في مقرر الفيزياء للصف الثامن ، تعرفت على ظاهرة انكسار الضوء. أنت تعلم الآن أن الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية ذات نطاق تردد معين. بناءً على المعرفة حول طبيعة الضوء ، ستكون قادرًا على فهم السبب المادي لانكسار الضوء وشرح العديد من الظواهر الضوئية الأخرى المرتبطة به.

أرز. 141- بالانتقال من وسط إلى آخر ، تنكسر الحزمة ، أي يغير اتجاه الانتشار

وفقًا لقانون انكسار الضوء (الشكل 141):

• تقع الأشعة المنكسرة والعمودية المرسومة على السطح البيني بين وسيطين عند نقطة وقوع الحزمة في نفس المستوى ؛ نسبة جيب الزاوية لزاوية السقوط إلى جيب الزاوية لزاوية الانكسار هي قيمة ثابتة لهاتين الوسيطتين

حيث n 21 هو معامل الانكسار النسبي للوسيط الثاني بالنسبة إلى الأول.

إذا مرت الحزمة إلى أي وسيط من فراغ ، إذن

أين ن - مؤشر مطلقمعامل الانكسار (أو ببساطة معامل الانكسار) للوسيط الثاني. في هذه الحالة ، فإن "البيئة" الأولى هي الفراغ ، ومؤشرها المطلق يؤخذ كواحد.

تم اكتشاف قانون انكسار الضوء تجريبيا من قبل العالم الهولندي ويلبورد سنيليوس في عام 1621. تمت صياغة القانون في أطروحة حول البصريات ، والتي تم العثور عليها في أوراق العالم بعد وفاته.

بعد اكتشاف Snell ، طرح العديد من العلماء فرضية مفادها أن انكسار الضوء يرجع إلى تغيير في سرعته عندما يمر عبر حدود وسيطين. تم تأكيد صحة هذه الفرضية من خلال البراهين النظرية التي أجريت بشكل مستقل من قبل عالم الرياضيات الفرنسي بيير فيرمات (في 1662) والفيزيائي الهولندي كريستيان هيغنز (في 1690). من خلال مسارات مختلفة توصلوا إلى نفس النتيجة ، مما يثبت ذلك

• نسبة الجيب لزاوية السقوط إلى الجيب لزاوية الانكسار هي قيمة ثابتة لهاتين الوسيطتين ، مساوية لنسبة سرعات الضوء في هذه الوسائط:

(3)

من المعادلة (3) يترتب على ذلك أنه إذا كانت زاوية الانكسار β أقل من زاوية السقوط a ، فإن ضوء تردد معين في الوسط الثاني ينتشر بشكل أبطأ من الأول ، أي V 2

كانت العلاقة بين الكميات المدرجة في المعادلة (3) بمثابة سبب وجيه لظهور صيغة أخرى لتعريف معامل الانكسار النسبي:

• معامل الانكسار النسبي للوسيط الثاني بالنسبة إلى الأول هو كمية مادية مساوية لنسبة سرعات الضوء في هذه الوسائط:

n 21 \ u003d v 1 / v 2 (4)

دع شعاع من الضوء يمر من الفراغ إلى وسط ما. استبدال v1 في المعادلة (4) بسرعة الضوء في الفراغ c ، و v 2 بسرعة الضوء في وسط v ، نحصل على المعادلة (5) ، وهي تعريف معامل الانكسار المطلق:

• معامل الانكسار المطلق للوسط هو كمية مادية تساوي نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في وسط معين:

وفقًا للمعادلتين (4) و (5) ، يُظهر n 21 عدد المرات التي تتغير فيها سرعة الضوء عندما ينتقل من وسط إلى آخر ، و n - عندما ينتقل من فراغ إلى وسيط. هذا هو المعنى المادي لمؤشرات الانكسار.

قيمة معامل الانكسار المطلق n لأي مادة أكبر من الوحدة (وهذا ما تؤكده البيانات الواردة في جداول الكتب المرجعية المادية). بعد ذلك ، وفقًا للمعادلة (5) ، c / v> 1 و c> v ، أي أن سرعة الضوء في أي مادة أقل من سرعة الضوء في الفراغ.

دون إعطاء مبررات صارمة (فهي معقدة ومرهقة) ، نلاحظ أن سبب انخفاض سرعة الضوء أثناء انتقاله من الفراغ إلى المادة هو تفاعل موجة ضوئية مع ذرات وجزيئات المادة. كلما زادت الكثافة الضوئية للمادة ، كلما كان هذا التفاعل أقوى ، قلت سرعة الضوء وزاد معامل الانكسار. وبالتالي ، يتم تحديد سرعة الضوء في الوسط ومعامل الانكسار المطلق من خلال خصائص هذا الوسط.

وفقًا للقيم العددية لمؤشرات الانكسار للمواد ، يمكن للمرء مقارنة كثافتها الضوئية. على سبيل المثال ، تتراوح مؤشرات الانكسار لأنواع مختلفة من الزجاج من 1.470 إلى 2.040 ، بينما يبلغ معامل انكسار الماء 1.333. هذا يعني أن الزجاج هو وسيط بصريًا أكثر كثافة من الماء.

دعنا ننتقل إلى الشكل 142 ، الذي يمكننا من خلاله شرح سبب تغير اتجاه انتشار الموجة الضوئية أيضًا على حدود وسيطين ، مع تغيير السرعة.

أرز. 142- عندما تمر الموجات الضوئية من الهواء إلى الماء ، تقل سرعة الضوء ، وتغير مقدمة الموجة ومعها سرعتها اتجاهها.

يوضح الشكل موجة ضوئية تمر من الهواء إلى الماء وواقعة على السطح البيني بين هذه الوسائط بزاوية أ. في الهواء ، ينتشر الضوء بسرعة v 1 ، وفي الماء بسرعة أبطأ v 2.

تصل النقطة A من الموجة إلى الحد أولاً. خلال فترة زمنية Δt ، النقطة B ، التي تتحرك في الهواء بنفس السرعة v 1 ، ستصل إلى النقطة B. خلال نفس الوقت ، ستغطي النقطة A ، التي تتحرك في الماء بسرعة أقل v 2 ، مسافة أقصر ، حيث تصل فقط إلى النقطة أ ". في هذه الحالة ، فإن ما يسمى بجبهة الموجة A "B" في الماء ستدور بزاوية معينة بالنسبة لمقدمة الموجة AB في الهواء. ومتجه السرعة (الذي يكون دائمًا عموديًا على مقدمة الموجة ويتزامن مع اتجاه انتشارها) يدور ، مقتربًا من الخط المستقيم OO "، عموديًا على السطح البيني بين الوسائط. في هذه الحالة ، تكون زاوية الانكسار β أقل من زاوية السقوط α وهذه هي الطريقة التي يحدث بها انكسار الضوء.

يمكن أيضًا أن نرى من الشكل أنه عند الانتقال إلى وسيط آخر ودوران مقدمة الموجة ، يتغير الطول الموجي أيضًا: عند الانتقال إلى وسط أكثر كثافة بصريًا ، تنخفض السرعة ، وينخفض ​​الطول الموجي أيضًا (λ 2< λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.

أسئلة

1. أي من المادتين أكثر كثافة بصريًا؟
2. كيف يتم تحديد مؤشرات الانكسار من حيث سرعة الضوء في الوسائط؟
3. أين يسافر الضوء بشكل أسرع؟
4. ما هو السبب المادي لانخفاض سرعة الضوء عندما ينتقل من فراغ إلى وسط أو من وسط ذي كثافة بصرية منخفضة إلى وسط ذي كثافة أعلى؟
5. ما الذي يحدد (أي ما الذي يعتمدون عليه) معامل الانكسار المطلق للوسط وسرعة الضوء فيه؟
6. اشرح ما يوضحه الشكل 142.

يمارس

الانكسار أو الانكسار هو ظاهرة يحدث فيها تغيير في اتجاه شعاع من الضوء ، أو موجات أخرى ، عندما يعبرون الحدود الفاصلة بين وسيطين ، كلاهما شفاف (ينقل هذه الموجات) وداخل وسط تتغير فيه الخصائص باستمرار .

نواجه ظاهرة الانكسار في كثير من الأحيان ونعتبرها ظاهرة عادية: يمكننا أن نرى أن العصا الموضوعة في زجاج شفاف بسائل ملون "مكسورة" عند النقطة التي ينفصل فيها الهواء والماء (الشكل 1). عندما ينكسر الضوء وينعكس أثناء المطر ، نبتهج عندما نرى قوس قزح (الشكل 2).

معامل الانكسار هو خاصية مهمة لمادة مرتبطة بخصائصها الفيزيائية والكيميائية. يعتمد ذلك على قيم درجة الحرارة ، وكذلك على الطول الموجي لموجات الضوء التي يتم عندها التحديد. وفقًا لبيانات مراقبة الجودة في محلول ما ، يتأثر مؤشر الانكسار بتركيز المادة المذابة فيه ، فضلاً عن طبيعة المذيب. على وجه الخصوص ، يتأثر معامل الانكسار لمصل الدم بكمية البروتين الموجودة فيه. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه عندما سرعة مختلفةانتشار أشعة الضوء في الوسائط ذات الكثافة المختلفة ، يتغير اتجاهها عند نقطة فصل وسيطين. إذا قسمنا سرعة الضوء في الفراغ على سرعة الضوء في المادة قيد الدراسة ، نحصل على معامل الانكسار المطلق (معامل الانكسار). في الممارسة العملية ، يتم تحديد معامل الانكسار النسبي (n) ، وهو نسبة سرعة الضوء في الهواء إلى سرعة الضوء في المادة قيد الدراسة.

يتم قياس معامل الانكسار باستخدام جهاز خاص - مقياس الانكسار.

يعد قياس الانكسار أحد أسهل طرق التحليل الفيزيائي ويمكن استخدامه في مختبرات مراقبة الجودة في إنتاج المواد الكيميائية والغذائية والمكملات الغذائية النشطة بيولوجيًا ومستحضرات التجميل وأنواع أخرى من المنتجات بأقل وقت وعدد العينات المراد اختبارها.

يعتمد تصميم مقياس الانكسار على حقيقة أن أشعة الضوء تنعكس تمامًا عندما تمر عبر حدود وسيطين (أحدهما منشور زجاجي والآخر هو محلول الاختبار) (الشكل 3).

أرز. 3. مخطط مقياس الانكسار

من المصدر (1) ، يسقط شعاع الضوء على سطح المرآة (2) ، ثم ينعكس ، ويمر في منشور الإنارة العلوي (3) ، ثم إلى منشور القياس السفلي (4) ، المصنوع من الزجاج مع معامل انكسار عالي. بين المنشور (3) و (4) يتم تطبيق 1-2 قطرات من العينة باستخدام أنبوب شعري. من أجل عدم التسبب في ضرر ميكانيكي للمنشور ، من الضروري عدم لمس سطحه بشعري.

ترى العدسة (9) حقلاً به خطوط متقاطعة لتعيين الواجهة. من خلال تحريك العدسة ، يجب محاذاة نقطة تقاطع الحقول مع الواجهة (الشكل 4). يلعب مستوى المنشور (4) دور الواجهة التي ينكسر شعاع الضوء على سطحها. نظرًا لتناثر الأشعة ، يتضح أن حدود الضوء والظل ضبابية ومتقزحة اللون. يتم القضاء على هذه الظاهرة بواسطة معوض التشتت (5). ثم يتم تمرير الشعاع من خلال العدسة (6) والمنشور (7). على اللوحة (8) توجد ضربات رؤية (خطان مستقيمان متقاطعان بالعرض) ، بالإضافة إلى مقياس بمؤشرات الانكسار ، وهو ما لوحظ في العدسة (9). يتم استخدامه لحساب معامل الانكسار.

سيتوافق الخط الفاصل لحدود الحقول مع الزاوية الداخلية انعكاس كلي، اعتمادًا على معامل الانكسار للعينة.

يستخدم قياس الانكسار لتحديد نقاء المادة وأصالتها. تُستخدم هذه الطريقة أيضًا لتحديد تركيز المواد في المحاليل أثناء مراقبة الجودة ، والتي يتم حسابها من الرسم البياني للمعايرة (رسم بياني يوضح اعتماد معامل الانكسار لعينة على تركيزها).

في KorolevPharm ، يتم تحديد معامل الانكسار وفقًا للوثائق التنظيمية المعتمدة أثناء التحكم في مدخلات المواد الخام ، في مقتطفات من إنتاجنا ، وكذلك أثناء الإصدار المنتجات النهائية. يتم التحديد من قبل موظفين مؤهلين في مختبر فيزيائي وكيميائي معتمد باستخدام مقياس انكسار IRF-454 B2M.

إذا كان مؤشر الانكسار ، بناءً على نتائج التحكم في إدخال المواد الخام ، لا يفي بالمتطلبات الضرورية ، فإن قسم مراقبة الجودة يضع قانون عدم المطابقة ، والذي على أساسه يتم إرجاع هذه الدفعة من المواد الخام إلى المورد.

طريقة التحديد

1. قبل البدء بالقياسات ، يتم فحص نظافة أسطح المناشير الملامسة لبعضها البعض.

2. فحص نقطة الصفر. نضع 2 3 قطرات من الماء المقطر على سطح منشور القياس ، ونغلقه بعناية بمنشور مضيء. افتح نافذة الإضاءة ، وباستخدام مرآة ، اضبط مصدر الضوء في الاتجاه الأكثر كثافة. من خلال تدوير مسامير العدسة ، نحصل على تمييز واضح وحاد بين الحقول المظلمة والفاتحة في مجال رؤيتها. نقوم بتدوير البرغي وتوجيه خط الظل والضوء بحيث يتزامن مع النقطة التي تتقاطع عندها الخطوط في النافذة العلوية للعدسة. على الخط الرأسي في النافذة السفلية للعدسة ، نرى النتيجة المرجوة - معامل انكسار الماء المقطر عند 20 درجة مئوية (1.333). إذا كانت القراءات مختلفة ، فاضبط البرغي على معامل الانكسار على 1.333 ، وبمساعدة مفتاح (قم بإزالة برغي الضبط) نأتي بحدود الظل والضوء إلى نقطة تقاطع الخطوط.

3. تحديد معامل الانكسار. ارفع حجرة إضاءة المنشور وقم بإزالة الماء بورق الترشيح أو منديل الشاش. بعد ذلك ، ضع 1-2 قطرات من محلول الاختبار على سطح منشور القياس وأغلق الغرفة. نقوم بتدوير البراغي حتى تتوافق حدود الظل والضوء مع نقطة تقاطع الخطوط. على الخط العمودي في النافذة السفلية للعدسة ، نرى النتيجة المرجوة - معامل الانكسار لعينة الاختبار. نحسب معامل الانكسار على المقياس في النافذة السفلية للعدسة.

4. باستخدام مخطط المعايرة ، نؤسس العلاقة بين تركيز المحلول ومعامل الانكسار. لإنشاء رسم بياني ، من الضروري إعداد حلول قياسية لتركيزات متعددة باستخدام مستحضرات من مواد نقية كيميائيًا ، وقياس مؤشرات انكسارها ورسم القيم التي تم الحصول عليها على المحور الإحداثي ، ورسم التراكيز المقابلة للحلول على محور الإحداثي. من الضروري اختيار فترات التركيز التي يتم فيها ملاحظة علاقة خطية بين التركيز ومعامل الانكسار. نقيس معامل الانكسار لعينة الاختبار ونستخدم الرسم البياني لتحديد تركيزها.

يكشف هذا المقال عن جوهر مفهوم البصريات مثل معامل الانكسار. يتم إعطاء الصيغ للحصول على هذه القيمة مراجعة قصيرةتطبيق ظاهرة انكسار الموجة الكهرومغناطيسية.

القدرة على الرؤية ومعامل الانكسار

في فجر الحضارة طرح الناس السؤال: كيف ترى العين؟ لقد تم اقتراح أن يقوم الشخص بإصدار أشعة تشعر بالأشياء المحيطة ، أو على العكس من ذلك ، كل الأشياء تنبعث منها مثل هذه الأشعة. تم تقديم الإجابة على هذا السؤال في القرن السابع عشر. وهو موجود في البصريات ويرتبط بمؤشر الانكسار. ينعكس الضوء من أسطح معتمة مختلفة وينكسر عند الحدود بأسطح شفافة ، ويمنح الشخص فرصة للرؤية.

معامل الضوء والانكسار

كوكبنا يكتنفه ضوء الشمس. وبالضبط بالطبيعة الموجية للفوتونات يرتبط مفهوم مثل معامل الانكسار المطلق. عند التكاثر في الفراغ ، لا يواجه الفوتون أي عقبات. على الكوكب ، يصادف الضوء العديد من الوسائط الأكثر كثافة: الغلاف الجوي (خليط من الغازات) ، والماء ، والبلورات. كونها موجة كهرومغناطيسية ، فإن فوتونات الضوء لها سرعة طور واحدة في الفراغ (يُشار إليها ج) وفي البيئة - آخر (يُشار إليه الخامس). نسبة الأول والثاني هي ما يسمى بمعامل الانكسار المطلق. تبدو الصيغة كما يلي: n = c / v.

سرعة المرحلة

يجدر إعطاء تعريف لسرعة المرحلة للوسط الكهرومغناطيسي. وإلا فهم ما هو معامل الانكسار ن، ممنوع. فوتون الضوء هو موجة. لذلك ، يمكن تمثيلها كحزمة طاقة تتأرجح (تخيل جزءًا من الجيب). المرحلة هي ذلك الجزء من الجيب الذي تمر فيه الموجة هذه اللحظةالوقت (تذكر أن هذا مهم لفهم كمية مثل معامل الانكسار).

على سبيل المثال ، يمكن أن تكون المرحلة بحد أقصى للجيوب الأنفية أو جزء من ميلها. سرعة الطور للموجة هي السرعة التي تتحرك بها تلك المرحلة المعينة. كما يوضح تعريف معامل الانكسار ، تختلف هذه القيم بالنسبة للفراغ وللوسط. علاوة على ذلك ، كل بيئة لها قيمتها الخاصة بهذه الكمية. أي مركب شفاف ، مهما كان تركيبه ، له معامل انكسار يختلف عن جميع المواد الأخرى.

معامل الانكسار المطلق والنسبي

لقد سبق أن تبين أعلاه أن القيمة المطلقة تقاس بالنسبة للفراغ. ومع ذلك ، فإن هذا صعب على كوكبنا: غالبًا ما يضرب الضوء حدود الهواء والماء أو الكوارتز والإسبنيل. لكل من هذه الوسائط ، كما ذكر أعلاه ، يختلف معامل الانكسار. في الهواء ، ينتقل فوتون من الضوء على طول اتجاه واحد وله سرعة طور واحدة (v 1) ، ولكن عندما يدخل الماء ، فإنه يغير اتجاه الانتشار وسرعة الطور (v 2). ومع ذلك ، يقع كلا الاتجاهين في نفس المستوى. هذا مهم جدًا لفهم كيفية تشكل صورة العالم المحيط على شبكية العين أو على مصفوفة الكاميرا. نسبة اثنين القيم المطلقةيعطي معامل الانكسار النسبي. تبدو الصيغة كما يلي: n 12 \ u003d v 1 / v 2.

ولكن ماذا لو خرج الضوء من الماء ودخل الهواء؟ ثم سيتم تحديد هذه القيمة بواسطة الصيغة n 21 = v 2 / v 1. عند ضرب مؤشرات الانكسار النسبية ، نحصل على n 21 * n 12 \ u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \ u003d 1. هذه النسبة صحيحة لأي زوج من الوسائط. يمكن إيجاد معامل الانكسار النسبي من جيوب زاويتى السقوط والانكسار n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. لا تنس أن الزوايا تحسب من الطبيعي إلى السطح. الخط العمودي هو الخط العمودي على السطح. أي إذا أعطيت المشكلة زاوية α السقوط بالنسبة للسطح نفسه ، فيجب مراعاة جيب (90 - α).

جمال معامل الانكسار وتطبيقاته

في يوم مشمس هادئ ، يتلألأ الوهج في قاع البحيرة. يغطي الجليد الأزرق الداكن الصخرة. على يد المرأة ، الماس ينثر آلاف الشرر. هذه الظواهر هي نتيجة لحقيقة أن جميع حدود الوسائط الشفافة لها معامل انكسار نسبي. بالإضافة إلى المتعة الجمالية ، يمكن أيضًا استخدام هذه الظاهرة في التطبيقات العملية.

وهنا بعض الأمثلة:

• عدسة زجاجية تجمع الشعاع ضوء الشمسويضرم النار في العشب.
• يركز شعاع الليزر على العضو المصاب ويقطع الأنسجة غير الضرورية.
• ينكسر ضوء الشمس على نافذة زجاجية ملونة قديمة ، مما يخلق جوًا خاصًا.
• يكبر المجهر التفاصيل الصغيرة جدًا
• تجمع عدسات مقياس الطيف الضوئي ضوء الليزر المنعكس من سطح المادة قيد الدراسة. وبالتالي ، من الممكن فهم الهيكل ، ومن ثم خصائص المواد الجديدة.
• حتى أن هناك مشروعًا لجهاز كمبيوتر فوتوني ، حيث سيتم نقل المعلومات ليس عن طريق الإلكترونات ، كما هو الحال الآن ، ولكن عن طريق الفوتونات. لمثل هذا الجهاز ، ستكون هناك حاجة بالتأكيد إلى عناصر الانكسار.

