Térjünk rá az általunk a 81. §-ban bevezetett törésmutató részletesebb figyelembevételére a törés törvényének megfogalmazásakor.

A törésmutató az optikai tulajdonságoktól és a közegtől függ, amelyből a nyaláb esik, és a közegtől, amelybe behatol. Azt a törésmutatót, amelyet akkor kapunk, amikor a vákuumból származó fény egy közegre esik, ennek a közegnek az abszolút törésmutatójának nevezzük.

Rizs. 184. Két közeg relatív törésmutatója:

Hadd abszolút mutató az első és a második közeg törései vannak - . Figyelembe véve az első és második közeg határán bekövetkező törést, ügyeljünk arra, hogy az első közegből a másodikba való átmenet során a törésmutató, az úgynevezett relatív törésmutató, egyenlő az aránnyal a második és az első közeg abszolút törésmutatói:

(184. ábra). Éppen ellenkezőleg, amikor a második közegből az elsőbe lépünk, relatív törésmutatónk van

A két közeg relatív törésmutatója és abszolút törésmutatói között létrejött összefüggés elméletileg is levezethető, új kísérletek nélkül, ahogyan ez a reverzibilitás törvényénél is megtehető (82.§).

A nagyobb törésmutatójú közeget optikailag sűrűbbnek mondják. Általában a különböző közegek levegőhöz viszonyított törésmutatóját mérik. A levegő abszolút törésmutatója . Így bármely közeg abszolút törésmutatója a levegőhöz viszonyított törésmutatójához kapcsolódik a képlet szerint

6. táblázat Különféle anyagok törésmutatója a levegőhöz viszonyítva

A törésmutató a fény hullámhosszától, azaz színétől függ. A különböző színek különböző törésmutatóknak felelnek meg. Ez a jelenség, az úgynevezett diszperzió játszik szerepet fontos szerep az optikában. A jelenséggel a későbbi fejezetekben ismételten foglalkozunk. táblázatban megadott adatok. 6, lásd a sárga fényt.

Érdekes megjegyezni, hogy a visszaverődés törvénye formálisan ugyanabban a formában írható fel, mint a fénytörés törvénye. Emlékezzünk vissza, hogy megállapodtunk abban, hogy a szögeket mindig a megfelelő sugárra merőlegestől mérjük. Ezért a beesési szöget és a visszaverődési szöget ellentétes előjelűnek kell tekintenünk, pl. a tükrözés törvénye úgy írható fel

A (83.4)-et a fénytörés törvényével összevetve azt látjuk, hogy a visszaverődés törvénye a törési törvény speciális esetének tekinthető. Ez a formai hasonlóság a tükrözés és a fénytörés törvényei között nagyon hasznos a gyakorlati problémák megoldásában.

Az előző előadásban a törésmutató a közeg állandóját jelentette, amely független a rajta áthaladó fény intenzitásától. A törésmutató ilyen értelmezése teljesen természetes, korszerű lézerekkel elérhető nagy sugárzási intenzitás esetén azonban nem indokolt. a közeg tulajdonságai, amelyen keresztül az erős fénykibocsátás, ebben az esetben az intenzitásától függ. Ahogy mondani szokták, a közeg nemlineárissá válik. A közeg nemlinearitása különösen abban nyilvánul meg, hogy a nagy intenzitású fényhullám megváltoztatja a törésmutatót. A törésmutatónak a sugárzás intenzitásától való függése van

Itt a szokásos törésmutató, a a nemlineáris törésmutató, és az arányossági tényező. A képlet további tagja lehet pozitív vagy negatív.

A törésmutató relatív változása viszonylag kicsi. Nál nél nemlineáris törésmutató. Azonban a törésmutató ilyen kis változásai is észrevehetők: a fény önfókuszálásának sajátos jelenségében nyilvánulnak meg.

Tekintsünk egy pozitív nemlineáris törésmutatójú közeget. Ebben az esetben a megnövekedett fényintenzitású területek egyidejűleg megnövekedett törésmutatójú területek. Valós lézersugárzás esetén az intenzitás eloszlása ​​a sugár keresztmetszetében általában nem egyenletes: az intenzitás a tengely mentén maximális, és a sugár szélei felé simán csökken, amint az az 1. ábrán látható. 185 tömör görbék. Hasonló eloszlás a törésmutató változását is leírja egy cella keresztmetszetében nemlineáris közeggel, amelynek tengelye mentén a lézersugár terjed. A sejttengely mentén a legnagyobb törésmutató fokozatosan csökken a falai felé (szaggatott görbék a 185. ábrán).

A lézerből a tengellyel párhuzamosan kilépő, változó törésmutatójú közegbe eső sugárnyaláb abba az irányba térül el, ahol az nagyobb. Ezért a megnövekedett intenzitás az OSP cella közelében a fénysugarak koncentrációjához vezet ebben a régióban, amely vázlatosan látható a keresztmetszeteken és az 1. ábrán. 185, és ez további növekedéshez vezet. Végül a nemlineáris közegen áthaladó fénysugár effektív keresztmetszete jelentősen csökken. A fény úgy halad át, mintha egy keskeny csatornán haladna át, megnövelt törésmutatóval. Így a lézersugár szűkül, és a nemlineáris közeg intenzív sugárzás hatására konvergáló lencseként működik. Ezt a jelenséget önfókuszálásnak nevezik. Megfigyelhető például a folyékony nitrobenzolban.

Rizs. 185. A sugárzás intenzitásának és törésmutatójának megoszlása ​​a lézersugarak keresztmetszetében a küvetta bejáratánál (a), a bemeneti vég közelében (), középen (), a küvetta kimeneti végénél ()

Átlátszó szilárd anyagok törésmutatójának meghatározása

És folyadékok

Műszerek és tartozékok: fényszűrős mikroszkóp, síkpárhuzamos lemez, kereszt formájú AB jelzéssel; refraktométer márka "RL"; folyadékok halmaza.

A munka célja: határozza meg az üveg és a folyadékok törésmutatóit.

Üveg törésmutatójának meghatározása mikroszkóppal

Az átlátszó szilárd anyag törésmutatójának meghatározásához ebből az anyagból készült sík-párhuzamos lemezt használnak jelzéssel.

A jelölés két egymásra merőleges karcolásból áll, amelyek közül az egyik (A) a lemez aljára, a második (B) a lemez felső felületére kerül. A lemezt monokromatikus fénnyel világítják meg és mikroszkóp alatt vizsgálják. Tovább
rizs. A 4.7. ábra a vizsgált lemez metszetét mutatja függőleges síkban.

Az AD és AE sugarak az üveg-levegő határfelületen történt megtörés után a DD1 és EE1 irányba mennek, és a mikroszkóp objektívébe esnek.

Az a megfigyelő, aki felülről nézi a lemezt, az A pontot látja a DD1 és EE1 sugarak folytatásának metszéspontjában, azaz. a C pontban.

Így az A pont a C pontban lévő megfigyelő számára úgy tűnik. Keressük meg a kapcsolatot a lemez anyagának n törésmutatója, d vastagsága és a lemez látszólagos vastagsága d1 között.

4.7 látható, hogy VD \u003d BCtgi, BD \u003d ABtgr, ahonnan

tgi/tgr = AB/BC,

ahol AB = d a lemezvastagság; BC = d1 látszólagos lemezvastagság.

Ha i és r szögek kicsik, akkor

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4,5)

azok. Sini/Sinr = d/d1.

A fénytörés törvényét figyelembe véve megkapjuk

A d/d1 mérése mikroszkóppal történik.

A mikroszkóp optikai sémája két rendszerből áll: egy megfigyelő rendszerből, amely egy objektívet és egy csőbe szerelt okulárt tartalmaz, valamint egy megvilágító rendszerből, amely egy tükörből és egy kivehető fényszűrőből áll. A képfókuszálás a cső mindkét oldalán található fogantyúk elforgatásával történik.

A jobb fogantyú tengelyén egy végtag mérleggel ellátott korong található.

A végtag b leolvasása a rögzített mutatóhoz viszonyítva meghatározza az objektív és a mikroszkóp tárgyasztal közötti h távolságot:

A k együttható azt jelzi, hogy a mikroszkópcső milyen magasságba mozdul el, ha a fogantyút 1°-kal elfordítják.

Az objektív átmérője ebben az összeállításban kicsi a h távolsághoz képest, így az objektívbe belépő legkülső nyaláb kis i szöget zár be a mikroszkóp optikai tengelyével.

A lemezben a fény r törési szöge kisebb, mint az i szög, azaz. szintén kicsi, ami megfelel a (4.5) feltételnek.

Munkarend

1. Helyezze a lemezt a mikroszkóp tárgyasztalára úgy, hogy az A és B ütések metszéspontja legyen (lásd az ábrát).

Törésmutató

4.7) a látómezőben volt.

2. Forgassa el az emelőszerkezet fogantyúját, hogy a csövet a legfelső helyzetbe emelje.

3. A szemlencsébe nézve lassan engedje le a mikroszkóp csövet a fogantyú forgatásával, amíg a látómezőben a B karcolás tiszta képe nem jelenik meg, amely a lemez felső felületén van. Jegyezze fel a végtag b1 jelzését, amely arányos a mikroszkóp objektív és a lemez felső széle közötti h1 távolsággal: h1 = kb1 (ábra 1).

4. Folytassa a csövet simán leengedni, amíg tiszta képet nem kap az A karcról, ami a C pontban lévő megfigyelő számára úgy tűnik. Jegyezze fel a limbus új b2 értékét. Az objektív és a lemez felső felülete közötti h1 távolság arányos b2-vel:
h2 = kb2 (4.8. ábra, b).

A B és C pontok távolsága a lencsétől egyenlő, mivel a megfigyelő egyformán tisztán látja őket.

A h1-h2 cső elmozdulása megegyezik a lemez látszólagos vastagságával (ábra).

d1 = h1-h2 = (b1-b2)k. (4.8)

5. Mérje meg a d lemezvastagságot a löketek metszéspontjában. Ehhez helyezzen egy kiegészítő üveglapot 2 a tesztlap 1 alá (4.9. ábra), és engedje le a mikroszkóp csövet, amíg a lencse (enyhén) hozzá nem ér a tesztlaphoz. Figyelje meg a végtag jelzését a1. Távolítsa el a vizsgált lemezt, és engedje le a mikroszkóp csövét, amíg az objektív hozzá nem ér a lemezhez 2.

Megjegyzés jelzés a2.

Ugyanakkor a mikroszkóp objektíve a vizsgált lemez vastagságával megegyező magasságba süllyed, azaz.

d = (a1-a2)k. (4.9)

6. Számítsa ki a lemez anyagának törésmutatóját a képlet segítségével!

n = d/d1 = (a1-a2)/(b1-b2). (4.10)

7. Ismételje meg az összes fenti mérést 3-5 alkalommal, számítsa ki az n átlagértéket, az rn és rn/n abszolút és relatív hibákat.

Folyadékok törésmutatójának meghatározása refraktométerrel

A törésmutatók meghatározására használt műszereket refraktométereknek nevezzük.

Általános nézet és optikai kialakítás Az RL refraktométerek az 1. ábrán láthatók. 4.10 és 4.11.

A folyadékok törésmutatójának RL refraktométerrel történő mérése a két közeg közötti interfészen áthaladó fény megtörésének jelenségén alapul. különböző mutatók fénytörés.

Fénysugár (ábra.

4.11) egy 1 forrásból (izzólámpa vagy szórt nappali fény) a 2 tükör segítségével a műszerházban lévő ablakon keresztül a 3 és 4 prizmából álló kettős prizmára irányítják, amelyek 1,540 törésmutatójú üvegből készülnek.

A felső megvilágító prizma 3 AA felülete (ábra).

4.12, a) matt, és a folyadék szórt fénnyel való megvilágítására szolgál, amely vékony rétegben lerakódik a 3 és 4 prizma közötti résben. A matt felület 3 által szórt fény a vizsgált folyadék síkpárhuzamos rétegén halad át, és a különböző alsó prizmák alatti 4 robbanóanyag átlós felületére esik.
i szögek nulla és 90° között.

A robbanásveszélyes felületen a teljes belső fényvisszaverődés jelenségének elkerülése érdekében a vizsgált folyadék törésmutatója kisebb legyen, mint a 4. prizma üvegének törésmutatója, azaz.

kevesebb, mint 1540.

A 90°-os beesési szögű fénysugarat siklósugárnak nevezzük.

A folyékony üveg határfelületén megtört csúszónyaláb a 4-es prizmába megy a törésszöget korlátozó szögnél r stb< 90о.

A csúszó gerenda törése a D pontban (lásd 4.12. ábra, a) megfelel a törvénynek

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

vagy nzh = nstsinrpr, (4.12)

mivel sinipr = 1.

A 4. prizma BC felületén a fénysugarak újra megtörnek, majd

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

ahol a a 4 prizma megtörő sugara.

A (4.12), (4.13), (4.14) egyenletrendszer együttes megoldásával olyan képletet kaphatunk, amely a vizsgált folyadék nzh törésmutatóját a 4. prizmából kilépő nyaláb r'pr törési határszögével hozza összefüggésbe:

Ha a 4-es prizmából kilépő sugarak útjába helyezünk egy céltávcsövet, akkor a látómező alsó része megvilágított, a felső része pedig sötét lesz. A világos és sötét mezők határfelületét r¢pr korlátozó törésszögű sugarak alkotják. Ebben a rendszerben nincsenek r¢pr-nél kisebb törésszögű sugarak (ábra.

Ezért az r¢pr értéke és a chiaroscuro határ helyzete csak a vizsgált folyadék nzh törésmutatójától függ, mivel az nst és a állandó értékek ebben az eszközben.

Az nst, a és r¢pr ismeretében lehetséges az nzh kiszámítása a (4.15) képlet segítségével. A gyakorlatban a (4.15) képletet használják a refraktométer skála kalibrálására.

9-es skálán (lásd

rizs. 4.11), az ld = 5893 Å törésmutató értékei a bal oldalon vannak ábrázolva. A 10 - 11 szemlencse előtt egy (--) jelzéssel ellátott 8 lemez található.

Az okulár és a 8 tábla skála mentén történő mozgatásával elérhető a jelölés a sötét és világos látómező közötti elválasztó vonalhoz való igazodás.

A 9-es beosztású skála jelöléssel egybeeső osztása adja meg a vizsgált folyadék nzh törésmutatójának értékét. A 6. objektív és a 10-11. okulár egy távcsövet alkot.

A 7 forgóprizma megváltoztatja a sugár irányát, és a szemlencsébe irányítja azt.

Az üveg és a vizsgált folyadék diszperziója miatt a sötét és világos mezők közötti egyértelmű választóvonal helyett fehér fényben figyelve egy irizáló csíkot kapunk. Ennek a hatásnak a kiküszöbölésére az 5 diszperziókompenzátort a teleszkóp lencséje elé szerelik. A kompenzátor fő része egy prizma, amely három prizmából van ragasztva, és a távcső tengelyéhez képest elfordulhat.

A prizma és anyaguk törésszögét úgy választjuk meg, hogy ld = 5893 Å hullámhosszú sárga fény törés nélkül haladjon át rajtuk. Ha egy kompenzáló prizmát úgy helyezünk el a színes sugarak útjára, hogy a szórása egyenlő nagyságú, de ellentétes előjelű a mérőprizma és a folyadék szórásával, akkor a teljes diszperzió nulla lesz. Ebben az esetben a fénysugarak egy fehér nyalábbá gyűlnek össze, amelynek iránya egybeesik a korlátozó sárga sugár irányával.

Így amikor a kompenzáló prizma forog, a színárnyalat színe megszűnik. Az 5 prizmával együtt a 12 diszperziós szár a rögzített mutatóhoz képest elfordul (lásd 4.10. ábra). A végtag Z elfordulási szöge lehetővé teszi a vizsgált folyadék átlagos diszperziójának értékét.

A tárcsaskálát beosztással kell ellátni. Az ütemterv a telepítéshez mellékelve.

Munkarend

1. Emelje fel a 3. prizmát, helyezzen 2-3 csepp tesztfolyadékot a 4. prizma felületére, és engedje le a 3. prizmát (lásd 4.10. ábra).

3. Az okuláris célzással éles képet készítsen a léptékről és a látómezők közötti interfészről.

4. Az 5 kompenzátor 12 fogantyújának elforgatásával semmisítse meg a látómezők közötti felület színes elszíneződését.

Az okulárt a skála mentén mozgatva igazítsa a jelet (--) a sötét és világos mező határához, és jegyezze fel a folyadékindex értékét.

6. Vizsgálja meg a javasolt folyadékkészletet, és értékelje a mérési hibát!

7. Minden mérés után törölje le a prizmák felületét desztillált vízbe áztatott szűrőpapírral.

Ellenőrző kérdések

1.opció

Határozza meg egy közeg abszolút és relatív törésmutatóját.

2. Rajzolja meg a sugarak útját két közeg interfészén keresztül (n2> n1 és n2< n1).

3. Állítson össze összefüggést az n törésmutatóval a lemez d vastagságával és látszólagos vastagságával d¢.

4. Feladat. Egyes anyagok teljes belső visszaverődésének határszöge 30°.

Keresse meg ennek az anyagnak a törésmutatóját.

Válasz: n=2.

2. lehetőség

1. Mi a teljes belső reflexió jelensége?

2. Ismertesse az RL-2 refraktométer felépítését és működési elvét!

3. Ismertesse a kompenzátor szerepét a refraktométerben!

4. Feladat. Egy villanykörtét leeresztenek egy kerek tutaj közepéről 10 m mélyre. Keresse meg a tutaj minimális sugarát, miközben a villanykörte egyetlen sugara sem érheti el a felszínt.

Válasz: R = 11,3 m.

TÖRÉSINDEX, vagy TÖRŐTARTÓ, egy absztrakt szám, amely egy átlátszó közeg törőképességét jellemzi. A törésmutatót latin π betűvel jelöljük, és az üregből egy adott átlátszó közegbe belépő sugár beesési szöge szinuszának és a törésszög szinuszának arányaként definiálható:

n = sin α/sin β = const vagy az üregbeli fénysebesség és az adott átlátszó közegben lévő fénysebesség aránya: n = c/νλ az üregből az adott átlátszó közegbe.

A törésmutatót a közeg optikai sűrűségének mértékének tekintik

Az így meghatározott törésmutatót abszolút törésmutatónak nevezzük, ellentétben a relatív törésmutatóval.

e) azt mutatja meg, hogy hányszor lassul le a fény terjedési sebessége, ha a törésmutatója áthalad, amelyet a beesési szög szinuszának és a törésszög szinuszának aránya határoz meg, amikor a nyaláb egy sűrűségű közegből egy másik sűrűségű közegbe kerül. A relatív törésmutató megegyezik az abszolút törésmutatók arányával: n = n2/n1, ahol n1 és n2 az első és a második közeg abszolút törésmutatója.

Minden test abszolút törésmutatója - szilárd, folyékony és gáznemű - nagyobb egynél, és 1 és 2 között mozog, és csak ritka esetekben haladja meg a 2-es értéket.

A törésmutató mind a közeg tulajdonságaitól, mind a fény hullámhosszától függ, és a hullámhossz csökkenésével növekszik.

Ezért a p betűhöz indexet rendelünk, amely jelzi, hogy az indikátor melyik hullámhosszra vonatkozik.

TÖRÉSINDEX

Például a TF-1 üveg esetében a törésmutató a spektrum vörös részén nC=1,64210, az ibolya részében pedig nG’=1,67298.

