Дифракция света. Дифракционная решетка и ее использование для измерения длины световой волны.

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

Дифракция света – это явление отклонения прямолинейного распространения света в однородной среде при его прохождении мимо препятствий или сквозь отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны, проникновение света в зону геометрической тени.

Так как длина световой волны очень мала (доли миллиметров), то даже за человеческим волосом образуется волновая тень протяженностью несколько метров; за столовой тарелкой — несколько километров.

За волновой тенью свет, обогнувший препятствие, интерферирует.

Вблизи преграды наблюдаем только размытость краев геометрической тени на экране.

Дифракционная решетка – это совокупность очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Если а – ширина прозрачной части, a b – непрозрачной, то: ,

где d – период решетки; l – ширина решетки; N – количество щелей..

При падении на решетку пучка параллельных лучей, перпендикулярно плоскости решетки (плоской волны), благодаря дифракции, свет от каждой щели пойдет пучком, рассеянным во всех направлениях.

AC = d, AB – разность хода.

В дифракционной решетке максимумы света наблюдаются в направлениях, составляющих с нормалью к решетке угол φ , удовлетворяющий следующему соотношению (при условии, что свет падает на решетку нормально):

(k = 0, 1, 2, ...),

В дифракционной решетке минимумы света наблюдаются в направлениях, составляющих с нормалью к решетке угол φ , удовлетворяющий следующему соотношению (при условии, что свет падает на решетку нормально):

(k = 0, 1, 2, ...),

где d — постоянная решетка, φ — угол дифракции, λ — длина волны и k — порядок спектра.

Постоянная, или период, решетки где N — число щелей решетки, приходящееся на единицу длины решетки.

Дисперсия света.

Дисперсией света называется зависимость абсолютного показателя преломления n от частоты ν падающего на данное вещество света (электромагнитной волны): . Из определения скорости света о в веществе ( ) следует, что также зависит от частоты .

Согласно атомистическому представлению о строении вещества дисперсия света возникает в результате вынужденных колебаний заряженных частиц, входящих в состав атомов и молекул (электронов и ионов), под действием электромагнитной волны светового излучения. Классическая теория Лоренца (1880—1909) исходит из представления о колеблющихся системах — атомах и молекулах, — подчиняющихся законам Ньютона и классической электродинамики. На излучение и поглощение света в оптической части спектра влияние оказывают практически только электроны периферийной области атомов (электроны внешних оболочек атомов), называемые оптическими эктронами. Электроны внутренних оболочек атомов имеют очень высокие собственные частоты колебаний. Поэтому их колебания полем световой волны практически не возбуждаются.

При прохождении через призму немонохроматического белого света на экране, установленном за призмой, наблюдается радужная полоса, состоящая из семи монохроматических составляющих и их полутонов. Эта полоса называется дисперсионным спектром. Этот спектр условно делят на следующие семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Каждому цвету соответствует определенный диапазон длин волн:

Цвет	Красный	Оранжевый	Желтый	Зеленый	Синий, голубой	Фиолетовый
λ, нм	770—630	630—590	590—570	570—495	495—435	435—390

Смена цвета происходит непрерывно. Смесь всех семи цветов дает белый цвет. Если из полного спектра исключить один из цветов, то комбинация оставшихся цветов приводит к цветам, которые называются дополнительными. Дополнительные цвета— это цвета спектра, дополняющие один другого до белого:

Исключенный цвет	Красный	Оранжевый	Желтый	Желто-зеленый	Зеленый
Цвет остатка	Голубовато- зеленый	Голубой	Синий	Фиолетовый	Пурпурный

Исключенный цвет	Голубовато- зеленый	Голубой	Фиолетовый	Индиго
Цвет остатка	Красный	Оранжевый	Желто-зеленый	Желтый

На практике их можно получить с помощью подобранных соответствующим образом цветных стекол.

Поляризация света.

Поляризацией света называют совокупность явлений, в которых проявляется свойство поперечности электромагнитных волн видимой (оптической) части спектра. Волна называется поляризованной, если в ней существует выделенное направление колебаний. Различают несколько видов поляризации: 1) линейная или плоская поляризация; 2) круговая или циркулярная поляризация; 3) эллиптическая поляризация.

Поляризация возможна только у поперечных волн. Плоская световая волна называется линейно поляризованной, если ее электрический вектор все время лежит в одной плоскости, в которой расположена нормаль к фронту волны (рис.). Плоскость, проходящая через два вектора и , называется плоскостью поляризации. За направление поляризации световой волны принято направление вектора напряженности магнитного поля , а за направление колебаний — направление колебаний вектора напряженности электрического поля . Естественный свет неполяризован, так как он излучается атомами, ориентированными в пространстве произвольным образом. В нем векторы , и в каждый момент времени взаимно перпендикулярны, но направление векторов и изменяется со временем произвольно.

Устройства, с помощью которых естественный свет можно преобразовать в поляризованный, называют поляризаторами. Простейшим поляризатором является пластинка турмалина, вырезанная параллельно его кристаллографической (оптической) оси. Турмалин сильно поглощает световые лучи, в которых вектор электрической напряженности перпендикулярен оптической оси. Если вектор параллелен этой оси, то соответствующие лучи проходят через турмалин практически без поглощения. Поэтому свет, прошедший через такую пластинку, становится линейно поляризованным с вектором , параллельным оптической оси турмалина.

Световые лучи, проходя через границу раздела двух сред е разными показателями преломления и , испытывают отражение и преломление. Отраженный и преломленный лучи оказываются частично линейно поляризованными. В отраженном световом луче колебания происходят преимущественно перпендикулярно плоскости падения, а в преломленном — в плоскости падения (рис). Существует такой угол падения , называемый углом Брюстера, при котором отраженный, свет оказывается полностью линейно поляризованным. Это явление называется законом Брюстера (1815). Угол Брюстера определяется соотношением: ,

где — показатель преломления среды, в которой распространяется преломленный свет, относительно среды, в которой распространяется падающий свет. При угле Брюстера отраженный и преломленный β лучи образуют прямой угол: .

Отражение под углом Брюстера представляет собой самый простой способ получения поляризованного света. Отраженный свет линейно поляризован так, что колебания его волны происходят в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. Недостатком этого способа получения поляризованного света является малая интенсивность отраженных лучей.Числовые значения угла Брюстера: 83°40' для воды и 56°19' дли стекла.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