთებში, რის შედეგადაც წარმოიქმნება მეორე რიგის ცისარტყელა, რომლის სიკაშკაშე, ბუნებრივია, მთავარი ცისარტყელის სიკაშკაშეზე ნაკლებია. მისთვის თეორია აძლევს კუთხეს 51 °, ანუ მეორე რიგის ცისარტყელა დევს მთავარის მიღმა. მასში ფერების თანმიმდევრობა საპირისპიროა: გარე რკალი იისფერია, ხოლო ქვედა რკალი წითელია. მესამე და უფრო მაღალი რიგის ცისარტყელა იშვიათად შეინიშნება.

დისპერსიის ელემენტარული თეორია.ნივთიერების გარდატეხის ინდექსის დამოკიდებულება ელექტრომაგნიტური ტალღის სიგრძეზე (სიხშირეზე) აიხსნება იძულებითი რხევების თეორიის საფუძველზე. მკაცრად რომ ვთქვათ, ელექტრონების მოძრაობა ატომში (მოლეკულაში) ემორჩილება კვანტური მექანიკის კანონებს. თუმცა, ოპტიკური ფენომენების ხარისხობრივი გაგებისთვის, შეიძლება შემოიფარგლოთ ატომში (მოლეკულაში) ელასტიური ძალით შეკრული ელექტრონების კონცეფციით. წონასწორობის პოზიციიდან გადახრისას, ასეთი ელექტრონები იწყებენ რხევას, თანდათან კარგავენ ენერგიას ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივებაზე ან გადააქვთ თავიანთი ენერგია გისოსების კვანძებში და ათბობენ ნივთიერებას. ამის შედეგად, რხევები დასუსტდება.

მატერიაში გავლისას ელექტრომაგნიტური ტალღა მოქმედებს თითოეულ ელექტრონზე ლორენცის ძალით:

სადაც v-რხევადი ელექტრონის სიჩქარე. ელექტრომაგნიტურ ტალღაში მაგნიტური და ელექტრული ველის სიძლიერის თანაფარდობაა

ამიტომ, ძნელი არ არის ელექტრონზე მოქმედი ელექტრული და მაგნიტური ძალების თანაფარდობის შეფასება:

მატერიაში ელექტრონები მოძრაობენ უფრო დაბალი სიჩქარით, ვიდრე სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში:

სადაც - ელექტრული ველის სიძლიერის ამპლიტუდა სინათლის ტალღაში, - ტალღის ფაზა, რომელიც განისაზღვრება განხილული ელექტრონის პოზიციით. გამოთვლების გასამარტივებლად, ჩვენ უგულებელყოფთ დემპირებას და ვწერთ ელექტრონის მოძრაობის განტოლებას სახით

სადაც არის ელექტრონის რხევების ბუნებრივი სიხშირე ატომში. ჩვენ უკვე განვიხილეთ ასეთი დიფერენციალური არაერთგვაროვანი განტოლების ამოხსნა ადრე და მივიღეთ

ამრიგად, ელექტრონის გადაადგილება წონასწორული პოზიციიდან პროპორციულია ელექტრული ველის სიძლიერისა. წონასწორული პოზიციიდან ბირთვების გადაადგილება შეიძლება უგულებელყოფილი იყოს, რადგან ბირთვების მასები ელექტრონის მასასთან შედარებით ძალიან დიდია.

ატომი გადაადგილებული ელექტრონით იძენს დიპოლურ მომენტს

(სიმარტივისთვის, ამ დროისთვის დავუშვათ, რომ ატომში არის მხოლოდ ერთი „ოპტიკური“ ელექტრონი, რომლის გადაადგილებაც გადამწყვეტი წვლილი შეაქვს პოლარიზაციაში). თუ ერთეული მოცულობა შეიცავს ნატომები, მაშინ საშუალო პოლარიზაცია (დიპოლური მომენტი მოცულობის ერთეულზე) შეიძლება დაიწეროს როგორც

რეალურ მედიაში შესაძლებელია სხვადასხვა ტიპის მუხტის რხევები (ელექტრონების ან იონების ჯგუფები), რაც ხელს უწყობს პოლარიზაციას. ამ ტიპის ვიბრაციას შეიძლება ჰქონდეს სხვადასხვა რაოდენობის მუხტი ე იდა მასები მე,ასევე სხვადასხვა ბუნებრივი სიხშირეები (მათ აღვნიშნავთ ინდექსით ლ),ატომების რაოდენობა მოცულობის ერთეულზე მოცემული ტიპის ვიბრაციით ნ კატომების კონცენტრაციის პროპორციულია N:

განზომილებიანი პროპორციულობის ფაქტორი ფკახასიათებს თითოეული ტიპის რხევების ეფექტურ წვლილს საშუალო პოლარიზაციის მთლიან მნიშვნელობაში:

მეორე მხრივ, როგორც ცნობილია,

სად არის ნივთიერების დიელექტრიკული მგრძნობელობა, რომელიც დაკავშირებულია დიელექტრიკულ მუდმივთან ეთანაფარდობა

შედეგად, ჩვენ ვიღებთ გამონათქვამს ნივთიერების გარდატეხის ინდექსის კვადრატისთვის:

თითოეულ ბუნებრივ სიხშირესთან, ფორმულით განსაზღვრული ფუნქცია (6.24) განიცდის წყვეტას. რეფრაქციული ინდექსის ეს ქცევა განპირობებულია იმით, რომ ჩვენ უგულებელვყავით შესუსტება. ანალოგიურად, როგორც ადრე ვნახეთ, დემპინგის უგულებელყოფა იწვევს რეზონანსში იძულებითი რხევების ამპლიტუდის უსასრულო ზრდას. დემპინგის შემწეობა გვიხსნის უსასრულობისგან და ფუნქციას აქვს ნახ. 6.11.

ბრინჯი. 6.11. საშუალო დიელექტრიკული მუდმივის დამოკიდებულებაელექტრომაგნიტური ტალღის სიხშირეზე

სიხშირის ურთიერთობის გათვალისწინება ვაკუუმში ელექტრომაგნიტური ტალღის სიგრძესთან

შეგიძლიათ მიიღოთ ნივთიერების რეფრაქციული ინდექსის დამოკიდებულება პტალღის სიგრძეზე ნორმალური დისპერსიის რეგიონში (სექციები 1–2 და 3–4 ნახ. 6.7):

ბუნებრივი რხევების სიხშირეების შესაბამისი ტალღის სიგრძე მუდმივი კოეფიციენტებია.

ანომალიური დისპერსიის რეგიონში (), გარე ელექტრომაგნიტური ველის სიხშირე უახლოვდება მოლეკულური დიპოლების რხევების ერთ-ერთ ბუნებრივ სიხშირეს, ანუ ხდება რეზონანსი. სწორედ ამ ადგილებში (მაგალითად, მონაკვეთი 2-3 ნახ. 6.7-ზე) შეინიშნება ელექტრომაგნიტური ტალღების მნიშვნელოვანი შთანთქმა; ნივთიერების მიერ სინათლის შთანთქმის კოეფიციენტი ნაჩვენებია წყვეტილი ხაზით ნახ. 6.7.

ჯგუფური სიჩქარის კონცეფცია.ჯგუფური სიჩქარის კონცეფცია მჭიდროდ არის დაკავშირებული დისპერსიის ფენომენთან. რეალური ელექტრომაგნიტური იმპულსების დისპერსიის მქონე გარემოში გავრცელებისას, მაგალითად, ჩვენთვის ცნობილი ტალღების მატარებლები, რომლებიც გამოსხივებულია ცალკეული ატომური გამოსხივების მიერ, ხდება მათი „გავრცელება“ - სივრცეში და ხანგრძლივობის გაფართოება დროში. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ასეთი პულსები არ არის მონოქრომატული სინუსოიდური ტალღა, არამედ ეგრეთ წოდებული ტალღის პაკეტი, ან ტალღების ჯგუფი - ჰარმონიული კომპონენტების ნაკრები სხვადასხვა სიხშირით და სხვადასხვა ამპლიტუდით, რომელთაგან თითოეული ვრცელდება საშუალოდ. საკუთარი ფაზის სიჩქარე (6.13).

თუ ტალღის პაკეტი გავრცელდება ვაკუუმში, მაშინ მისი ფორმა და სივრცე-დროის გაფართოება უცვლელი დარჩება, ხოლო ტალღების ასეთი მატარებლის გავრცელების სიჩქარე იქნება სინათლის ფაზის სიჩქარე ვაკუუმში.

