Презентация ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМ онлайн

Содержание слайда:

Содержание слайда: Фазовая скорость и понятие дисперсии

Содержание слайда: Фа́зовая ско́рость — скорость перемещения точки, обладающей постоянной фазой колебательного движения в пространстве, вдоль заданного направления. Обычно рассматривают направление, совпадающее с направлением волнового вектора, и фазовой называют скорость, измеренную именно в этом направлении, если противное не указано явно (то есть если явно не указано направление, отличное от направления волнового вектора). Фазовая скорость по направлению волнового вектора совпадает со скоростью движения фазового фронта (поверхности постоянной фазы). Ее можно рассматривать при желании как векторную величину. Фа́зовая ско́рость — скорость перемещения точки, обладающей постоянной фазой колебательного движения в пространстве, вдоль заданного направления. Обычно рассматривают направление, совпадающее с направлением волнового вектора, и фазовой называют скорость, измеренную именно в этом направлении, если противное не указано явно (то есть если явно не указано направление, отличное от направления волнового вектора). Фазовая скорость по направлению волнового вектора совпадает со скоростью движения фазового фронта (поверхности постоянной фазы). Ее можно рассматривать при желании как векторную величину. Наиболее употребительное обозначение:

Содержание слайда: Фазовая скорость вдоль направления, отклонённого от волнового вектора на угол . Рассматривается монохроматическая плоская волна. Фазовая скорость вдоль направления, отклонённого от волнового вектора на угол . Рассматривается монохроматическая плоская волна.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Группа волн. Групповая скорость

Содержание слайда: Групповая скорость во многих важных случаях определяет скорость переноса энергии и информации квазисинусоидальной волной (хотя это утверждение в общем случае требует серьёзных уточнений и оговорок). Групповая скорость во многих важных случаях определяет скорость переноса энергии и информации квазисинусоидальной волной (хотя это утверждение в общем случае требует серьёзных уточнений и оговорок). Групповая скорость определяется динамикой физической системы, в которой распространяется волна (конкретной среды, конкретного поля и т.п). В большинстве случаев подразумевается линейность этой системы (точно или приближенно). Для одномерных волн групповая скорость вычисляется из закона дисперсии:

Содержание слайда: Группа волн. Групповая скорость

Содержание слайда:

Содержание слайда: Время  можно определить из условия, что координаты гребней, обозначенных крестиками, в момент времени t+ совпадают:

Содержание слайда: Из этих результатов просматривается следующая картина распространения группы волн. Возмущение с максимальной энергией движется вдоль оси x, но его форма непрерывно изменяется. Однако по истечении времени  возмущение принимает форму, почти совпадающую с исходной, но за это время оно проходит расстояние . Со скоростью происходит и передача энергии возмущения. Этот процесс периодически повторяется. Однако в этом процессе распространения не учтены искажения формы возмущения при каждом очередном восстановлении, связанные с приближенной заменой участка кривой отрезком прямой. Если возмущение распространяется достаточно долго, то малые искажения будут накапливаться и настолько сильно исказят его форму, что само возмущение потеряет всякое сходство с исходным. Из этих результатов просматривается следующая картина распространения группы волн. Возмущение с максимальной энергией движется вдоль оси x, но его форма непрерывно изменяется. Однако по истечении времени  возмущение принимает форму, почти совпадающую с исходной, но за это время оно проходит расстояние . Со скоростью происходит и передача энергии возмущения. Этот процесс периодически повторяется. Однако в этом процессе распространения не учтены искажения формы возмущения при каждом очередном восстановлении, связанные с приближенной заменой участка кривой отрезком прямой. Если возмущение распространяется достаточно долго, то малые искажения будут накапливаться и настолько сильно исказят его форму, что само возмущение потеряет всякое сходство с исходным.

Содержание слайда: Дисперсия волн (красные точки движутся со скоростью фазы, зелёные - с групповой скоростью). В данном случае фазовая скорость в два раза превышает групповую. Дисперсия волн (красные точки движутся со скоростью фазы, зелёные - с групповой скоростью). В данном случае фазовая скорость в два раза превышает групповую.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Классическая теория дисперсии и поглощения

Содержание слайда: Запишем уравнение вынужденных колебаний электрона

Содержание слайда: Интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды Интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Поглощение света. Закон Бугера Под действием электрического поля световой волны с круговой частотой  отрицательно заряженные электроны атомов и молекул смещаются относительно положительно заряженных ядер, совершая гармоническое колебательное движение с частотой, равной частоте действующего поля. Колеблющийся электрон, превращаясь в источник, сам излучает вторичные волны. В результате интерференции падающей волны со вторичной в среде возникает волна с амплитудой, отличной от амплитуды вынуждающего поля. Поскольку интенсивность есть величина, прямо пропорциональная квадрату амплитуды, то соответственно изменится и интенсивность излучения, распространяющегося в среде; другими словами, не вся поглощённая атомами и молекулами среды энергия возвращается в виде излучения – произойдёт поглощение. Поглощённая энергия может превратиться в другие виды энергии. В частности, в результате столкновения атомов и молекул поглощённая энергия может превратиться в энергию хаотического движения – тепловую

