- •Министерство образования рф
- •Кафедра теоретической и экспериментальной физики
- •Законы геометрической оптики как следствия теории Максвелла. Интерференция волн и света. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников
- •Основы геометрической оптики
- •Законы геометрической оптики
- •Предварительные сведения
- •II пара или
- •Световая волна. Основные характеристики световой волны
- •Энергия электромагнитных волн
- •Давление света
- •Отражение и преломление плоской волны на границе двух диэлектриков
- •Интерференция света
- •Интерференция от двух волн
- •Пространственная и временная когерентность световых волн
- •Пространственная когерентность
- •Способы наблюдения интерференции. Интерференция в тонких пленках
- •Интерферометры
- •Кольца Ньютона
- •Дифракция волн и света
- •Зоны Френеля
- •Дифракция от круглого отверстия
- •Дифракция от круглого диска
- •Дифракция Фраунгофера
- •Дифракционная решетка
- •Характеристики дифракционной решетки
- •Дифракция рентгеновских лучей
- •Понятие о голографии
- •Дисперсия света
- •Элементы Фурье-оптики. Групповая скорость
- •Элементарная теория дисперсии
- •Поглощение света
- •Рассеяние света
- •Эффект Вавилова-Черенкова
- •Поляризация света. Естественный и поляризованный свет
- •Поляризация при отражении и преломлении
- •Интерференция поляризованных лучей
- •Искусственное двойное лучепреломление
- •Вращение плоскости поляризации
- •Магнитное вращение плоскости поляризации
- •Квантовая природа излучения
- •Элементы квантовой механики
- •Соотношение неопределенностей
- •Т ак как очень мало (1,05 10-34 Дж с), то соотношение неопределенностей проявляет себя ярко в микромире.
- •Волновая функция
- •Временное и стационарное уравнение Шрёдингера
- •Частица в одномерной яме с абсолютно непроницаемыми стенками
- •Элементы атомной физики
- •Модель атома водорода Бора
- •Квантовомеханическая модель атома водорода
- •Векторная модель атомов
- •Превращение атомных ядер Законы радиоактивного распада
- •Активность радиоактивного вещества
- •- Распад
- •- Распад
- •Искусственная радиоактивность, ядерные реакции
- •Законы сохранения ядерных реакций
- •Основные характеристики элементарных частиц
- •3. Изотопический спин
- •Библиографический список
Элементарная теория дисперсии
Хотя движение электронов в атоме подчиняется законам квантовой механики, для качественного понимания оптических явлений , в т.ч. и дисперсии, достаточно воспользоваться электромагнитной и электронной теории вещества. Согласно которым электрон связан с атомом квазиупруго и может колебаться. Будучи выведенным из положения равновесия, электрон, совершая колебательные движения, теряет энергию на излучение электромагнитных волн, и поэтому колебания затухают. Затухание можно учесть, если ввести «силу трения излучения».
При прохождении через вещество электромагнитных волн на электроны действует сила Лоренца:
(5.5)
Так как , то
- скорость электрона
,
то есть - очень мала.
Вторым слагаемым мы можем пренебречь по сравнению с первым. Тогда на электрон со стороны электромагнитного поля будет действовать переменная сила с частотой электромагнитной волны.
(5.6)
Запишем уравнение 2-го закона Ньютона для движения электрона. Так как на него действуют следующие силы:
Квазиупругая сила, возвращающая (удерживающая) электрон в состоянии покоя ( ).
Сила трения излучения
Внешняя периодическая сила (5.6)
Таким образом, второй закон Ньютона будет выглядеть:
Пренебрежем для простоты расчетов силой трения излучения:
- собственная частота колебаний электрона
Из механики известно, что решением этого дифференциального уравнения является выражение:
где - амплитуда вынужденных колебаний электрона
Но электрическое поле волны поляризует молекулы, смещая на х электроны. Если считать дипольный момент молекулы в отсутствие поля равен 0, то при действии поля дипольный момент молекулы
=Е(t)
I – количество электронов в молекуле.
Предполагается, что смещение х происходит параллельно вектора .
Тогда поляризованность вещества (дипольн. мом. ед. объема0 под действием электромагнитной волны
Зная Р найдем - диэлектрическую проницаемость. Известно, что
Учитывая связь , получим для
где - собственная частота колебаний i-электрона в молекуле вещества.
Из (5.7) следует, что при приближении частоты электромагнитной волны к собственной частоте электронов в молекуле справа и слева показатель преломления стремиться к или соответственно Это происходит потому, что мы пренебрегаем трением излучения. Учет этой силы приводит к зависимости , показанной на рисунке.
Т аким образом, дисперсия света объясняется электронной теорией зависимостью от различия между резонансными частотами электронов и частотой внешнего электромагнитного поля.
При частотах , отличающихся от . Если перейти от n2 к n, а от к для этих частот наблюдается нормальная дисперсия (уч. 1-2, 3-4). .
В зоне 2 – 3 наблюдается сильное поглощение электромагнитных волн, так как и наблюдается аномальная дисперсия. На уч. 1 –2 - это не противоречит теории относительности Эйнштейна, так как - фазовая скорость, а не групповая (скорость перед. энергии).