Néhány átlátszó test törésmutatói

Levegő - 1,000292

Víz - 1,334

Éter - 1,358

Etil-alkohol - 1,363

Glicerin - 1,473

Szerves üveg (plexi) - 1, 49

benzol - 1,503

(Korona üveg - 1,5163

Fenyő (kanadai), balzsam 1,54

Nehéz koronás üveg - 1, 61 26

Tőkeüveg - 1,6164

Szén-diszulfid - 1,629

Üveg nehéz kovakő - 1, 64 75

Monobróm-naftalin - 1,66

Az üveg a legnehezebb kovakő – 1,92

Gyémánt - 2,42

A spektrum különböző részeinél a törésmutató különbsége a kromatizmus oka, i.e.

bomlás fehér fény, amikor áthalad a törő részeken - lencséken, prizmákon stb.

41. labor

Folyadékok törésmutatójának meghatározása refraktométerrel

A munka célja: folyadékok törésmutatójának meghatározása teljes belső visszaverődés módszerével refraktométerrel IRF-454B; az oldat törésmutatójának koncentrációjától való függésének vizsgálata.

Telepítési leírás

Amikor a nem monokromatikus fény megtörik, az összetevő színekre bomlik spektrummá.

Ez a jelenség egy anyag törésmutatójának a fény frekvenciától (hullámhosszától) való függéséből adódik, és fénydiszperziónak nevezik.

Egy közeg törőképességét a hullámhosszon mért törésmutatóval szokás jellemezni λ \u003d 589,3 nm (két közeli sárga vonal hullámhosszának átlaga a nátriumgőz-spektrumban).

60. Milyen módszereket alkalmaznak az atomabszorpciós elemzésben az oldatban lévő anyagok koncentrációjának meghatározására?

Ezt a törésmutatót jelöljük nD.

A variancia mértéke az átlagos variancia, amelyet a különbség ( nF-nC), Ahol nF az anyag törésmutatója egy hullámhosszon λ = 486,1 nm (kék vonal a hidrogén-spektrumban), nC az anyag törésmutatója λ - 656,3 nm (piros vonal a hidrogén spektrumában).

Egy anyag fénytörését a relatív diszperzió értékével jellemezzük:
A kézikönyvek általában megadják a relatív diszperzió reciprokát, azaz.

e.
,Ahol a diszperziós együttható vagy az Abbe-szám.

A folyadékok törésmutatójának meghatározására szolgáló készülék egy refraktométerből áll IRF-454B az indikátor mérési határértékeivel; fénytörés nD 1,2 és 1,7 közötti tartományban; tesztfolyadék, törlőkendők prizmák felületének törléséhez.

Refraktométer IRF-454B egy olyan vizsgálóműszer, amelyet folyadékok törésmutatójának közvetlen mérésére, valamint a folyadékok átlagos laboratóriumi diszperziójának meghatározására terveztek.

A készülék működési elve IRF-454B a teljes belső fényvisszaverődés jelenségén alapul.

A készülék sematikus diagramja az ábrán látható. 1.

A vizsgált folyadékot az 1. és 2. prizma két lapja közé helyezzük. A 2. prizma jól polírozott felülettel AB mérő, és az 1. prizma matt felületű A1 BAN BEN1 - világítás. A fényforrásból érkező sugarak a szélére esnek A1 VAL VEL1 , megtörik, matt felületre esnek A1 BAN BEN1 és szétszórva ez a felület.

Ezután áthaladnak a vizsgált folyadék rétegén, és a felszínre esnek. AB prizma 2.

A fénytörés törvénye szerint
, Ahol
És a folyadékban, illetve a prizmában lévő sugarak törésszöge.

A beesési szög növekedésével
törésszög is növekszik és eléri maximális értékét
, Amikor
, T.

például amikor egy folyadékban lévő sugár átcsúszik egy felületen AB. Ennélfogva,
. Így a 2 prizmából kilépő sugarak egy bizonyos szögre korlátozódnak
.

A folyadékból a 2 prizmába nagy szögben érkező sugarak teljes belső visszaverődésen mennek keresztül a határfelületen ABés ne menjen át prizmán.

A vizsgált eszköz folyadékok, a törésmutató tanulmányozására szolgál ami kisebb a törésmutatónál A 2. prizma tehát a folyadék és az üveg határán megtört minden irányú sugarak bejutnak a prizmába.

Nyilvánvaló, hogy a prizmának a nem átvitt sugaraknak megfelelő része elsötétül. A prizmából kilépő sugarak útján elhelyezett 4-es teleszkópban megfigyelhető a látómező világos és sötét részekre osztása.

A prizmarendszer 1-2 elforgatásával a világos és a sötét mező közötti határ a távcső okulárjának szálainak keresztjével kombinálódik. Az 1-2 prizmarendszerhez törésmutató értékekben kalibrált skálát társítunk.

A skála a cső látómezőjének alsó részén található, és ha a látómező szakaszát a szálkereszttel kombináljuk, megadja a folyadék törésmutatójának megfelelő értékét. .

A szóródás miatt fehér fényben a látómező felülete színes lesz. Az elszíneződés kiküszöbölésére, valamint a vizsgált anyag átlagos diszperziójának meghatározására a 3. kompenzátort használjuk, amely két ragasztott közvetlen látó prizmarendszerből (Amici prizmák) áll.

A prizmák egyidejűleg különböző irányba forgathatók egy precíz forgó mechanikus eszközzel, ezzel megváltoztatva a kompenzátor belső diszperzióját és kiküszöbölve a látómező határának elszíneződését. optikai rendszer 4. A kompenzátorhoz egy mérleggel ellátott dob ​​csatlakozik, amely szerint meghatározzák a diszperziós paramétert, amely lehetővé teszi az anyag átlagos diszperziójának kiszámítását.

Munkarend

A készüléket úgy állítsa be, hogy a forrásból (izzólámpa) érkező fény a megvilágító prizmába kerüljön, és egyenletesen világítsa meg a látómezőt.

2. Nyissa ki a mérőprizmát.

Vigyen fel néhány csepp vizet a felületére üvegrúddal, és óvatosan zárja le a prizmát. A prizmák közötti rést egyenletesen ki kell tölteni vékony vízréteggel (erre külön figyelmet kell fordítani).

A készülék skálával ellátott csavarjával szüntesse meg a látómező elszíneződését és kapja meg éles határ fény és árnyék. Igazítsa egy másik csavar segítségével a készülék szemlencséjének referenciakeresztjéhez. Határozza meg a víz törésmutatóját a szemlencse skáláján ezred pontossággal.

Hasonlítsa össze a kapott eredményeket a vízre vonatkozó referenciaadatokkal. Ha a mért és a táblázatos törésmutató közötti különbség nem haladja meg a ± 0,001-et, akkor a mérést helyesen végeztük.

1. Feladat

1. Készítsen oldatot asztali só (NaCl) az oldhatósági határhoz közeli koncentrációval (például C = 200 g/liter).

Mérjük meg a kapott oldat törésmutatóját!

3. Az oldat egész számú hígításával kapja meg az indikátor függőségét; refrakciót az oldat koncentrációjától, és töltse ki a táblázatot. 1.

Asztal 1

Gyakorlat. Hogyan lehet csak hígítással elérni az oldat koncentrációját, amely megegyezik a maximális (kezdeti) 3/4-ével?

Nyomtatási függőségi grafikon n=n(C). A kísérleti adatok további feldolgozását a tanár utasítása szerint kell elvégezni.

Kísérleti adatok feldolgozása

a) Grafikus módszer

A grafikonból határozza meg a meredekséget BAN BEN, amely a kísérlet körülményei között az oldott anyagot és az oldószert fogja jellemezni.

2. Határozza meg az oldat koncentrációját a grafikon segítségével! NaCl a laboráns adja meg.

b) Analitikai módszer

Számítsa ki a legkisebb négyzetekkel A, BAN BENÉs SB.

A talált értékek szerint AÉs BAN BEN határozza meg az átlagot
oldatkoncentráció NaCl a laboráns adja meg

Ellenőrző kérdések

a fény szórása. Mi a különbség a normál és az abnormális diszperzió között?

2. Mi a teljes belső reflexió jelensége?

3. Miért lehetetlen ezzel a beállítással megmérni egy prizma törésmutatójánál nagyobb folyadék törésmutatóját?

4. Miért a prizma lapja A1 BAN BEN1 mattítani?

Degradáció, Index

Pszichológiai Enciklopédia

Egy módszer a szellemi leépülés mértékének felmérésére! a Wexler-Bellevue teszttel mért függvények. Az index azon a megfigyelésen alapul, hogy egyes képességek teszttel mért fejlettségi szintje az életkorral csökken, míg másoknak nem.

Index

Pszichológiai Enciklopédia

- egy index, egy névjegyzék, címek, stb. A pszichológiában - egy digitális mutató számszerűsítése, jelenségek jellemzése.

Mitől függ egy anyag törésmutatója?

Index

Pszichológiai Enciklopédia

1. Legáltalánosabb jelentés: bármi, ami jelölésre, azonosításra vagy irányításra szolgál; jelzések, feliratok, jelek vagy szimbólumok. 2. Egy képlet vagy szám, gyakran tényezőként kifejezve, amely valamilyen összefüggést mutat az értékek vagy a mérések, vagy a…

Társasság, Index

Pszichológiai Enciklopédia

Olyan tulajdonság, amely kifejezi az ember társaságiságát. Egy szociogram például – többek között – egy csoport különböző tagjainak szociabilitásáról ad értékelést.

Kiválasztás, Index

Pszichológiai Enciklopédia

Egy képlet egy adott teszt vagy tesztelem erejének értékelésére az egyének egymástól való megkülönböztetésében.

Megbízhatóság, Index

Pszichológiai Enciklopédia

A közötti korreláció becslését nyújtó statisztika tényleges értékeket a tesztből kapott, és az elméletileg helyes értékeket.

Ezt az indexet r értékeként adjuk meg, ahol r a számított biztonsági tényező.

Előrejelzési hatékonyság, index

Pszichológiai Enciklopédia

Annak mértéke, hogy az egyik változóra vonatkozó ismeretek milyen mértékben használhatók fel egy másik változóra vonatkozó előrejelzések készítésére, feltéve, hogy ezeknek a változóknak a korrelációja ismert. Általában szimbolikus formában ezt E-vel fejezzük ki, az indexet 1 - ((...

Szavak, Index

Pszichológiai Enciklopédia

Általános kifejezés a szavak írott és/vagy beszélt nyelvben való szisztematikus előfordulási gyakoriságára.

Az ilyen indexek gyakran meghatározott nyelvi területekre korlátozódnak, pl. első osztályos tankönyvekre, szülő-gyermek interakciókra. A becslések azonban ismertek...

Testszerkezetek, Index

Pszichológiai Enciklopédia

Eysenck által javasolt testmérés a magasság és a mellkaskörfogat aránya alapján.

Azokat, akiknek a pontszáma a "normális" tartományba esett, belül mezomorfoknak nevezték szórás vagy átlag feletti - leptomorfok és a szóráson belül vagy ...

A №24 ELŐADÁSHOZ

"MŰSZERES ANALÍZIS MÓDSZEREK"

REFRAKTOMETRIA.

Irodalom:

1. V.D. Ponomarev" Analitikai kémia» 1983 246-251

2. A.A. Ishchenko "Analitikai kémia", 2004, 181-184.

REFRAKTOMETRIA.

A refraktometria az egyik legegyszerűbb fizikai módszerek minimális mennyiségű analittal, és nagyon rövid időn belül elvégezhető.

Refraktometria- a fénytörés vagy fénytörés jelenségén alapuló módszer i.e.

a fény terjedési irányának változása az egyik közegből a másikba való átmenet során.

A fénytörés, valamint a fényelnyelés a közeggel való kölcsönhatás következménye.

A refraktometria szó jelentése mérés fénytörés, amelyet a törésmutató értékével becsülnek meg.

Törésmutató értéke n attól függ

1) az anyagok és rendszerek összetételéről,

2) innen milyen koncentrációban és milyen molekulákkal találkozik a fénysugár útjában, mert

A fény hatására a különböző anyagok molekulái eltérő módon polarizálódnak. Ezen a függőségen alapul a refraktometriás módszer.

Ennek a módszernek számos előnye van, melynek eredményeként széles körben alkalmazható mind a kémiai kutatásban, mind a technológiai folyamatok irányításában.

1) A mérési törésmutatók magasak egyszerű folyamat, amelyet pontosan és minimális idő és anyagmennyiség felhasználásával hajtanak végre.

2) A refraktométerek általában 10%-os pontosságot biztosítanak a fény törésmutatójának és az analittartalomnak a meghatározásában.

A refraktometriás módszer a hitelesség és tisztaság ellenőrzésére, azonosítására szolgál egyedi anyagok, szerves és szervetlen vegyületek szerkezetének meghatározására az oldatok vizsgálata során.

A refraktometriát kétkomponensű oldatok összetételének meghatározására és háromkomponensű rendszerek esetén alkalmazzák.

A módszer fizikai alapja

TÖRÉSJELZŐ.

Minél nagyobb a fénysugár eltérése az eredeti irányától, amikor egyik közegből a másikba megy át, annál nagyobb a különbség a fény terjedési sebessége között két

ezeket a környezeteket.

Tekintsük egy fénysugár törését bármely két átlátszó közeg I és II határán (lásd az ábrát).

Rizs.). Egyezzünk meg abban, hogy a II. közegnek nagyobb a törőereje, és ezért n1És n2- a megfelelő közeg fénytörését mutatja. Ha az I közeg nem vákuum és nem levegő, akkor a fénysugár beesési szögének sin és a törésszög sin aránya adja az n rel relatív törésmutató értékét. Az n rel értéke.

Mi az üveg törésmutatója? És mikor kell tudni?

a vizsgált közeg törésmutatóinak arányaként is definiálható.

nrel. = —— = —

A törésmutató értéke attól függ

1) az anyagok természete

Az anyag természetét ebben az esetben molekuláinak fény hatására deformálhatósága - a polarizálhatóság mértéke - határozza meg.

Minél intenzívebb a polarizálhatóság, annál erősebb a fénytörés.

2)beeső fény hullámhossza

A törésmutató mérését 589,3 nm-es fényhullámhosszon (a nátrium-spektrum D vonala) végezzük.

A törésmutatónak a fény hullámhosszától való függését diszperziónak nevezzük.

Minél rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb a fénytörés. Ezért a különböző hullámhosszú sugarak eltérően törnek meg.

3)hőfok amelynél a mérés történik. A törésmutató meghatározásának előfeltétele a hőmérsékleti rendszer betartása. A meghatározást jellemzően 20±0,30 C-on végezzük.

A hőmérséklet emelkedésével a törésmutató csökken, a hőmérséklet csökkenésével pedig nő..

A hőmérséklet-korrekciót a következő képlet segítségével számítjuk ki:

nt=n20+ (20-t) 0,0002, ahol

nt- Viszlát törésmutató egy adott hőmérsékleten,

n20 - törésmutató 200°C-on

A hőmérséklet hatása a gázok és folyadékok törésmutatóira a térfogattágulási együttható értékeivel függ össze.

Az összes gáz és folyadék térfogata melegítéskor növekszik, a sűrűség csökken, és ennek következtében az indikátor csökken

A 200 C-on mért törésmutatót és 589,3 nm-es fényhullámhosszt az index jelzi nD20

Egy homogén kétkomponensű rendszer törésmutatójának állapotától való függését kísérleti úton állapítják meg, számos szabványos rendszer (például oldatok) törésmutatójának meghatározásával, amelyekben az összetevők tartalma ismert.

4) az anyag koncentrációja az oldatban.

Sokaknak vizes oldatok anyagoknál a törésmutatók különböző koncentrációkban és hőmérsékleteken megbízhatóan mérhetők, és ezekben az esetekben használhatja a referencia refraktometriás táblázatok.

A gyakorlat azt mutatja, hogy ha az oldott anyag tartalma nem haladja meg a 10-20%-ot, akkor a grafikus módszer mellett nagyon sok esetben lehet alkalmazni. lineáris egyenlet típus:

n=nem+FC,

n- az oldat törésmutatója,

nem a tiszta oldószer törésmutatója,

C— az oldott anyag koncentrációja, %

F-empirikus együttható, melynek értéke megtalálható

ismert koncentrációjú oldatok törésmutatóinak meghatározásával.

REFRAKTOMÉTEREK.

A refraktométerek a törésmutató mérésére használt eszközök.

Ezeknek a műszereknek 2 típusa van: Abbe típusú refraktométer és Pulfrich típusú. Mind ezekben, mind más esetekben a mérések a törésszög határértékének meghatározásán alapulnak. A gyakorlatban különféle rendszerek refraktométereit használják: laboratóriumi RL, univerzális RLU stb.

A desztillált víz törésmutatója n0 = 1,33299, a gyakorlatban ezt a mutatót n0-nak tekintik. =1,333.

A refraktométerek működési elve a törésmutató meghatározásán alapul a korlátozó szög módszerrel (a teljes fényvisszaverődés szöge).

Kézi refraktométer

Refraktométer Abbe

Fénytörés- olyan jelenség, amelyben az egyik közegből a másikba áthaladó fénysugár irányt változtat e közegek határán.

A fénytörés a következő törvény szerint történik:
A beeső és megtört sugarak, valamint a két közeg határfelületére húzott merőleges a nyaláb beesési pontjában ugyanabban a síkban helyezkednek el. A beesési szög szinuszának és a törésszög szinuszának aránya két közeg esetén állandó érték:
,
Ahol α - beesési szög,
β - törésszög
n - a beesési szögtől független állandó érték.

A beesési szög megváltozásakor a törésszög is megváltozik. Minél nagyobb a beesési szög, annál nagyobb a törésszög.
Ha jön a fény optikailag kevésbé sűrű közegből sűrűbb közegbe, akkor a törésszög mindig kisebb, mint a beesési szög: β < α.
A két közeg határfelületére merőlegesen irányított fénysugár átmegy egyik közegből a másikba törés nélkül.

egy anyag abszolút törésmutatója- egy érték, amely megegyezik a fény (elektromágneses hullámok) fázissebességének arányával vákuumban és adott közegben n=c/v
A töréstörvényben szereplő n értéket egy közegpár relatív törésmutatójának nevezzük.

Az n érték a B közeg relatív törésmutatója az A közeghez viszonyítva, és n" = 1/n az A közeg relatív törésmutatója a B közeghez képest.
Ez az érték, ceteris paribus, nagyobb, mint egység, amikor a nyaláb sűrűbb közegből kevésbé sűrű közegbe megy át, és kisebb, mint egység, amikor a nyaláb kevésbé sűrű közegből sűrűbb közegbe (például gázból vagy vákuumból folyadékba, ill. szilárd). Ez alól a szabály alól vannak kivételek, ezért szokás egy közeget optikailag többé-kevésbé sűrűnek nevezni, mint a másikat.
A levegőtlen térből valamilyen B közeg felületére eső sugár erősebben törik, mint amikor egy másik A közegből ráesik; A levegőtlen térből a közegre beeső sugár törésmutatóját abszolút törésmutatónak nevezzük.

(Abszolút – a vákuumhoz viszonyítva.
Relatív - bármely más anyaghoz képest (például ugyanaz a levegő).
Két anyag relatív indexe az abszolút indexük aránya.)

Teljes belső reflexió- belső visszaverődés, feltéve, hogy a beesési szög meghalad egy bizonyos kritikus szöget. Ebben az esetben a beeső hullám teljesen visszaverődik, és a reflexiós együttható értéke meghaladja a polírozott felületek legmagasabb értékeit. A teljes belső visszaverődés reflexiós együtthatója nem függ a hullámhossztól.