Содержание слайда: Выберем систему координат. Поместим начало координат на лицевой поверхности среды, направим ось y параллельно этой поверхности, а ось x - вдоль направления распространения света. Выделим в веществе бесконечно тонкий слой толщиной dx. Очевидно, что уменьшение интенсивности света в слое толщиной dx будет пропорционально величина интенсивности падающего на этот слой света и толщине поглощающего слоя, т. е. Выберем систему координат. Поместим начало координат на лицевой поверхности среды, направим ось y параллельно этой поверхности, а ось x - вдоль направления распространения света. Выделим в веществе бесконечно тонкий слой толщиной dx. Очевидно, что уменьшение интенсивности света в слое толщиной dx будет пропорционально величина интенсивности падающего на этот слой света и толщине поглощающего слоя, т. е.

Содержание слайда: Рассеяние света Изменение какой-либо характеристики потока оптического излучения при его взаимодействии с веществом называют рассеянием света.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Опыты Тиндаля Пропуская интенсивный пучок белого света вдоль оси стеклянной трубы, внутри которой находилось небольшое количество малых по сравнению с длиной волны видимого света, частиц, Тиндаль произвёл наблюдение рассеянного света под различными углами к направлению падающего света

Содержание слайда: Тиндаль и ряд его последователей установили следующие закономерности: Тиндаль и ряд его последователей установили следующие закономерности: 1.Свет, рассеянный под углом к первичному пучку (в боковом направлении), обнаруживает сине – голубой оттенок, другими словами, рассеяние происходит преимущественно в коротковолновой части видимой области спектра; 2. Свет, рассеянный под прямым углом к первичному пучку естественного света, полностью (если рассеивающие частицы изотропные) или почти полностью линейно – поляризован; 3. Кривая распределения интенсивности рассеянного света в зависимости от угла рассеяния симметрична относительно направлений первичного пучка и перпендикулярного ему.

Содержание слайда: Рэлей в 1889 году рассматривал задачу о распространении естественного света в сплошной среде с вкраплёнными в неё частицами сферической формы, размеры которых малы по сравнению с длиной волны света и диэлектрическая проницаемость  отлична от диэлектрической проницаемости 0 сплошной среды. Он получил следующие формулы для интенсивности рассеянного света: Рэлей в 1889 году рассматривал задачу о распространении естественного света в сплошной среде с вкраплёнными в неё частицами сферической формы, размеры которых малы по сравнению с длиной волны света и диэлектрическая проницаемость  отлична от диэлектрической проницаемости 0 сплошной среды. Он получил следующие формулы для интенсивности рассеянного света:

Содержание слайда: где r – расстояние от рассеивающей частицы до точки наблюдения, N1 – число частиц в 1 см3, V – объём одной частицы,  - угол рассеяния. При выводе формулы Рэлей полагал, что вторичные волны, исходящие от разных рассеивающих свет частиц, взаимно когерентны, и поэтому при вычислении интенсивности рассеянного света он суммировал именно амплитуды рассеянных волн. где r – расстояние от рассеивающей частицы до точки наблюдения, N1 – число частиц в 1 см3, V – объём одной частицы,  - угол рассеяния. При выводе формулы Рэлей полагал, что вторичные волны, исходящие от разных рассеивающих свет частиц, взаимно когерентны, и поэтому при вычислении интенсивности рассеянного света он суммировал именно амплитуды рассеянных волн. Легко видеть из формулы (*), что при  = 0 интенсивность рассеянного света I = 0, т. е. рассеяние света не имеет места если диэлектрические проницаемости частиц и окружающей среды совпадают, другими словами, если оптическая неоднородность (разность  - 0) отсутствует. Из формулы (*) вытекают два очень важных вывода: 1. Интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна шестой степени радиуса частицы. 2. Интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвёртой степени длины волны (закон Рэлея).

Содержание слайда: Почему на закате Солнце красное?

Содержание слайда:

Содержание слайда: Голубой цвет неба. Цвет зари. Как видно из закона Рэлея, чем короче световые волны, тем сильнее они рассеиваются. Голубой цвет неба и красный цвет Солнца на восходе и на закате объясняются этой закономерностью, законом Рэлея. Небо мы видим светлым (т. е. голубым) только благодаря рассеянию света в атмосфере. Поскольку интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвёртой степени длины волны, то более интенсивное рассеяние произойдёт в коротковолновой части видимой области и поэтому небо примет голубой оттенок (точнее говоря, цвет неба будет обусловлен кроме закона Рэлея также спектральным составом солнечного излучения и кривой спектральной чувствительности глаза). В случае, когда Солнце стоит низко над горизонтом, до нас доходят лучи света Солнца, ослабленные благодаря рассеянию при прохождении сквозь сравнительно большую толщу атмосферы. Поскольку рассеяние сильнее в коротковолновой части видимого спектра, то диск Солнца на восходе и закате мы видим красным.

Содержание слайда: