Презентация Электромагнитная природа света. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Лекция 13-14 онлайн
На нашем сайте вы можете скачать и просмотреть онлайн доклад-презентацию на тему Электромагнитная природа света. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Лекция 13-14 абсолютно бесплатно. Урок-презентация на эту тему содержит всего 35 слайдов. Все материалы созданы в программе PowerPoint и имеют формат ppt или же pptx. Материалы и темы для презентаций взяты из открытых источников и загружены их авторами, за качество и достоверность информации в них администрация сайта не отвечает, все права принадлежат их создателям. Если вы нашли то, что искали, отблагодарите авторов - поделитесь ссылкой в социальных сетях, а наш сайт добавьте в закладки.
Презентации » Физика » Электромагнитная природа света. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Лекция 13-14
Оцените!
Оцените презентацию от 1 до 5 баллов!
- Тип файла:ppt / pptx (powerpoint)
- Всего слайдов:35 слайдов
- Для класса:1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11
- Размер файла:1.47 MB
- Просмотров:112
- Скачиваний:0
- Автор:неизвестен
Слайды и текст к этой презентации:
№2 слайд
Содержание слайда: Вопросы:
Вопросы:
Шкала электромагнитных излучений
Краткая историческая справка о развитии взглядов на природу света
Световая электромагнитная волна и ее характеристики
Интенсивность световой волны
Отражение и преломление электромагнитной волны на границе раздела двух диэлектриков
Классическая электронная теория дисперсии
Нормальная и аномальная дисперсия
Поглощение света
Закон Бугера
Рассеяние света
№16 слайд
Содержание слайда: Классическая электронная теория дисперсии
Определение. Дисперсия света – это комплекс оптических явлений, обусловленных зависимостью показателя преломления вещества от частоты излучения (или от длины световой волны), т.е. n = ƒ (λ0), где λ0 – длина волны света в вакууме.
Пример. Разложение стеклянной призмой белого света в спектр по длинам волн.
При этом одной из характеристик вещества становится дисперсия вещества, которая задается производной: dn/dλ.
Для всех прозрачных бесцветных веществ функция n(λ0) имеет обычно в видимой области спектра падающий характер, соответствующий так называемой нормальной дисперсии, т.е. когда dn/dλ < 0 (см. рис.1). Те же интервалы длин волн Δλ, где дисперсия вещества dn/dλ > 0, соответствуют аномальной дисперсии.
№18 слайд
Содержание слайда: Классическая электронная теория дисперсии
Под действием подающей на вещество электромагнитной волны электроны приходят в вынужденные колебания с частотой ω0; при этом колеблющиеся заряженные частицы, как известно, сами начинают излучать вторичные волны, теряя энергию колебаний.
При прохождении волны через вещество каждый электрон оказывается под воздействием обобщенной лоренцевой силы:
, (1)
где для немагнитных сред принято μ ≈ 1.
Так как для вакуума отношение , то получаем и, если положить амплитуду колебаний электрона а = , то будем иметь амплитуду скорости электрона м/с, а отношение Т.е. в этом случае магнитной составляющей силы Лоренца можно пренебречь и считать, что электрон находится под действием вынуждающей силы электрической природы, модуль которой представляется как:
(2)
где Е0 – амплитуда светового вектора падающей волны, α0 = 0.
№19 слайд
Содержание слайда: Классическая электронная теория дисперсии
Пусть на вещество падает плоская монохроматическая волна. Тогда уравнение динамики электрона в ходе его колебаний имеет вид (в проекциях на ось х, совпадающей с направлением колебаний светового вектора Е):
(3)
где kx– квазиупругая сила, - сила «сопротивления» движению электрона в поле ядра атома.
Разделив уравнение (3) на массу электрона m, получим канони-ческое дифференциальное уравнение гармонических вынужденных колебаний электрона:
(4)
где β = r/2m – коэффициент затухания, - собственная частота колебаний электрона, - приведенная амплитуда вынуждающей силы.
Для теории дисперсии имеет значение не общее, а только частное (установившееся) решение уравнения (4), т.е.
(5)
где а – амплитуда вынужденных колебаний электрона, φ – разность фаз между смещением электрона от положения равновесия и силой .