დისპერსიის არსებობის გამო, ელექტრომაგნიტური ტალღის სიხშირის დამოკიდებულება ტალღის რიცხვზე კხდება არაწრფივი და ტალღის მატარებლის გავრცელების სიჩქარე გარემოში, ანუ ენერგიის გადაცემის სიჩქარე განისაზღვრება წარმოებულით

სად არის ტალღის ნომერი მატარებელში "ცენტრალური" ტალღისთვის (რომელსაც ყველაზე მაღალი ამპლიტუდა აქვს).

ჩვენ არ გამოვიყვანთ ამ ფორმულას ზოგადი ფორმით, მაგრამ განვმარტავთ მის ფიზიკურ მნიშვნელობას კონკრეტული მაგალითის გამოყენებით. როგორც ტალღური პაკეტის მოდელი, ჩვენ ავიღებთ სიგნალს, რომელიც შედგება ორი სიბრტყე ტალღისგან, რომლებიც ვრცელდება იმავე მიმართულებით, იგივე ამპლიტუდებითა და საწყისი ფაზებით, მაგრამ განსხვავდება სიხშირით, რომელიც გადადის "ცენტრალურ" სიხშირესთან შედარებით მცირე რაოდენობით. შესაბამისი ტალღის რიცხვები გადაინაცვლებს "ცენტრალურ" ტალღის რიცხვთან შედარებით მცირე რაოდენობით . ეს ტალღები აღწერილია გამონათქვამებით.

პროცესები, რომლებიც დაკავშირებულია სინათლესთან, ფიზიკის მნიშვნელოვანი კომპონენტია და ჩვენს ყოველდღიურ ცხოვრებაში ყველგან გვახვევს. ამ სიტუაციაში ყველაზე მნიშვნელოვანია სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონები, რომლებზეც დაფუძნებულია თანამედროვე ოპტიკა. სინათლის რეფრაქცია თანამედროვე მეცნიერების მნიშვნელოვანი ნაწილია.

დამახინჯების ეფექტი

ეს სტატია გეტყვით, რა არის სინათლის გარდატეხის ფენომენი, ასევე როგორ გამოიყურება გარდატეხის კანონი და რა მომდინარეობს მისგან.

ფიზიკური ფენომენის საფუძვლები

როდესაც სხივი ეცემა ზედაპირზე, რომელიც გამოყოფილია ორი გამჭვირვალე ნივთიერებით, რომლებსაც აქვთ განსხვავებული ოპტიკური სიმკვრივე (მაგალითად, სხვადასხვა ჭიქები ან წყალში), სხივების ნაწილი აირეკლება, ნაწილი კი მეორე სტრუქტურაში შეაღწევს (მაგ. გამრავლდება წყალში ან ჭიქაში). ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას სხივი ხასიათდება მისი მიმართულების ცვლილებით. ეს არის სინათლის რეფრაქციის ფენომენი.
სინათლის ანარეკლი და გარდატეხა განსაკუთრებით კარგად ჩანს წყალში.

წყლის დამახინჯების ეფექტი

წყალში ნივთებს რომ ვუყურებ, ისინი დამახინჯებულები ჩანან. ეს განსაკუთრებით შესამჩნევია ჰაერისა და წყლის საზღვარზე. ვიზუალურად ჩანს, რომ წყალქვეშა ობიექტები ოდნავ გადახრილია. აღწერილი ფიზიკური ფენომენი არის ზუსტად ის მიზეზი, რის გამოც ყველა ობიექტი წყალში დამახინჯებულია. როდესაც სხივები მინაზე მოხვდება, ეს ეფექტი ნაკლებად შესამჩნევია.
სინათლის გარდატეხა არის ფიზიკური ფენომენი, რომელიც ხასიათდება მზის სხივის მიმართულების ცვლილებით ერთი გარემოდან (სტრუქტურიდან) მეორეში გადაადგილების მომენტში.
ამ პროცესის გაგების გასაუმჯობესებლად, განვიხილოთ სხივის ჰაერიდან წყალში ჩავარდნის მაგალითი (მსგავსად მინის შემთხვევაში). ინტერფეისის გასწვრივ პერპენდიკულარულის დახატვით შესაძლებელია სინათლის სხივის გარდატეხის და დაბრუნების კუთხის გაზომვა. ეს მაჩვენებელი (გატეხვის კუთხე) შეიცვლება, როდესაც ნაკადი შეაღწევს წყალში (მინის შიგნით).
Შენიშვნა! ეს პარამეტრი გაგებულია, როგორც კუთხე, რომელიც ქმნის პერპენდიკულარს ორი ნივთიერების განცალკევებამდე, როდესაც სხივი შეაღწევს პირველი სტრუქტურიდან მეორეში.

