Скорость света при переход из одной среды в другую

Физический смысл показателя преломления(закон преломления путём рассуждений Гюйгенса) :

Показатель преломления равен отношению скорости световой волны в первой среде к скорости её во второй. Вследствие дисперсии при переходе света из одной среды в другую длина волны изменяется прямо пропорционально скорости его распространения.

Излучения с разными длинами волн имеют разную скорость распространения и следовательно разные показатели преломления. Показатель преломления = скорость света / скорость для среды. Показатель преломления больше 1.

Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе — оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны). Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость в ней:

· у красной области спектра максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления,

· у фиолетовой области спектра минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.

(!) Для определения длины волны электромагнитного излучения в какой-либо среде следует использовать формулу:

где — показатель преломления среды для излучения с данной частотой

ВЫВОД: все виды электромагнитных излучений(в т.ч. и свет) распространяются в пустоте со скоростью около 300 тыс. км/c .

с(скорость света) = длина волны *частоту

При переходе излучения из одной среды в другую скорость распространения электромагнитных колебаний изменяется в зависимости от показателя преломления среды для длинны волны данного излучения:

скорость = скорость распространения света в пустоте / показатель преломления новой среды.

Спектр

Спектр(от лат. призрак) -зависимость интенсивности излучения от его частоты(или длины волны). Образуется при испускании излучения возбудительными системами. Если в состоянии покоя-излучения нет.

Виды:

1) Сплошной(непрерывный) - излучают нагретые твёрдые тела ,высокотемпературная плазма и сильно сжатые газы при высоком давлении. Представлены все виды волн, идущие непрерывной чередой.

Если в спектре представлены волны всех длин, то такой спектр называют непрерывным или сплошным.Это сплошная разноцветная полоса, без разрывов и промежутков. Спектральная плотность интенсивности излучения, различно для разных тел. Если температура увеличивается, то спектральная плотность излучения перемещается в коротковолновую область спектра.

Непрерывные (сплошные) спектры, дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы и высокотемпературная плазма.

В сплошном спектре проявляются не только свойства излучающих атомов, но также взаимодействия атомов друг с другом

Примеры: солнце(высоко- темп. плазма),лампа накаливания, ксеноновая лампа, вспышки(лампы высок. давл.),свеча.

То есть: тв. тела, жидкие тела, светящиеся газы ,раскалённые металлы.

2) Линейчатый -состоит из узких пиков, которые называются линиями. Его излучают разряженные атомарные газы и ли пары.

Атомы: например, газы или пары малой плотности (гелий, неон, аргон),водород, кислород.

Примеры: светящиеся газы, пары, энергосберегательные лампы, лазеры, газоразрядные трубки, газоразрядные лампы, светодиод.

Проведем опыт: в пламя горелки внесем кусок асбеста, предварительно погруженный в раствор поваренной соли. Если смотреть в спектроскоп, то видно, как появляется яркая желтая линия на фоне слабого сплошного спектра. Эту линию дают пары натрия (вторая полоса сверху). В таблице спектров мы видим, также спектры водорода и гелия (полосы 3 и 4).

Цветные линии разной яркости, разделенные темными широкими промежутками, представляют собой линейчатые спектры.

Появление линейчатого спектра говорит о том, что вещество излучает свет только одних длин волн. На графике показано распределение спектральной плотности излучения в линейчатом спектре.

Спектры линейчатые дают вещества в газообразном атомарном состоянии.

Дело в том, что линейчатые спектры дают атомы газов, которые не взаимодействуют друг с другом. Такой тип спектров является основным.

Наблюдают линейчатые спектры с помощью спектроскопа, используя свечение газового разряда в трубке, заполненной газом или свечение паров вещества в пламени горелки.

3)Полосатый спектр излучают молекулы.

Свечения целых молекул. Состоит из отдельных полос, разделённых тёмными промежутками.

Это спектры, состоящие из полос разделенных темными широкими полосами. Полосатые спектры создают молекулы, в которых сильно взаимодействие атомов друг с другом.

Примеры: люминисфор, пары йода.

4)Спектры поглощения.