№20 слайд
Содержание слайда: Классическая электронная теория дисперсии
Подстановка решения (5) в (4) позволяет с помощью векторной диаграммы получить:
, (6)
Ограничимся простейшим случаем малых затуханий, когда , т.е., когда частота электромагнитной волны ω0 не очень близка к собственной частоте колебаний электрона ωе и коэффициент β – мал. При этом, если ω0<ωe , то получаем:
Такой же результат будет и при ω0 > ωе (когда φ = π).
Теперь, если вспомнить, что в изотропной немагнитной среде, а ε=1+ϰ и вектор поляризованности , то ε и, соответственно, искомый показатель преломления n можно представить как:
и , (8)
где Ех(t), Px(t) – проекции соответствующих векторов на направление колебания светового вектора.
Поляризованность можно также представить как Px(t) = N∙pmx(t), где N – концентрация молекул, pmx(t) – проекция среднего дипольного момента молекулы вещества. Дипольный момент в исходном (невозбужденном) состоянии принимаем pm0 = 0.
№21 слайд
Содержание слайда: Классическая электронная теория дисперсии
Под воздействием электромагнитной волны происходит смещение «электронного облака» отдельного атома относительно «неподвижного» ядра и возникновение дипольного момента атома, т.е. рa=q∙l *, где q-заряд ядра (q = Ze, Z - число протонов в ядре), l-вектор, проведенный из «центра» тяжести» электронного облака к ядру. При этом заряд электронного «облака»: (-)q = -Ze, где Z – число электронов в атоме.
Выражение (*) в проекциях на ось x: рax= qlx = q(-xc) = - qxc =
= - (Ze)xc , где xс – смещение «центра» облака относительно ядра. Дипольный момент молекулы определяется как векторная сумма по k-числу атомов в молекуле, т.е.
№22 слайд
Содержание слайда: Классическая электронная теория дисперсии
Предполагая, что вещество «химически» однородно, т.е. состоит из одинаковых атомов, проекция среднего дипольного момента молекулы на ось x примет вид:
а xl – смещение l-ого электрона из положения равновесия под действием поля электромагнитной волны, определяемое по (7).
Таким образом имеем:
где принято во внимание, что входящие в состав молекулы электроны имеют неодинаковые собственные частоты ωel. Поляризованность представляется как:
№26 слайд
Содержание слайда: Нормальная и аномальная дисперсия
Здесь при определении показателя преломления n использовались строго монохроматические электромаг-нитные волны, бесконечные в пространстве и во времени. Такие волны в принципе не могут служить для передачи сигнала (информации), а кроме того, их - невозможно создать.
Замечание. Для передачи сигналов используются «волновые пакеты».
№27 слайд
Содержание слайда: Поглощение света
Прохождение световой волны через вещество сопровождается потерей энергии волны, затрачиваемой на возбуждение колебаний электронов (точнее, с позиций квантовой механики - на изменение их энергетического состояния в атоме). Частично эта энергия вновь возвращается излучению в виде вторичных волн, порождаемых колеблющимися электронами; частично же она переходит в энергию движения атомов (т.е. во внутреннюю энергию вещества).
Поэтому интенсивность света при прохождении через обычное вещество - уменьшается, т.е., как говорят, свет поглощается в веществе.
№28 слайд
Содержание слайда: Закон Бугера
Пусть через однородное вещество распространяется параллельный световой пучок. Рассмотрим бесконечно тонкий плоский слой вещества толщиной dx; убыль интенсивности света при прохождении этого слоя определим как (-dI). Ясно, что эта величина пропорциональна интенсивности в данном поглощающем слое и его толщине, т.е.
–dI = æ∙I∙dx, (10)
где æ - коэффициент поглощения
(характеристика вещества).
После интегрирования уравнения (10) в пределах [I0, I] и [0, x], т.е. , получаем =-æx или, произведя потенцирование, определяем закон Бугера-Ламберта (в экспоненциальном виде):
I= I0 e –æx (11)
№29 слайд
Содержание слайда: Закон Бугера
Размерность коэффициента поглощения æ [1/м]; коэффициент æ есть величина, обратная толщине слоя, при прохождении которой интенсивность света убывает в е-раз
Для всех веществ поглощение имеет селективный характер, æ - коэффициент поглощения зависит от длины волны λ0. У веществ, атомы (молекулы) которого практически не взаимодействуют друг с другом (это разряженные газы и пары маталлов) наблюдаются очень узкие максимумы поглощения; которые соответствуют резонансным частотам колебаний электронов в атомах вещества.