Az optikában ez a jelenség az elektromágneses sugárzás széles spektrumánál figyelhető meg, beleértve a röntgensugárzás tartományát is.

A geometriai optikában a jelenséget a Snell-törvény segítségével magyarázzák. Figyelembe véve, hogy a törésszög nem haladhatja meg a 90°-ot, azt kapjuk, hogy olyan beesési szögnél, amelynek szinusza nagyobb, mint a kisebb törésmutató és a nagyobb mutató aránya, az elektromágneses hullámnak teljesen vissza kell verődnie az első közegbe.

Vminek megfelelően hullámelmélet jelenségek esetén az elektromágneses hullám mégis behatol a második közegbe - ott terjed az úgynevezett „nem egyenletes hullám”, amely exponenciálisan lecseng, és nem visz el energiát. Egy inhomogén hullámnak a második közegbe való behatolásának jellemző mélysége a hullámhossz nagyságrendje.

A fénytörés törvényei.

Az elmondottakból a következő következtetést vonjuk le:
1 . Két különböző optikai sűrűségű közeg határfelületén a fénysugár megváltoztatja irányát, amikor egyik közegből a másikba megy át.
2. Amikor egy fénysugár nagyobb optikai sűrűségű közegbe kerül, a törésszög kisebb, mint a beesési szög; amikor egy fénysugár optikailag sűrűbb közegből kevésbé sűrű közegbe megy át, a törésszög nagyobb, mint a beesési szög.
A fény törését visszaverődés kíséri, a beesési szög növekedésével pedig a visszavert sugár fényereje nő, a megtört pedig gyengül. Ez látható az ábrán látható kísérlet elvégzésével. Következésképpen a visszavert sugár minél több fényenergiát visz magával, annál nagyobb a beesési szög.

Hadd MN- interfész két átlátszó közeg, például levegő és víz között, JSC- leeső gerenda OV- megtört nyaláb, - beesési szög, - törésszög, - fény terjedési sebessége az első közegben, - fény terjedési sebessége a második közegben.

A 8. osztályos fizika szakon a fénytörés jelenségével ismerkedtél. Most már tudod, hogy a fény egy bizonyos frekvenciatartományú elektromágneses hullám. A fény természetére vonatkozó ismeretek alapján képes lesz megérteni a fénytörés fizikai okát és megmagyarázni sok más, ezzel kapcsolatos fényjelenséget.

Rizs. 141. Egyik közegből a másikba áthaladva a nyaláb megtörik, azaz megváltoztatja a terjedési irányt

A fénytörés törvénye szerint (141. ábra):

• a két közeg közötti határfelületre a sugár beesési pontjában beeső, megtört és merőlegesen húzott sugarak ugyanabban a síkban helyezkednek el; a beesési szög szinuszának a törésszög szinuszához viszonyított aránya állandó érték ennek a két közegnek

ahol n 21 a második közeg relatív törésmutatója az elsőhöz viszonyítva.

Ha a nyaláb vákuumból bármilyen közegbe jut, akkor

ahol n a második közeg abszolút törésmutatója (vagy egyszerűen törésmutatója). Ebben az esetben az első "környezet" a vákuum, amelynek abszolút indexét egynek vesszük.

A fénytörés törvényét Willebord Snellius holland tudós empirikusan fedezte fel 1621-ben. A törvényt egy optikáról szóló értekezésben fogalmazták meg, amely a tudós halála után megjelent irataiban található.

Snell felfedezése után több tudós is felvetette azt a hipotézist, hogy a fény törése annak köszönhető, hogy a fény sebessége megváltozik, amikor áthalad két közeg határán. E hipotézis érvényességét Pierre Fermat francia matematikus (1662-ben) és Christian Huygens holland fizikus (1690-ben) egymástól függetlenül elvégzett elméleti bizonyítása igazolta. Különböző utakon ugyanarra az eredményre jutottak, ami ezt bizonyítja

• a beesési szög szinuszának és a törésszög szinuszának aránya e két közeg esetében állandó érték, amely megegyezik a fénysebességek arányával ezekben a közegekben:

(3)

A (3) egyenletből az következik, hogy ha a β törésszög kisebb, mint az a beesési szög, akkor egy adott frekvenciájú fény a második közegben lassabban terjed, mint az elsőben, azaz V 2

A (3) egyenletben szereplő mennyiségek kapcsolata jó okot adott a relatív törésmutató definíciójának egy másik megfogalmazásának megjelenésére:

• a második közeg relatív törésmutatója az elsőhöz viszonyítva egy fizikai mennyiség, amely megegyezik a fénysebességek arányával ezekben a közegekben:

n 21 \u003d v 1 / v 2 (4)

Hagyja, hogy egy fénysugár vákuumból valamilyen közegbe jusson. Ha a (4) egyenletben v1-et a c vákuumban mért fénysebességgel, v 2-t pedig v közegben mért fénysebességgel helyettesítjük, akkor az (5) egyenletet kapjuk, amely az abszolút törésmutató definíciója:

• a közeg abszolút törésmutatója egy fizikai mennyiség, amely egyenlő a vákuumban lévő fénysebesség és az adott közegben lévő fénysebesség arányával:

A (4) és (5) egyenlet szerint n 21 azt mutatja meg, hogy a fény sebessége hányszor változik, amikor egyik közegből a másikba, és n - amikor vákuumból közegbe megy át. Ez a törésmutatók fizikai jelentése.

Bármely anyag n abszolút törésmutatójának értéke nagyobb az egységnél (ezt a fizikai referenciakönyvek táblázataiban szereplő adatok is megerősítik). Ekkor az (5) egyenlet szerint c/v > 1 és c > v, azaz bármely anyagban a fény sebessége kisebb, mint a vákuumban mért fénysebesség.

Anélkül, hogy szigorú indoklást adnánk (ezek bonyolultak és nehézkesek), megjegyezzük, hogy a fénysebesség csökkenésének oka a vákuumból az anyagba való átmenet során a fényhullám kölcsönhatása az atomokkal és az anyag molekuláival. Minél nagyobb az anyag optikai sűrűsége, annál erősebb ez a kölcsönhatás, annál kisebb a fénysebesség és annál nagyobb a törésmutató. Így egy közegben a fény sebességét és az abszolút törésmutatót ennek a közegnek a tulajdonságai határozzák meg.

Az anyagok törésmutatóinak számszerű értékei alapján összehasonlítható optikai sűrűségük. Például a különböző típusú üvegek törésmutatója 1,470 és 2,040 között van, míg a víz törésmutatója 1,333. Ez azt jelenti, hogy az üveg optikailag sűrűbb közeg, mint a víz.

Térjünk át a 142. ábrára, melynek segítségével megmagyarázhatjuk, hogy két közeg határán a sebesség változásával miért változik meg a fényhullám terjedési iránya is.

Rizs. 142. Amikor a fényhullámok levegőből vízbe kerülnek, a fény sebessége csökken, a hullám eleje és vele együtt a sebessége irányt változtat

Az ábrán egy fényhullám látható, amely a levegőből a vízbe megy át, és a közegek közötti határfelületre a szögben esik. Levegőben a fény v 1 sebességgel, vízben v 2 lassabb sebességgel terjed.

A hullám A pontja éri el először a határt. Egy Δt időn belül a levegőben azonos v 1 sebességgel mozgó B pont eléri a B pontot. "Ugyanakkor az A pont, amely v 2 kisebb sebességgel halad a vízben, rövidebb utat tesz meg, és csak az A pontot éri el". Ebben az esetben a vízben lévő úgynevezett A "B" hullámfront egy bizonyos szögben elfordul a levegőben lévő AB hullám frontjához képest. A sebességvektor pedig (amely mindig merőleges a hullámfrontra és egybeesik terjedésének irányával) az OO" egyeneshez közelítve, a közegek határfelületére merőlegesen forog. Ilyenkor a β törésszög kisebb, mint az α beesési szög. Így történik a fénytörés.

Az ábráról az is látható, hogy egy másik közegbe való áttéréssel és a hullámfront forgásával a hullámhossz is megváltozik: optikailag sűrűbb közegbe való átálláskor a sebesség csökken, a hullámhossz is csökken (λ 2< λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.

Kérdések

1. A két anyag közül melyik a sűrűbb optikailag?
2. Hogyan határozzák meg a törésmutatókat a közegben lévő fénysebesség alapján?
3. Hol terjed a fény a leggyorsabban?
4. Mi a fizikai oka a fénysebesség csökkenésének, amikor a vákuumból egy közegbe, vagy egy kisebb optikai sűrűségű közegből egy nagyobb közegbe kerül?
5. Mi határozza meg (vagyis mitől függnek) a közeg abszolút törésmutatóját és a benne lévő fény sebességét?
6. Magyarázza el, mit mutat a 142. ábra!

Gyakorlat

A fénnyel kapcsolatos folyamatok a fizika fontos alkotóelemei, és mindennapi életünkben mindenhol körülvesznek bennünket. Ebben a helyzetben a legfontosabbak a fény visszaverődésének és törésének törvényei, amelyeken a modern optika alapul. A fénytörés a modern tudomány fontos része.

Torzító hatás

Ez a cikk elárulja, mi a fénytörés jelensége, valamint hogy néz ki a fénytörés törvénye, és mi következik belőle.

Egy fizikai jelenség alapjai

Ha egy sugár olyan felületre esik, amelyet két különböző optikai sűrűségű átlátszó anyag választ el (például különböző üvegek vagy víz), a sugarak egy része visszaverődik, más része pedig behatol a második szerkezetbe (például vízben vagy üvegben terjed). Az egyik közegből a másikba való átmenet során a nyaláb irányváltozása jellemzi. Ez a fénytörés jelensége.
A fény visszaverődése és törése különösen jól látható a vízben.

víztorzító hatás

A vízben lévő dolgokat nézve eltorzultnak tűnnek. Ez különösen észrevehető a levegő és a víz határán. Vizuálisan úgy tűnik, hogy a víz alatti tárgyak kissé elhajlottak. A leírt fizikai jelenség éppen az oka annak, hogy minden tárgy torznak tűnik a vízben. Amikor a sugarak az üveget érik, ez a hatás kevésbé észrevehető.
A fénytörés egy fizikai jelenség, amelyet a mozgás irányának megváltozása jellemez napsugár az egyik környezetből (struktúrából) a másikba való átlépés pillanatában.
A folyamat jobb megértése érdekében vegye figyelembe a levegőből vízbe hulló sugár példáját (hasonlóan az üveghez). A határfelület mentén merőlegest húzva mérhető a fénysugár törési és visszatérési szöge. Ez a mutató (a törésszög) megváltozik, amikor az áramlás behatol a vízbe (az üveg belsejébe).
Jegyzet! Ez a paraméter azt a szöget jelenti, amely merőlegest képez két anyag elválasztására, amikor a nyaláb áthatol az első szerkezetből a második felé.

Sugárátjáró

Ugyanez a mutató más környezetekre is jellemző. Megállapítást nyert, hogy ez a mutató az anyag sűrűségétől függ. Ha a nyaláb kevésbé sűrű szerkezetről sűrűbbre esik, akkor a keletkező torzítási szög nagyobb lesz. És ha fordítva, akkor kevésbé.
Ugyanakkor az esés lejtésének változása ezt a mutatót is befolyásolja. De a köztük lévő kapcsolat nem marad állandó. Ugyanakkor a szinuszuk aránya állandó marad, amit a következő képlet jelenít meg: sinα / sinγ = n, ahol:

• n egy állandó érték, amelyet minden egyes anyagra (levegő, üveg, víz stb.) írnak le. Ezért speciális táblázatokból lehet meghatározni, hogy mi lesz ez az érték;
• α a beesési szög;
• γ a törésszög.

Ennek a fizikai jelenségnek a meghatározására létrehozták a fénytörés törvényét.

fizikai törvény

A fényáramok törésének törvénye lehetővé teszi az átlátszó anyagok jellemzőinek meghatározását. Maga a törvény két rendelkezésből áll:

• Első rész. A nyaláb (beesés, megváltozott) és a merőleges, amelyet a határ beesési pontján helyreállítottak, például levegő és víz (üveg stb.), ugyanabban a síkban helyezkednek el;
• A második rész. A beesési szög szinuszának és az azonos szögű szinusznak a határ átlépésekor kialakuló arányának mutatója állandó érték lesz.

A törvény leírása

Ebben az esetben abban a pillanatban, amikor a sugár kilép a második szerkezetből az elsőbe (például amikor a fényáram a levegőből áthalad az üvegen és vissza a levegőbe), torzító hatás is fellép.

Különböző objektumok fontos paramétere

Ebben a helyzetben a fő mutató a beesési szög szinuszának aránya egy hasonló paraméterhez, de torzításhoz. Amint az a fent leírt törvényből következik, ez a mutató állandó érték.
Ugyanakkor, amikor az esés meredekségének értéke megváltozik, ugyanaz a helyzet lesz jellemző egy hasonló mutatóra. Ez a beállítás rendelkezik nagyon fontos, mivel az átlátszó anyagok szerves jellemzője.

Indikátorok különböző objektumokhoz

Ennek a paraméternek köszönhetően meglehetősen hatékonyan megkülönböztetheti az üvegtípusokat, valamint a különféle drágaköveket. Fontos a fénysebesség meghatározásához is különböző közegekben.

Jegyzet! A fényáram legnagyobb sebessége vákuumban van.

Amikor egyik anyagról a másikra mozog, sebessége csökken. Például a gyémánt, amelynek a legnagyobb törésmutatója, a fotonok terjedési sebessége 2,42-szer gyorsabb lesz, mint a levegő. Vízben 1,33-szor lassabban terjednek. Mert különböző típusok szemüveg esetén ez a paraméter 1,4 és 2,2 között mozog.

Jegyzet! Egyes szemüvegek törésmutatója 2,2, ami nagyon közel áll a gyémánthoz (2,4). Ezért nem mindig lehet megkülönböztetni egy üvegdarabot a valódi gyémánttól.

Az anyagok optikai sűrűsége

A fény különböző anyagokon tud áthatolni, amelyeket eltérő optikai sűrűség jellemez. Amint azt korábban említettük, ennek a törvénynek a segítségével meghatározhatja a közeg (struktúra) sűrűségének jellemzőit. Minél sűrűbb, annál lassabban fog terjedni benne a fénysebesség. Például az üveg vagy a víz optikailag sűrűbb lesz, mint a levegő.
Amellett, hogy ez a paraméter állandó érték, két anyag fénysebességének arányát is tükrözi. fizikai jelentése a következő képlet szerint jeleníthető meg:

Ez a mutató megmutatja, hogyan változik a fotonok terjedési sebessége az egyik anyagból a másikba való átjutás során.

Egy másik fontos mutató

Ha a fényáramot átlátszó tárgyakon mozgatja, lehetséges a polarizáció. A dielektromos izotróp közegből származó fényáram áthaladásakor figyelhető meg. Polarizáció akkor következik be, amikor a fotonok áthaladnak az üvegen.

polarizációs hatás

Részleges polarizáció figyelhető meg, ha a fényáram beesési szöge két dielektrikum határán eltér nullától. A polarizáció mértéke attól függ, hogy mik voltak a beesési szögek (Brewster törvénye).

Teljes belső reflexió

Rövid kitérőnket befejezve, továbbra is teljes értékű belső reflexiónak kell tekintenünk egy ilyen hatást.

Teljes megjelenítési jelenség

Ahhoz, hogy ez a hatás megjelenjen, meg kell növelni a fényáram beesési szögét abban a pillanatban, amikor sűrűbbről kevésbé sűrű közegbe megy át az anyagok határfelületén. Abban az esetben, ha ez a paraméter túllép egy bizonyos határértéket, akkor a szakasz határán beeső fotonok teljes mértékben tükröződnek. Valójában ez lesz a kívánt jelenségünk. Enélkül lehetetlen volt száloptikát gyártani.

Következtetés

A fényáram viselkedésének sajátosságainak gyakorlati alkalmazása sokat adott, sokféle technikai eszközt alkotva életünk javítására. Ugyanakkor a fény nem nyitotta meg minden lehetőségét az emberiség előtt, és gyakorlati lehetőségei még nem valósultak meg teljesen.

Hogyan készítsünk papírlámpát saját kezűleg
Hogyan ellenőrizhető a LED szalag teljesítménye

Jegy 75.

A fényvisszaverődés törvénye: a beeső és a visszavert nyaláb, valamint a két közeg határfelületére merőleges, a sugár beesési pontján helyreállított, ugyanabban a síkban (a beesési síkban) fekszik. A γ visszaverődési szög egyenlő az α beesési szöggel.

A fénytörés törvénye: a beeső és megtört nyaláb, valamint a két közeg határfelületére merőleges, a sugár beesési pontján helyreállított, ugyanabban a síkban fekszik. Az α beesési szög szinuszának és a β törésszög szinuszának aránya két adott közeg esetén állandó érték:

A visszaverődés és fénytörés törvényeit a hullámfizika magyarázza. A hullámfogalmak szerint a fénytörés a hullámterjedési sebesség változásának következménye az egyik közegből a másikba való átmenet során. A törésmutató fizikai jelentése az első közegben υ 1 terjedő hullámok terjedési sebességének aránya a második közegben υ 2 terjedési sebességükhöz:

A 3.1.1. ábra szemlélteti a fény visszaverődésének és törésének törvényeit.

Az alacsonyabb abszolút törésmutatójú közeget optikailag kevésbé sűrűnek nevezzük.

Amikor a fény egy optikailag sűrűbb közegből egy optikailag kevésbé sűrű közegbe n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать teljes reflexió jelenség, vagyis a megtört nyaláb eltűnése. Ez a jelenség egy bizonyos α pr kritikus szöget meghaladó beesési szögeknél figyelhető meg, amelyet ún a teljes belső visszaverődés határszöge(lásd a 3.1.2. ábrát).

A beesési szögre α = α pr sin β = 1; sin α pr \u003d n 2 / n 1 érték< 1.

Ha a második közeg levegő (n 2 ≈ 1), akkor célszerű a képletet átírni

A teljes belső visszaverődés jelensége számos optikai eszközben alkalmazható. A legérdekesebb és gyakorlatilag legfontosabb alkalmazási terület a szálas fényvezetők létrehozása, amelyek vékony (néhány mikrométertől milliméterig) tetszőlegesen hajlított filamentek optikailag átlátszó anyagból (üveg, kvarc). A szál végére eső fény az oldalfelületekről való teljes belső visszaverődés következtében nagy távolságokra terjedhet végig rajta (3.1.3. ábra). Az optikai fényvezetők fejlesztésével és alkalmazásával kapcsolatos tudományos és műszaki irányt száloptikának nevezzük.

Oszd szét az "rsiya fényt" (a fény bomlása)- ez egy olyan jelenség, amely egy anyag abszolút törésmutatójának a fény frekvenciájától (vagy hullámhosszától) való függéséből adódik (frekvencia diszperzió), vagy ugyanez, az anyagban lévő fény fázissebességének a hullámhossztól (vagy frekvenciától) való függése. Newton fedezte fel kísérletileg 1672 körül, bár elméletileg jóval később megmagyarázták.

Térbeli szóródás a közeg permittivitásának tenzorának a hullámvektortól való függése. Ez a függőség számos jelenséget okoz, amelyeket térbeli polarizációs hatásoknak nevezünk.

Az egyik legtöbb jó példák diszperzió - a fehér fény bomlása amikor átengedjük egy prizmán (Newton kísérlete). A diszperzió jelenségének lényege a különböző hullámhosszú fénysugarak terjedési sebességének különbsége egy átlátszó anyagban - optikai közegben (miközben vákuumban a fény sebessége mindig azonos, függetlenül a hullámhossztól és így a színtől). Általában minél nagyobb egy fényhullám frekvenciája, annál nagyobb a közeg törésmutatója, és annál kisebb a hullámsebesség a közegben:

Newton kísérletei Kísérlet a fehér fény spektrummá történő lebontásával kapcsolatban: Newton egy kis lyukon keresztül egy üvegprizmára irányította a napsugarat. A prizmára érve a sugár megtört, és a szemközti falon megnyúlt képet ad a színek irizáló váltakozásával - a spektrumot. Kísérlet a monokromatikus fény prizmán való áthaladásáról: Newton vörös üveget helyezett a napsugár útjába, amely mögé monokromatikus fényt kapott (piros), majd egy prizmát, és a képernyőn csak egy vörös foltot észlelt a fénysugárból. Fehér fény szintézisében (megszerzésében) szerzett tapasztalat: Először Newton a Nap sugarát egy prizmára irányította. Ezután, miután egy konvergáló lencse segítségével összegyűjtötte a prizmából kilépő színes sugarakat, Newton színes csík helyett fehér képet kapott egy fehér falon lévő lyukról. Newton következtetései:- a prizma nem változtatja meg a fényt, hanem csak komponensekre bontja - a színben eltérő fénysugarak a törés mértékében különböznek; az ibolya sugarak törnek a legerősebben, a vörös fény kevésbé erősen törik - a kevésbé törő vörös fény sebessége a legnagyobb, az ibolya pedig a legkisebb, ezért a prizma bontja a fényt. A fény törésmutatójának a színétől való függését diszperziónak nevezzük.

Következtetések:- a prizma lebontja a fényt - a fehér fény összetett (kompozit) - az ibolya sugarak jobban megtörnek, mint a vörösek. A fénysugár színét az oszcilláció frekvenciája határozza meg. Az egyik közegből a másikba való áttéréskor a fénysebesség és a hullámhossz változik, de a színt meghatározó frekvencia állandó marad. A fehér fény tartományának és összetevőinek határait általában a vákuumban mért hullámhosszuk jellemzi. A fehér fény 380 és 760 nm közötti hullámhosszak összessége.

Jegy 77.

Fényelnyelés. Bouguer törvénye

Az anyagban lévő fény abszorpciója a hullám elektromágneses mezőjének energiájának az anyag hőenergiájává (vagy másodlagos fotolumineszcens sugárzás energiájává) való átalakulásával jár. A fényelnyelési törvény (Bouguer-törvény) a következőképpen alakul:

I=I 0 exp(- x),(1)

Ahol én 0 , én- bemeneti fény intenzitása (x=0)és kilép a közepes vastagságú rétegből X, - abszorpciós együttható, attól függ .

Dielektrikumokhoz  =10 -1  10 -5 m -1 , fémekhez =10 5  10 7 m -1 , ezért a fémek átlátszatlanok a fényre.

Függőség  ( ) megmagyarázza az elnyelő testek színezését. Például a kevés vörös fényt elnyelő üveg fehér fénnyel megvilágítva vörösnek tűnik.

A fény szórása. Rayleigh törvénye

A fény diffrakciója bekövetkezhet optikailag inhomogén közegben, például zavaros közegben (füst, köd, poros levegő stb.). A fényhullámok a közeg inhomogenitása miatt diffrakciós mintázatot hoznak létre, amelyet minden irányban meglehetősen egyenletes intenzitáseloszlás jellemez.

Az ilyen kis inhomogenitásokból eredő diffrakciót nevezzük a fény szórása.

Ez a jelenség akkor figyelhető meg, ha keskeny napsugár áthalad a poros levegőn, szétszóródik a porszemcséken és láthatóvá válik.

Ha az inhomogenitások méretei kicsik a hullámhosszhoz képest (legfeljebb 0,1  ), akkor a szórt fény intenzitása fordítottan arányos a hullámhossz negyedik hatványával, azaz.

én rass ~ 1/  4 , (2)

ezt az összefüggést Rayleigh-törvénynek nevezik.

Fényszóródás figyelhető meg olyan tiszta közegben is, amely nem tartalmaz idegen részecskéket. Például előfordulhat a sűrűség, az anizotrópia vagy a koncentráció ingadozásain (véletlen eltérésein). Az ilyen szórást molekulárisnak nevezzük. Ez magyarázza például az ég kék színét. Valójában a (2) szerint a kék és a kék sugarak erősebben szóródnak, mint a vörös és a sárga, mert rövidebb hullámhosszúak, ami az égbolt kék színét okozza.

Jegy 78.

Fénypolarizáció- a hullámoptika jelenségeinek összessége, amelyben megnyilvánul az elektromágneses fényhullámok keresztirányú természete. keresztirányú hullám- a közeg részecskéi a hullámterjedés irányára merőleges irányban oszcillálnak ( 1. ábra).

1. ábra keresztirányú hullám

elektromágneses fényhullám sík polarizált(lineáris polarizáció), ha az E és B vektorok rezgési irányai szigorúan rögzítettek és bizonyos síkban fekszenek ( 1. ábra). Sík polarizált fényhullámnak nevezzük sík polarizált(lineárisan polarizált) fény. nem polarizált(természetes) hullám - olyan elektromágneses fényhullám, amelyben az E és B vektorok rezgési irányai ebben a hullámban a v sebességvektorra merőleges bármely síkban elhelyezkedhetnek. polarizálatlan fény- fényhullámok, amelyekben az E és B vektorok rezgési irányai véletlenszerűen változnak úgy, hogy a hullámterjedés nyalábjára merőleges síkban minden rezgési irány egyformán valószínű ( 2. ábra).

2. ábra polarizálatlan fény

polarizált hullámok- amelyben az E és B vektorok irányai térben változatlanok maradnak, vagy egy bizonyos törvény szerint változnak. Sugárzás, amelyben az E vektor iránya véletlenszerűen változik - polarizálatlan. Ilyen sugárzásra példa lehet a termikus sugárzás (véletlenszerű eloszlású atomok és elektronok). Polarizációs sík- ez az E vektor rezgési irányára merőleges sík. A polarizált sugárzás előfordulásának fő mechanizmusa a sugárzás elektronok, atomok, molekulák és porrészecskék általi szóródása.

1.2. A polarizáció típusai A polarizációnak három típusa van. Határozzuk meg őket. 1. Lineáris Akkor fordul elő, ha az E elektromos vektor megtartja pozícióját a térben. Ez mintegy kiemeli azt a síkot, amelyben az E vektor oszcillál. 2. Körlevél Ez az a polarizáció, amely akkor következik be, amikor az E elektromos vektor a hullám szögfrekvenciájával megegyező szögsebességgel forog a hullám terjedésének iránya körül, miközben megtartja annak abszolút értékét. Ez a polarizáció jellemzi az E vektor forgásirányát a látóvonalra merőleges síkban. Ilyen például a ciklotronsugárzás (mágneses térben forgó elektronrendszer). 3. Elliptikus Akkor fordul elő, amikor az E elektromos vektor nagysága úgy változik, hogy ellipszist ír le (az E vektor forgása). Az elliptikus és körkörös polarizáció jobb (az E vektor forgása az óramutató járásával megegyező irányban történik, ha a terjedő hullám felé nézünk) és balra (az E vektor forgása az óramutató járásával ellentétes irányban történik, ha a terjedő hullám felé nézünk).

Valójában a leggyakoribb részleges polarizáció (részlegesen polarizált elektromágneses hullámok). Mennyiségileg egy bizonyos mennyiség jellemzi, ún polarizáció foka R, amelynek meghatározása a következő: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin) Ahol Imax,én benne vagyok- a legnagyobb és legalacsonyabb elektromágneses energia fluxussűrűség az analizátoron keresztül (Polaroid, Nicol prizma…). A gyakorlatban a sugárzás polarizációját gyakran a Stokes-paraméterekkel (sugárzási fluxusokkal) írják le adott irányt polarizáció).

Jegy 79.

Ha a természetes fény két dielektrikum (például levegő és üveg) határfelületére esik, akkor annak egy része visszaverődik, egy része pedig megtörik és a második közegben terjed. A visszavert és megtört nyalábok útjába egy analizátort (például turmalint) helyezve meggyőződünk arról, hogy a visszavert és megtört nyalábok részlegesen polarizáltak: ha az analizátort a nyalábok körül forgatjuk, a fényintenzitás periodikusan növekszik és csökken (a teljes kioltás nem figyelhető meg!). A további vizsgálatok kimutatták, hogy a visszavert sugárban a beesési síkra merőleges rezgések érvényesülnek (a 275. ábrán pontok jelzik), a megtört sugárban - a beesési síkkal párhuzamos rezgések (nyilakkal ábrázolva).

A polarizáció mértéke (a fényhullámok elválasztásának mértéke az elektromos (és mágneses) vektor bizonyos orientációjával) a sugarak beesési szögétől és a törésmutatótól függ. skót fizikus D. Brewster(1781-1868) megállapította törvény, amely szerint a beesési szögben én B (Brewster-szög), amelyet a reláció határoz meg

(n 21 - a második közeg törésmutatója az elsőhöz képest), a visszavert nyaláb síkpolarizált(csak a beesési síkra merőleges oszcillációkat tartalmaz) (276. ábra). A megtört nyaláb a beesési szögbenén B maximálisan polarizált, de nem teljesen.

Ha fény esik a felületre Brewster-szögben, akkor a visszavert és megtört sugarak egymásra merőleges(tg én B = bűn én B/cos én b, n 21 = bűn én B / bűn én 2 (én 2 - törésszög), ahonnan cos én B = bűn én 2). Ennélfogva, én B + én 2 =  /2, de én’ B= én B (reflexiós törvény), tehát én’ B+ én 2 =  /2.

A különböző beesési szögeknél visszavert és megtört fény polarizációs foka a Maxwell-egyenletekből számítható ki, ha figyelembe vesszük a két izotróp dielektrikum határfelületén lévő elektromágneses tér peremfeltételeit (ún. Fresnel-képletek).

A megtört fény polarizációs foka jelentősen növelhető (ismételt fénytöréssel, feltéve, hogy a fény minden alkalommal Brewster-szögben esik a felületre). Ha például üveghez ( n= 1.53), a megtört nyaláb polarizációs foka 15%, majd 8-10 egymásra helyezett üveglap fénytörése után az ilyen rendszerből kilépő fény szinte teljesen polarizált lesz. Ezt a lemezkészletet ún láb. A lábfej használható elemzésre polarizált fény tükrözésében és fénytörésében egyaránt.

Jegy 79 (spur)

A tapasztalatok szerint a fény törése és visszaverődése során a megtört és a visszavert fény polarizált, és a visszaverődés. a fény egy bizonyos beesési szög mellett teljesen polarizálható, de a fény mindig részben polarizált.Frinel képletei alapján kimutatható, hogy a visszaver. a fény a beesési és fénytörési síkra merőleges síkban polarizálódik. a fény a beesési síkkal párhuzamos síkban polarizálódik.

Az a beesési szög, amelynél a visszaverődés A teljesen polarizált fényt Brewster-szögnek nevezzük.A Brewster-szöget a Brewster-törvény határozza meg: -Brewster-törvény Ebben az esetben a visszaverődés közötti szög. és megtörni. A sugarak egyenlőek lesznek. Levegő-üveg rendszernél a Brewster-szög egyenlő. A jó polarizáció eléréséhez, pl. , amikor a fény megtörik, nagyon sok törött felület kerül felhasználásra, amit Stoletov lábának neveznek.

Jegy 80.

A tapasztalat azt mutatja, hogy amikor a fény kölcsönhatásba lép az anyaggal, a fő hatást (fiziológiai, fotokémiai, fotoelektromos stb.) a vektor oszcillációi okozzák, amelyet ebben a vonatkozásban néha fényvektornak is neveznek. Ezért a fénypolarizáció mintáinak leírásához a vektor viselkedését figyeljük.

A vektorok által alkotott síkot polarizációs síknak nevezzük.

Ha a vektoroszcillációk egy rögzített síkban történnek, akkor az ilyen fényt (nyalábot) lineárisan polarizáltnak nevezzük. Önkényesen a következőképpen van megjelölve. Ha a nyaláb egy merőleges síkban polarizált (a síkban xz, lásd az ábrát. 2 a második előadásban), akkor azt jelöljük.

A természetes fény (közönséges forrásokból, a napból) olyan hullámokból áll, amelyek különböző, véletlenszerűen elosztott polarizációs síkokkal rendelkeznek (lásd 3. ábra).

A természetes fényt néha hagyományosan ennek is nevezik. Nem polarizáltnak is nevezik.

Ha a hullám terjedése közben a vektor forog, és egyúttal a vektor vége kört ír le, akkor az ilyen fényt cirkulárisan polarizáltnak, a polarizációt pedig körkörösnek vagy körkörösnek (jobbra vagy balra) nevezzük. Elliptikus polarizáció is van.

Vannak optikai eszközök (filmek, lemezek stb.) - polarizátorok, amelyek természetes fényből lineárisan polarizált vagy részben polarizált fényt bocsátanak ki.

A fény polarizációjának elemzésére használt polarizátorokat ún elemzők.

A polarizátor (vagy analizátor) síkja a polarizátor (vagy analizátor) által átbocsátott fény polarizációs síkja.

Legyen egy polarizátor (vagy analizátor) beeső amplitúdójú, lineárisan polarizált fénnyel E 0 . Az áteresztett fény amplitúdója lesz E=E 0 cos j, és az intenzitás I=I 0 cos 2 j.

Ez a képlet kifejezi Malus törvénye:

Az analizátoron áthaladó lineárisan polarizált fény intenzitása arányos a szög koszinuszának négyzetével j a beeső fény rezgési síkja és az analizátor síkja között.

80. jegy (sarkantyúzáshoz)

A polarizátorok olyan eszközök, amelyek lehetővé teszik polarizált fény előállítását. Az analizátorok olyan eszközök, amelyekkel elemezni lehet, hogy a fény polarizált-e vagy sem. Szerkezetileg a polarizátor és az analizátor egy és ugyanaz.

Nyilvánvalóan a polarizátorból kilépő fény intenzitása egyenlő lesz Jelöljük a polarizátort elhagyó fény intenzitását () Ha a polarizátor útján olyan analizátort helyezünk el, amelynek fősíkja szöget zár be a polarizátor fősíkjával, akkor az analizátorból kilépő fény erősségét a törvény határozza meg.

Jegy 81.

P. A. Cserenkov szovjet fizikus az uránsók oldatának lumineszcenciáját tanulmányozva rádium-sugarak hatására felhívta a figyelmet arra, hogy maga a víz izzik, amelyben nincsenek uránsók. Kiderült, hogy amikor a sugarakat (lásd a gammasugárzást) átengedik a tiszta folyadékokon, azok mind világítani kezdenek. S. I. Vavilov, akinek irányítása alatt P. A. Cherenkov dolgozott, azt feltételezte, hogy a ragyogás az atomokból a rádiumkvantumok által kiütött elektronok mozgásához kapcsolódik. Valójában az izzás erősen függött a folyadékban lévő mágneses tér irányától (ez arra utalt, hogy ennek oka az elektronok mozgása).

De miért bocsátanak ki fényt a folyadékban mozgó elektronok? A helyes választ erre a kérdésre 1937-ben I. E. Tamm és I. M. Frank szovjet fizikusok adták.

Az anyagban mozgó elektron kölcsönhatásba lép a környező atomokkal. Az övé hatása alatt elektromos mező az atomi elektronok és atommagok ellentétes irányban eltolódnak – a közeg polarizálódik. Az elektron pályája mentén elhelyezkedő közeg atomjai polarizálódnak, majd visszatérnek a kiindulási állapotba, elektromágneses fényhullámokat bocsátanak ki. Ha az elektron sebessége kisebb, mint a fény terjedési sebessége a közegben (- törésmutató), akkor az elektromágneses tér utoléri az elektront, és az anyagnak ideje lesz a térben az elektron előtt polarizálódni. Az elektron előtti és mögötte lévő közeg polarizációja ellentétes irányú, az ellentétes polaritású atomok sugárzásai pedig "összeadódnak", "kioltják" egymást. Amikor az atomoknak, amelyekhez az elektron még nem ért el, nincs idejük polarizálódni, és megjelenik a sugárzás, amely egy keskeny kúpos réteg mentén irányul, amelynek csúcsa egybeesik a mozgó elektronnal, és a csúcsnál c. A fény "kúp" megjelenését és a sugárzás állapotát a hullámterjedés általános elveiből kaphatjuk meg.

Rizs. 1. A hullámfront kialakulásának mechanizmusa

Hagyja, hogy egy elektron mozogjon az OE tengely mentén (lásd 1. ábra) egy nagyon keskeny üres csatorna törésmutatójú homogén anyagban (üres csatornára van szükség ahhoz, hogy elméleti megfontolásból ne vegyük figyelembe az elektron atomokkal való ütközését). Az OE vonal bármely pontja, amelyet egymást követően egy elektron foglal el, a fénykibocsátás középpontja lesz. Az egymást követő O, D, E pontokból kiinduló hullámok interferálnak egymással, és felerősödnek, ha a köztük lévő fáziskülönbség nulla (lásd Interferencia). Ez a feltétel teljesül arra az irányra, amely 0 szöget zár be az elektron pályájával. A 0 szöget a következő arány határozza meg:.

Valójában tekintsünk két hullámot, amelyek a pálya két pontjából az elektronsebességhez képest 0 szöget bezáró irányban bocsátanak ki - az O és a D pontot, amelyeket távolság választ el egymástól. Az OB-re merőleges BE egyenesen fekvő B pontban az első hullám a - időpontban A BE egyenesen fekvő F ponthoz a pontból kibocsátott hullám az O pontból kibocsátott hullám utáni időpontban érkezik meg. Ez a két hullám fázisban lesz, azaz az egyenes hullámfront lesz, ha ezek az idők egyenlőek. Ez az idők egyenlőségének feltételeként ad. A fény minden irányban kialszik a pálya D távolsággal elválasztott szakaszaiból kibocsátott hullámok interferenciája miatt. D értékét egy nyilvánvaló egyenlet határozza meg, ahol T a fény rezgésének periódusa. Ennek az egyenletnek mindig van megoldása, ha.

Ha , akkor a kisugárzott, zavaró hullámok felerősítésének iránya nem létezik, nem lehet nagyobb 1-nél.

Rizs. 2. Hanghullámok eloszlása ​​és lökéshullám kialakulása testmozgás közben

A sugárzás csak akkor figyelhető meg, ha .

Kísérletileg az elektronok véges térszögben repülnek, bizonyos sebességeloszlással, és ennek eredményeként a sugárzás a fő irányhoz közeli kúpos rétegben terjed, amelyet a szög határoz meg.

Megfontolásunk során figyelmen kívül hagytuk az elektron lassulását. Ez teljesen elfogadható, mivel a Vavilov-Cherenkov sugárzás miatti veszteségek kicsik, és első közelítésben azt feltételezhetjük, hogy az elektron által elvesztett energia nem befolyásolja sebességét, és egyenletesen mozog. Ez a Vavilov-Cherenkov sugárzás alapvető különbsége és szokatlansága. Általában a töltések sugároznak, jelentős gyorsulást tapasztalva.

A saját fényét kifutó elektron olyan, mint egy repülőgép, amely a hangsebességnél nagyobb sebességgel repül. Ebben az esetben egy kúpos lökéshullám is terjed a repülőgép előtt (lásd 2. ábra).