อัตราส่วนดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลาง กฎการหักเหของแสง
ตั๋ว 75.
กฎแห่งการสะท้อนของแสง: เหตุการณ์และรังสีสะท้อนรวมทั้งตั้งฉากกับส่วนต่อระหว่างสื่อทั้งสองที่สร้างขึ้นใหม่ ณ จุดที่เกิดรังสีนั้นอยู่ในระนาบเดียวกัน (ระนาบตกกระทบ) มุมสะท้อน γ เท่ากับมุมตกกระทบ α
กฎการหักเหของแสง: เหตุการณ์และรังสีหักเหรวมทั้งตั้งฉากกับส่วนต่อระหว่างสื่อทั้งสองที่สร้างขึ้นใหม่ ณ จุดที่เกิดรังสีนั้นอยู่ในระนาบเดียวกัน อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบ α ต่อไซน์ของมุมการหักเหของแสง β เป็นค่าคงที่สำหรับสื่อที่กำหนดสองตัว:
อธิบายกฎการสะท้อนและการหักเหของแสงไว้ใน ฟิสิกส์ของคลื่น. ตามแนวคิดของคลื่น การหักเหของแสงเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นเมื่อส่งผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง ความหมายทางกายภาพของดัชนีการหักเหของแสงคืออัตราส่วนของความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นในตัวกลางแรก υ 1 ต่อความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นในตัวกลางที่สอง υ 2:
รูปที่ 3.1.1 แสดงกฎการสะท้อนและการหักเหของแสง
ตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ต่ำกว่าเรียกว่ามีความหนาแน่นน้อยกว่าทางการมองเห็น
เมื่อแสงผ่านจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นทางการมองเห็นมากขึ้นไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าทางการมองเห็น n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать ปรากฏการณ์การสะท้อนกลับทั้งหมดนั่นคือการหายตัวไปของรังสีหักเห ปรากฏการณ์นี้สังเกตได้ที่มุมตกกระทบเกินมุมวิกฤติ α pr ซึ่งเรียกว่า มุมจำกัดของการสะท้อนภายในทั้งหมด(ดูรูปที่ 3.1.2)
สำหรับมุมตกกระทบ α = α pr sin β = 1; ค่าบาป α pr = n 2 / n 1< 1.
หากตัวกลางที่สองคืออากาศ (n 2 µ 1) จะสะดวกในการเขียนสูตรใหม่ในรูปแบบ
ปรากฏการณ์การสะท้อนภายในทั้งหมดถูกใช้ในอุปกรณ์ออพติคอลหลายชนิด การใช้งานที่น่าสนใจและสำคัญในทางปฏิบัติที่สุดคือการสร้างเส้นใยนำแสงซึ่งมีขนาดบาง (ตั้งแต่หลายไมโครเมตรไปจนถึงมิลลิเมตร) เกลียวโค้งโดยพลการที่ทำจากวัสดุโปร่งใสทางแสง (แก้ว, ควอตซ์) แสงตกกระทบที่ปลายตัวนำแสงสามารถเคลื่อนที่ไปตามนั้นได้ในระยะทางไกล เนื่องจากการสะท้อนภายในทั้งหมดจากพื้นผิวด้านข้าง (รูปที่ 3.1.3) ทิศทางทางวิทยาศาสตร์และเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาและการประยุกต์ใช้ตัวนำแสงเรียกว่าใยแก้วนำแสง
การกระจายตัวของแสง (การสลายตัวของแสง)- เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการพึ่งพาดัชนีการหักเหสัมบูรณ์ของสารกับความถี่ (หรือความยาวคลื่น) ของแสง (การกระจายความถี่) หรือสิ่งเดียวกันคือการพึ่งพาความเร็วเฟสของแสงในสารบน ความยาวคลื่น (หรือความถี่) นิวตันค้นพบโดยการทดลองประมาณปี ค.ศ. 1672 แม้ว่าในทางทฤษฎีจะอธิบายได้ค่อนข้างดีในภายหลังก็ตาม
การกระจายตัวเชิงพื้นที่เรียกว่าการพึ่งพาเทนเซอร์คงที่ไดอิเล็กทริกของตัวกลางบนเวกเตอร์คลื่น การพึ่งพาอาศัยกันนี้ทำให้เกิดปรากฏการณ์หลายอย่างที่เรียกว่าเอฟเฟกต์โพลาไรเซชันเชิงพื้นที่
หนึ่งในตัวอย่างการกระจายตัวที่ชัดเจนที่สุด - การสลายตัวของแสงสีขาวเมื่อผ่านปริซึม (การทดลองของนิวตัน) สาระสำคัญของปรากฏการณ์การกระจายตัวคือความแตกต่างของความเร็วการแพร่กระจายของรังสีแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันในสารโปร่งใส - ตัวกลางแสง (ในขณะที่อยู่ในสุญญากาศความเร็วของแสงจะเท่ากันเสมอโดยไม่คำนึงถึงความยาวคลื่นและสี) โดยทั่วไป ยิ่งความถี่ของคลื่นแสงสูง ดัชนีการหักเหของตัวกลางก็จะยิ่งสูงขึ้น และความเร็วของคลื่นในตัวกลางก็จะยิ่งต่ำลง:
การทดลองของนิวตัน การทดลองการสลายตัวของแสงสีขาวให้เป็นสเปกตรัม: นิวตันกำกับลำแสง แสงแดดผ่านรูเล็กๆ ลงบนปริซึมแก้ว เมื่อกระทบกับปริซึม ลำแสงจะหักเหและบนผนังด้านตรงข้ามให้ภาพที่ยาวขึ้นโดยมีรุ้งสลับสี - สเปกตรัม การทดลองเรื่องการส่งแสงสีเดียวผ่านปริซึม: นิวตันอยู่ระหว่างทาง แสงตะวันฉันวางกระจกสีแดง ซึ่งด้านหลังได้รับแสงสีเดียว (สีแดง) จากนั้นจึงวางปริซึม และสังเกตเห็นเพียงจุดสีแดงจากลำแสงบนหน้าจอเท่านั้น ประสบการณ์ในการสังเคราะห์ (การผลิต) แสงสีขาว:ประการแรก นิวตันส่งรังสีแสงอาทิตย์ไปที่ปริซึม จากนั้น เมื่อรวบรวมรังสีสีที่ออกมาจากปริซึมโดยใช้เลนส์รวบรวม นิวตันก็ได้รับภาพสีขาวของรูบนผนังสีขาวแทนที่จะเป็นแถบสี ข้อสรุปของนิวตัน:- ปริซึมไม่เปลี่ยนแสง แต่จะสลายตัวเป็นส่วนประกอบเท่านั้น - รังสีของแสงที่มีสีต่างกันจะต่างกันตามระดับการหักเหของแสง รังสีสีม่วงหักเหแรงที่สุด ส่วนสีแดงหักเหแสงน้อย - แสงสีแดงซึ่งหักเหน้อยกว่ามีความเร็วสูงสุด และสีม่วงมีน้อยที่สุด ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ปริซึมสลายแสง การขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของแสงกับสีเรียกว่าการกระจายตัว
ข้อสรุป:- ปริซึมสลายแสง - แสงสีขาวมีความซับซ้อน (คอมโพสิต) - รังสีสีม่วงหักเหแรงกว่าสีแดง สีของลำแสงถูกกำหนดโดยความถี่การสั่นสะเทือน เมื่อเคลื่อนที่จากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่ง ความเร็วของแสงและความยาวคลื่นจะเปลี่ยนไป แต่ความถี่ที่กำหนดสีจะยังคงที่ ขอบเขตของช่วงของแสงสีขาวและส่วนประกอบของแสงมักจะมีลักษณะเฉพาะด้วยความยาวคลื่นในสุญญากาศ แสงสีขาวเป็นกลุ่มของคลื่นที่มีความยาวตั้งแต่ 380 ถึง 760 นาโนเมตร
ตั๋ว 77.
การดูดซับแสง กฎของบูเกอร์
การดูดกลืนแสงในสสารสัมพันธ์กับการแปลงพลังงาน สนามแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นเข้า พลังงานความร้อนสาร (หรือเข้าไปในพลังงานของรังสีโฟโตลูมิเนสเซนท์ทุติยภูมิ) กฎการดูดกลืนแสง (กฎของบูเกอร์) มีรูปแบบ:
ฉัน = ฉัน 0 ประสบการณ์(- x),(1)
ที่ไหน ฉัน 0 , ฉัน-ความเข้มของแสงที่อินพุต (x=0)และเหลือชั้นความหนาปานกลาง เอ็กซ์, - ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมก็ขึ้นอยู่กับ .
สำหรับไดอิเล็กทริก =10 -1 10 -5 ม -1 , สำหรับโลหะ =10 5 10 7 ม -1 , ดังนั้นโลหะจึงทึบแสง
การพึ่งพาอาศัยกัน ( ) อธิบายสีของวัตถุที่ดูดซับ ตัวอย่างเช่น กระจกที่ดูดซับแสงสีแดงได้ไม่ดีจะปรากฏเป็นสีแดงเมื่อได้รับแสงสีขาว
การกระเจิงของแสง กฎของเรย์ลีห์
การเลี้ยวเบนของแสงสามารถเกิดขึ้นได้ในตัวกลางทางแสงที่ไม่เหมือนกัน เช่น ในสภาพแวดล้อมที่ขุ่น (ควัน หมอก อากาศที่มีฝุ่น ฯลฯ) โดยการเลี้ยวเบนบนความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของตัวกลาง คลื่นแสงจะสร้างรูปแบบการเลี้ยวเบนที่โดดเด่นด้วยการกระจายความเข้มที่สม่ำเสมอในทุกทิศทาง
การเลี้ยวเบนด้วยความไม่เป็นเนื้อเดียวกันเล็กน้อยนี้เรียกว่า การกระเจิงของแสง
ปรากฏการณ์นี้สังเกตได้เมื่อลำแสงแคบๆ ของแสงอาทิตย์ส่องผ่านอากาศที่เต็มไปด้วยฝุ่น กระจายไปตามอนุภาคฝุ่นและมองเห็นได้
หากขนาดของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น (ไม่เกิน 0,1 ) จากนั้นความเข้มของแสงที่กระเจิงจะกลายเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังที่สี่ของความยาวคลื่นนั่นคือ
ฉัน ดิส ~ 1/ 4 , (2)
การพึ่งพาอาศัยกันนี้เรียกว่ากฎของเรย์ลี
การกระเจิงของแสงยังพบได้ในสื่อสะอาดที่ไม่มีอนุภาคแปลกปลอม ตัวอย่างเช่น อาจเกิดขึ้นได้จากความผันผวน (ความเบี่ยงเบนแบบสุ่ม) ของความหนาแน่น แอนไอโซโทรปี หรือความเข้มข้น การกระเจิงประเภทนี้เรียกว่าการกระเจิงของโมเลกุล มันอธิบาย เช่น สีฟ้าของท้องฟ้า อันที่จริงตาม (2) รังสีสีน้ำเงินและสีน้ำเงินกระจัดกระจายรุนแรงกว่ารังสีสีแดงและสีเหลืองเพราะว่า มีความยาวคลื่นสั้นกว่าจึงทำให้ท้องฟ้ามีสีฟ้า
ตั๋ว 78.
โพลาไรเซชันของแสง- ชุดของปรากฏการณ์ทัศนศาสตร์คลื่นที่แสดงลักษณะตามขวางของคลื่นแสงแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นขวาง- อนุภาคของตัวกลางแกว่งไปในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น ( รูปที่ 1).
รูปที่ 1 คลื่นขวาง
คลื่นแสงแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องบินโพลาไรซ์(โพลาไรเซชันเชิงเส้น) หากทิศทางการแกว่งของเวกเตอร์ E และ B ได้รับการแก้ไขอย่างเข้มงวดและอยู่ในระนาบที่แน่นอน ( รูปที่ 1). คลื่นแสงโพลาไรซ์ระนาบเรียกว่า เครื่องบินโพลาไรซ์แสง (โพลาไรซ์เชิงเส้น) ไม่มีขั้วคลื่น (ธรรมชาติ) - คลื่นแสงแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งทิศทางการแกว่งของเวกเตอร์ E และ B ในคลื่นนี้สามารถอยู่ในระนาบใด ๆ ที่ตั้งฉากกับเวกเตอร์ความเร็ว v แสงที่ไม่มีโพลาไรซ์- คลื่นแสงซึ่งทิศทางของการแกว่งของเวกเตอร์ E และ B เปลี่ยนแปลงอย่างโกลาหล ดังนั้น ทิศทางของการแกว่งทั้งหมดในระนาบที่ตั้งฉากกับรังสีของการแพร่กระจายคลื่นจึงมีความเป็นไปได้เท่ากัน ( รูปที่ 2).
รูปที่ 2 แสงที่ไม่มีโพลาไรซ์
คลื่นโพลาไรซ์- โดยที่ทิศทางของเวกเตอร์ E และ B ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในอวกาศหรือเปลี่ยนแปลงตามกฎหมายบางประการ การแผ่รังสีซึ่งทิศทางของเวกเตอร์ E เปลี่ยนแปลงอย่างวุ่นวาย - ไม่มีขั้ว. ตัวอย่างของการแผ่รังสีดังกล่าวคือการแผ่รังสีความร้อน (อะตอมและอิเล็กตรอนที่กระจายอย่างวุ่นวาย) ระนาบโพลาไรเซชัน- นี่คือระนาบตั้งฉากกับทิศทางการแกว่งของเวกเตอร์ E กลไกหลักในการเกิดรังสีโพลาไรซ์คือการกระเจิงของรังสีโดยอิเล็กตรอน อะตอม โมเลกุล และอนุภาคฝุ่น
1.2. ประเภทของโพลาไรซ์โพลาไรซ์มีสามประเภท เรามาให้คำจำกัดความกัน 1. เชิงเส้น เกิดขึ้นหากเวกเตอร์ไฟฟ้า E รักษาตำแหน่งในอวกาศ ดูเหมือนว่าจะเน้นระนาบที่เวกเตอร์ E แกว่งไปมา 2. หนังสือเวียน นี่คือโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเมื่อเวกเตอร์ไฟฟ้า E หมุนรอบทิศทางของการแพร่กระจายคลื่นด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับความถี่เชิงมุมของคลื่น ในขณะที่ยังคงค่าสัมบูรณ์ไว้ โพลาไรเซชันนี้แสดงลักษณะทิศทางการหมุนของเวกเตอร์ E ในระนาบที่ตั้งฉากกับแนวสายตา ตัวอย่างคือการแผ่รังสีไซโคลตรอน (ระบบอิเล็กตรอนที่หมุนในสนามแม่เหล็ก) 3. เครื่องเดินวงรี มันเกิดขึ้นเมื่อขนาดของเวกเตอร์ไฟฟ้า E เปลี่ยนแปลงจนอธิบายวงรี (การหมุนของเวกเตอร์ E) โพลาไรซ์แบบวงรีและแบบวงกลมสามารถทำได้ทางขวา (เวกเตอร์ E หมุนตามเข็มนาฬิกาเมื่อมองไปยังคลื่นที่แพร่กระจาย) และทางซ้าย (เวกเตอร์ E หมุนทวนเข็มนาฬิกาเมื่อมองไปยังคลื่นที่แพร่กระจาย)
ในความเป็นจริงมันเกิดขึ้นบ่อยที่สุด โพลาไรซ์บางส่วน (มีโพลาไรซ์บางส่วน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) . ในเชิงปริมาณจะมีลักษณะเป็นปริมาณหนึ่งที่เรียกว่า ระดับของโพลาไรเซชัน รซึ่งกำหนดเป็น: P = (ไอแมกซ์ - ไอมิน) / (ไอแมกซ์ + ไอมิน)ที่ไหน ไอแมกซ์,อิมมิน- ความหนาแน่นสูงสุดและต่ำสุดของฟลักซ์พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านเครื่องวิเคราะห์ (โพลารอยด์ ปริซึมนิโคลัส...) ในทางปฏิบัติ โพลาไรเซชันของรังสีมักถูกอธิบายโดยพารามิเตอร์ของสโตกส์ (พวกมันกำหนดฟลักซ์การแผ่รังสีด้วยทิศทางของโพลาไรเซชันที่กำหนด)
ตั๋ว 79.
หากแสงธรรมชาติตกบนส่วนต่อประสานระหว่างไดอิเล็กทริกสองตัว (เช่น อากาศและกระจก) ส่วนหนึ่งของแสงจะสะท้อน และส่วนหนึ่งของแสงจะหักเหและกระจายไปในตัวกลางที่สอง ด้วยการติดตั้งเครื่องวิเคราะห์ (เช่น ทัวร์มาลีน) ในเส้นทางของรังสีที่สะท้อนและหักเห เราตรวจสอบให้แน่ใจว่ารังสีที่สะท้อนและหักเหนั้นมีโพลาไรซ์บางส่วน: เมื่อเครื่องวิเคราะห์ถูกหมุนรอบรังสี ความเข้มของแสงจะเพิ่มขึ้นและอ่อนลงเป็นระยะ ( ไม่พบการดับโดยสมบูรณ์!) การศึกษาเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าในลำแสงสะท้อนกลับ การสั่นสะเทือนที่ตั้งฉากกับระนาบตกกระทบมีอิทธิพลเหนือกว่า (ระบุด้วยจุดในรูปที่ 275) ในขณะที่อยู่ในลำแสงหักเห การสั่นสะเทือนขนานกับระนาบตกกระทบ (แสดงด้วยลูกศร) มีชัยเหนือ
ระดับของโพลาไรเซชัน (ระดับที่คลื่นแสงถูกแยกออกจากกันด้วยการวางแนวของเวกเตอร์ไฟฟ้า (และแม่เหล็ก)) ขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบของรังสีและดัชนีการหักเหของแสง นักฟิสิกส์ชาวสก๊อต ดี. บรูว์สเตอร์(พ.ศ. 2324-2411) ติดตั้ง กฎตามมุมตกกระทบ ฉัน B (มุมบริวสเตอร์) กำหนดโดยความสัมพันธ์
(n 21 - ดัชนีการหักเหของตัวกลางตัวที่สองสัมพันธ์กับตัวแรก) ลำแสงสะท้อนจะเป็นโพลาไรซ์แบบระนาบ(มีเพียงการสั่นสะเทือนที่ตั้งฉากกับระนาบตกกระทบ) (รูปที่ 276) รังสีหักเหที่มุมตกกระทบฉันบี โพลาไรซ์ให้สูงสุดแต่ไม่สมบูรณ์
หากแสงตกกระทบส่วนต่อประสานที่มุมบริวสเตอร์ รังสีที่สะท้อนและหักเหจะเกิดขึ้น ตั้งฉากกัน(ท ฉันข = บาป ฉันบี/คอส ฉันบี n 21 = บาป ฉันบี / บาป ฉัน 2 (ฉัน 2 - มุมการหักเหของแสง) โดยที่ cos ฉันข=บาป ฉัน 2). เพราะฉะนั้น, ฉันบี + ฉัน 2 = /2 แต่ ฉัน’ บี= ฉัน B (กฎแห่งการสะท้อน) ดังนั้น ฉัน’ บี+ ฉัน 2 = /2.
ระดับโพลาไรเซชันของแสงสะท้อนและหักเหที่มุมตกกระทบที่แตกต่างกันสามารถคำนวณได้จากสมการของแมกซ์เวลล์ หากเราคำนึงถึงเงื่อนไขขอบเขตของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่วนต่อประสานระหว่างไดอิเล็กทริกไอโซโทรปิกสองตัว (ที่เรียกว่า สูตรเฟรสเนล)
ระดับโพลาไรเซชันของแสงหักเหสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมีนัยสำคัญ (โดยการหักเหหลายครั้ง โดยมีเงื่อนไขว่าแสงตกกระทบแต่ละครั้งบนส่วนต่อประสานที่มุมบริวสเตอร์) ตัวอย่างเช่น สำหรับแก้ว ( n= 1.53) ระดับโพลาไรเซชันของลำแสงหักเหคือ 15% จากนั้นหลังจากการหักเหเป็นแผ่นกระจก 8-10 แผ่นที่วางซ้อนกัน แสงที่ออกมาจากระบบดังกล่าวจะโพลาไรซ์เกือบทั้งหมด ชุดจานดังกล่าวเรียกว่า เท้า.สามารถใช้เท้าเพื่อวิเคราะห์แสงโพลาไรซ์ทั้งระหว่างการสะท้อนและระหว่างการหักเหของแสง
ตั๋ว 79 (สำหรับสเปอร์)
ตามที่ประสบการณ์แสดงให้เห็น ในระหว่างการหักเหและการสะท้อนของแสง แสงที่หักเหและสะท้อนกลับกลายเป็นโพลาไรซ์ และการสะท้อนกลับ แสงสามารถโพลาไรซ์ได้อย่างสมบูรณ์ที่มุมตกกระทบที่แน่นอน แต่บังเอิญ แสงจะมีโพลาไรซ์เพียงบางส่วนเสมอ จากสูตรของ Frinell สามารถแสดงการสะท้อนดังกล่าวได้ แสงจะถูกโพลาไรซ์ในระนาบที่ตั้งฉากกับระนาบตกกระทบและหักเห แสงโพลาไรซ์ในระนาบขนานกับระนาบตกกระทบ
มุมตกกระทบที่สะท้อน แสงที่มีโพลาไรซ์โดยสมบูรณ์เรียกว่ามุมบรูว์สเตอร์ มุมบรูว์สเตอร์ถูกกำหนดจากกฎของบรูว์สเตอร์: - กฎของบรูว์สเตอร์ ในกรณีนี้ คือมุมระหว่างการสะท้อน และการหักเหของแสง รังสีจะเท่ากัน สำหรับระบบกระจกอากาศ มุมบริวสเตอร์จะเท่ากัน เพื่อให้ได้โพลาไรเซชันที่ดี เช่น เมื่อหักเหแสงจะใช้พื้นผิวที่กินได้จำนวนมากซึ่งเรียกว่า Stoletov's Stop
ตั๋ว 80.
ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อแสงมีปฏิกิริยากับสสาร ผลกระทบหลัก (ทางสรีรวิทยา โฟโตเคมีคอล โฟโตอิเล็กทริก ฯลฯ) เกิดจากการสั่นของเวกเตอร์ ซึ่งในเรื่องนี้บางครั้งเรียกว่าเวกเตอร์แสง ดังนั้น เพื่ออธิบายรูปแบบของโพลาไรเซชันของแสง พฤติกรรมของเวกเตอร์จึงถูกตรวจสอบ
ระนาบที่เกิดจากเวกเตอร์และเรียกว่าระนาบโพลาไรเซชัน
หากการแกว่งของเวกเตอร์เกิดขึ้นในระนาบคงที่อันเดียว แสง (รังสี) ดังกล่าวจะเรียกว่าโพลาไรซ์เชิงเส้น มีการกำหนดตามอัตภาพดังนี้ หากลำแสงมีโพลาไรซ์ในระนาบตั้งฉาก (ในระนาบ xozดูรูป ครั้งที่ 2 ในการบรรยายครั้งที่สอง) จึงกำหนดไว้
แสงธรรมชาติ (จากแหล่งกำเนิดทั่วไปคือดวงอาทิตย์) ประกอบด้วยคลื่นที่มีระนาบโพลาไรเซชันที่แตกต่างกันและกระจายอย่างวุ่นวาย (ดูรูปที่ 3)
แสงธรรมชาติบางครั้งถูกกำหนดตามอัตภาพเช่นนี้ เรียกอีกอย่างว่าไม่มีโพลาไรซ์
ขณะที่คลื่นแพร่กระจาย เวกเตอร์หมุนและจุดสิ้นสุดของเวกเตอร์อธิบายวงกลม แสงดังกล่าวจะเรียกว่าโพลาไรซ์แบบวงกลม และโพลาไรซ์จะเรียกว่าวงกลมหรือวงกลม (ขวาหรือซ้าย) นอกจากนี้ยังมีโพลาไรเซชันรูปไข่
มีอุปกรณ์เกี่ยวกับการมองเห็น (ฟิล์ม แผ่น ฯลฯ) - โพลาไรเซอร์ซึ่งแยกแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นหรือแสงโพลาไรซ์บางส่วนจากแสงธรรมชาติ
โพลาไรเซอร์ที่ใช้ในการวิเคราะห์โพลาไรเซชันของแสงเรียกว่า เครื่องวิเคราะห์.
