Tam iç yansıma hangi koşullar altında gerçekleşir? Işığın kırılması

Elektromanyetik dalgaların çeşitli ortamlarda yayılması yansıma ve kırılma yasalarına tabidir. Bu yasalardan, belirli koşullar altında, fizikte ışığın toplam iç yansıması olarak adlandırılan ilginç bir etki ortaya çıkar. Bu etkinin ne olduğuna daha yakından bakalım.

Yansıma ve kırılma

Işığın dahili toplam yansımasının doğrudan değerlendirilmesine geçmeden önce, yansıma ve kırılma süreçlerini açıklamak gerekir.

Yansıma, bir ışık ışınının aynı ortamdaki herhangi bir arayüzle karşılaştığında hareket yönünün değişmesini ifade eder. Örneğin lazer işaretleyiciyi bir aynaya doğrultursanız anlatılan etkiyi gözlemleyebilirsiniz.

Kırılma, tıpkı yansıma gibi, ışığın hareket yönündeki bir değişikliktir, ancak birinci ortamda değil, ikinci ortamda. Bu olgunun sonucu, nesnelerin ana hatlarının ve bunların mekansal düzenlemelerinin bozulması olacaktır. Kırılmanın yaygın bir örneği, bir kalemin veya tükenmez kalemin bir bardak suya konulduğunda kırılmasıdır.

Kırılma ve yansıma birbiriyle ilişkilidir. Neredeyse her zaman bir arada bulunurlar: ışının enerjisinin bir kısmı yansıtılır, diğer kısmı ise kırılır.

Her iki olay da Fermat ilkesinin uygulanmasının sonucudur. Işığın iki nokta arasındaki yol boyunca en az zaman harcayarak hareket ettiğini belirtiyor.

Yansıma tek bir ortamda meydana gelen bir etki olduğundan ve kırılma iki ortamda meydana geldiğinden, ikincisi için her iki ortamın da elektromanyetik dalgalara karşı şeffaf olması önemlidir.

Kırılma indisi kavramı

Kırılma indisi, söz konusu olayın matematiksel açıklaması için önemli bir niceliktir. Belirli bir ortamın kırılma indisi aşağıdaki şekilde belirlenir:

Burada c ve v sırasıyla ışığın boşluk ve madde içindeki hızlarıdır. V'nin değeri her zaman c'den küçüktür, dolayısıyla n üssü birden büyük olacaktır. Boyutsuz katsayı n, bir maddedeki (ortamdaki) ışığın boşluktaki ışığın ne kadar gerisinde kalacağını gösterir. Bu hızlar arasındaki fark kırılma olayının ortaya çıkmasına neden olur.

Işığın maddedeki hızı, ikincisinin yoğunluğuyla ilişkilidir. Ortam ne kadar yoğun olursa ışığın içinden geçmesi o kadar zor olur. Örneğin hava için n = 1,00029, yani neredeyse vakumda olduğu gibi, su için n = 1,333.

Yansımalar, kırılma ve yasaları

Tam yansımanın sonucunun çarpıcı bir örneği elmasın parlak yüzeyidir. Bir elmasın kırılma indisi 2,43'tür, bu nedenle bir mücevhere giren ışık ışınlarının çoğu, onu terk etmeden önce birden fazla toplam yansımaya maruz kalır.

Elmas için kritik açıyı θc belirleme problemi

Verilen formüllerin nasıl kullanılacağını göstereceğimiz basit bir problemi ele alalım. Elmasın havadan suya konulması durumunda toplam yansımanın kritik açısının ne kadar değişeceğini hesaplamak gerekir.

Tabloda belirtilen ortamın kırılma indekslerinin değerlerine baktıktan sonra bunları yazıyoruz:

• hava için: n 1 = 1,00029;
• su için: n2 = 1,333;
• elmas için: n 3 = 2,43.

Elmas-hava çifti için kritik açı:

θ c1 = arcsin(n 1 /n 3) = arcsin(1,00029/2,43) ≈ 24,31 o.

Gördüğünüz gibi, bu ortam çifti için kritik açı oldukça küçüktür, yani yalnızca normale 24.31 o'dan daha yakın olan ışınlar elmastan havaya çıkabilir.

Sudaki elmas durumu için şunu elde ederiz:

θ c2 = arcsin(n 2 /n 3) = arcsin(1,333/2,43) ≈ 33,27 o.

Kritik açıdaki artış şuydu:

Δθ c = θ c2 - θ c1 ≈ 33,27 o - 24,31 o = 8,96 o.

Işığın elmasta tam yansıması için kritik açıdaki bu hafif artış, elmasın suda neredeyse havada olduğu gibi parlamasına neden olur.

Dalgalar, elektromanyetik olanlar da dahil olmak üzere bir ortamda herhangi bir zamanda yeni bir dalga cephesi bulmak için yayıldığında, Huygens ilkesi.

Dalga cephesindeki her nokta ikincil dalgaların kaynağıdır.

Homojen bir izotropik ortamda, ikincil dalgaların dalga yüzeyleri, vxDt yarıçaplı küreler biçimindedir; burada v, ortamdaki dalga yayılma hızıdır. İkincil dalgaların dalga cephelerinin zarfını çizerek belirli bir zamanda yeni bir dalga cephesi elde ederiz (Şekil 7.1, a, b).

Yansıma Yasası

Huygens ilkesini kullanarak, iki dielektrik arasındaki arayüzde elektromanyetik dalgaların yansıma yasasını kanıtlamak mümkündür.

Gelme açısı yansıma açısına eşittir. Gelen ve yansıyan ışınlar, iki dielektrik arasındaki ara yüzeye dik olan ışınla birlikte aynı düzlemde yer alır.- a = Ð b. (7.1)

Düzlem bir ışık dalgasının (ışın 1 ve 2, Şekil 7.2) iki ortam arasındaki düz LED arayüzüne düşmesine izin verin. Işın ile LED'e dik olan açı arasındaki açıya geliş açısı denir. Eğer belirli bir anda gelen OB dalgasının ön tarafı O noktasına ulaşırsa, Huygens ilkesine göre bu nokta

Pirinç. 7.2

ikincil bir dalga yaymaya başlar. Dt = VO1/v süresi boyunca gelen ışın 2, O1 noktasına ulaşır. Aynı zamanda, ikincil dalganın önü, O noktasında yansıtıldıktan sonra aynı ortamda yayılarak yarıkürenin OA = v Dt = BO 1 yarıçaplı noktalarına ulaşır. Yeni dalga cephesi AO düzlemi ile gösterilir. ​​1 ve OA ışınının yayılma yönü. B açısına yansıma açısı denir. OAO 1 ve OBO 1 üçgenlerinin eşitliğinden yansıma yasası şu şekildedir: geliş açısı yansıma açısına eşittir.

kırılma kanunu

Optik olarak homojen bir ortamın (1) özelliği şu şekildedir: , (7.2)

Oran n 2 / n 1 = n 21 (7,4)

isminde

(7.5)

Vakum için n = 1.

Dağılım nedeniyle (ışık frekansı n » 10 14 Hz), örneğin su için n = 1,33 ve n = 9 (e = 81) değil, düşük frekanslar için elektrodinamikten aşağıdaki gibi. Birinci ortamda ışığın yayılma hızı v 1 ve ikinci ortamda - v 2 ise,

Pirinç. 7.3

daha sonra Dt süresi boyunca gelen düzlem dalgası birinci ortamda AO 1 = v 1 Dt içinde AO 1 mesafesini kat eder. İkinci ortamda (Huygens ilkesine uygun olarak) uyarılan ikincil dalganın önü, yarıkürenin yarıçapı OB = v 2 Dt olan noktalarına ulaşır. İkinci ortamda yayılan dalganın yeni cephesi BO 1 düzlemi (Şekil 7.3) ve yayılma yönü OB ve O 1 C ışınları (dalga cephesine dik) tarafından temsil edilir. OB ışını ile O noktasındaki iki dielektrik arasındaki ara yüzeyin normali arasındaki b açısı kırılma açısı denir. OAO 1 ve OBO 1 üçgenlerinden AO 1 = OO 1 sin a, OB = OO 1 sin b sonucu çıkar.

Tutumları ifade ediyor kırılma kanunu(kanun Snell):

. (7.6)

Geliş açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı, iki ortamın bağıl kırılma indeksine eşittir.

Toplam iç yansıma

Pirinç. 7.4

Kırılma yasasına göre iki ortam arasındaki arayüzde gözlemlenebilir. toplam iç yansıma, eğer n 1 > n 2 ise, yani Ðb > Ða (Şekil 7.4). Sonuç olarak, Ðb = 90 0 olduğunda, Ða pr sınırlayıcı bir geliş açısı vardır. Daha sonra kırılma yasası (7.6) aşağıdaki formu alır:

sin a pr = , (sin 90 0 =1) (7.7)

Gelme açısının (a > Ða pr) daha da artmasıyla, ışık iki ortam arasındaki arayüzden tamamen yansıtılır.

Bu fenomene denir toplam iç yansıma ve optikte, örneğin ışık ışınlarının yönünü değiştirmek için yaygın olarak kullanılır (Şekil 7.5, a, b).

Teleskoplarda, dürbünlerde, fiber optiklerde ve diğer optik aletlerde kullanılır.

Elektromanyetik dalgaların toplam iç yansıması olgusu gibi klasik dalga süreçlerinde, parçacıkların dalga-parçacık özellikleriyle ilişkili olan kuantum mekaniğindeki tünel etkisine benzer olgular gözlemlenir.

Gerçekten de, ışık bir ortamdan diğerine geçtiğinde, farklı ortamlarda yayılma hızındaki değişiklikle ilişkili olarak ışığın kırılması gözlenir. İki ortam arasındaki arayüzde ışık demeti ikiye ayrılır: kırılan ve yansıyan.

Bir ışık ışını dikdörtgen ikizkenar cam prizmanın 1. yüzüne dik olarak düşer ve kırılma olmadan 2. yüze düşer, toplam iç yansıma gözlenir, çünkü ışının 2. yüze gelme açısı (Ða = 45 0) daha büyük olur toplam iç yansımanın sınır açısından daha fazladır (cam için n 2 = 1,5; Ða pr = 42 0).

Aynı prizma 2. yüzden belirli bir H ~ l/2 uzaklığına yerleştirilirse, o zaman bir ışık ışını 2. yüzden geçecek ve 1. yüze gelen ışına paralel olarak 1. yüzden geçerek prizmadan çıkacaktır. J yoğunluğu İletilen ışık akısının miktarı, yasaya göre prizmalar arasındaki h aralığının artmasıyla üstel olarak azalır:

,

burada w, ışının ikinci ortama geçme olasılığıdır; d, maddenin kırılma indeksine bağlı olan katsayıdır; l gelen ışığın dalga boyudur

Bu nedenle ışığın "yasak" bölgeye nüfuzu, kuantum tünelleme etkisinin optik bir benzeridir.

Toplam iç yansıma olgusu gerçekten tamamlanmıştır, çünkü bu durumda gelen ışığın tüm enerjisi, örneğin metal aynaların yüzeyinden yansıyanlara göre iki ortam arasındaki arayüzde yansıtılır. Bu fenomeni kullanarak, bir yanda ışığın kırılması ve yansıması ile diğer yanda Vavilov-Cherenkov radyasyonu arasında başka bir benzetme izlenebilir.

DALGA GİRİŞİMİ

7.2.1. Vektörlerin rolü ve

Uygulamada, gerçek ortamda birden fazla dalga aynı anda yayılabilir. Dalgaların eklenmesi sonucunda bir dizi ilginç olay gözlemlenir: Dalgaların girişimi, kırınımı, yansıması ve kırılması vesaire.

Bu dalga olayları yalnızca mekanik dalgaların değil aynı zamanda elektriksel, manyetik, ışık vb. dalgaların da karakteristiğidir. Tüm temel parçacıklar aynı zamanda kuantum mekaniği tarafından kanıtlanmış dalga özellikleri de sergiler.

Bir ortamda iki veya daha fazla dalga yayıldığında gözlenen en ilginç dalga olaylarından birine girişim denir. Optik olarak homojen bir ortamın (1) özelliği şu şekildedir: mutlak kırılma indisi , (7.8)

burada c ışığın boşluktaki hızıdır; v 1 - ilk ortamdaki ışığın hızı.

Ortam 2 mutlak kırılma indisi ile karakterize edilir

burada v2 ikinci ortamdaki ışığın hızıdır.

Tutum (7.10)

isminde ikinci ortamın birinciye göre bağıl kırılma indisi. Maxwell teorisini kullanarak m = 1 olan şeffaf dielektrikler için veya

burada e 1, e 2 birinci ve ikinci ortamın dielektrik sabitleridir.

Vakum için n = 1. Dağılım nedeniyle (ışık frekansı n » 10 14 Hz), örneğin su için n = 1,33 ve n = 9 (e = 81) değil, düşük frekanslar için elektrodinamikten aşağıdaki gibi. Işık elektromanyetik dalgalardır. Bu nedenle elektromanyetik alan, sırasıyla elektrik ve manyetik alanların kuvvetlerini karakterize eden ve vektörleri tarafından belirlenir. Bununla birlikte, ışığın madde ile etkileşiminin birçok sürecinde, örneğin ışığın görme organları, fotoseller ve diğer cihazlar üzerindeki etkisi gibi, belirleyici rol, optikte ışık vektörü olarak adlandırılan vektöre aittir.

Madde 81'de ışık iki ortam arasındaki arayüze düştüğünde, ışık enerjisinin iki parçaya bölündüğünü belirtmiştik: bir kısım yansıtılır, diğer kısım arayüzden ikinci ortama nüfuz eder. Işığın havadan cama, yani optik olarak daha az yoğun bir ortamdan optik olarak daha yoğun bir ortama geçişi örneğini kullanarak, yansıyan enerjinin oranının geliş açısına bağlı olduğunu gördük. Bu durumda, geliş açısı arttıkça yansıyan enerjinin oranı da büyük ölçüde artar; bununla birlikte, çok büyük geliş açılarında bile ('ye yakın), ışık demeti neredeyse arayüz boyunca kaydığında, ışık enerjisinin bir kısmı yine de ikinci ortama geçer (bkz. §81, tablo 4 ve 5).

Herhangi bir ortamda yayılan ışık, bu ortam ile optik olarak daha az yoğun, yani daha düşük mutlak kırılma indisine sahip bir ortam arasındaki arayüze düşerse yeni ve ilginç bir olgu ortaya çıkar. Burada da yansıyan enerjinin oranı, geliş açısının artmasıyla birlikte artar, ancak bu artış farklı bir yasayı takip eder: belirli bir geliş açısından başlayarak, tüm ışık enerjisi arayüzden yansıtılır. Bu olguya toplam iç yansıma denir.

§81'de olduğu gibi, ışığın cam ile hava arasındaki arayüzde ortaya çıkışını yeniden ele alalım. Bir ışık ışınının camdan arayüze farklı geliş açılarıyla düşmesine izin verin (Şekil 186). Yansıyan ışık enerjisinin fraksiyonunu ve arayüzden geçen ışık enerjisinin fraksiyonunu ölçersek Tabloda verilen değerleri elde ederiz. 7 (Tablo 4'teki gibi camın kırılma indisi vardı).

Pirinç. 186. Toplam iç yansıma: ışınların kalınlığı, arayüzden yüklenen veya geçen ışık enerjisinin fraksiyonuna karşılık gelir

Tüm ışık enerjisinin arayüzden yansıdığı geliş açısına toplam iç yansımanın sınır açısı denir. Tablonun derlendiği cam için. 7 (), sınırlama açısı yaklaşık olarak .

Tablo 7. Işık camdan havaya geçerken çeşitli geliş açıları için yansıyan enerjinin kesirleri

Işık ara yüzeye sınırlayıcı bir açıyla geldiğinde kırılma açısının eşit olduğuna dikkat edelim, yani bu durum için kırılma yasasını ifade eden formülde,

veya koymamız gerektiğinde. Buradan buluyoruz

Bundan daha büyük geliş açılarında kırılan ışın yoktur. Resmi olarak bu, kırılma yasasından büyük geliş açılarında birlikten daha büyük değerlerin elde edilmesinden kaynaklanmaktadır ki bu açıkça imkansızdır.

Tabloda Tablo 8, kırılma indisleri tabloda verilen bazı maddeler için toplam iç yansımanın sınırlayıcı açılarını göstermektedir. 6. İlişkinin (84.1) geçerliliğini doğrulamak kolaydır.

Tablo 8. Hava sınırındaki toplam iç yansımanın sınır açısı

Sudaki hava kabarcıklarının sınırında toplam iç yansıma gözlemlenebilir. Üzerlerine düşen güneş ışığı baloncuklara geçmeden tamamen yansıdığı için parlıyorlar. Bu, özellikle su altı bitkilerinin gövdelerinde ve yapraklarında her zaman bulunan ve güneşte gümüşten, yani ışığı çok iyi yansıtan bir malzemeden yapılmış gibi görünen hava kabarcıklarında fark edilir.

Toplam iç yansıma, hareketi Şekil 2'de açıkça görülen cam döner ve döner prizmaların tasarımında uygulama alanı bulur. 187. Bir prizmanın sınır açısı, belirli bir cam tipinin kırılma indisine bağlıdır; Dolayısıyla bu tür prizmaların kullanımında ışık ışınlarının giriş ve çıkış açılarının seçimi açısından herhangi bir zorluk yaşanmaz. Dönen prizmalar, aynaların işlevlerini başarıyla yerine getirir ve yansıtıcı özelliklerinin değişmeden kalması açısından avantajlıdır, oysa metal aynalar, metalin oksidasyonu nedeniyle zamanla kaybolur. Sarma prizmasının tasarımının eşdeğer döner ayna sistemine göre daha basit olduğu unutulmamalıdır. Döner prizmalar özellikle periskoplarda kullanılır.

Pirinç. 187. Dönen bir cam prizma (a), bir sarma prizması (b) ve kavisli bir plastik tüp içindeki ışınların yolu - ışık kılavuzu (c)

Toplam yansımanın sınır açısı, 90 derecelik bir kırılma açısına karşılık gelen, iki ortam arasındaki arayüzde ışığın geliş açısıdır.

Fiber optik, optik fiberlerde ortaya çıkan ve meydana gelen fiziksel olayları inceleyen bir optik dalıdır.

4. Optik olarak homojen olmayan bir ortamda dalga yayılımı. Işın bükülmesinin açıklanması. Seraplar. Astronomik kırılma. Radyo dalgaları için homojen olmayan ortam.

Serap, atmosferdeki optik bir olgudur: ışığın yoğunluk bakımından keskin biçimde farklı olan hava katmanları arasındaki bir sınırdan yansımasıdır. Bir gözlemci için böyle bir yansıma, uzaktaki bir nesneyle (veya gökyüzünün bir kısmıyla) birlikte sanal görüntüsünün nesneye göre kaydırılmış olarak görünür olduğu anlamına gelir. Seraplar, nesnenin altında görülebilen alt, üst, nesnenin üstünde ve yan olarak ikiye ayrılır.

Düşük Serap

Aşırı ısınmış düz bir yüzeyde, genellikle çölde veya asfalt yolda çok büyük bir dikey sıcaklık gradyanı (yükseklik arttıkça azalır) ile gözlenir. Gökyüzünün sanal görüntüsü yüzeyde su yanılsaması yaratır. Yani sıcak bir yaz gününde uzaklara uzanan yol ıslak görünüyor.

Üstün Serap

Soğuk dünya yüzeyinin üzerinde ters sıcaklık dağılımıyla gözlenir (yükseklik arttıkça artar).

Fata Morgana

Nesnelerin görünümünde keskin bir bozulmaya neden olan karmaşık serap fenomenine Fata Morgana denir.

Hacim serapı

Dağlarda, belirli koşullar altında, “çarpık benliği” oldukça yakın mesafeden görmek çok nadirdir. Bu fenomen, havada "duran" su buharının varlığıyla açıklanmaktadır.

Astronomik kırılma, gök cisimlerinden gelen ışık ışınlarının atmosferden geçerken kırılması olgusudur. Gezegen atmosferlerinin yoğunluğu her zaman yükseklikle azaldığından, ışığın kırılması, kavisli ışının dışbükeyliği her durumda olacak şekilde gerçekleşir. zirveye doğru yönlendirildi. Bu bakımdan kırılma, gök cisimlerinin görüntülerini her zaman gerçek konumlarının üzerine “yükseltir”

Kırılma, Dünya üzerinde bir takım optik-atmosferik etkilere neden olur: büyütme gün uzunluğu kırılma nedeniyle güneş diskinin, geometrik hususlara göre Güneş'in doğması gereken andan birkaç dakika önce ufkun üzerine çıkması nedeniyle; disklerin alt kenarının kırılma nedeniyle üst kenardan daha yükseğe çıkması nedeniyle Ay ve Güneş'in ufka yakın görünür disklerinin basıklığı; yıldızların parıldaması vb. Farklı dalga boylarına sahip ışık ışınlarının kırılma büyüklüğündeki farklılıktan dolayı (mavi ve mor ışınlar kırmızı olanlardan daha fazla sapar), ufkun yakınında gök cisimlerinin belirgin bir renklenmesi meydana gelir.

5. Doğrusal polarize dalga kavramı. Doğal ışığın polarizasyonu. Polarize olmayan radyasyon. Dikroik polarizörler. Polarizör ve ışık analizörü. Malus yasası.

Dalga polarizasyonu- bozuklukların dağılımının simetrisinin kırılması olgusu enine yayılma yönüne göre dalga (örneğin, elektromanyetik dalgalardaki elektrik ve manyetik alan güçleri). İÇİNDE boyuna Bir dalgada polarizasyon meydana gelemez çünkü bu tür bir dalgadaki bozukluklar her zaman yayılma yönüyle çakışır.

doğrusal - bozucu salınımlar tek bir düzlemde meydana gelir. Bu durumda şöyle konuşuyorlar: düzlem polarize dalga";

dairesel - genlik vektörünün sonu, salınım düzlemindeki bir daireyi tanımlar. Vektörün dönme yönüne bağlı olarak şunlar olabilir: Sağ veya sol.

Işık polarizasyonu, ışık belirli maddelerden geçtiğinde (kırılma sırasında) veya ışık akısı yansıtıldığında bir ışık dalgasının elektrik alan kuvveti vektörünün salınımlarını düzenleme işlemidir.

Bir dikroik polarizör, molekülleri veya molekül parçaları düz bir yapıya sahip olan en az bir dikroik organik madde içeren bir film içerir. Filmin en azından bir kısmı kristal yapıya sahiptir. Dikroik bir madde, 400 - 700 nm ve/veya 200 - 400 nm ve 0,7 - 13 μm spektral aralıklarında en az bir maksimum spektral absorpsiyon eğrisine sahiptir. Bir polarizör üretilirken, alt tabakaya dikroik organik madde içeren bir film uygulanır, buna bir yönlendirme etkisi uygulanır ve kurutulur. Bu durumda, filmi uygulama koşulları ve yönlendirme etkisinin türü ve büyüklüğü, filmin sıra parametresi, 0,7 - 13 μm spektral aralıktaki spektral absorpsiyon eğrisi üzerinde en az bir maksimuma karşılık gelecek şekilde seçilir, en az 0,8 değerine sahiptir. Filmin en azından bir kısmının kristal yapısı, dikroik organik madde molekülleri tarafından oluşturulan üç boyutlu bir kristal kafestir. Polarizatörün spektral aralığı genişletilirken aynı zamanda polarizasyon özellikleri de geliştirilir.

Malus yasası, doğrusal polarize ışığın bir polarizörden geçtikten sonra yoğunluğunun, gelen ışığın polarizasyon düzlemleri ile polarizör arasındaki açıya bağımlılığını ifade eden fiziksel bir yasadır.

Nerede BEN 0 - polarizör üzerindeki ışık olayının yoğunluğu, BEN- polarizörden çıkan ışığın yoğunluğu, ka- polarizör şeffaflık katsayısı.

6. Brewster fenomeni. Elektrik vektörü geliş düzleminde yer alan dalgalar ve elektrik vektörü geliş düzlemine dik olan dalgalar için yansıma katsayısına ilişkin Fresnel formülleri. Yansıma katsayılarının geliş açısına bağımlılığı. Yansıyan dalgaların polarizasyon derecesi.

Brewster yasası, kırılma indisinin, arayüzden yansıyan ışığın geliş düzlemine dik bir düzlemde tamamen polarize olacağı ve kırılan ışının da kısmen polarize olacağı açı ile ilişkisini ifade eden bir optik yasasıdır. insidans ve kırılan ışının polarizasyonu en büyük değerine ulaşır. Bu durumda yansıyan ve kırılan ışınların karşılıklı olarak dik olduğunu tespit etmek kolaydır. Karşılık gelen açıya Brewster açısı denir. Brewster Yasası: , Nerede N 21 - ikinci ortamın birinciye göre kırılma indisi, θ kardeşim- geliş açısı (Brewster açısı). KBB hattındaki gelen (U inc) ve yansıyan (U ref) dalgaların genlikleri aşağıdaki ilişkiyle ilişkilidir:

K bv = (U pedi - U negatif) / (U pedi + U negatif)

Gerilim yansıma katsayısı (K U) aracılığıyla KVV aşağıdaki şekilde ifade edilir:

K bv = (1 - K U) / (1 + K U) Tamamen aktif bir yükle BV şuna eşittir:

K bv = R / ρ R'de< ρ или

R ≥ ρ için K bv = ρ / R

burada R aktif yük direncidir, ρ hattın karakteristik empedansıdır

7. Işık girişimi kavramı. Polarizasyon çizgileri çakışan iki tutarsız ve tutarlı dalganın toplamı. İki tutarlı dalganın eklenmesiyle ortaya çıkan dalganın yoğunluğunun, bunların fazlarındaki farka bağlılığı. Dalga yollarındaki geometrik ve optik fark kavramı. Girişim maksimum ve minimumlarını gözlemlemek için genel koşullar.

Işık girişimi, iki veya daha fazla ışık dalgasının yoğunluğunun doğrusal olmayan toplamıdır. Bu olguya, uzaydaki yoğunluğun maksimum ve minimum değerlerinin değişmesi eşlik eder. Dağılımına girişim deseni denir. Işık müdahale ettiğinde enerji uzayda yeniden dağıtılır.

Dalgalar ve onları harekete geçiren kaynaklar, eğer dalgalar arasındaki faz farkı zamana bağlı değilse uyumlu olarak adlandırılır. Dalgalar ve onları harekete geçiren kaynaklar, eğer dalgalar arasındaki faz farkı zamanla değişiyorsa, tutarsız olarak adlandırılır. Farkın formülü:

, Nerede , ,

8. Işığın girişimini gözlemlemek için laboratuvar yöntemleri: Young deneyi, Fresnel çift prizması, Fresnel aynaları. Girişim maksimum ve minimum konumunun hesaplanması.

Young'ın deneyi - Deneyde, arkasına bir projeksiyon perdesinin yerleştirildiği iki paralel yarığa sahip opak bir ekran ekranına bir ışık huzmesi yönlendirilir. Bu deney, dalga teorisinin kanıtı olan ışığın girişimini göstermektedir. Yarıkların özelliği, genişliklerinin yaklaşık olarak yayılan ışığın dalga boyuna eşit olmasıdır. Yuva genişliğinin girişim üzerindeki etkisi aşağıda tartışılmaktadır.

Işığın parçacıklardan oluştuğunu varsayarsak ( ışığın parçacık teorisi), daha sonra projeksiyon ekranında, ekranın yarıklarından geçen yalnızca iki paralel ışık şeridi görülebiliyordu. Bunların arasında projeksiyon ekranı neredeyse hiç ışıksız kalacaktı.

Fresnel çift prizması - fizikte - köşelerde çok küçük açılara sahip bir çift prizma.
Fresnel biprizması, bir ışık kaynağından iki tutarlı dalganın oluşmasına olanak tanıyan ve ekranda kararlı bir girişim deseninin gözlemlenmesini mümkün kılan optik bir cihazdır.
Frenkel çift prizması, ışığın dalga doğasını deneysel olarak kanıtlamanın bir yolu olarak hizmet eder.

Fresnel aynaları, tutarlı ışık ışınlarının girişimi olgusunu gözlemlemek için 1816'da O. J. Fresnel tarafından önerilen optik bir cihazdır. Cihaz, 180°'den yalnızca birkaç dakika farklı bir dihedral açı oluşturan iki düz ayna I ve II'den oluşur (Işığın Girişimi makalesindeki Şekil 1'e bakınız). Aynalar bir S kaynağından aydınlatıldığında, aynalardan yansıyan ışın demetlerinin, S'nin sanal görüntüleri olan uyumlu S1 ve S2 kaynaklarından yayıldığı düşünülebilir. Işınların üst üste bindiği alanda girişim meydana gelir. S kaynağı doğrusal (yarık) ve fotonların kenarına paralel ise, o zaman monokromatik ışıkla aydınlatıldığında, M ekranında yarığa paralel eşit aralıklarla koyu ve açık şeritler şeklinde bir girişim deseni gözlenir. kirişin örtüştüğü alanda herhangi bir yere monte edilebilir. Şeritler arasındaki mesafe ışığın dalga boyunu belirlemek için kullanılabilir. Fotonlarla yapılan deneyler ışığın dalga doğasının kesin kanıtlarından biriydi.

9. İnce filmlerde ışığın girişimi. Yansıyan ve iletilen ışıkta açık ve koyu şeritlerin oluşma koşulları.

10. Eşit eğimli şeritler ve eşit kalınlıkta şeritler. Newton'un girişim halkaları. Koyu ve açık halkaların yarıçapları.

11. Normal ışık gelişinde ince filmlerde ışığın girişimi. Optik aletlerin kaplanması.

12. Michelson ve Jamin'in optik girişimölçerleri. İki ışınlı interferometreler kullanılarak bir maddenin kırılma indeksinin belirlenmesi.

13. Işığın çok ışınlı girişimi kavramı. Fabry-Perot interferometresi. Aşamaları aritmetik bir ilerleme oluşturan, eşit genliğe sahip sonlu sayıda dalganın eklenmesi. Ortaya çıkan dalganın yoğunluğunun girişim yapan dalgaların faz farkına bağlılığı. Girişimin ana maksimum ve minimumlarının oluşumu için koşul. Çok ışınlı girişim deseninin doğası.

14. Dalga kırınımı kavramı. Dalga parametresi ve geometrik optik yasalarının uygulanabilirlik sınırları. Huygens-Fresnel ilkesi.

15. Fresnel bölgesi yöntemi ve ışığın doğrusal yayılımının kanıtı.

16. Yuvarlak bir delikten Fresnel kırınımı. Küresel ve düzlem dalga cephesi için Fresnel bölgelerinin yarıçapları.

17. Opak bir diskte ışığın kırınımı. Fresnel bölgelerinin alanının hesaplanması.

18. Yuvarlak bir delikten geçerken dalganın genliğini arttırma sorunu. Genlik ve faz bölgesi plakaları. Odaklama ve bölge plakaları. Kademeli faz bölge plakasının sınırlayıcı durumu olarak odaklama merceği. Lens bölgeleme.

Toplam iç yansıma

İç yansıma- dalganın daha yüksek kırılma indisine sahip bir ortamdan gelmesi koşuluyla, iki şeffaf ortam arasındaki arayüzden elektromanyetik dalgaların yansıması olgusu.

Eksik iç yansıma- Geliş açısının kritik açıdan küçük olması koşuluyla iç yansıma. Bu durumda ışın kırılan ve yansıyan olarak ayrılır.

Toplam iç yansıma- geliş açısının belirli bir kritik açıyı aşması koşuluyla iç yansıma. Bu durumda gelen dalga tamamen yansıtılır ve yansıma katsayısının değeri cilalı yüzeyler için en yüksek değerleri aşar. Ayrıca toplam iç yansımanın yansıması dalga boyundan bağımsızdır.

Bu optik olay, X-ışını aralığı da dahil olmak üzere geniş bir elektromanyetik radyasyon aralığı için gözlemlenir.

Geometrik optik çerçevesinde bu olgunun açıklaması önemsizdir: Snell yasasına dayanarak ve kırılma açısının 90°'yi aşamayacağını hesaba katarak, sinüsü, geometrik optiklerin oranından daha büyük olan bir geliş açısında bunu elde ederiz. Daha küçük kırılma indeksi daha büyük katsayıya göre, elektromanyetik dalganın birinci ortama tamamen yansıtılması gerekir.

Olayın dalga teorisine uygun olarak, elektromanyetik dalga hala ikinci ortama nüfuz ediyor - "tekdüze olmayan dalga" olarak adlandırılan, üstel olarak bozunan ve kendisiyle birlikte enerji taşımayan orada yayılır. Homojen olmayan bir dalganın ikinci ortama karakteristik nüfuz derinliği, dalga boyu düzeyindedir.

Işığın toplam iç yansıması

İki ortam arasındaki arayüze gelen iki tek renkli ışın örneğini kullanarak iç yansımayı ele alalım. Işınlar, kırılma indisi olan daha yoğun bir ortamın (daha koyu mavi renkle gösterilir) bir bölgesinden, kırılma indisi olan daha az yoğun bir ortamın (açık mavi renkle gösterilir) sınırına düşer.

Kırmızı ışın belli bir açıyla düşüyor yani ortamın sınırında çatallanır - kısmen kırılır ve kısmen yansıtılır. Işının bir kısmı belli bir açıyla kırılır.

Yeşil ışın düşüyor ve tamamen yansıtılıyor src="/pictures/wiki/files/100/d833a2d69df321055f1e0bf120a53eff.png" border="0">.

Doğada ve teknolojide toplam içsel yansıma

X-ışını yansıması

X-ışınlarının otlatma sırasındaki kırılması ilk olarak X-ışını aynasını geliştiren M. A. Kumakhov tarafından formüle edildi ve 1923'te Arthur Compton tarafından teorik olarak doğrulandı.

Diğer dalga olayları

Kırılmanın ve dolayısıyla toplam iç yansıma etkisinin gösterilmesi, örneğin farklı viskozite veya yoğunluktaki bölgeler arasındaki geçiş sırasında bir sıvının yüzeyindeki ve kalınlığındaki ses dalgaları için mümkündür.

Yavaş nötron ışınları için elektromanyetik radyasyonun toplam iç yansımasının etkisine benzer olaylar gözlenir.

Brewster açısında arayüze dikey olarak polarize bir dalga gelirse, tam kırılmanın etkisi gözlemlenecektir - yansıyan dalga olmayacaktır.

Notlar

Wikimedia Vakfı.

• 2010.
• Tam nefes

Değişimi tamamla

Diğer sözlüklerde “Toplam iç yansıma”nın ne olduğuna bakın: TOPLAM İÇ YANSIMA - yansıma el. mag. radyasyon (özellikle ışık), yüksek kırılma indisine sahip bir ortamdan iki şeffaf ortam arasındaki arayüze düştüğünde. P.v. O. geliş açısı i belirli bir sınırlayıcı (kritik) açıyı aştığında meydana gelir...

Toplam iç yansıma Fiziksel ansiklopedi

Toplam iç yansıma- Toplam iç yansıma. Işık n1 > n2 olan bir ortamdan geçtiğinde, gelme açısı a2 > apr ise toplam iç yansıma meydana gelir; geliş açısında a1 Resimli Ansiklopedik Sözlük - yüksek kırılma indisine sahip bir ortamdan iki şeffaf ortamın arayüzüne düştüğünde optik radyasyonun (bkz. Optik radyasyon) (ışık) veya başka bir aralıktaki elektromanyetik radyasyonun (örneğin radyo dalgaları) yansıması... ...

Diğer sözlüklerde “Toplam iç yansıma”nın ne olduğuna bakın: Büyük Sovyet Ansiklopedisi - elektromanyetik dalgalar, büyük kırılma indeksi n1 olan bir ortamdan, daha düşük kırılma indeksi n2 olan bir ortama, sinapr=n2/n1 oranıyla belirlenen apr sınır açısını aşan bir geliş açısıyla geçtiklerinde meydana gelir. Tam dolu... ...

Diğer sözlüklerde “Toplam iç yansıma”nın ne olduğuna bakın: Modern ansiklopedi - TAM İÇ YANSIMA, sınırda ışığın KIRILMASI olmadan YANSIMA. Işık daha yoğun bir ortamdan (örneğin cam) daha az yoğun bir ortama (su veya hava) geçtiğinde, ışığın sınırdan geçmediği bir kırılma açıları bölgesi vardır.

toplam iç yansıma Bilimsel ve teknik ansiklopedik sözlük - Işığın optik olarak daha az yoğun bir ortamdan yansıması ve düştüğü ortama tamamen geri dönmesi. [Önerilen terimlerin toplanması. Sayı 79. Fiziksel optik. SSCB Bilimler Akademisi. Bilimsel ve Teknik Terminoloji Komitesi. 1970] Konular… …

Diğer sözlüklerde “Toplam iç yansıma”nın ne olduğuna bakın:- elektromanyetik dalgalar, 2 ortam arasındaki arayüze eğik olarak geldiklerinde, radyasyon büyük kırılma indeksi n1 olan bir ortamdan daha düşük kırılma indeksi n2 olan bir ortama geçtiğinde ve geliş açısı i sınır açısını aştığında meydana gelir. ... Büyük Ansiklopedik Sözlük

toplam iç yansıma- elektromanyetik dalgalar, radyasyonun büyük kırılma indeksi n1 olan bir ortamdan daha düşük kırılma indeksi n2 olan bir ortama geçtiğinde ve geliş açısı i ipr sınır açısını aştığında, 2 ortam arasındaki arayüzde eğik geliş ile oluşur. . Ansiklopedik Sözlük