الطول الموجي

ومع ذلك ، تزودنا الشمس بالفوتونات ليس فقط في الطيف المرئي. لا يتم إدراك نطاقات الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية من خلال الرؤية البشرية ، ولكنها تؤثر على حياتنا. تبقينا الأشعة تحت الحمراء دافئين ، وتعمل فوتونات الأشعة فوق البنفسجية على تأين الغلاف الجوي العلوي وتمكن النباتات من إنتاج الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي.

وما يساوي معامل الانكسار لا يعتمد فقط على المواد التي تقع بينها الحدود ، ولكن أيضًا على الطول الموجي للإشعاع الساقط. عادة ما يكون واضحًا من السياق القيمة التي تتم الإشارة إليها. أي إذا نظر الكتاب في الأشعة السينية وتأثيرها على الإنسان نهناك يتم تعريفه لهذا النطاق. ولكن عادةً ما يُقصد بالطيف المرئي للموجات الكهرومغناطيسية ، ما لم يُنص على خلاف ذلك.

معامل الانكسار والانعكاس

كما اتضح مما سبق ، نحن نتكلمحول الوسائط الشفافة. على سبيل المثال ، ذكرنا الهواء والماء والماس. لكن ماذا عن الخشب والجرانيت والبلاستيك؟ هل هناك شيء مثل معامل الانكسار بالنسبة لهم؟ الجواب معقد ، لكن بشكل عام نعم.

بادئ ذي بدء ، يجب أن نفكر في نوع الضوء الذي نتعامل معه. يتم قطع تلك الوسائط غير الشفافة للفوتونات المرئية بواسطة الأشعة السينية أو أشعة جاما. هذا هو ، إذا كنا جميعًا رجالًا خارقين ، فسيكون العالم بأسره شفافًا بالنسبة لنا ، ولكن في درجات متفاوته. على سبيل المثال ، لن تكون الجدران المصنوعة من الخرسانة أكثر كثافة من الهلام ، وستبدو التركيبات المعدنية مثل قطع الفاكهة الأكثر كثافة.

للاخرين الجسيمات الأولية، الميونات ، كوكبنا شفاف بشكل عام من خلاله. في وقت ما ، تسبب العلماء في الكثير من المتاعب لإثبات حقيقة وجودهم. تخترقنا الميونات بالملايين كل ثانية ، لكن احتمال اصطدام جسيم واحد بالمادة صغير جدًا ، ومن الصعب جدًا إصلاح ذلك. بالمناسبة ، ستصبح بايكال قريبًا مكانًا "لاصطياد" الميونات. عميقة و ماء نقيمثالي لهذا - خاصة في فصل الشتاء. الشيء الرئيسي هو أن المستشعرات لا تتجمد. وبالتالي ، فإن معامل الانكسار للخرسانة ، على سبيل المثال ، لفوتونات الأشعة السينية أمر منطقي. علاوة على ذلك ، يعتبر تشعيع مادة ما بالأشعة السينية من أكثر الطرق دقة وأهمية لدراسة بنية البلورات.

من الجدير أيضًا أن نتذكر أنه ، بالمعنى الرياضي ، المواد المعتمة لنطاق معين لها معامل انكسار وهمي. أخيرًا ، يجب على المرء أن يفهم أن درجة حرارة مادة ما يمكن أن تؤثر أيضًا على شفافيتها.

التذكرة 75.

قانون انعكاس الضوء: يقع الحادث والحزم المنعكسة ، وكذلك العمودي على السطح البيني بين وسيطين ، المستعادتين عند نقطة وقوع الحزمة ، في نفس المستوى (مستوى الوقوع). زاوية الانعكاس γ تساوي زاوية السقوط α.

قانون انكسار الضوء: تقع الحزم الساقطة والمنكسرة ، وكذلك العمودي على السطح البيني بين وسيطين ، المستعادتين عند نقطة وقوع الحزمة ، في نفس المستوى. نسبة الجيب لزاوية السقوط α إلى جيب زاوية الانكسار β هي قيمة ثابتة لوسائط معينة:

تم شرح قوانين الانعكاس والانكسار في فيزياء الأمواج. وفقًا لمفاهيم الموجة ، فإن الانكسار هو نتيجة للتغيير في سرعة انتشار الموجة أثناء الانتقال من وسط إلى آخر. المعنى المادي لمعامل الانكسارهي نسبة سرعة انتشار الموجة في الوسط الأول 1 إلى سرعة انتشارها في الوسط الثاني υ 2:

يوضح الشكل 3.1.1 قوانين انعكاس وانكسار الضوء.

يُطلق على الوسط ذو معامل الانكسار المطلق المنخفض بصريًا أقل كثافة.

عندما يمر الضوء من وسط كثيف بصريًا إلى وسط ضوئي أقل كثافة ، n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать ظاهرة الانعكاس الكليأي اختفاء الشعاع المنكسر. لوحظت هذه الظاهرة عند زوايا حدوث تتجاوز زاوية حرجة معينة α pr ، والتي تسمى الحد من زاوية كاملة انعكاس داخلي (انظر الشكل 3.1.2).

لزاوية السقوط α = α pr sin β = 1 ؛ القيمة sin α pr \ u003d n 2 / n 1< 1.

إذا كان الوسيط الثاني هو الهواء (ن 2 1) ، فمن الملائم إعادة كتابة الصيغة على النحو التالي

تجد ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي تطبيقًا في العديد من الأجهزة البصرية. التطبيق الأكثر إثارة للاهتمام والأهم من الناحية العملية هو إنشاء أدلة ضوئية من الألياف ، والتي تكون رقيقة (من بضعة ميكرومتر إلى مليمترات) خيوط مثنية بشكل تعسفي من مادة شفافة بصريًا (زجاج ، كوارتز). يمكن أن ينتشر الضوء الساقط على نهاية الألياف بطولها عبر مسافات طويلة بسبب الانعكاس الداخلي الكلي من الأسطح الجانبية (الشكل 3.1.3). يُطلق على الاتجاه العلمي والتقني الذي ينطوي عليه تطوير وتطبيق أدلة الضوء الضوئية اسم الألياف البصرية.

التخلص من "ضوء rsiya" ذلك (تحلل الضوء)- هذه ظاهرة ناتجة عن اعتماد معامل الانكسار المطلق لمادة ما على التردد (أو الطول الموجي) للضوء (تشتت التردد) ، أو ، نفس الشيء ، اعتماد سرعة الطور للضوء في مادة ما على الطول الموجي (أو التردد). اكتشف نيوتن تجريبيًا حوالي عام 1672 ، على الرغم من أنه تم شرحه جيدًا من الناحية النظرية في وقت لاحق.

التشتت المكانيهو اعتماد موتر سماحية الوسط على متجه الموجة. يتسبب هذا الاعتماد في عدد من الظواهر تسمى تأثيرات الاستقطاب المكاني.

من أوضح الأمثلة على التشتت - تحلل الضوء الأبيضعند تمريره عبر منشور (تجربة نيوتن). جوهر ظاهرة التشتت هو الاختلاف في سرعات انتشار أشعة الضوء ذات الأطوال الموجية المختلفة في مادة شفافة - وسط بصري (بينما في الفراغ تكون سرعة الضوء هي نفسها دائمًا ، بغض النظر عن الطول الموجي ومن ثم اللون) . عادة ، كلما زاد تردد الموجة الضوئية ، زاد معامل انكسار الوسط لها وانخفضت سرعة الموجة في الوسط:

تجارب نيوتن تجربة على تحلل الضوء الأبيض إلى طيف: وجه نيوتن شعاعًا من ضوء الشمس عبر ثقب صغير على منشور زجاجي. عند الوصول إلى المنشور ، تم انكسار الشعاع وأعطى على الجدار المقابل صورة ممدودة مع تناوب ألوان قزحي الألوان - الطيف. جرب مرور الضوء أحادي اللون من خلال منشور: وضع نيوتن زجاجًا أحمر في مسار شعاع الشمس ، حيث تلقى خلفه ضوءًا أحادي اللون (أحمر) ، ثم منشورًا ولم يلاحظ على الشاشة سوى بقعة حمراء من شعاع الضوء. خبرة في تركيب (الحصول على) الضوء الأبيض:أولاً ، وجه نيوتن شعاع الشمس إلى موشور. بعد ذلك ، بعد أن جمع نيوتن الأشعة الملونة الخارجة من المنشور بمساعدة عدسة متقاربة ، تلقى نيوتن صورة بيضاء لثقب على جدار أبيض بدلاً من شريط ملون. استنتاجات نيوتن:- لا يغير المنشور الضوء ، ولكنه يحللها فقط إلى مكونات - تختلف أشعة الضوء التي تختلف في اللون في درجة الانكسار ؛ تكون الأشعة البنفسجية أكثر انكسارًا ، والضوء الأحمر أقل انكسارًا بقوة - الضوء الأحمر ، وهو أقل انكسارًا ، وله أعلى سرعة ، والبنفسجي لديه أدنى مستوياته ، وبالتالي فإن المنشور يحلل الضوء. يسمى اعتماد معامل انكسار الضوء على لونه بالتشتت.

الموجودات:- المنشور يحلل الضوء - الضوء الأبيض معقد (مركب) - الأشعة البنفسجية تنكسر أكثر من الأشعة الحمراء. يتم تحديد لون شعاع الضوء من خلال تردد التذبذب. عند الانتقال من وسيط إلى آخر ، تتغير سرعة الضوء وطول الموجة ، لكن التردد الذي يحدد اللون يظل ثابتًا. عادةً ما تتميز حدود نطاقات الضوء الأبيض ومكوناته بأطوال موجاتهم في الفراغ. الضوء الأبيض عبارة عن مجموعة من الأطوال الموجية من 380 إلى 760 نانومتر.

التذكرة 77.

امتصاص الضوء. قانون بوجير

يرتبط امتصاص الضوء في المادة بتحويل طاقة المجال الكهرومغناطيسي للموجة إلى طاقة حراريةالمواد (أو في طاقة الإشعاع الضوئي الثانوي). قانون امتصاص الضوء (قانون Bouguer) له الشكل:

أنا = أنا 0 إكسب (- خ) ،(1)

أين أنا 0 , أنا- شدة ضوء الإدخال (س = 0)والخروج من الطبقة المتوسطة من السماكة X ، - معامل الامتصاص يعتمد على .

للعوازل  =10 -1  10 -5 م -1 للمعادن =10 5  10 7 م -1 , لذلك المعادن غير شفافة للضوء.

الاعتماد  ( ) يشرح لون الأجسام الممتصة. على سبيل المثال ، الزجاج الذي يمتص القليل من الضوء الأحمر سيظهر باللون الأحمر عند إضاءته بالضوء الأبيض.

تشتت الضوء. قانون رايلي

يمكن أن يحدث انحراف الضوء في وسط غير متجانس بصريًا ، على سبيل المثال ، في وسط عكر (دخان ، ضباب ، هواء مغبر ، إلخ). تشتت موجات الضوء على عدم تجانس الوسط ، وتخلق نمط حيود يتميز بتوزيع شدة موحد إلى حد ما في جميع الاتجاهات.

يسمى هذا الانعراج عن طريق عدم التجانس الصغير تشتت الضوء.

تُلاحظ هذه الظاهرة إذا كان شعاع ضيق من ضوء الشمس يمر عبر الهواء المترب ، وينتشر على جزيئات الغبار ويصبح مرئيًا.

إذا كانت أبعاد عدم التجانس صغيرة مقارنة بطول الموجة (ليس أكثر من 0,1  ) ، فإن شدة الضوء المبعثر تتناسب عكسياً مع القوة الرابعة من الطول الموجي ، أي

أنا راس ~ 1/  4 , (2)

هذه العلاقة تسمى قانون رايلي.

لوحظ أيضًا تشتت الضوء في الوسائط النقية التي لا تحتوي على جزيئات غريبة. على سبيل المثال ، يمكن أن يحدث عند التقلبات (الانحرافات العشوائية) للكثافة أو تباين الخواص أو التركيز. يسمى هذا التشتت الجزيئي. إنه يشرح ، على سبيل المثال ، اللون الأزرق للسماء. في الواقع ، وفقًا لـ (2) ، فإن الأشعة الزرقاء والأزرق مبعثرة بقوة أكبر من الأحمر والأصفر ، لأن لها طول موجي أقصر ، مما يؤدي إلى اللون الأزرق للسماء.

التذكرة 78.

استقطاب الضوء- مجموعة من ظواهر بصريات الموجات ، تتجلى فيها الطبيعة العرضية لموجات الضوء الكهرومغناطيسية. موجة عرضية- تتأرجح جسيمات الوسط في اتجاهات عمودية على اتجاه انتشار الموجة ( رسم بياني 1).

رسم بياني 1 موجة عرضية

الموجة الضوئية الكهرومغناطيسية مستقطبة الطائرة(الاستقطاب الخطي) ، إذا كانت اتجاهات تذبذب المتجهين E و B ثابتة بدقة وتكمن في مستويات معينة ( رسم بياني 1). تسمى موجة ضوئية مستقطبة مستوية مستقطبة الطائرة(مستقطب خطيًا) ضوء. غير مستقطب(طبيعي) موجة - موجة ضوئية كهرومغناطيسية يمكن أن تقع فيها اتجاهات تذبذب المتجهين E و B في هذه الموجة في أي مستويات متعامدة مع متجه السرعة v. ضوء غير مستقطب- موجات الضوء ، حيث تتغير اتجاهات اهتزازات المتجهين E و B بشكل عشوائي بحيث تكون جميع اتجاهات التذبذبات في المستويات المتعامدة مع حزمة انتشار الموجة محتملة بشكل متساوٍ ( الصورة 2).

الصورة 2 ضوء غير مستقطب

موجات مستقطبة- حيث تظل اتجاهات المتجهين E و B دون تغيير في الفضاء أو تتغير وفقًا لقانون معين. الإشعاع ، حيث يتغير اتجاه المتجه E بشكل عشوائي - غير مستقطب. مثال على هذا الإشعاع يمكن أن يكون الإشعاع الحراري (ذرات وإلكترونات موزعة عشوائياً). طائرة الاستقطاب- هذا مستوي عمودي على اتجاه تذبذب المتجه E. الآلية الرئيسية لحدوث الإشعاع المستقطب هي تشتت الإشعاع بواسطة الإلكترونات والذرات والجزيئات وجزيئات الغبار.

1.2 أنواع الاستقطابهناك ثلاثة أنواع من الاستقطاب. دعونا نحددهم. 1. الخطي يحدث إذا احتفظ المتجه الكهربائي E بموقعه في الفراغ. إنه نوع من الضوء على المستوى الذي يتأرجح فيه المتجه E. 2. تعميم هذا هو الاستقطاب الذي يحدث عندما يدور المتجه الكهربائي E حول اتجاه انتشار الموجة بسرعة زاوية تساوي التردد الزاوي للموجة ، مع الحفاظ على قيمتها المطلقة. يميز هذا الاستقطاب اتجاه دوران المتجه E في المستوى العمودي على خط البصر. ومن الأمثلة على ذلك إشعاع السيكلوترون (نظام من الإلكترونات يدور في مجال مغناطيسي). 3. بيضاوي الشكل يحدث عندما يتغير حجم المتجه الكهربائي E بحيث يصف القطع الناقص (دوران المتجه E). الاستقطاب البيضاوي والدائري صحيح (دوران المتجه E يحدث في اتجاه عقارب الساعة ، إذا نظرت نحو موجة الانتشار) واليسار (دوران المتجه E يحدث عكس اتجاه عقارب الساعة ، إذا نظرت نحو موجة الانتشار).

في الواقع ، الأكثر شيوعًا استقطاب جزئي (موجات كهرومغناطيسية مستقطبة جزئيًا). من الناحية الكمية ، تتميز بكمية معينة تسمى درجة الاستقطاب ص، والتي يتم تعريفها على أنها: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin)أين إيماكس,موافق- أعلى وأقل كثافة لتدفق الطاقة الكهرومغناطيسية من خلال المحلل (بولارويد ، موشور نيكول ...). من الناحية العملية ، غالبًا ما يتم وصف استقطاب الإشعاع بواسطة معلمات Stokes (يتم تحديد تدفقات الإشعاع مع اتجاه استقطاب معين).

التذكرة 79.

إذا وقع الضوء الطبيعي على السطح الفاصل بين عازلين (على سبيل المثال ، الهواء والزجاج) ، فعندئذٍ ينعكس جزء منه وينكسر جزء وينتشر في الوسط الثاني. من خلال وضع محلل (على سبيل المثال ، التورمالين) على مسار الحزم المنعكسة والمنكسرة ، نتأكد من أن الحزم المنعكسة والمنكسرة مستقطبة جزئيًا: عندما يتم تدوير المحلل حول الحزم ، تزداد شدة الضوء وتنخفض بشكل دوري ( لم يلاحظ الانقراض الكامل!). أظهرت دراسات أخرى أنه في الحزمة المنعكسة ، تسود الاهتزازات العمودية على مستوى الوقوع (في الشكل 275 يشار إليها بالنقاط) ، في الحزمة المنكسرة - التذبذبات الموازية لمستوى السقوط (كما هو موضح بالسهام).

تعتمد درجة الاستقطاب (درجة فصل موجات الضوء مع اتجاه معين للناقل الكهربائي (والمغناطيسي)) على زاوية سقوط الأشعة ومعامل الانكسار. فيزيائي اسكتلندي دي بروستر(1781-1868) قانونوفقا لزاوية السقوط أناب (زاوية بروستر) ، التي تحددها العلاقة

(ن 21 - معامل الانكسار للوسيط الثاني نسبة إلى الأول) ، الشعاع المنعكس مستقطب مستوي(يحتوي فقط على تذبذبات عمودية على مستوى السقوط) (الشكل 276). الشعاع المنكسر بزاوية السقوطأناب مستقطبة إلى أقصى حد ، ولكن ليس بالكامل.

إذا وقع ضوء على السطح البيني بزاوية بروستر ، فإن الأشعة المنعكسة والمنكسرة متعامدة بشكل متبادل(tg أناب = الخطيئة أناب / كوس أناب، ن 21 = الخطيئة أناب / الخطيئة أنا 2 (أنا 2 - زاوية الانكسار) ، ومن أين جيب التمام أناب = الخطيئة أنا 2). بالتالي، أناب + أنا 2 =  / 2 لكن أنا’ ب = أناب (قانون الانعكاس) ، هكذا أنا’ ب + أنا 2 =  /2.

درجة استقطاب الضوء المنعكس والمنكسر عند زوايا مختلفةيمكن حساب الانخفاض من معادلات ماكسويل ، إذا أخذنا في الاعتبار الظروف الحدودية للحقل الكهرومغناطيسي في الواجهة بين اثنين من العوازل الخواص (ما يسمى صيغ فرينل).

يمكن زيادة درجة استقطاب الضوء المنكسر بشكل كبير (عن طريق الانكسار المتكرر ، بشرط أن يسقط الضوء في كل مرة على الواجهة بزاوية بروستر). إذا ، على سبيل المثال ، للزجاج ( ن = 1.53) ، تكون درجة استقطاب الحزمة المنكسرة 15٪ ، ثم بعد الانكسار بمقدار 8-10 ألواح زجاجية متراكبة على بعضها البعض ، سيكون الضوء الخارج من هذا النظام مستقطبًا بالكامل تقريبًا. هذه المجموعة من اللوحات تسمى قدم.يمكن استخدام القدم لتحليل الضوء المستقطب في انعكاسه وانكساره.

التذكرة 79 (for spur)

كما تظهر التجربة ، أثناء انكسار الضوء وانعكاسه ، يتضح أن الضوء المنكسر والانعكاس مستقطب وانعكاس. يمكن للضوء أن يكون مستقطبًا تمامًا عند زاوية وقوع معينة ، ولكن يكون الضوء دائمًا مستقطبًا جزئيًا ، وبناءً على صيغ فرينل ، يمكن إظهار أن الانعكاس. يستقطب الضوء في مستوى عمودي على مستوى السقوط والانكسار. الضوء مستقطب في مستوى موازٍ لمستوى السقوط.

زاوية السقوط التي عندها الانعكاس الضوء مستقطب بالكامل يسمى زاوية بروستر ، زاوية بروستر محددة من قانون بروستر: قانون بروستر ، في هذه الحالة الزاوية بين الانعكاس. وكسر. ستكون الأشعة متساوية. بالنسبة لنظام زجاج الهواء ، تكون زاوية Brewster متساوية. للحصول على استقطاب جيد ، أي عندما ينكسر الضوء ، يتم استخدام الكثير من الأسطح المكسورة ، والتي تسمى قدم ستوليتوف.

التذكرة 80.

تُظهر التجربة أنه عندما يتفاعل الضوء مع المادة ، فإن الإجراء الرئيسي (الفسيولوجي ، والكيميائي الضوئي ، والكهروضوئي ، وما إلى ذلك) ناتج عن تذبذبات المتجه ، والتي تسمى أحيانًا متجه الضوء في هذا الصدد. لذلك ، لوصف أنماط استقطاب الضوء ، يتم مراقبة سلوك المتجه.

يتكون المستوى من المتجهات ويسمى مستوى الاستقطاب.

إذا حدثت تذبذبات المتجهات في مستوى ثابت واحد ، فإن هذا الضوء (الحزمة) يسمى مستقطب خطيًا. تم تعيينه بشكل تعسفي على النحو التالي. إذا كانت الحزمة مستقطبة في مستوى عمودي (في المستوى xz، انظر الشكل. 2 في المحاضرة الثانية) ثم يرمز لها.

يتكون الضوء الطبيعي (من مصادر عادية ، الشمس) من موجات لها مستويات استقطاب مختلفة موزعة عشوائيًا (انظر الشكل 3).

يشار إلى الضوء الطبيعي في بعض الأحيان على أنه هذا. ويسمى أيضًا غير مستقطب.

إذا كان المتجه يدور أثناء انتشار الموجة وفي نفس الوقت تصف نهاية المتجه دائرة ، فإن هذا الضوء يسمى مستقطب دائريًا ، ويكون الاستقطاب دائريًا أو دائريًا (يمينًا أو يسارًا). هناك أيضًا استقطاب إهليلجي.

يوجد أجهزة بصرية (أفلام ، ألواح ، إلخ) - المستقطبات، التي ينبعث منها ضوء مستقطب خطيًا أو ضوءًا مستقطبًا جزئيًا من الضوء الطبيعي.

تسمى المستقطبات المستخدمة لتحليل استقطاب الضوء محللات.

مستوى المستقطب (أو المحلل) هو مستوى استقطاب الضوء المرسل بواسطة المستقطب (أو المحلل).

دع المستقطب (أو المحلل) يقع في ضوء مستقطب خطيًا بسعة ه 0. سيكون اتساع الضوء المرسل ه = ه 0 كوس ي، والشدة أنا = أنا 0 cos 2 ي.

تعبر هذه الصيغة عن قانون مالوس:

تتناسب شدة الضوء المستقطب خطيًا الذي يمر عبر المحلل مع مربع جيب تمام الزاوية يبين مستوى تذبذبات الضوء الساقط ومستوى المحلل.

التذكرة 80 (لتوتنهام)

المستقطبات هي الأجهزة التي تجعل من الممكن الحصول على ضوء مستقطب. المحللون عبارة عن أجهزة يمكنك من خلالها تحليل ما إذا كان الضوء مستقطبًا أم لا. من الناحية الهيكلية ، المستقطب والمحلل متماثلان. ثم تكون جميع اتجاهات المتجه E متساوية في الاحتمال. يمكن أن يتحلل المتجه إلى مكونين متعامدين بشكل متبادل: أحدهما موازٍ لمستوى الاستقطاب في المستقطب ، والآخر متعامد معه.

من الواضح أن شدة الضوء الخارج من المستقطب ستكون متساوية. دعنا نشير إلى شدة الضوء الذي يغادر المستقطب بواسطة (). إذا تم وضع محلل على مسار المستقطب ، فإن المستوى الرئيسي يصنع زاوية مع المستوى الرئيسي للمستقطب ، ثم يحدد القانون شدة الضوء الذي يترك المحلل.

التذكرة 81.

عند دراسة تألق محلول أملاح اليورانيوم تحت تأثير أشعة الراديوم ، لفت الفيزيائي السوفيتي ب. اتضح أنه عندما تمر الأشعة (انظر إشعاع جاما) عبر سوائل نقية ، فإنها تبدأ جميعًا في التوهج. S. I. Vavilov ، الذي عمل تحت إدارته P. A. Cherenkov ، افترض أن التوهج مرتبط بحركة الإلكترونات التي خرجت بواسطة كوانتا الراديوم من الذرات. في الواقع ، اعتمد التوهج بشدة على اتجاه المجال المغناطيسي في السائل (وهذا يشير إلى أن سبب ذلك هو حركة الإلكترونات).

لكن لماذا تصدر الإلكترونات التي تتحرك في سائل الضوء؟ تم تقديم الإجابة الصحيحة على هذا السؤال في عام 1937 من قبل الفيزيائيين السوفييت إ. إ. تام وإي إم فرانك.

يتفاعل الإلكترون الذي يتحرك في مادة ما مع الذرات المحيطة. تحت تأثير مجالها الكهربائي ، يتم إزاحة الإلكترونات والنواة الذرية في اتجاهين متعاكسين - الوسط مستقطب. عند الاستقطاب ثم العودة إلى الحالة الأولية ، فإن ذرات الوسط ، الواقعة على طول مسار الإلكترون ، تبعث موجات ضوئية كهرومغناطيسية. إذا كانت سرعة الإلكترون v أقل من سرعة انتشار الضوء في الوسط (- معامل الانكسار) ، فإن المجال الكهرومغناطيسي سيتجاوز الإلكترون ، وسيكون للمادة وقت للاستقطاب في الفضاء قبل الإلكترون. إن استقطاب الوسط أمام الإلكترون وخلفه هو عكس الاتجاه ، وإشعاعات الذرات المستقطبة بشكل معاكس ، "تضيف" ، "تطفئ" بعضها البعض. عندما الذرات ، التي لم يصل إليها الإلكترون بعد ، لا يكون لديها وقت للاستقطاب ، ويظهر الإشعاع ، موجهًا على طول طبقة مخروطية ضيقة مع رأس يتزامن مع الإلكترون المتحرك ، وزاوية عند الرأس ج. يمكن الحصول على مظهر الضوء "المخروط" وحالة الإشعاع من مبادئ عامةانتشار الموجات.

أرز. 1. آلية تشكيل جبهة الموجة

دع الإلكترون يتحرك على طول المحور OE (انظر الشكل 1) لقناة فارغة ضيقة جدًا في مادة شفافة متجانسة مع مؤشر انكسار (هناك حاجة إلى قناة فارغة حتى لا تأخذ في الاعتبار اصطدام الإلكترون مع الذرات في الاعتبار النظري). ستكون أي نقطة على خط OE يشغلها الإلكترون على التوالي مركز انبعاث الضوء. الموجات المنبعثة من النقاط المتتالية O ، D ، E تتداخل مع بعضها البعض ويتم تضخيمها إذا كان فرق الطور بينهما صفرًا (انظر التداخل). يتم استيفاء هذا الشرط للاتجاه الذي يصنع زاوية 0 مع مسار الإلكترون. يتم تحديد الزاوية 0 من خلال النسبة :.

في الواقع ، ضع في اعتبارك موجتين تنبعثان في الاتجاه بزاوية 0 إلى سرعة الإلكترون من نقطتين على المسار - النقطة O والنقطة D ، مفصولة بمسافة. عند النقطة B ، ملقاة على الخط المستقيم BE ، عموديًا على OB ، فإن الموجة الأولى عند - في الوقت المناسب للنقطة F ، ملقاة على الخط المستقيم BE ، ستصل الموجة المنبعثة من النقطة في الوقت الذي يلي انبعاث موجة من النقطة O. ستكون هاتان الموجتان في الطور ، أي أن الخط المستقيم سيكون جبهة موجة إذا تساوت هذه الأوقات :. هذا كشرط من شروط المساواة في الزمن يعطي. في جميع الاتجاهات ، التي من أجلها ، سيتم إطفاء الضوء بسبب تداخل الموجات المنبعثة من أقسام المسار مفصولة بمسافة D. يتم تحديد قيمة D بمعادلة واضحة ، حيث T هي فترة تذبذبات الضوء. هذه المعادلة لها دائمًا حل إذا.

إذا كان الاتجاه الذي تتداخل فيه الموجات المشعة وتضخمها غير موجود ، فلا يمكن أن يكون أكبر من 1.

أرز. 2. توزيع الموجات الصوتية وتشكيل موجة صدمة أثناء حركة الجسم

يتم ملاحظة الإشعاع فقط إذا.

