Тема 3.2.19 Поляризація світла. Методи одержання поляризованого світла.

План

1 Природне і поляризоване світло.

2 Поляризація світла при його відбиванні і заломленні.

 

Література:

[1] Чолпан П.П. Фізика: Підручник. – К.: Вища шк., 2004. – 567 с. § 12.7

 

1 Якщо у світловій хвилі вектор Е коливається в різних напрямах у площині, перпендикулярній до напряму поширення хвилі, то світло називається природним.

Якщо вектор Е коливається тільки в одному напрямі, перпендикулярному до променя, то світло називають плоскополяризованим. Площину А, яка проходить через напрям коливань вектора Е і промінь називають площиною коливань.

Площину А, яка проходить через напрям коливань вектора Е і промінь називають площиною коливань.

Площину М, яка проходить через промінь і перпендикулярна до напряму коливань вектора Е, тобто площину, в якій коливається вектор В, називають площиною поляризації.

Поляризоване світло можна добути при його відбиванні і заломлені від межі поділу двох діелектриків.

2 Якщо кут падіння задовольняє умову tgi_Б = n, де n – відносний показник заломлення двох середовищ, то відбитий промінь буде поляризований повністю, а заломлений – тільки частково. Співвідношення tgi_Б = n називають законом Брюстера, кут i_Б – кутом Брюстера або кутом повної поляризації.

 

Контрольні запитання

1 Коли світло називається природним?

2 Коли світло називають плоскополяризованим?

3 Що називають площиною коливань і площиною поляризації?

4 Як виглядає закон Брюстера?

5 Як по іншому називають кут Брюстера?

 

 

Змістовий модуль 3.2 Магнетизм. Магнітне поле електричного струму.

 

Лекція № 23

Тема: Гіпотеза Планка. Формула Планка. Закони зовнішнього фотоефекту. Закон Ейнштейна.

 

План

1 Гіпотеза Планка.

2 Явища, пов’язані з поглинанням оптичного випромінювання речовиною.

3 Закони зовнішнього фотоефекту.

4 Теорія фотоефекту.

 

Література:

 

[2] За редакцією І.Є. Лопатинського. Зачек І.Р., Кравчук І.М., Романишин Б.М. та ін. Курс фізики:

Навчальний підручник. – Львів: Видавництво «Бескид Біт», 2002 р. – 367 с. (§ 108-§109)

 

1 У класичній фізиці припускається, що енергія будь-якої системи може змінюватись неперервно, набираючи будь-яких, як завгодно близьких значень. За квантовою гіпотезою Планка енергія ε_v осцилятора може набувати тільки певних дискретних значень, які дорівнюють цілому числу елементарних порцій-кватнів енергії ε_v0:

 

ε_v = n ε_v0 (n= 0,1 ….).

Згідно з гіпотезою Планка атоми і молекули випромінюють енергію окремими порціями, або квантами, величина яких ε = hv. Величина h називається сталою Планка.

H = (6,626176 ± 0,000036) * 10^-34 Дж*с

 

 

2 Поглинання оптичного випромінювання в речовині часто супроводжується електричними явищами, які отримали назву фотоелектричного ефекту.

Розрізняють: 1) зовнішній фотоефект – виривання електронів з речовини під дією світла; 2) внутрішній фотоефект, при якому відбувається лише збільшення кількості вільних електронів всередині речовини, але вони не виходять назовні; 3) фотогальванічний ефект, при якому на границі поділу двох напівпровідників під впливом опромінювання виникає електрорушійна сила (за відсутності зовнішнього електричного поля); 4) фотоефект в газоподібному середовищі, який полягає у фотоіонізації окремих молекул або атомів.

 

 

3 Зовнішній фотоефект спостерігається у твердих тілах (металах, напівпровідниках, діелектриках), а також у газах. Фотоефект відкрив у 1887 р. Г.Герц, який виявив, що при освітленні негативного електрода іскрового розрядника ультрафіолетовими променями розряд відбувається при меншій напрузі між електродами, ніж без такого освітлення.

Перші фундаментальні дослідження фотоефекту виконані в 1888 – 1889 р.р. О.Г. Столєтовим за допомогою установки, що показана на рисунку. Конденсатор, утворений дротяною сіткою з міді і суцільною цинковою пластинкою, був послідовно ввімкнений з гальванометром G в коло акумуляторної батареї Б. При освітленні негативно зарядженої пластини світлом від джерела у колі виникав електричний струм, який називається фотострумом.

На основі своїх дослідів Столєтов дійшов таких висновків: 1) найбільшу дію чинять ультрафіолетові хвилі; 2) сила струму зростає із збільшенням освітленості пластини; 3) заряди, які випускаються під дією світла, мають від’ємний знак.

Дослідами встановлено такі основні закони зовнішнього фотоефекту:

1. Закон Столєтова: при фіксованій частоті падаючого світла кількість фотоелектронів, що вириваються з катода за одиницю часу, пропорційне до інтенсивності світла.

2. Максимальна початкова швидкість фотоелектронів не залежить від інтенсивності падаючого світла, а визначається лише його частотою v, а саме лінійно зростає із збільшенням частоти.

3. Для кожної речовини існує «червона межа» фотоефекту, тобто максимальна довжина хвилі λmax, при якій спостерігається фотоефект. Величина λmax залежить від хімічної природи речовини і стану його поверхні.

Столєтовим була встановлена фактична без інерційність зовнішнього фотоефекту. Проміжок часу між початком освітлення і початком фотоструму не перевищує 10^-9 с.

 

 

4 Фотоефект не можна пояснити з погляду хвильової теорії світла.

А. Ейнштейн в 1905 р. показав, що явище фотоефекту і його закономірності можуть бути пояснені на основі запропонованої ним квантової теорії фотоефекту.

Згідно з Ейнштейном світло частотою v не лише випромінюється, але і поширюється в просторі і поглинається речовиною окремими порціями, енергія яких ε = hv. Поширення світла треба розглядати не як непереривний хвильовий процес, а як потік локалізованих у просторі дискретних світлових квантів, що рухаються зі швидкістю поширення світла у вакуумі. Ці кванти електромагнітного випромінювання отримали назву фотонів.

За Ейнштейном кожний квант поглинається лише одним електроном. Тому кількість вирваних фотоелектронів повинна бути пропорційна до кількості поглинутих фотонів, тобто пропорційне до інтенсивності світла (1 закон фотоефекту). Безінерційність фотоефекту пояснюється тим, що передача енергії при зіткненні фотона з електроном відбувається майже миттєво.

Енергія падаючого фотона витрачається на виконання електроном роботи виходу А з металу і на надання електрону, який вилетів, кінетичної енергії За законом збереження енергії

Це рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту.

 

 

Контрольні запитання

1 Назвіть гіпотезу Планка.

2 Які фотоефекти ви знаєте?

3 Назвіть основні закони зовнішнього фотоефекту.

4 Як виглядає рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту?