Дифракция волн Естественный и поляризованный свет Строение атомного ядра Закон радиоактивного распада Дифракционная решетка Электромагнитная природа света

Физика Курс лекций и примеры решения задач

Искусственная анизотропия.

Все физические воздействия, способные ориентировать структурные элементы первоначально изотропного вещества, могут вызывать возникновение искусственной оптической анизотропии. Остановимся кратко на основных способах формирования искусственной оптической анизотропии.

1. Пьезооптический эффект («фотоупругость»)

Пьезооптический эффект состоит в появлении оптической анизотропии при приложении к первоначально изотропному твёрдому телу (в частности, полимеру) механического напряжения.

nе – nо = K1⋅σ.

Здесь σ = F/S – механическое напряжение, K1 – упругооптическая постоянная (иногда её называют постоянной Брюстера).

2. Электрооптические эффекты

Электрооптический эффект – это появление оптической анизотропии первоначально изотропного вещества при помещении его в электрическое поле. Наблюдаются электрооптические эффекты двух типов: линейный и квадратичный.

а. Эффект Поккельса – линейный электрооптический эффект, который удаётся наблюдать только в пьезоэлектрических кристаллах.

nе – nо = K2Е, 

где E – величина напряжённости электрического поля, K2 – постоянная Поккельса.

б. Эффект Керра – квадратичный электрооптический эффект. Эффект Керра наблюдается в жидкостях, стёклах, а также кристаллических веществах (не в пьезоэлектриках!).

nе – nо = K3Е^2

3. Магнитооптический эффект (эффект Коттона-Мутона)

Эффект Коттона-Мутона – это “магнитный аналог” эффекта Керра. Объяснение этого эффекта аналогично изложенному выше объяснению эффекта Керра. Величина возникающей в магнитном поле оптической анизотропии вещества квадратично зависит от индукции магнитного поля:

nе – nо = K4В^2

Эффект Керра. Эффект Фарадея.

Или квадратичный электрооптический эффект — явление изменения значения показателя преломления оптического материала пропорционально второй степени напряженности приложенного электрического поля. В сильных полях наблюдаются небольшие отклонения от закона Керра.

Закон Керра

ne − no = Bλ0E^2,

где λ0 — длина волны света в вакууме; B — постоянная Керра, зависящая от природы вещества, длины волны λ0 и температуры. Для большинства веществ B > 0, что означает их подобие оптически положительным одноосным кристаллам.

Эффект Фарадея (продольный электрооптический эффект Фарадея) — магнитооптический эффект, который заключается в том, что при распространении линейно поляризованного света через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости поляризации света.

В результате плоскость поляризации линейно поляризованного монохроматического света с длиной волны λ, прошедшего в среде путь l, поворачивается на угол

\Theta = \frac{\pi l(n_+ - n_-)}{\lambda}.

В области не очень сильных магнитных полей разность n + − n − линейно зависит от напряжённости магнитного поля и в общем виде угол фарадеевского вращения описывается соотношением

\ \Theta = \nu Hl,

где ν — постоянная Верде, коэффициент пропорциональности, который зависит от свойств вещества, длины волны излучения и температуры.

 

Тепловое излучение

Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение со сплошным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их внутренней энергии. Один из трёх элементарных видов переноса тепловой энергии (помимо теплопроводности и конвекции).

В физике для расчёта теплового излучения принята модель абсолютно чёрного тела, тепловое излучение которого описывается законом Стефана — Больцмана. Излучение же реальных тел подчиняется закону излучения Кирхгофа.

Равновесное излучение — тепловое излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом.

Испускательная и поглощательная способность

Испускательная способность -~R_T- физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.

R_T = \frac{W}{tS}  ;     ~[R_T]=Дж/с·м²=Вт/м²

Поглощающая способность тела

Поглощающая способность тела — ~a_{\omega,T} — функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот ~d\omegaвблизи ~\omega

a_{\omega,T}=\frac{d\Phi'_{\omega,T}}{d\Phi_{\omega,T}}

где ~d\Phi'- поток энергии, поглощающейся телом.

~d\Phi- поток энергии, падающий на тело в области ~d\omega вблизи ~\omega

Абсолютно чёрное тело

Физическая идеализация, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.

№ 1.2.4.

Напряжение сети, питающей медицинский аппарат, U = 220 В. Человек находится на земле (на полу) и касается корпуса аппарата. Сопротивление тела человека равно Rчел = 1000 Ом. Сопротивление между проводником и человеком (через землю) равно Rпр = 5 кОм. В результате повреждения изоляции проводник соединился на корпус аппарата (произошел пробой на корпус). Найдите напряжение, которое будет на теле человека, и протекающий через него ток, если аппарат не заземлен.

Решение

По закону Ома для участка цепи сила тока, протекающего через человека, а также напряжение на нем могут быть рассчитаны так:

;

.


Дифракция ренгеновских лучей на пространственной решетке