تجريبيًا ، تطير الإلكترونات بزاوية صلبة محدودة ، مع انتشار معين في السرعات ، ونتيجة لذلك ، ينتشر الإشعاع في طبقة مخروطية بالقرب من الاتجاه الرئيسي ، تحددها الزاوية.

في نظرنا ، أهملنا تباطؤ الإلكترون. هذا مقبول تمامًا ، نظرًا لأن الخسائر الناجمة عن إشعاع فافيلوف-شيرينكوف صغيرة ، وفي التقريب الأول ، يمكننا أن نفترض أن الطاقة التي فقدها الإلكترون لا تؤثر على سرعته وتتحرك بشكل موحد. هذا هو الاختلاف الأساسي والغرابة لإشعاع فافيلوف-شيرينكوف. عادة ما تشع الشحنات ، وتعاني من تسارع كبير.

يشبه الإلكترون الذي يتجاوز الضوء الخاص به طائرة تحلق بسرعة أكبر من سرعة الصوت. في هذه الحالة ، تنتشر أيضًا موجة صدمة مخروطية أمام الطائرة (انظر الشكل 2).

الدرس 25 / ثالثاً -1: انتشار الضوء في مختلف الوسائط. انكسار الضوء عند السطح البيني بين وسيطين.

تعلم مواد جديدة.

حتى الآن ، درسنا انتشار الضوء في وسط واحد ، كالعادة - في الهواء. يمكن للضوء أن ينتشر في وسائط مختلفة: الانتقال من وسط إلى آخر ؛ عند نقاط الوقوع ، لا تنعكس الأشعة فقط من السطح ، ولكن أيضًا تمر جزئيًا عبره. مثل هذه التحولات تسبب العديد من الظواهر الجميلة والمثيرة للاهتمام.

يسمى التغيير في اتجاه انتشار الضوء الذي يمر عبر حدود وسيطين بانكسار الضوء.

ينعكس جزء من شعاع الضوء الواقع على السطح البيني بين وسيطين شفافين ، وينتقل جزء منه إلى وسيط آخر. في هذه الحالة ، يتغير اتجاه شعاع الضوء ، الذي يمر إلى وسط آخر. لذلك ، تسمى هذه الظاهرة الانكسار ، ويسمى الشعاع منكسر.

1 - شعاع الحادث

2 - شعاع منعكس

3 - شعاع منكسر α β

OO 1 - الحد الفاصل بين وسيطين

MN - عمودي O O 1

تسمى الزاوية التي تشكلها الحزمة والعمودية على السطح البيني بين وسيطين ، والتي يتم خفضها إلى نقطة وقوع الحزمة ، بزاوية الانكسار γ (جاما).

ينتقل الضوء في الفراغ بسرعة 300000 كم / ثانية. في أي وسط ، تكون سرعة الضوء دائمًا أقل من سرعة الفراغ. لذلك عندما يمر الضوء من وسط إلى آخر تقل سرعته وهذا هو سبب انكسار الضوء. كلما انخفضت سرعة انتشار الضوء في وسط معين ، زادت الكثافة الضوئية لهذا الوسط. على سبيل المثال ، الهواء له كثافة بصرية أعلى من الفراغ ، لأن سرعة الضوء في الهواء أقل إلى حد ما من الفراغ. الكثافة الضوئية للماء أكبر من الكثافة الضوئية للهواء ، لأن سرعة الضوء في الهواء أكبر منها في الماء.

كلما اختلفت الكثافة الضوئية لوسائط ، زاد انكسار الضوء في واجهتهما. كلما تغيرت سرعة الضوء في الواجهة بين وسيطين ، زاد انكسار الضوء.

لكل مادة شفافة هناك مثل هذه الأهمية الصفات الفزيائية، كمؤشر انكسار الضوء ن.يوضح عدد المرات التي تكون فيها سرعة الضوء في مادة معينة أقل من الفراغ.

معامل الانكسار

تعتمد النسبة بين زاوية السقوط وزاوية الانكسار على الكثافة البصرية لكل وسيط. إذا مرت شعاع من الضوء من وسط ذي كثافة بصرية منخفضة إلى وسيط بكثافة بصرية أعلى ، فإن زاوية الانكسار ستكون أصغر من زاوية الوقوع. إذا مرت شعاع من الضوء من وسط بكثافة بصرية أعلى ، فإن زاوية الانكسار ستكون أصغر من زاوية السقوط. إذا مرت شعاع من الضوء من وسط ذي كثافة بصرية أعلى إلى وسط بكثافة بصرية أقل ، فإن زاوية الانكسار تكون أكبر من زاوية السقوط.

هذا هو ، إذا كان n 1 γ ؛ إذا كان n 1> n 2 ، ثم α<γ.

قانون انكسار الضوء :

تقع الحزمة الساقطة والحزمة المنكسرة والعمودية على السطح البيني بين وسيطين عند نقطة وقوع الحزمة في نفس المستوى.

يتم تحديد نسب زاوية السقوط وزاوية الانكسار بواسطة الصيغة.

أين هو جيب زاوية السقوط ، هو جيب زاوية الانكسار.

قيمة الجيب والظل للزوايا من 0 إلى 900

تمت صياغة قانون انكسار الضوء لأول مرة من قبل عالم الفلك والرياضيات الهولندي دبليو سنيليوس حوالي عام 1626 ، وهو أستاذ في جامعة ليدن (1613).

بالنسبة للقرن السادس عشر ، كانت البصريات علمًا حديثًا للغاية ، حيث ظهرت عدسة مكبرة من كرة زجاجية مملوءة بالماء ، والتي كانت تستخدم كعدسة. ومنه اخترعوا منظار ومجهر. في ذلك الوقت ، كانت هولندا بحاجة إلى تلسكوبات لرؤية الساحل والهروب من الأعداء في الوقت المناسب. كانت البصريات هي التي ضمنت نجاح وموثوقية الملاحة. لذلك ، في هولندا ، كان الكثير من العلماء مهتمين بالبصريات. لاحظ الهولندي سكيل فان روين (Snelius) كيف انعكس شعاع رفيع من الضوء في المرآة. قام بقياس زاوية السقوط وزاوية الانعكاس ووجد أن زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط. كما أنه يمتلك قوانين انعكاس الضوء. استنتج قانون انكسار الضوء.

تأمل في قانون انكسار الضوء.

فيه - معامل الانكسار النسبي للوسيط الثاني بالنسبة إلى الأول ، في الحالة التي يكون فيها الثاني كثافة بصرية عالية. إذا انكسر الضوء وتمر عبر وسيط بكثافة بصرية منخفضة ، فعندئذ تكون α< γ, тогда

إذا كان الوسيط الأول عبارة عن فراغ ، فعندئذٍ n 1 = 1.

يسمى هذا الفهرس معامل الانكسار المطلق للوسيط الثاني:

أين هي سرعة الضوء في الفراغ ، وسرعة الضوء في وسط معين.

نتيجة لانكسار الضوء في الغلاف الجوي للأرض هي حقيقة أننا نرى الشمس والنجوم أعلى بقليل من موقعها الفعلي. يمكن أن يفسر انكسار الضوء حدوث السراب وأقواس قزح ... ظاهرة انكسار الضوء هي أساس مبدأ تشغيل الأجهزة البصرية الرقمية: مجهر ، تلسكوب ، كاميرا.