Поляризация при отражении и преломлении

Если Вы внимательно посмотрите на приводимую выше анимацию, объясняющую поляризацию света, то легко поймёте, что степень поляризации света зависит от свойств вещества, в котором преломляются или от которого отражаются световые лучи. При определённом строении атомов вещества, и, как следствие, формы его (вещества) кристаллической решётки, эффект поляризации при преломлении становится достаточно сильным, чтобы его можно было наблюдать в опытах.

Тоже самое можно сказать и для поляризации при отражении. Механизм действия тот же. Это влияние электрического поля атомов на процессы вращения бионов.
Если в солнечный день посмотреть на голубое небо сквозь поляризатор, то вращая его, можно заметить, что на небе возникают темные полосы. Этот опыт свидетельствует о поляризации солнечного света при его рассеянии в атмосфере.

18. Проблемы изучения абсолютного черного тела. Квантовая гипотеза и формула Планка.

Абсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах.Проблема излучения абсолютно черного тела состояла в том, чтобы теоретически получить зависимость φ(λ,Т) - спектральную плотность энергетической светимости абсолютно черного тела.Казалось, что ситуация ясна: при заданной температуре Т молекулы вещества излучающей полости имеют максвелловское распределение по скоростям и излучают электромагнитные волны в соответствии с законами классической электродинамики. Излучение находится в термодинамическом равновесии с веществом, значит для нахождения спектральной плотности энергии излучения u(λ,T) и связанной с ней функции φ(λ,Т) можно использовать законы термодинамики и классической статистики.Однако, все попытки теоретиков получить на основе классической физики закон излучения абсолютно черного тела потерпели неудачу.Частичный вклад в решение этой проблемы внесли Густав Кирхгоф, Вильгельм Вин, Иозеф Стефан, Людвиг Больцман, Джон Уильям Релей, Джеймс Хонвуд Джинс.

Проблема излучения абсолютно черного тела была решена Максом Планком. Для этого ему пришлось отказаться от классических представлений и сделать предположение о том, что заряд, совершающий колебания с частотой v, может получать или отдавать энергию порциями, или квантами.

Величина кванта энергии в соответствии с (1.2) и (1.4):

где h - постоянная Планка; v - частота колебаний электромагнитной волны, излученной колеблющемся зарядом; ω = 2πv - круговая частота.

На основе представления о квантах энергии М. Планк, используя методы статистической термодинамики, получил выражение для функции u(ω,Т), дающей распределение плотности энергии в спектре излучения абсолютного черного тела:

формула Планка для спектральной плотности энергетической светимости f(ω,T).

Теперь мы получим формулу Планка для φ(λ,Т). Как мы знаем из (1.18), в случае абсолютно черного тела f(ω,T) = rω, а φ(λ,Т) = rλ.

Связь между rλ и rω дает формула (1.12), применяя ее мы получим:

Здесь мы аргумент ω функции f(ω,Т) выразили через длину волны λ. Подставляя сюда формулу Планка для f(ω,Т) из (2.2), получим формулу Планка для φ(λ,Т) - спектральной плотности энергетической светимости в зависимости от длины волны λ:

График этой функции хорошо совпадает с экспериментальными графиками φ(λ,Т) для всех длин волн и температур.

Это и означает, что проблем излучения абсолютно черного тела решена.

19. Фотоны. Энергия и импульс световых квантов. Опыты Франка и Герца. Фотоэффект.Эффект Комптона..

В рамках квантовой теории свет представляет собой поток дискретных частиц, названных фотонами. Посреди различных явлений, в каких появляются квантовые характеристики света, одно из важнейших мест занимает фотоэлектрический эффект. Различают два вида фотоэлектрического эффекта наружный и внутренний. Наружным фотоэффектом именуется испускание электронов веществом при облучении его электромагнитным излучением. При внутреннем фотоэффекте оптически возбужденные электроны остаются снутри освещаемого вещества, не нарушая его электрическую нейтральность. Согласно Эйнштейну, свет частотой ν не только лишь испускается отдельными квантами, но также в виде квантов (фотонов) распространяется в пространстве и поглощается веществом. Фотоэффект же возникает в итоге неупругого столкновения фотона с электроном в материале катода. При таком столкновении фотон поглощается, а его энергия передается электрону.

E0=hv

В эффекте Комптонаболее много появляются корпускулярные характеристики света. Исследуя рассеяние монохроматического рентгеновского излучения веществами с легкими атомами Комптон нашел, что в составе растерянного излучения вместе с излучением начальной длины волны наблюдается также излучение наиболее длинноватых волн. Опыты проявили, что разность Δλ=λ’-λ не зависит от длины волны λпадающего излучения и природы рассеивающего в-ва, а определяется лишь величиной угла рассеивания θ: Δλ=λ’-λ=2λс*(sin(θ/2) )^2, гдеλ’– длина волны растерянного излучения, λс – комптоновская длина волны.

Эффектом Комптона именуется упругое рассеяние коротковолнового излучения на вольных электронах в-ва, сопровождающееся повышением длины волны. Эффект Комптона – итог упругого столкновения рентгеновских фотонов со вольными электронами в-ва. В процессе этого столкновения фотон передает часть собственных энергии и импульса в согласовании с законами их сохранения. Эффект Комптона не может наблюдаться в видимой области диапазона, так как энергия фотона видимого света сравнима с энергией связи электрона с атомом, при всем этом даже наружный электрон нельзя считать вольным. Энергия фотона E0=hv. Его масса находится из закона взаимосвязи массы и энергии

Фотон - элементарная частица, которая всегда (в любой среде!) движется со скоростью света с и имеет массу покоя, равную нулю. Импульс фотона р получим, если в общей формуле (40.7) теории относительности положим массу покоя фотона m0 = 0:

ОПЫТ Франка-Герца

уществование дискретных энергетических уровней атома подтверждается опытом Франка и Герца.

В опытах использовалась трубка (рис. 6.9), заполненная парами ртути при давлении р ≈ 1 мм рт. ст. и три электрода: катод, сетка и анод.

Электроны ускорялись разностью потенциалов U между катодом и сеткой. Эту разность потенциалов можно было изменять с помощью потенциометра П. Между сеткой и анодом тормозящее поле 0,5 В (метод задерживающих потенциалов).

Определялась зависимость тока через гальванометр Г от разности потенциалов между катодом и сеткой U. В эксперименте была получена зависимость, изображенная на рис. 6.10. ЗдесьU = 4,86 В – соответствует первому потенциалу возбуждения.

Согласно боровской теории, каждый из атомов ртути может получить лишь вполне определенную энергию, переходя в одно из возбужденных состояний. Поэтому если в атомах действительно существуют стационарные состояния, то электроны, сталкиваясь с атомами ртути, должны терять энергию дискретно, определенными порциями, равными разности энергии соответствующих стационарных состояний атома. Из опыта следует, что при увеличении ускоряющего потенциала вплоть до 4,86 В анодный ток возрастает монотонно, его значение проходит через максимум (4,86 В), затем резко уменьшается и возрастает вновь.

Таким образом, опыты Франка и Герца экспериментально подтвердили не только первый, но и второй постулат Бора и сделали большой вклад в развитие атомной физики.

20. ЛИНЕЙЧАТЫЕ СПЕКТРЫ АТОМОВ. Постулаты Бора .Исследование состава электромагнитного излучения разреженных газов (например, в газоразрядной трубке) показали, что каждому из них присущ определенный дискретный набор излучаемых частот (длин волн) – линейчатый спектр. Каждый атом разреженного газа можно считать не взаимодействующим с другими атомами. Следовательно, линейчатые спектры свойственны отдельным атомам вещества.

Наиболее четко спектральные серии выделяются в спектрах атома водорода и водородоподобных атомов.