№31 слайд
Содержание слайда: Рассеяние света
Механизм рассеяния света
С классической точки зрения рассеяние света заключается в том, что свет, проходящий через вещество, вызывает колебания электронов в атомах, а колеблющиеся электроны возбуждают вторичные когерентные волны, распростра-няющиеся по всем направлениям, и которые могут интерферировать.
Теоретический расчет приводит к выводам:
В случае однородной среды вторичные волны полностью гасят друг друга во всех направлениях, кроме направления распространения первичной волны, а поэтому перераспределения света по направлениям, т.е. рассеяния света в однородной среде не происходит.
При распространении света в неоднородной среде световые волны, дифрагируя на мелких неоднородностях среды, дают дифракционную картину в виде довольно равномерного распределения интенсивности по всем направлениям.
Это явление и называют собственно рассеянием света.
№32 слайд
Содержание слайда: Рассеяние света
Определение. Среды с явно выраженной оптической неоднородностью называют мутными средами.
Примеры.
дымы (т.е. взвеси в газах мельчайших твердых частиц);
туманы (т.е. взвеси в газах мельчайших капелек жидкости);
суспензии (т.е. плавающие в жидкости твердые частички);
эмульсии (т.е. взвеси капелек одной жидкости в другой, не растворяющей первую – молоко);
некоторые твердые тела (матовые стекла, перламутр, опал и др.).
№33 слайд
Содержание слайда: Рассеяние света
Закон Рэлея
Если мутную воду (куда, например, добавлено молоко) освещать белым светом, то при наблюдении сбоку в рассеянном свете среда кажется голубой, т.е. обнаруживается преобладание коротковолновой части спектра. В свете же, прошедшем сквозь всю толщу жидкости, обнаруживается преобладание длинноволновой части спектра, и среда кажется красноватой.
Это явление объясняется с позиций закона Рэлея для рассеяния света в мутных средах на неоднородностях, размеры которых малы по сравнению с длиной волны λ, выполняется:
Эта зависимость объясняется связью мощности излучения колеблющегося заряда и частоты его колебаний [P ~ ω4].
№34 слайд
Содержание слайда: Рассеяние света
Молекулярное рассеяние – это рассеяние, обуслов-ленное флуктуациями плотности среды в пределах малых объемов (сами объемы выступают оптическими неоднородностями для данной среды) в процессе хаотического теплового движения молекул (среды).
Пример. Молекулярным рассеянием объясняется голубой цвет неба: непрерывно возникающие в атмосфере флуктуации плотности воздуха приводят согласно закону Рэлея к тому, что синие и голубые составляющие солнечного света рассеиваются более интенсивно, чем желто–красные.
При восходе и закате Солнца прямой солнечный свет проходит через большую толщу атмосферы, и при этом большая доля коротковолновой области спектра теряется на рассеяние, а до поверхности Земли из прямого света доходят преимущественно красные лучи (отсюда – красный цвет зари).
№35 слайд
Содержание слайда: Рассеяние света
В результате рассеяния света в боковых направлениях интенсивность света в направлении распространения (в мутной среде) убывает быстрее, чем в случае «чистого» поглощения; поэтому здесь в выражении закона Бугера должен стоять еще дополнительный коэффициент экстинкции (æ’):
(13)
Скачать все slide презентации Электромагнитная природа света. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Лекция 13-14 одним архивом:
-
Взаимодействие электромагнитных световых волн с веществом. Поляризация света. Виды поляризации
-
Взаимодействие электромагнитных световых волн с веществом. Возбуждение вторичных электромагнитных волн
-
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ПРИРОДА СВЕТА. СКОРОСТЬ СВЕТА. 1. История возникновения оптики 2. Развитие представлений о природе света 3. Два сп
-
Что такое радиоволны ? электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света переносят через простр
-
Электромагнитная природа света. «Молюсь оконному лучу – Он бледен, тонок, прям. » А. Ахматова
-
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ПРИРОДА СВЕТА
-
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ПРИРОДА СВЕТА Презентация для учащихся 9 класса учителя физики Тулюпа Ираиды Борисовны
-
Электромагнитная природа света.
-
Скачать презентацию Электромагнитная природа света
-
Электромагнитные волны и излучения. Лекция 12