სხივის გადასასვლელი

იგივე მაჩვენებელი დამახასიათებელია სხვა გარემოებისთვის. დადგენილია, რომ ეს მაჩვენებელი დამოკიდებულია ნივთიერების სიმკვრივეზე. თუ სხივი დაეცემა ნაკლებად მკვრივი სტრუქტურიდან უფრო მკვრივ სტრუქტურამდე, მაშინ შექმნილი დამახინჯების კუთხე უფრო დიდი იქნება. და თუ პირიქით, მაშინ ნაკლები.
ამავდროულად, დაცემის ფერდობის ცვლილება ასევე იმოქმედებს ამ მაჩვენებელზე. მაგრამ მათ შორის ურთიერთობა არ რჩება მუდმივი. ამავდროულად, მათი სინუსების თანაფარდობა დარჩება მუდმივი, რაც გამოიხატება შემდეგი ფორმულით: sinα / sinγ = n, სადაც:

• n არის მუდმივი მნიშვნელობა, რომელიც აღწერილია თითოეული კონკრეტული ნივთიერებისთვის (ჰაერი, მინა, წყალი და ა.შ.). აქედან გამომდინარე, რა იქნება ეს მნიშვნელობა, შეიძლება განისაზღვროს სპეციალური ცხრილებიდან;
• α არის დაცემის კუთხე;
• γ არის გარდატეხის კუთხე.

ამ ფიზიკური ფენომენის დასადგენად შეიქმნა გარდატეხის კანონი.

ფიზიკური კანონი

სინათლის ნაკადების გარდატეხის კანონი საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ გამჭვირვალე ნივთიერებების მახასიათებლები. თავად კანონი შედგება ორი დებულებისგან:

• Პირველი ნაწილი. სხივი (შემთხვევა, მოდიფიცირებული) და პერპენდიკულარი, რომელიც აღდგენილია საზღვარზე დაცემის წერტილში, მაგალითად, ჰაერი და წყალი (მინა და ა.შ.), განლაგდება იმავე სიბრტყეში;
• მეორე ნაწილი. დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდების მაჩვენებელი საზღვრის გადაკვეთისას წარმოქმნილი იმავე კუთხის სინუსთან იქნება მუდმივი მნიშვნელობა.

კანონის აღწერა

ამ შემთხვევაში, იმ მომენტში, როდესაც სხივი გამოდის მეორე სტრუქტურიდან პირველში (მაგალითად, როდესაც სინათლის ნაკადი გადის ჰაერიდან, მინის გავლით და ისევ ჰაერში), ასევე მოხდება დამახინჯების ეფექტი.

მნიშვნელოვანი პარამეტრი სხვადასხვა ობიექტებისთვის

ამ სიტუაციაში მთავარი მაჩვენებელია დაცემის კუთხის სინუსის თანაფარდობა მსგავს პარამეტრთან, მაგრამ დამახინჯებისთვის. როგორც ზემოთ აღწერილი კანონიდან ჩანს, ეს მაჩვენებელი მუდმივი მნიშვნელობაა.
ამავდროულად, როდესაც იცვლება დაცემის ფერდობის მნიშვნელობა, იგივე სიტუაცია იქნება დამახასიათებელი მსგავსი ინდიკატორისთვის. ამ პარამეტრს დიდი მნიშვნელობა აქვს, რადგან გამჭვირვალე ნივთიერებების განუყოფელი მახასიათებელია.

ინდიკატორები სხვადასხვა ობიექტებისთვის

ამ პარამეტრის წყალობით, საკმაოდ ეფექტურად შეგიძლიათ განასხვავოთ მინის ტიპები, ასევე ძვირფასი ქვების მრავალფეროვნება. ასევე მნიშვნელოვანია სხვადასხვა მედიაში სინათლის სიჩქარის დასადგენად.

Შენიშვნა! სინათლის ნაკადის ყველაზე მაღალი სიჩქარე ვაკუუმშია.