Для спектральных серий атома водорода И.Бальмер подобрал эмпирическую формулу, отражающую дискретность спектра и позволяющую определить значения частот nnm, образующих спектр. Обобщенная формула Бальмера имеет вид:

, (2.1)

где - постоянная Ридберга,

n и m - целые, положительные числа, не равные нулю и друг другу: (n=1,2,3, ….; m = (n+1), ( n+2), ….).

Спектральную серию образуют частоты, соответствующие одинаковому значению числа n, но разным значениям числа m. С увеличением m линии серии сближаются; значение m= определяет границу серии, к которой со стороны больших частот примыкает сплошной спектр.

В спектре атома водорода к началу 20 века было обнаружено несколько спектральных серий.

В ультрафиолетовой области спектра - серия Лаймана (n=1, m=2,3,4, ..), в видимой области – серия Бальмера (n=2, m =3,4…), в инфракрасной области – серии Пашена (n=3, m=4,5,6 …), Брэкета (n=4, m=5,6 ,….), Пфунда (n=5, m=6,7, …), Хэмфри (n=6, m = 7,8,…).

Постулаты Бора.

Бор понял, что для построения теории, которая объясняла бы и результаты опытов по рассеянию α -частиц, и устойчивость атома, и сериальные закономерности, и ряд других экспериментальных данных, нужно отказаться от ряда принципов классической физики. Бор взял за основу модель атома Резерфорда и дополнил ее новыми гипо­тезами, которые не следуют или даже противоречат классическим представлениям. Эти гипотезы известны как постулаты Бора. Они сводятся к следующему.

1. Каждый электрон в атоме может совершать устойчивое орбитальное движение по определенной орбите, с определенным значе­нием энергии, не испуская и не поглощая электромагнитного излуче­ния. В этих состояниях атомные системы обладают энергиями, обра­зующими дискретный ряд: Е1, Е2, ..., Еn. Состояния эти характеризу­ется своей устойчивостью. Всякое изменение энергии в результате поглощения или испускания электромагнитного излучения может происходить только скачком из одного состояния в другое.

2. Электрон способен переходить с одной стационарной орбиты на другую. Только в этом случае он испускает или поглощает опреде­ленную порцию энергии монохроматического излучения определенной частоты. Эта частота зависит от уровня изменения энергии атома при таком переходе. Если при переходе электрона с орбиты на орбиту энергия атома изменяется от Еm до Еn, то испускаемая или погло­щаемая частота определяется условием

Эти постулаты Бор использовал для расчета простейшего атома (водорода), рассматривая первоначально наиболее простую его мо­дель: неподвижное ядро, вокруг которого по круговой орбите враща­ется электрон. Объяснение спектра водорода было большим успехом теории Бо

Группа спектральных линий в атомном спектре, частоты которых подчиняются определенной закономерности, называется спектральной серией.

Наиболее четко спектральные серии выделяются в спектрах атома водорода и водородоподобных атомов.

Для спектральных серий атома водорода И.Бальмер подобрал эмпирическую формулу, отражающую дискретность спектра и позволяющую определить значения частот nnm, образующих спектр. Обобщенная формула Бальмера имеет вид:

, (2.1)

где - постоянная Ридберга,

n и m - целые, положительные числа, не равные нулю и друг другу: (n=1,2,3, ….; m = (n+1), ( n+2), ….).

Спектральную серию образуют частоты, соответствующие одинаковому значению числа n, но разным значениям числа m. С увеличением m линии серии сближаются; значение m= определяет границу серии, к которой со стороны больших частот примыкает сплошной спектр.

В спектре атома водорода к началу 20 века было обнаружено несколько спектральных серий.

В ультрафиолетовой области спектра - серия Лаймана (n=1, m=2,3,4, ..), в видимой области – серия Бальмера (n=2, m =3,4…), в инфракрасной области – серии Пашена (n=3, m=4,5,6 …), Брэкета (n=4, m=5,6 ,….), Пфунда (n=5, m=6,7, …), Хэмфри (n=6, m = 7,8,…).