- •1)Электростатика. Закон кулона и область его применения.
- •2)Напряженность и потенциал электрического поля. Связь между ними. Энергия взаимодействия системы зарядов.
- •3)Теорема Гаусса.
- •4)Диполь. Поле Диполя. Диполь в электрическом поле.
- •5)Электростатические явления в веществе.
- •6)Вектор электрической индукции :
- •7)Уравнения Максвела для электростатического поля в веществе.
- •8) Сегнетоэлектрики :
- •9)Проводники в электрическом поле.
- •10)Электроёмкость уединенного проводника.
- •11) Конденсаторы :
- •12) Энергия заряженного проводника.
- •14) Постоянный электрический ток
- •15)Эдс и Закон Ома :
- •16) Работа и мощность тока
- •17) Магнитное поле в вакууме
- •18)Закон Био-Савара-Лапласа.
- •19)Сила Лоренца
- •20)Сила Ампера :
- •20) Уравнения Максвелла в системе уравнений магнитостатики и электростатики
- •21) Магнитное поле в веществе.
- •22) Напряженность магнитного поля
- •23)Условия для h и b на границе раздела двух изотропных магнетиков :
- •24)Контур с током в магнитном поле :
- •25)Диамагнетики :
- •25)Пармагнетизм :
- •27) Ферромагнетики и антиферромагнетики :
- •28)Энергия магнитного поля :
- •29)Нестационарные явления в теории электромагнетизма :
- •30)Самоиндукция. Взаимная индукция. Индуктивность.
- •31)Токи замыкания и размыкания цепи :
- •32)Вихревое электрическое поле. Токи Фуко.
- •33)Электромагнитные волны как следствие из уравнений Максвела.
- •34)Предмет оптики. Геометрическая оптика.
- •35)Интерференция световых волн :
- •36)Опыт Юнга. Зеркала Френеля.
- •37)Интерференция в тонких плёнках.
- •38)Дифракция света.
- •39) Дифракция Френеля на круглом отверстии:
- •40)Дифракция Фраунгофера от щели :
- •41)Характеристики спектральных приборов.
- •42)Поляризация света :
- •43)Двойное лучепреломление.
- •44)Дисперсия света.
- •45) Тепловое излучение
- •Закон Стефана — Больцмана
- •Закон Вина
44)Дисперсия света.
Дисперсией света называется зависимость преломления n вещества от частоты w ( или длины волны ). Эту зависимость можно охарактеризовать функцией :
n=f(w)
С увеличением частоты показатель преломления возрастает : dn/dw > 0. В этом случае дисперсия называется нормальной. Если вещество поглощает часть лучей, то в области поглощения дисперсия обнаруживает аномалию – показатель преломления при увеличении частоты уменьшается : dn/dw <0. Такой ход зависимости n от w называется аномальной дисперсией.
Дисперсия света может быть также объяснена на основе электромагнитной теории и электронной теории вещества. Для этого нужно рассмотреть процесс взаимодействия света с веществом. Итак, абсолютный показатель преломления среды , равен :
где - диэлектрическая проницаемость среды, - магнитная проницаемость. В оптической области спектра для всех веществ 1, поэтому
(186.1)
Трудности объяснения дисперсии света с точки зрения электромагнитной теории Максвелла устраняются электронной теорией Лоренца. В теории Лоренца дисперсия света рассматривается как результат взаимодействия электромагнитных волн с заряженными частицами, входящими в состав вещества и совершающими вынужденные колебания в переменном электромагнитном поле волны.
Применим электронную теорию дисперсии света для однородного диэлектрика, предположив формально, что дисперсия света является следствием зависимости от частоты световых волн. Диэлектрическая проницаемость вещества, по определению равна
где æ - диэлектрическая восприимчивость среды, 0 - электрическая постоянная, Р - мгновенное значение поляризованности. Следовательно,
(186.2)
т. е. зависит от Р. В данном случае основное значение имеет электронная поляризация, т. е. вынужденные колебания электронов под действием электрической составляющей поля волны, так как для ориентационной поляризации молекул частота колебаний в световой волне очень высока (v 1015 Гц).
В первом приближении можно считать, что вынужденные колебания совершают только внешние, наиболее слабо связанные с ядром электроны - оптические электроны. Для простоты рассмотрим колебания только одного оптического электрона. Наведенный дипольный момент электрона, совершающего вынужденные колебания, равен р = ех, где е - заряд электрона, х - смещение электрона под действием электрического поля световой волны. Если концентрация атомов в диэлектрике равна n0 то мгновенное значение поляризованности
(186.3) (186.4)
Следовательно, задача сводится к определению смещения х электрона под действием внешнего поля Е. Поле световой волны будем считать функцией частоты со, т. е. изменяющимся по гармоническому закону: E = E0cost.
Уравнение вынужденных колебаний электрона (см. § 147) для простейшего случая (без учета силы сопротивления, обусловливающей поглощение энергии падающей волны) запишется в виде
(186.5)
где F0 = eE0 - амплитудное значение силы, действующей на электрон со стороны поля волны, - собственная частота колебаний электрона,m - масса электрона. Решив уравнение (186.5), найдем = n2 в зависимости от констант атома (е, m, 0) и частоты внешнего поля, т. е. решим задачу дисперсии. Решение уравнения (186.5) можно записать в виде
(186.6) (186.7)
в чем легко убедиться подстановкой (см. (147.8)). Подставляя (186.6) и (186.7) в (186.4), получим
(186.8)
Если в веществе имеются различные заряды eh совершающие вынужденные колебания с различными собственными частотами еа0|, то
(186.9)
где m1 - масса i-го заряда.
Из выражений (186.8) и (186.9) вытекает, что показатель преломления л зависит от частоты внешнего поля, т. е. полученные зависимости действительно подтверждают явление дисперсии света, хотя и при указанных выше допущениях, которые в дальнейшем надо устранить. Из выражений (186.8) и (186.9) следует, что в области от = 0 до = 0n2 больше единицы и возрастает с увеличением (нормальная дисперсия); при = 0n2 = ± ; в области от = 0 до = n2 меньше единицы и возрастает от - до 1 (нормальная дисперсия). Перейдя от n2 к n, получим, что график зависимости n от имеет вид, изображенный на рис. 270.
Рис. 270
Такое поведение n вблизи 0 - результат допущения об отсутствии сил сопротивления при колебаниях электронов. Если принять в расчет и это обстоятельство, то график функции л (со) вблизи too задается штриховой линией АВ. Область АВ - область аномальной дисперсии (n убывает при возрастании ), остальные участки зависимости n от описывают нормальную дисперсию (n возрастает с возрастанием ).