Вещества в возбужденном состоянии излучают световые волны. Вещество в обычном состоянии световые волны поглощают. Поглощение – зависит от частоты светового излучения. Например, зеленое стекло пропустит волны, соответствующие зеленому свету, а все остальные поглотит.

Если наблюдать прохождение белого света через холодный газ, то на непрерывном спектре источника света, можно увидеть темные линии поглощения. Холодный газ поглощает свет тех длин волн, которые он излучает в нагретом состоянии.

Темные линии на фоне сплошного спектра – это линии поглощения, которые в совокупности образуют спектр поглощения.

БИЛЕТ 4:

Фотометрия- раздел оптики, охватывающий вопросы измерения энергии света при его излучении, распространении, поглощении, рассеянии.

Кривая видности глаза:

Согласна теории цветное зрение Юнга - Гемгольца ощущение любого цвета можно получить смешиванием спектрально чистых излучений красного, синего и зелёного. В глазу есть только три типа светочувствительных приёмников. Они отличаются друг от друга областями спектральной чувствительности. Красный цвет- преимущественно на приёмники первого типа, зелёный- второго, синий- третьего. Сложением излучений таких трёх цветов в разных пропорциях можно получить любую комбинацию возбуждения всех трёх типов светочувствительных элементов, а значит и ощущение любого цвета. Ощущение белого - все рецепторы возбуждены.Чёрного- не возбуждены вообще.Кр+зел+син=белое пятно.Кр+син=фиолет,Зел+син=бирюз,Кр+зел=жёлт.

Чувствительность глаза зависит от длины волны. В среднем глаз наиболее чувствителен к излучению с длиной волны 5550(зелёный цвет).По мере удаления в обе стороны чувствительность глаза уменьшается и падает до нуля около 3900 и 7600.Это фиолетовая и красная границы видимой или визуальной области спектра.

Источники излучения:

1) Точечный -действие света излучается на расстоянии, настолько превосходящем радиусу светящегося шарика, что размеры последнего можно не учитывать.

Природные:

Природный или естественный радиационный фон (ПРФ / ЕРФ):

• первичное космическое излучение
• вторичное космическое излучение
• радиоактивные семейства
• радионуклиды, не входящие в ряды.
• радионуклиды земной коры, атмосферы, строительных материалов, пищи и воды

Выделяют также технологически измененный естественный радиационный фон.

Искусственные изотопные источники:

• неизотопные источники
• рентгеновские трубки, ускорители, синхротроны, магнетроны
• ядерные реакторы

Фотометрические величины

Для измерения фотометрических величин применяются две системы единиц : энергетическая и визуальная.

В энергетической системе излучения оцениваются сами по себе без их воздействия на приёмники .Эту систему называют абсолютной. Основная величина -мощность.

В визуальной системе те же излучения оцениваются по их воздействию на человеческий глаз(380-780 нм). Основная величина- световой поток.

Поток(мощность) излучения Ф-энергия излучения, переносимая в единицу времени. Измеряется в ваттах,в эргах в секунду, в калориях в секунду.Если излучение монохроматично ,то Ф= Ф волны. Если сложный спектральный состав,то Ф = сумме Ф длин волн.

Световой поток F -это мощность излучения,оценённая по воздействию на человеческий глаз. Измеряется в люменнах.

Освещённость (часто называют поверхностной плотностью потока излучения, падающего на освещаемую поверхность).

Е(э) -измеряется потоком излучения, падающим на единицу площади освещаемой поверхности. Измеряется в ваттах на кв метр,в эргах в сек на кв см. Е(э) = Ф/S

E(визуальная) - измеряется световым потоком,падающим на единицу площади освещаемой поверхности. Измеряется в люксах.Е= F/S

Светимость(поверхностная плотность потока излучения,испускаемого светящейся или отражающей поверхностью).

R(э)- измеряется полным потоком излучения ,испускаемого с единицы площади светящейся или отражающей свет поверхности. Единицы: ватт на кв метр. R(э)= Ф/ S

R (виз)- определяется полным световым потоком ,испускаемым с единицы площади светящейся или отражающей свет поверхности:

R=F/S. Измеряется в лм на кв метр.