ระนาบโพลาไรเซอร์ (หรือเครื่องวิเคราะห์) คือระนาบของโพลาไรเซชันของแสงที่ส่งผ่านโดยโพลาไรเซอร์ (หรือเครื่องวิเคราะห์)
ปล่อยให้แสงโพลาไรซ์เชิงเส้นที่มีแอมพลิจูดตกบนโพลาไรเซอร์ (หรือเครื่องวิเคราะห์) อี 0 . แอมพลิจูดของแสงที่ส่งจะเท่ากับ อี=อี 0 คอส เจและความเข้มข้น ฉัน = ฉัน 0 คอส 2 เจ
สูตรนี้แสดงออกถึง กฎของมาลัส:
ความเข้มของแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นที่ผ่านเครื่องวิเคราะห์จะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของโคไซน์ของมุม เจระหว่างระนาบการสั่นของแสงตกกระทบกับระนาบของเครื่องวิเคราะห์
ตั๋ว 80 (สำหรับเดือย)
โพลาไรเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่ทำให้สามารถรับแสงโพลาไรซ์ได้ เครื่องวิเคราะห์เป็นอุปกรณ์ที่สามารถใช้เพื่อวิเคราะห์ว่าแสงมีโพลาไรซ์หรือไม่ โครงสร้างโพลาไรเซอร์และเครื่องวิเคราะห์เป็นหนึ่งเดียวกัน Zn Malus ปล่อยให้แสงความเข้มตกบน โพลาไรเซอร์ ถ้าแสงเป็นธรรมชาติ - แล้วทุกทิศทางของเวกเตอร์ E ก็มีความน่าจะเป็นเท่ากัน เวกเตอร์แต่ละตัวสามารถแบ่งออกเป็นสององค์ประกอบตั้งฉากกัน: หนึ่งในนั้นขนานกับระนาบโพลาไรเซชันของโพลาไรเซอร์และอีกอันตั้งฉากกับ มัน.
แน่นอนว่าความเข้มของแสงที่ออกมาจากโพลาไรเซอร์จะเท่ากัน ขอให้เราแสดงความเข้มของแสงที่ออกมาจากโพลาไรเซอร์ด้วย () หากวางเครื่องวิเคราะห์บนเส้นทางของแสงโพลาไรซ์ ระนาบหลักที่ทำให้ มุมที่มีระนาบหลักของโพลาไรเซอร์ จากนั้นความเข้มของแสงที่ออกมาจากเครื่องวิเคราะห์จะถูกกำหนดตามกฎหมาย
ตั๋ว 81.
ในขณะที่ศึกษาการเรืองแสงของสารละลายเกลือยูเรเนียมภายใต้อิทธิพลของรังสีเรเดียมนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต P. A. Cherenkov ดึงความสนใจไปที่ความจริงที่ว่าตัวน้ำเองก็เรืองแสงเช่นกันซึ่งไม่มีเกลือยูเรเนียม ปรากฎว่าเมื่อรังสี (ดูรังสีแกมมา) ถูกส่งผ่านของเหลวบริสุทธิ์ รังสีทั้งหมดก็เริ่มเรืองแสง S. I. Vavilov ซึ่งอยู่ภายใต้การนำของ P. A. Cherenkov ทำงาน ตั้งสมมติฐานว่าแสงนั้นสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่ถูกกระแทกออกจากอะตอมโดยเรเดียมควอนตัม อันที่จริงแสงนั้นขึ้นอยู่กับทิศทางของสนามแม่เหล็กในของเหลวอย่างมาก (ซึ่งบ่งบอกว่ามันเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน)
แต่ทำไมอิเล็กตรอนถึงเคลื่อนที่ในของเหลวจึงปล่อยแสงออกมา? คำตอบที่ถูกต้องสำหรับคำถามนี้ได้รับในปี 1937 โดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต I.E. Tamm และ I.M. Frank
อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่อยู่ในสสารจะมีปฏิกิริยากับอะตอมที่อยู่รอบๆ ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า อิเล็กตรอนของอะตอมและนิวเคลียสจะถูกแทนที่ด้วยทิศทางตรงกันข้าม - ตัวกลางจะถูกโพลาไรซ์ โพลาไรซ์แล้วกลับสู่สถานะเดิม อะตอมของตัวกลางที่อยู่ตามแนววิถีอิเล็กตรอนจะปล่อยคลื่นแสงแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา ถ้าความเร็วของอิเล็กตรอน v น้อยกว่าความเร็วของการแพร่กระจายของแสงในตัวกลาง (ดัชนีการหักเหของแสง) สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะแซงหน้าอิเล็กตรอน และสสารจะมีเวลาในการโพลาไรซ์ในอวกาศก่อนอิเล็กตรอน โพลาไรเซชันของตัวกลางที่อยู่ด้านหน้าอิเล็กตรอนและด้านหลังนั้นมีทิศทางตรงกันข้ามและการแผ่รังสีของอะตอมที่มีขั้วตรงข้ามจะ "เพิ่ม", "ดับ" ซึ่งกันและกัน เมื่ออะตอมที่อิเล็กตรอนยังไปไม่ถึงยังไม่มีเวลาในการโพลาไรเซชัน และการแผ่รังสีจะปรากฏขึ้นไปตามแนวชั้นทรงกรวยแคบ ๆ โดยมียอดที่ตรงกับอิเล็กตรอนที่กำลังเคลื่อนที่และมีมุมที่ยอด c ลักษณะของแสง “กรวย” และสภาวะการแผ่รังสีสามารถหาได้จาก หลักการทั่วไปการแพร่กระจายของคลื่น
ข้าว. 1. กลไกการเกิดหน้าคลื่น
ปล่อยให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามแกน OE (ดูรูปที่ 1) ของช่องว่างที่แคบมากในสารโปร่งใสที่เป็นเนื้อเดียวกันพร้อมดัชนีการหักเหของแสง (จำเป็นต้องใช้ช่องสัญญาณว่างเพื่อไม่ให้คำนึงถึงการชนกันของอิเล็กตรอนกับอะตอมใน การพิจารณาทางทฤษฎี) จุดใดๆ บนเส้น OE ที่อิเล็กตรอนครอบครองอย่างต่อเนื่องจะเป็นศูนย์กลางของการปล่อยแสง คลื่นที่เล็ดลอดออกมาจากจุด O, D, E ที่ต่อเนื่องกันจะรบกวนซึ่งกันและกันและจะถูกขยายหากความต่างเฟสระหว่างคลื่นเหล่านั้นเป็นศูนย์ (ดูการรบกวน) เงื่อนไขนี้เป็นไปตามทิศทางที่ทำให้มุม 0 กับวิถีโคจรของอิเล็กตรอน มุม 0 ถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์:
อันที่จริง ขอให้เราพิจารณาคลื่นสองลูกที่ปล่อยออกมาในทิศทางที่มุม 0 ถึงความเร็วของอิเล็กตรอนจากจุดสองจุดของวิถี - จุด O และจุด D คั่นด้วยระยะทาง ที่จุด B ซึ่งอยู่บนเส้น BE ตั้งฉากกับ OB คลื่นลูกแรก ณ - หลังเวลา ถึงจุด F ซึ่งอยู่บนเส้น BE คลื่นที่ปล่อยออกมาจากจุดจะมาถึงช่วงเวลาหนึ่งหลังจากคลื่นถูกปล่อยออกมาจากจุด O คลื่นทั้งสองนี้จะอยู่ในเฟส กล่าวคือ เส้นตรงจะเป็นหน้าคลื่นหากเวลาเหล่านี้เท่ากัน: ที่ให้เงื่อนไขความเท่าเทียมกันของเวลา ในทุกทิศทาง แสงจะดับลงเนื่องจากการรบกวนของคลื่นที่ปล่อยออกมาจากส่วนของวิถีที่แยกจากกันด้วยระยะห่าง D ค่าของ D ถูกกำหนดโดยสมการที่ชัดเจน โดยที่ T คือคาบของการสั่นของแสง สมการนี้มีคำตอบเสมอถ้า
