Поляризация света при двойном лучепреломлении

Из теории Максвелла следует, что скорость распространения света в среде

где - показатель преломления вещества; - диэлектрическая проницаемость вещества; - магнитная проницаемость вещества; С – скорость света в вакууме.

Для большинства оптически прозрачных веществ магнитная проницаемость = 1, следовательно, показатели преломления и скорости света в среде определяются величиной диэлектрической проницаемости среды .

Свойства изотропных сред одинаковы по всем направлениям. В оптически изотропных средах имеет одно определенное значение. Следовательно, для любого направления распространения света с любой поляризацией одинаково.

Свойства анизотропных сред зависят от направления. В частности, от направления в среде может зависеть значение ее диэлектрической проницаемости .

В естественных условиях оптически анизотропными являются большинство кристаллов. Рассмотрим распространение света в оптически анизотропном кристалле. Световой луч, падающий на кристалл, разделяется внутри кристалла на два луча, идущих в различных направлениях. При выходе из кристалла оба луча имеют направления, параллельные падающему лучу.

Это явление получило название двойного лучепреломления. Меняя направление падающего луча можно в кристалле обнаружить такие направления, вдоль которых световой луч не испытывает двойного лучепреломления. Прямая, проведенная через любую точку кристалла в этом направлении, называется оптической осью.

По количеству оптических осей, имеющихся у данного кристалла, различают одноосные и двухосные кристаллы. В дальнейшем речь будет идти только об одноосных кристаллах.

Плоскость, содержащая оптическую ось и падающий луч, называют главным сечением или главной плоскостью кристалла.

У одноосных кристаллов для одного из преломленных лучей выполняется обычный закон преломления , этот луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности. Скорость этого луча во всех направления одинакова. Этот луч называется обыкновенным и обозначается буквой О (рис.4.4.4). Для другого луча, называемого необыкновенным (его обозначают буквой е), отношение при изменении угла падения. Скорость этого луча различна в разных направлениях. Исследование обыкновенного и необыкновенного лучей показывает, что оба луча являются плоско поляризованными во взаимно перпендикулярных направлениях.

Плоскость колебаний обыкновенного луча перпендикулярна главному сечению кристалла (на рис.4.4.4 эти направления показаны точками). В необыкновенном луче колебания светового вектора происходят в плоскости главного сечения (на рис.4.4.4 они показаны двухсторонними стрелками). При выходе из кристалла оба луча отличаются друг от друга только направлением поляризации.

Рис.4.4.4

Контрольные вопросы

1. Что такое дисперсия света?

2. Как связаны между собой преломляющий угол призмы и угол отклонения лучей ею?

3. Чем отличается нормальная дисперсия от аномальной?

4. По каким признакам можно отличить спектры, полученные с помощью призмы и дифракционной решетки?

5. Почему металлы сильно поглощают свет?

6. Когда возникает излучение Вавилова – Черенкова?

7. Что называется естественным светом? Плоскополяризованным? Частично поляризованным?

8. Как изменяется интенсивность света за поляризатором при его вращении вокруг пучка естественного света?

9. Интенсивность естественного света. Пропущенного через два поляризатора, уменьшилась вдвое. Как ориентированы поляризаторы?

Тепловое излучение. Законы теплового излучения

Тепловое излучение – свечение тел, обусловленное нагреванием.

Теплово́е излуче́ние (лучеиспускание) — передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн за счёт их тепловой энергии. Тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра, т.е на длины волн от 0,74 мкм до 1000 мкм. Отличительной особенностью лучистого теплообмена является то, что он может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме (свет от лампы накаливания).

Тепловое излучение является одним из трёх элементарных видов переноса тепловой энергии (помимо теплопроводности и конвекции).

Основные свойства теплового излучения

1.Тепловое излучение происходит по всему спектру частот от нуля до бесконечности

2 Интенсивность теплового излучения неравномерна по частотам и имеет явно выраженный максимум при определенной частоте.

3 C ростом температуры общая интенсивность теплового излучения возрастает.

4 C ростом температуры максимум излучения смещается в сторону больших частот (меньших длин волн).

5 Тепловое излучение характерно для тел независимо от их агрегатного состояния.

Отличительным свойством теплового излучения является равновесный характер излучения.

Т.е. если нагретые (излучающие) тела поместить в полость, ограниченную идеально отражающей оболочкой, то через некоторое время (в результате непрерывного обмена энергией между телами и излучением, заполняющим полость) наступит равновесие, т.е. каждое тело в единицу времени будет поглощать столько же энергии, сколько и излучать.

Рис.5.1.1

Основные характеристики теплового излучения

1) Спектральная плотность энергетической светимости - энергия, излучаемая с единицы площади поверхности тела в единицу времени в интервале частот единичной ширины

2) Спектральная поглощательная способность показывает, какая доля приносимой за единицу времени на единицу площади поверхности тела падающими на нее электромагнитными волнами с частотами от ν до ν+dν, поглощается телом

Связь между и :

3)Энергетическая светимость тела — физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.

R = E/(S·t), [Дж/(м2с)] = [Вт/м2]

Энергетическая светимость тела – суммирование производится по всем частотам (длинам волн)

Черное и серое тела

Тело	Определение	Спектральная поглощающая способность
Черное	Тело, способное поглощать полностью при любой температуре все падающее на него излучение любой частоты
Серое	Тело, поглощательная способность которого меньше единицы, но одинакова для всех частот и зависит только от температуры

Модель черного тела (Рис.5.1.2)

Идеальная модель черного тела- замкнутая полость с небольшим отверстием О, внутренняя поверхность которой зачернена. Луч света, попавший внутрь такой полости, испытывает многократные отражения от стенок, в результате чего интенсивность вышедшего излучения оказывается практически равной нулю. Черное тело – идеализированная модель. Таких тел в природе нет, но например, сажа, платиновая чернь, черный бархат в определенном интервале частот по своим свойствам близки к черным телам.