Лекции.Орг


Поиск:




Взаимодействие электромагнитных волн с веществом




 

Дисперсия. Ньютон (1672г.) наблюдал разложение солнечного света в спектр при прохождении его через стеклянную призму. Это убедило его в том, что показатель преломления света n зависит от длины волны λ. Зависимость n от λ (или от частоты ω) называется дисперсией.

Для всех прозрачных веществ показатель преломления n монотонно убывает с ростом λ или уменьшением частоты ω - это нормальная дисперсия (Рис. 1.28).Красные лучи преломляются меньше, чем другие в видимой области спектра.

 

 

 


Рис. 1.28

 

Однако у некоторых веществ в области поглощения наблюдается аномальный скачок n с изменением λ - аномальная дисперсия.

Электронная теория дисперсии любое вещество представляет собой как систему заряженных частиц, связанных в атомах и молекулах. При прохождении световой волны через вещество колебания вектора электрической напряженности с частотой ~1015Гц вызывают колебания заряженных частиц-электронов с той же частотой. Часть энергии при этом поглощается. Кроме того, колебания электронов приводят к излучению вторичных электромагнитных волн с той же частотой, что и первичные, т.е. вторичные волны когерентны и интерферируют с первичными.

Показатель преломления . На частоте ω~1015Гц магнитная проницаемость μ≈1 и тогда .

Диэлектрическая проницаемость , где - вектор поляризации. Тогда

(1.54)

При прохождении электромагнитной волны через вещество на электроны в атомах будет действовать переменная вынуждающая электрическая сила

Под действием этой силы электроны совершают вынужденные колебания с амплитудой

,

где е-заряд электрона;

ω0-его собственная частота;

ω-частота вынуждающей силы;

m-масса электрона;

β-коэффициент затухания (будем считать его малым).

В результате смещения электронов на величину А под действием вынуждающей силы атомы будут приобретать дипольный момент еА, а величина

есть вектор поляризации (n0-число электронов в единице объема). Т.к. вынуждающая сила изменяется по закону косинуса, то вектор Р(t) тоже периодически изменяется

С учетом (1.54) можно показать, что и показатель преломления n зависит от ω

(1.55)

При большой разнице собственной частоты колебаний электронов и вынуждающей силы ω (частоты электромагнитной волны) показатель n→1.

Если же , то (когда β≠0, то n стремится не к ∞, а к максимуму).

Таким образом, аномальная дисперсия имеет место, когда частота электромагнитной волны совпадает с собственной частотой электронов. В этой области частот наблюдается поглощение энергии веществом (имеет место аномальная дисперсия). На Рис. 1.28 этой частоте соответствует длина волны λi.

Поглощение света. Опыт показывает: поглощение света веществом будет тем больше, чем больший путь ℓ свет проходит в веществе. Эта зависимость характеризуется законом Бугера

,

где α-линейный коэффициент поглощения, зависящий от свойств вещества и частоты.

При поглощении энергия световых волн преобразуется в другие виды энергии. В некоторых областях спектра поглощение особенно интенсивно. Эти области называют полосами поглощения. У окрашенных тел полосы поглощения лежат в видимых участках спектра (у прозрачных твердых тел они приходятся на инфракрасную или ультрафиолетовую области). Например, красное стекло слабо поглощает красные и оранжевые лучи и хорошо поглощает синие, зеленые и фиолетовые. При освещении синим светом такое стекло покажется “черным”.

Пары или газы характеризуются узкими областями поглощения. Линии поглощения можно наблюдать в спектрах поглощения, если свет пропустить через пары или газ (на фоне сплошного спектра появляются черные линии). Для прозрачных диэлектриков, таких как стекло, коэффициент поглощения α ≈10-2см-1, а для металлов α ≈104см-1. Металлы не прозрачны, что связано с наличием у них свободных электронов.

На границе двух сред с различными диэлектрическими проницаемостями ε 1 и ε 2 абсолютные показатели преломления и также различны. Поэтому при переходе через границу двух сред лучи преломляются согласно закона

При переходе из оптически более плотной среды в среду с меньшей оптической плотностью, т.е. при n1>n2 угол преломления i2>i1 (i1-угол падения). При некоторой величине i1 может случиться так, что i2=900-наблюдается полное внутренне отражение света (луч во вторую среду не выйдет). Угол i1 в этом случае называют предельным углом. Это, в частности, реализуется в волноводах, в волоконной оптике. В волокнах используют стеклянную жилу, окруженную оболочкой из другого стекла с меньшим показателем преломления. Свет, падающий в световедущую жилу под углом i1 больше предельного, претерпевает на границе раздела жилы и оболочки полное внутреннее отражение и распространяется только вдоль жилы независимо от ее (кривизны). По волокнам можно передавать световую информацию (зонды в медицине, линии связи и т.д.)

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-09-20; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1673 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Студент всегда отчаянный романтик! Хоть может сдать на двойку романтизм. © Эдуард А. Асадов
==> читать все изречения...

1009 - | 840 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.011 с.