ერთი ნივთიერებიდან მეორეზე გადასვლისას მისი სიჩქარე იკლებს. მაგალითად, ალმასს, რომელსაც აქვს ყველაზე მაღალი რეფრაქციული ინდექსი, ექნება ფოტონის გავრცელების სიჩქარე ჰაერზე 2,42-ჯერ უფრო სწრაფი. წყალში ისინი 1,33-ჯერ ნელა გავრცელდებიან. სხვადასხვა ტიპის მინისთვის ეს პარამეტრი 1.4-დან 2.2-მდე მერყეობს.

Შენიშვნა! ზოგიერთ სათვალეს აქვს რეფრაქციული ინდექსი 2.2, რაც ძალიან ახლოს არის ბრილიანტთან (2.4). ამიტომ, ყოველთვის არ არის შესაძლებელი შუშის ნაჭერის გარჩევა ნამდვილი ბრილიანტისგან.

ნივთიერებების ოპტიკური სიმკვრივე

სინათლეს შეუძლია შეაღწიოს სხვადასხვა ნივთიერებით, რომლებიც ხასიათდება განსხვავებული ოპტიკური სიმკვრივით. როგორც ადრე ვთქვით, ამ კანონის გამოყენებით შეგიძლიათ განსაზღვროთ საშუალო (სტრუქტურის) სიმკვრივის მახასიათებელი. რაც უფრო მკვრივია, მით უფრო ნელია მასში სინათლის სიჩქარე. მაგალითად, მინა ან წყალი ოპტიკურად უფრო მკვრივი იქნება ვიდრე ჰაერი.
გარდა იმისა, რომ ეს პარამეტრი მუდმივი მნიშვნელობაა, ის ასევე ასახავს სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას ორ ნივთიერებაში. ფიზიკური მნიშვნელობა შეიძლება გამოისახოს შემდეგი ფორმულით:

ეს მაჩვენებელი გვიჩვენებს, თუ როგორ იცვლება ფოტონების გავრცელების სიჩქარე ერთი ნივთიერებიდან მეორეზე გადასვლისას.

კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მაჩვენებელი

გამჭვირვალე ობიექტებში სინათლის ნაკადის გადაადგილებისას შესაძლებელია მისი პოლარიზაცია. იგი შეინიშნება დიელექტრიკული იზოტროპული მედიიდან სინათლის ნაკადის გავლისას. პოლარიზაცია ხდება მაშინ, როდესაც ფოტონები გადიან მინაში.

პოლარიზაციის ეფექტი

ნაწილობრივი პოლარიზაცია შეინიშნება, როდესაც სინათლის ნაკადის დაცემის კუთხე ორი დიელექტრიკის საზღვარზე განსხვავდება ნულიდან. პოლარიზაციის ხარისხი დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორი იყო დაცემის კუთხეები (ბრუსტერის კანონი).

სრული შიდა ასახვა

ჩვენი მოკლე დიგრესიის დასასრულს, ჯერ კიდევ აუცილებელია ასეთი ეფექტის გათვალისწინება, როგორც სრულფასოვანი შიდა ასახვა.

სრული ჩვენების ფენომენი

ამ ეფექტის გამოჩენისთვის აუცილებელია სინათლის ნაკადის დაცემის კუთხის გაზრდა მისი გადასვლის მომენტში ნივთიერებებს შორის ინტერფეისზე მკვრივიდან ნაკლებად მკვრივ გარემოზე. იმ სიტუაციაში, როდესაც ეს პარამეტრი გადააჭარბებს გარკვეულ ზღვრულ მნიშვნელობას, მაშინ ამ მონაკვეთის საზღვარზე მომხდარი ფოტონები მთლიანად აისახება. სინამდვილეში, ეს იქნება ჩვენი სასურველი ფენომენი. მის გარეშე შეუძლებელი იყო ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემის დამზადება.

დასკვნა

სინათლის ნაკადის ქცევის მახასიათებლების პრაქტიკულმა გამოყენებამ ბევრი რამ მისცა, შექმნა სხვადასხვა ტექნიკური მოწყობილობა ჩვენი ცხოვრების გასაუმჯობესებლად. ამავდროულად, სინათლეს არ გაუხსნია კაცობრიობისთვის ყველა თავისი შესაძლებლობა და მისი პრაქტიკული პოტენციალი ჯერ კიდევ არ არის სრულად რეალიზებული.

როგორ გააკეთოთ ქაღალდის ნათურა საკუთარი ხელით
როგორ შევამოწმოთ LED ზოლის მუშაობა