Сила света - зависит не только от величины потока излучения,но и от направления, в котором её измеряют( угловая плотность потока излучения(светового потока)).

I(э. или визуальная) -определяется потоком излучения (или соответственно световым потоком), приходящимся на единицу телесного угла, в котором это излучение распространяется.

I(э) =Ф/w (в ваттах на стерадиан -Вт/ср)

I(виз)=F/w(свечах или лм/ ср. Сейчас в канделах(кд) ).

Яркость(поверхностно-пространственная плотность потока)-зависит не только от потока излучения, но и от угла ,под которым эта поверхность рассматривается. Это отношение силы света ,испускаемого или отражаемого в этом направлении к поверхности(площади ) излучателя (отражателя),видимы в этом же направлении.

1)Если наблюдение ведётся по нормали к плоскости участка S .В этом случае сила света участка S определяется как Iэ (перпендикуляр).Яркость:

B э (перпенд) =I э(перпенд) / S

2) Наблюдение ведётся под углом a к плоскости участка(Света в наш глаз придёт меньше).

B э = I(э) / S cos a

Измеряется в ваттах/ср * метр кв

Идеальный диффузор -поверхности, для которых сила света меняется пропорционально косинусу угла наблюдения ,тогда яркость таких поверхностей:

B = I/S

Яркость не зависит от угла наблюдения и одинакова во всех направлениях, т.е. поверхность подчиняется закону Ламберта. Например: светящаяся поверхность раскалённого металла, освещённая на просвет поверхность молочного стекла, отражающая свет ровная поверхность снега( Идеально рассеивающая поверхностьили идеальный диффузор).

СВЯЗЬ МЕЖДУ ОСВЕЩЁННОСТЬЮ И СИЛОЙ СВЕТА

Закон обратных квадратов:

Освещённость поверхности, создаваемая точечным источником света ,прямо пропорциональна силе света ,косинусу угла падения света и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до поверхности.

E= I* cos a/ r^2

E= I* cos a/ R^2

Следовательно, освещённость ,создаваемая точечным источником излучения ,подчиняется двум законам :

1) Освещённость меняется обратно пропорционально квадрату расстояний

2) Освещённость меняется пропорционально косинусу угла падения светового пучка на освещаемую поверхность.

Если световой пучок падает на освещаемую поверхность по нормали:

E= I/R^2

При малых расстояниях от плоскости измерений до источника света освещённость поверхности будет незначительно меняться с расстоянием и в пределе станет неизменяемой.

СВЯЗЬ МЕЖДУ ОСВЕЩЁННОСТЬЮ И ЯРКОСТЬЮ

p-коэффициент отражения( характеризует отраж. способность поверхности). Для повехности, подчиняющейся закону Ламберта:

B= p/п * E

Интенсивность - яркость определённая в энергетической фотометрии, не отнесённая к кривой чел. глаза. Это мощность источника света (лампочки) , но отнесенная к единичной площади (размерность — Вт/м2).

Световая отдача источника излучения (коэффициент полезного действия излучения) - отношение суммарного светового потока F ,испускаемого, отражаемого, пропускаемого каким-либо телом , к мощности его излучения Ф. Величина характеризует степень воздействия излучения данного тела на человеческий глаз.

ню = F/ Ф

Световая экспозиция(количество света, поверхностная плотность энергии излучения) -общее количество энергии, полученной единицей площади освещаемой поверхности за всё время освещения t.(Выдержка)

Измеряется в лк* с

H= E*t (если освещённость была пост. за время выдержки)

H= интеграл от t1 до t2 E(t) dt

Характеристики экспозиции : освещённость, яркость/

Телесный угол (w) -часть пространства, которая является объединением всех лучей, выходящих из данной точки (вершины угла) и пересекающих некоторую поверхность (которая называется поверхностью, стягивающей данный телесный угол).

Измеряется в стерадианах (ср)

Индикатриса рассеяния- диаграмма рассеяния.

Отражение бывает диффузным и зеркальным

Источники излучения в фотометрии:

Источники с нагретым телом (лампа накаливания, фотолампы)

Газоразрядные лампы

Полупроводниковые источники света (диод, лампа)