ถ้า ดังนั้นทิศทางที่คลื่นที่ปล่อยออกมาเมื่อถูกรบกวนถูกขยาย ไม่มีอยู่และไม่สามารถมากกว่า 1 ได้
ข้าว. 2. การกระจายคลื่นเสียงและการเกิดคลื่นกระแทกระหว่างการเคลื่อนไหวของร่างกาย
การแผ่รังสีจะสังเกตได้ก็ต่อเมื่อ
จากการทดลอง อิเล็กตรอนบินในมุมทึบอันจำกัด โดยมีการแพร่กระจายด้วยความเร็วบางส่วน และเป็นผลให้รังสีแพร่กระจายในชั้นทรงกรวยใกล้กับทิศทางหลักที่กำหนดโดยมุม
ในการพิจารณาของเรา เราละเลยการชะลอตัวของอิเล็กตรอน สิ่งนี้ค่อนข้างยอมรับได้ เนื่องจากการสูญเสียอันเนื่องมาจากรังสีวาวิลอฟ-เซเรนคอฟนั้นมีเพียงเล็กน้อย และในการประมาณครั้งแรก เราสามารถสรุปได้ว่าพลังงานที่อิเล็กตรอนสูญเสียไปไม่ส่งผลต่อความเร็วของมัน และมันเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอ นี่คือความแตกต่างพื้นฐานและความผิดปกติของการแผ่รังสีวาวิลอฟ-เชเรนคอฟ โดยปกติแล้ว ประจุจะปล่อยออกมาในขณะที่ประสบกับความเร่งที่สำคัญ
อิเล็กตรอนที่แซงหน้าแสงนั้นคล้ายกับเครื่องบินที่บินด้วยความเร็วสูงกว่าความเร็วเสียง ในกรณีนี้ การกระแทกรูปกรวยก็แพร่กระจายไปด้านหน้าเครื่องบินด้วย คลื่นเสียง, (ดูรูปที่ 2)
กฎการหักเหของแสง แน่นอนและ ตัวชี้วัดที่เกี่ยวข้อง(สัมประสิทธิ์) การหักเห สมบูรณ์ การสะท้อนภายใน
กฎการหักเหของแสงก่อตั้งขึ้นโดยการทดลองในศตวรรษที่ 17 เมื่อแสงส่องผ่านจากตัวกลางโปร่งใสตัวหนึ่งไปยังอีกตัวกลางโปร่งใส ทิศทางของแสงอาจเปลี่ยนไป การเปลี่ยนทิศทางของแสงที่ขอบ สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันเรียกว่าการหักเหของแสง ผลจากการหักเหของแสงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัตถุอย่างเห็นได้ชัด (ตัวอย่าง: ช้อนในแก้วน้ำ) กฎการหักเหของแสง: ที่ขอบเขตของสื่อทั้งสอง รังสีหักเหจะอยู่ในระนาบของการตกกระทบและรูปแบบ โดยที่เส้นปกติของส่วนต่อประสานกลับคืนสู่จุดตกกระทบ มุมของการหักเหดังกล่าว: =n 1-อุบัติการณ์ 2-reflection, n-ดัชนีหักเห (f. Snelius) - ตัวบ่งชี้สัมพัทธ์ดัชนีการหักเหของรังสีที่ตกกระทบบนตัวกลางจากอวกาศที่ไม่มีอากาศเรียกว่าดัชนีของมัน ดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์มุมตกกระทบที่ลำแสงหักเหเริ่มเลื่อนไปตามส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสองโดยไม่เคลื่อนเข้าสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นทางแสงมากขึ้น – มุมจำกัดของการสะท้อนภายในทั้งหมด การสะท้อนภายในทั้งหมด- การสะท้อนกลับภายในโดยมีเงื่อนไขว่ามุมตกกระทบเกินมุมวิกฤติที่แน่นอน ในกรณีนี้ คลื่นตกกระทบจะถูกสะท้อนกลับอย่างสมบูรณ์ และค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนจะเกินค่าสูงสุดสำหรับพื้นผิวที่ขัดเงา การสะท้อนของการสะท้อนภายในทั้งหมดไม่ขึ้นกับความยาวคลื่น ในทัศนศาสตร์ ปรากฏการณ์นี้สังเกตได้จากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงกว้าง รวมถึงช่วงรังสีเอกซ์ด้วย ในทัศนศาสตร์เรขาคณิต ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้ภายในกรอบของกฎของสเนลล์ เมื่อพิจารณาว่ามุมการหักเหของแสงต้องไม่เกิน 90° เราพบว่าที่มุมตกกระทบซึ่งมีไซน์มากกว่าอัตราส่วนของดัชนีการหักเหของแสงที่น้อยกว่าต่อดัชนีที่ใหญ่กว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องสะท้อนกลับในตัวกลางแรกอย่างสมบูรณ์ ตัวอย่าง: ความแวววาวอันสดใสของคริสตัลธรรมชาติหลายชนิด และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเจียระไนอันล้ำค่าและ หินกึ่งมีค่าอธิบายได้โดยการสะท้อนภายในทั้งหมด ซึ่งส่งผลให้แต่ละรังสีเข้าสู่คริสตัลก่อตัวขึ้น จำนวนมากรังสีที่ค่อนข้างสว่างปล่อยออกมา เกิดสีอันเป็นผลจากการกระจายตัว
การหักเหของแสง- ปรากฏการณ์ที่รังสีแสงส่องผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง เปลี่ยนทิศทางที่ขอบเขตของตัวกลางเหล่านี้
การหักเหของแสงเกิดขึ้นตามกฎต่อไปนี้:
เหตุการณ์และรังสีหักเหและเส้นตั้งฉากที่ลากไปยังส่วนต่อระหว่างสื่อทั้งสอง ณ จุดที่เกิดรังสีนั้นอยู่ในระนาบเดียวกัน อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมการหักเหเป็นค่าคงที่สำหรับตัวกลางสองตัว:
,
ที่ไหน α
- มุมตกกระทบ,
β
- มุมหักเห,
n - ค่าคงที่ที่ไม่ขึ้นกับมุมตกกระทบ
เมื่อมุมตกกระทบเปลี่ยนไป มุมการหักเหก็เปลี่ยนไปด้วย ยิ่งมุมตกกระทบมาก มุมการหักเหก็จะยิ่งมากขึ้น
หากแสงมาจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าทางการมองเห็นไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า มุมของการหักเหจะน้อยกว่ามุมตกกระทบเสมอ: β < α.
รังสีของแสงตั้งฉากกับส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสองที่ส่งผ่านจากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่ง ไม่มีการหักเห
ดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ของสาร- ค่าเท่ากับอัตราส่วนของความเร็วเฟสของแสง (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ในสุญญากาศและในสภาพแวดล้อมที่กำหนด n=c/v
ปริมาณ n ที่รวมอยู่ในกฎการหักเหของแสงเรียกว่าดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์สำหรับสื่อคู่หนึ่ง
ค่า n คือดัชนีการหักเหสัมพัทธ์ของตัวกลาง B เทียบกับตัวกลาง A และ n" = 1/n คือดัชนีการหักเหสัมพัทธ์ของตัวกลาง A เทียบกับตัวกลาง B
ค่านี้ (สิ่งอื่นๆ ที่เท่าเทียมกัน) จะมีค่ามากกว่าความสามัคคีเมื่อลำแสงผ่านจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากขึ้นไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า และน้อยกว่าความสามัคคีเมื่อลำแสงผ่านจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากขึ้น (เช่น จากก๊าซ หรือจากสุญญากาศเป็นของเหลวหรือ แข็ง). มีข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่จะเรียกสื่อที่มีความหนาแน่นทางแสงมากกว่าหรือน้อยกว่าสื่ออื่น
รังสีที่ตกลงจากอวกาศไร้อากาศไปยังพื้นผิวของตัวกลาง B บางตัวจะหักเหอย่างแรงมากกว่าเมื่อตกลงบนตัวกลาง A ตัวอื่น ดัชนีการหักเหของรังสีที่ตกกระทบบนตัวกลางจากอวกาศที่ไม่มีอากาศเรียกว่าดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์
(สัมบูรณ์ - สัมพันธ์กับสุญญากาศ
ญาติ - สัมพันธ์กับสารอื่น ๆ (เช่นอากาศเดียวกัน)
ตัวบ่งชี้สัมพัทธ์ของสารทั้งสองคืออัตราส่วนของตัวบ่งชี้สัมบูรณ์)
การสะท้อนภายในทั้งหมด- การสะท้อนกลับภายในโดยมีเงื่อนไขว่ามุมตกกระทบเกินมุมวิกฤติที่แน่นอน ในกรณีนี้ คลื่นตกกระทบจะถูกสะท้อนกลับอย่างสมบูรณ์ และค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนจะเกินค่าสูงสุดสำหรับพื้นผิวที่ขัดเงา การสะท้อนของการสะท้อนภายในทั้งหมดไม่ขึ้นกับความยาวคลื่น
ในทัศนศาสตร์ ปรากฏการณ์นี้สังเกตได้จากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงกว้าง รวมถึงช่วงรังสีเอกซ์ด้วย
ในทัศนศาสตร์เรขาคณิต ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้ภายในกรอบของกฎของสเนลล์ เมื่อพิจารณาว่ามุมการหักเหของแสงต้องไม่เกิน 90° เราพบว่าที่มุมตกกระทบซึ่งมีไซน์มากกว่าอัตราส่วนของดัชนีการหักเหของแสงที่ต่ำกว่าต่อดัชนีที่ใหญ่กว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องสะท้อนกลับในตัวกลางแรกอย่างสมบูรณ์
ตามทฤษฎีคลื่นของปรากฏการณ์ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ายังคงแทรกซึมเข้าไปในตัวกลางที่สอง - สิ่งที่เรียกว่า "คลื่นที่ไม่สม่ำเสมอ" แพร่กระจายไปที่นั่น ซึ่งจะสลายตัวแบบทวีคูณและไม่มีพลังงานไปด้วย ความลึกลักษณะเฉพาะของการแทรกซึมของคลื่นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันเข้าไปในตัวกลางที่สองนั้นเป็นไปตามลำดับของความยาวคลื่น
กฎการหักเหของแสง
จากทั้งหมดที่กล่าวมาเราสรุปได้ว่า:
1 . ที่จุดเชื่อมต่อระหว่างสื่อสองชนิดที่มีความหนาแน่นของแสงต่างกัน รังสีแสงจะเปลี่ยนทิศทางเมื่อส่งผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง
2. เมื่อลำแสงผ่านเข้าไปในตัวกลางที่มีความหนาแน่นของแสงสูงกว่า มุมของการหักเหจะน้อยกว่ามุมตกกระทบ เมื่อรังสีแสงผ่านจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นทางการมองเห็นไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า มุมของการหักเหจะมากกว่ามุมตกกระทบ
การหักเหของแสงจะมาพร้อมกับการสะท้อนกลับ และเมื่อมุมตกกระทบเพิ่มขึ้น ความสว่างของลำแสงที่สะท้อนจะเพิ่มขึ้น และลำแสงที่หักเหจะอ่อนลง ดังจะเห็นได้จากการทดลองดังรูป ด้วยเหตุนี้ ลำแสงสะท้อนจึงพาพลังงานแสงไปด้วยมากขึ้น และมุมตกกระทบก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
อนุญาต มน- ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อโปร่งใสสองชนิด เช่น อากาศและน้ำ เจเอสซี- รังสีตกกระทบ อ.บ- รังสีหักเห - มุมตกกระทบ - มุมหักเห - ความเร็วของการแพร่กระจายของแสงในตัวกลางที่หนึ่ง - ความเร็วของการแพร่กระจายของแสงในตัวกลางที่สอง
ในหลักสูตรฟิสิกส์เกรด 8 คุณได้เรียนรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์การหักเหของแสง ตอนนี้คุณรู้แล้วว่าแสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่หนึ่ง จากความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติของแสง คุณสามารถเข้าใจสาเหตุทางกายภาพของการหักเหของแสง และอธิบายปรากฏการณ์ทางแสงอื่นๆ อีกมากมายที่เกี่ยวข้องกับมันได้
ข้าว. 141. เมื่อส่งผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวหนึ่งรังสีจะหักเหเช่น เปลี่ยนทิศทางของการแพร่กระจาย
ตามกฎการหักเหของแสง (รูปที่ 141):
- เหตุการณ์ รังสีหักเหและตั้งฉากที่ดึงไปยังส่วนต่อระหว่างสื่อทั้งสอง ณ จุดที่เกิดรังสีนั้นอยู่ในระนาบเดียวกัน อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมการหักเหเป็นค่าคงที่สำหรับสื่อทั้งสองนี้
โดยที่ n 21 คือดัชนีการหักเหสัมพัทธ์ของตัวกลางตัวที่สองที่สัมพันธ์กับตัวกลางตัวแรก
ถ้าลำแสงผ่านเข้าไปในตัวกลางใดๆ จากสุญญากาศล่ะก็
โดยที่ n คือดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ (หรือดัชนีการหักเหของแสง) ของตัวกลางที่สอง ในกรณีนี้ "สื่อ" แรกคือสุญญากาศ ซึ่งค่าสัมบูรณ์ถือเป็นเอกภาพ
กฎการหักเหของแสงถูกค้นพบโดยการทดลองโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ Willebord Snellius ในปี 1621 กฎดังกล่าวถูกกำหนดไว้ในบทความเกี่ยวกับทัศนศาสตร์ ซึ่งพบในเอกสารของนักวิทยาศาสตร์หลังจากการตายของเขา
หลังจากการค้นพบของสเนลล์ นักวิทยาศาสตร์หลายคนตั้งสมมติฐานว่าการหักเหของแสงเกิดจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วเมื่อผ่านขอบเขตของสื่อทั้งสอง ความถูกต้องของสมมติฐานนี้ได้รับการยืนยันโดยการพิสูจน์ทางทฤษฎีที่ดำเนินการโดยนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ปิแอร์ แฟร์มาต์ (ในปี 1662) และนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ คริสเตียน ฮอยเกนส์ (ในปี 1690) พวกเขาได้รับผลลัพธ์เดียวกันในรูปแบบที่แตกต่างกัน ซึ่งพิสูจน์ได้ว่า
- อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมการหักเหเป็นค่าคงที่สำหรับสื่อทั้งสองนี้ เท่ากับอัตราส่วนของความเร็วแสงในสื่อเหล่านี้:
(3)
จากสมการ (3) เป็นไปตามนั้นหากมุมการหักเหของแสง β น้อยกว่ามุมตกกระทบ a ดังนั้นแสงของความถี่ที่กำหนดในตัวกลางที่สองจะแพร่กระจายช้ากว่าในตัวกลางแรกนั่นคือ V 2 ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณที่รวมอยู่ในสมการ (3) ทำหน้าที่เป็นเหตุผลที่น่าสนใจสำหรับการเกิดขึ้นของสูตรอื่นสำหรับคำจำกัดความของดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์: n 21 = โวลต์ 1 / โวลต์ 2 (4) ปล่อยให้ลำแสงผ่านจากสุญญากาศไปสู่ตัวกลางบางชนิด เมื่อแทนที่ v1 ในสมการ (4) ด้วยความเร็วแสงในสุญญากาศ c และ v 2 ด้วยความเร็วแสงในตัวกลาง v เราจะได้สมการ (5) ซึ่งเป็นคำจำกัดความของดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์: ตามสมการ (4) และ (5) n 21 แสดงจำนวนครั้งที่ความเร็วของแสงเปลี่ยนแปลงเมื่อมันผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่งและ n - เมื่อผ่านจากสุญญากาศไปยังตัวกลาง นี่คือความหมายทางกายภาพของดัชนีการหักเหของแสง ค่าของดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ n ของสารใด ๆ มากกว่าหนึ่ง (ซึ่งได้รับการยืนยันโดยข้อมูลที่มีอยู่ในตารางของหนังสืออ้างอิงทางกายภาพ) จากนั้น ตามสมการ (5) c/v > 1 และ c > v กล่าวคือ ความเร็วแสงในสสารใดๆ จะน้อยกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศ โดยไม่ให้เหตุผลที่เข้มงวด (ซับซ้อนและยุ่งยาก) เราสังเกตว่าสาเหตุของความเร็วแสงลดลงระหว่างการเปลี่ยนจากสุญญากาศเป็นสสารคือปฏิกิริยาของคลื่นแสงกับอะตอมและโมเลกุลของสสาร ยิ่งความหนาแน่นทางแสงของสสารมีมากขึ้น ปฏิกิริยาระหว่างกันก็จะยิ่งมากขึ้น ความเร็วแสงก็จะยิ่งต่ำลงและดัชนีการหักเหของแสงก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย ดังนั้นความเร็วของแสงในตัวกลางและดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์จึงถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของตัวกลางนี้ โดย ค่าตัวเลขจากดัชนีการหักเหของสาร สามารถเปรียบเทียบความหนาแน่นเชิงแสงของสารเหล่านั้นได้ ตัวอย่างเช่น ดัชนีการหักเหของแก้วประเภทต่างๆ มีตั้งแต่ 1.470 ถึง 2.040 และดัชนีการหักเหของน้ำคือ 1.333 ซึ่งหมายความว่าแก้วมีความหนาแน่นปานกลางทางแสงมากกว่าน้ำ ให้เราหันไปที่รูปที่ 142 ด้วยความช่วยเหลือซึ่งเราสามารถอธิบายได้ว่าทำไมที่ขอบเขตของสื่อทั้งสองเมื่อความเร็วเปลี่ยนไป ทิศทางการแพร่กระจายของคลื่นแสงก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ข้าว. 142. เมื่อคลื่นแสงผ่านจากอากาศสู่น้ำ ความเร็วของแสงจะลดลง ด้านหน้าของคลื่น และด้วยความเร็วของมัน เปลี่ยนทิศทาง ภาพนี้แสดงคลื่นแสงที่ผ่านจากอากาศลงสู่น้ำ และตกกระทบบนส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางเหล่านี้ในมุม a ในอากาศ แสงเดินทางด้วยความเร็ว v 1 และในน้ำด้วยความเร็วต่ำกว่า v 2 จุด A ของคลื่นถึงขอบก่อน ในช่วงเวลาหนึ่ง Δt จุด B ซึ่งเคลื่อนที่อยู่ในอากาศด้วยความเร็วเท่ากัน v 1 จะไปถึงจุด B" ในช่วงเวลาเดียวกัน จุด A ซึ่งเคลื่อนที่ในน้ำด้วยความเร็วต่ำกว่า v 2 จะเดินทางในระยะทางที่สั้นกว่า ไปถึงจุด A เท่านั้น" ในกรณีนี้ สิ่งที่เรียกว่าด้านหน้าของคลื่น AB ในน้ำจะถูกหมุนในมุมหนึ่งซึ่งสัมพันธ์กับด้านหน้าของคลื่น AB ในอากาศ และเวกเตอร์ความเร็ว (ซึ่งตั้งฉากกับด้านหน้าของคลื่นเสมอและเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น) จะหมุนเข้าใกล้เส้นตรง OO" ซึ่งตั้งฉากกับส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลาง ในกรณีนี้ มุมของการหักเห β กลับกลายเป็นว่าน้อยกว่ามุมตกกระทบ α นี่คือลักษณะการหักเหของแสงที่เกิดขึ้น จากรูปที่เห็นได้ชัดเจนด้วยว่าเมื่อเคลื่อนที่ไปยังตัวกลางอื่นและหมุนหน้าคลื่น ความยาวคลื่นก็เปลี่ยนไปเช่นกัน เมื่อเคลื่อนที่ไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า ความเร็วจะลดลง ความยาวคลื่นก็จะลดลงด้วย (แล 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. กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับแสงเป็นองค์ประกอบสำคัญของฟิสิกส์และล้อมรอบเราทุกที่ในชีวิตประจำวันของเรา สิ่งที่สำคัญที่สุดในสถานการณ์นี้คือกฎการสะท้อนและการหักเหของแสงซึ่งใช้เลนส์สมัยใหม่ การหักเหของแสงเป็นส่วนสำคัญของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ ผลการบิดเบือน บทความนี้จะบอกคุณว่าปรากฏการณ์การหักเหของแสงคืออะไร รวมถึงกฎการหักเหของแสงจะเป็นอย่างไร และผลที่ตามมาจะเป็นอย่างไร เมื่อลำแสงตกบนพื้นผิวที่แยกจากกันด้วยสารโปร่งใสสองชนิดที่มีความหนาแน่นของแสงต่างกัน (เช่น แก้วที่แตกต่างกันหรือในน้ำ) รังสีบางส่วนจะสะท้อน และบางส่วนจะทะลุเข้าไปในโครงสร้างที่สอง (เช่น จะแพร่พันธุ์ในน้ำหรือแก้ว) เมื่อเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง โดยทั่วไปแล้วรังสีจะเปลี่ยนทิศทาง นี่คือปรากฏการณ์การหักเหของแสง ผลการบิดเบือนในน้ำ เมื่อมองสิ่งต่าง ๆ ในน้ำ พวกมันก็ดูบิดเบี้ยว โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เห็นได้ชัดเจนที่ขอบเขตระหว่างอากาศและน้ำ เมื่อมองเห็นแล้ว วัตถุใต้น้ำดูเหมือนจะเบี่ยงเบนไปเล็กน้อย ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่อธิบายไว้นั้นเป็นเหตุผลว่าทำไมวัตถุทั้งหมดจึงดูบิดเบี้ยวในน้ำ เมื่อรังสีกระทบกระจก เอฟเฟกต์นี้จะสังเกตเห็นได้น้อยลง บีมพาสเสจ ตัวบ่งชี้เดียวกันนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับสภาพแวดล้อมอื่นๆ กำหนดไว้แล้วว่า ตัวบ่งชี้นี้ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของสาร หากลำแสงตกจากโครงสร้างที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าไปสู่โครงสร้างที่มีความหนาแน่นมากขึ้น มุมของการบิดเบือนที่สร้างขึ้นก็จะมากขึ้น และถ้าเป็นอย่างอื่นก็น้อยลง เพื่อกำหนดสิ่งนี้ ปรากฏการณ์ทางกายภาพและกฎการหักเหของแสงได้ถูกสร้างขึ้น กฎการหักเหของฟลักซ์แสงช่วยให้เราสามารถกำหนดลักษณะของสารโปร่งใสได้ กฎหมายประกอบด้วยบทบัญญัติสองประการ: คำอธิบายของกฎหมาย ในกรณีนี้ ในขณะที่ลำแสงออกจากโครงสร้างที่สองไปยังโครงสร้างแรก (เช่น เมื่อฟลักซ์แสงผ่านจากอากาศ ผ่านกระจก และกลับเข้าไปในอากาศ) ก็จะเกิดเอฟเฟกต์การบิดเบือนเช่นกัน ตัวบ่งชี้หลักในสถานการณ์นี้คืออัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อพารามิเตอร์ที่คล้ายกัน แต่สำหรับการบิดเบือน ดังต่อไปนี้จากกฎหมายที่อธิบายข้างต้นตัวบ่งชี้นี้เป็นค่าคงที่ ตัวบ่งชี้สำหรับวัตถุต่างๆ ด้วยพารามิเตอร์นี้คุณสามารถแยกแยะระหว่างประเภทของแก้วและประเภทต่างๆได้อย่างมีประสิทธิภาพ อัญมณี. การกำหนดความเร็วแสงในสภาพแวดล้อมต่างๆ ก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน บันทึก! ความเร็วสูงสุดของการไหลของแสงอยู่ในสุญญากาศ เมื่อเคลื่อนที่จากสารหนึ่งไปยังอีกสารหนึ่ง ความเร็วจะลดลง ตัวอย่างเช่น ในเพชรซึ่งมีดัชนีการหักเหของแสงสูงที่สุด ความเร็วของการแพร่กระจายของโฟตอนจะสูงกว่าความเร็วของอากาศถึง 2.42 เท่า ในน้ำจะแพร่กระจายช้าลง 1.33 เท่า สำหรับ ประเภทต่างๆ glass พารามิเตอร์นี้มีตั้งแต่ 1.4 ถึง 2.2 บันทึก! แว่นตาบางชนิดมีดัชนีการหักเหของแสง 2.2 ซึ่งใกล้เคียงกับเพชรมาก (2.4) ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้เสมอไปที่จะแยกชิ้นส่วนแก้วออกจากเพชรจริง แสงสามารถทะลุผ่านสสารต่างๆ ซึ่งมีความหนาแน่นของแสงต่างกัน ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น การใช้กฎนี้ทำให้คุณสามารถกำหนดลักษณะความหนาแน่นของตัวกลาง (โครงสร้าง) ได้ ยิ่งมีความหนาแน่นมากเท่าใด ความเร็วที่แสงจะส่องผ่านก็จะยิ่งช้าลงเท่านั้น ตัวอย่างเช่น แก้วหรือน้ำจะมีความหนาแน่นทางการมองเห็นมากกว่าอากาศ ตัวบ่งชี้นี้บอกว่าความเร็วของการแพร่กระจายของโฟตอนเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเคลื่อนที่จากสารหนึ่งไปยังอีกสารหนึ่ง เมื่อฟลักซ์แสงเคลื่อนที่ผ่านวัตถุโปร่งใส โพลาไรซ์ก็เป็นไปได้ สังเกตได้ในระหว่างการผ่านของฟลักซ์แสงจากตัวกลางไอโซโทรปิกอิเล็กทริก โพลาไรเซชันเกิดขึ้นเมื่อโฟตอนผ่านกระจก ผลโพลาไรเซชัน โพลาไรเซชันบางส่วนจะสังเกตได้เมื่อมุมตกกระทบของฟลักซ์แสงที่ขอบเขตของไดอิเล็กทริกสองตัวแตกต่างจากศูนย์ ระดับของโพลาไรเซชันขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบ (กฎของบรูว์สเตอร์) เมื่อสรุปการเดินทางสั้นๆ ของเราแล้ว ยังคงจำเป็นต้องพิจารณาถึงผลกระทบดังกล่าวเป็นการสะท้อนภายในอย่างสมบูรณ์ ปรากฏการณ์การแสดงเต็มรูปแบบ ให้ปรากฏ เอฟเฟกต์นี้มีความจำเป็นต้องเพิ่มมุมตกกระทบของฟลักซ์แสงในขณะที่เปลี่ยนจากความหนาแน่นมากขึ้นไปเป็นตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าที่จุดเชื่อมต่อระหว่างสาร ในสถานการณ์ที่พารามิเตอร์นี้เกินค่าขีดจำกัด โฟตอนที่ตกกระทบบนขอบเขตของส่วนนี้จะสะท้อนให้เห็นทั้งหมด จริงๆ แล้ว นี่จะเป็นปรากฏการณ์ที่เราปรารถนา หากไม่มีมัน มันก็เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างใยแก้วนำแสง การประยุกต์ใช้พฤติกรรมของฟลักซ์แสงในทางปฏิบัติได้ให้ประโยชน์มากมาย ทำให้เกิดอุปกรณ์ทางเทคนิคที่หลากหลายเพื่อปรับปรุงชีวิตของเรา ในเวลาเดียวกัน แสงยังไม่ได้เปิดเผยความเป็นไปได้ทั้งหมดต่อมนุษยชาติ และศักยภาพในทางปฏิบัติของมันยังไม่ได้รับการตระหนักรู้อย่างเต็มที่
คำถาม
ออกกำลังกาย
พื้นฐานของปรากฏการณ์ทางกายภาพ
การสะท้อนและการหักเหของแสงจะมองเห็นได้ชัดเจนในน้ำโดยเฉพาะ
การหักเหของแสงเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่มีลักษณะเฉพาะโดยการเปลี่ยนแปลงทิศทางการเคลื่อนที่ของรังสีดวงอาทิตย์ในขณะที่มันเคลื่อนที่จากตัวกลาง (โครงสร้าง) หนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง
เพื่อปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับกระบวนการนี้ ลองพิจารณาตัวอย่างลำแสงที่กระทบน้ำจากอากาศ (ในทำนองเดียวกันกับแก้ว) ด้วยการวาดเส้นตั้งฉากไปตามส่วนต่อประสาน ทำให้สามารถวัดมุมการหักเหและการกลับของลำแสงได้ ดัชนี (มุมการหักเหของแสง) นี้จะเปลี่ยนไปตามการไหลที่ทะลุผ่านน้ำ (ภายในกระจก)
บันทึก! พารามิเตอร์นี้เข้าใจว่าเป็นมุมที่เกิดจากเส้นตั้งฉากกับการแยกสารทั้งสองเมื่อลำแสงทะลุผ่านจากโครงสร้างแรกไปยังโครงสร้างที่สอง
ในเวลาเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงของความชันของการลดลงจะส่งผลต่อตัวบ่งชี้นี้ด้วย แต่ความสัมพันธ์ระหว่างพวกเขาไม่คงที่ ในขณะเดียวกัน อัตราส่วนของไซน์จะยังคงอยู่ ค่าคงที่ซึ่งสะท้อนให้เห็นโดยสูตรต่อไปนี้: sinα / sinγ = n โดยที่:กฎหมายทางกายภาพ
พารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับวัตถุต่างๆ
นอกจากนี้ เมื่อค่าของความลาดชันลดลง สถานการณ์เดียวกันจะเป็นเรื่องปกติสำหรับตัวบ่งชี้ที่คล้ายกัน พารามิเตอร์นี้มี ความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากเป็นคุณลักษณะเฉพาะของสารโปร่งใสความหนาแน่นทางแสงของสาร
นอกจากข้อเท็จจริงที่ว่าพารามิเตอร์นี้เป็นค่าคงที่แล้ว ยังสะท้อนอัตราส่วนของความเร็วแสงในสารสองชนิดด้วย ความหมายทางกายภาพสามารถแสดงเป็นสูตรได้ดังนี้อีกหนึ่งตัวชี้วัดที่สำคัญ
การสะท้อนภายในเต็มรูปแบบ
บทสรุป
วิธีทำโคมไฟกระดาษด้วยมือของคุณเอง
วิธีตรวจสอบประสิทธิภาพของแถบ LED