15. Поляризация света. Поляризатор и анализатор. Закон Малюса. Примеры получения и применения поляризованного света.

Свет: - поперечная волна.

Волна называется поляризованной, если плоскость, в которой колеблется , каким-либо образом упорядочена.

С вет излучает атом. Каждый атом излучает линейно-поляризованный цуг волн (волновой цуг - излучение света атомами в виде отдельных коротких импульсов). Но т.к. атомы тела излучают хаотически, то естественный свет неполяризован.

Ест. свет = поляриз.

Устройство, превращающее естественный свет в поляризованный называется поляризатором. Он пропускает колебания только определенного направления (например, пропускает колебания, параллельные главной плоскости поляризатора, и полностью задерживает перпендикулярные этой плоскости. Устройство, служащее для анализа степени поляризации света, называется анализатором. Оба устройства совершенно одинаковы (их можно поменять местами).

Схема классического опыта с турмалином:

Закон Малюса:

, где I- интенсивность поляризованного света, прошедшего через поляризатор; I₀ – интенсивность света, падающего на поляризатор; φ – угол, образованный вектором падающей световой волны с плоскостью поляризатора.

Примеры получения и применения поляризованного света:

1. Закон Брюстера:

При отражении от диэлектрика происходит частичная или полная поляризация естественного света.

Если , отраженный луч полностью поляризован.

2. Двойное лучепреломление:

Проходя через прозрачный анизотропный кристалл, под углом к его оптической оси естественный свет делится на два луча.

3. Дихроизм.

4. Применение поляризованного света:

а) метод фотоупругости;

б) вращение плоскости поляризации: оптически активные вещества (кварц, раствор сахара).

φ ~ d – твердые тела;

φ ~ d c – жидкости,

где d – толщина, с - концентрация, φ – угол поворота плоскости поляризации.

16. Тепловое излучение, его характеристики: энергетическая светимость, испускательная и поглощательная способности. Цвет несамосветящегося тела. Абсолютно черное и серое тела. Закон Кирхгофа

Излучение телами внутренней энергии в виде электромагнитных волн называется тепловым. Оно наблюдается при любых температурах Т≠0 и имеет сплошной спектр (0<λ<∞, т.е. энергия излучается на всех длинах волн от нуля до бесконечности).

Тепловое излучение характеризуется следующими величинами:

1. - спектральная испускательная способность, Вт/м³;

, где dR(λ) – энергия, испускаемая единицей площади поверхности тела в единицу времени в диапазоне длин волн от λ до λ+dλ;

2. R_T – энергетическая светимость тела, , , где W – энергия, излучаемая за время t с поверхности площадью S.

На разных длинах волн излучаемая энергия различна.

.

3. α_λT – спектральная поглощательная способность, безразмерная величина, характеризует поглощение энергии телом: где dI(λ) – мощность излучения в интервале длин волн от λ до λ +dλ, падающего на единицу площади поверхности тела; dI’(λ) – часть мощности dI(λ), которая поглощается телом. Очевидно, что α_λТ≤1.

Цвет несамосветящихся тел (видимых в отраженном свете) зависит от спектрального состава падающего излучения и от α_λТ.

Тело, поглощающее всякое падающее на него излучение целиком, называется абсолютно черным. Для него α_λТ=1 для всех длин волн при любой температуре. Тело, для которого α_λТ=const<1, называется серым. Его поглощательная способность обозначается А_Т.

Тепловое излучение равновесное.

При T=const между излучением и поглощением тела всегда равновесие.

Если тело много излучает, то оно должно много поглощать.

- Закон Кирхгофа.

а.ч.т., α_λТ=1, испускательная способность r^*_λT=U_λT.

- Закон Кирхгофа

Абсолютно черное тело – универсальный излучатель. Если изучить его тепловое излучение, то эти законы можно применить к любому нечерному телу.

r_λT≤U_λT.

В природе а.ч.т. не существует. В видимой части спектра сажа, бархат близки к а.ч.т.

Модель а.ч.т : полость с отверстием (рисунок).

Законы теплового излучения:

1. Закон Стефана-Больцмана:

Для а.ч.т.: Для серого тела: где σ = 5,678 * 10^-8 Вт/(м² К²) – постоянная Стефана-Больцмана; Т- абсолютная температура.

2. Закон Вина:

, где λ – длина волны, соответствующая максимальной испускательной способности абсолютно черного тела при данной температуре Т; b = 2,9 * 10^-3 м К.

Согласно теории относительности Эйнштейна энергия W и масса m взаимосвязаны: W=mc², где с = 3 * 10⁸ м/с – скорость света в вакууме.

При излучении энергии масса тела уменьшается, при поглощении – увеличивается.