Exit

Уроки онлайн

Уровень

Оптические явления

Оптические явления

Как было сказано выше, излучения – это поток элмов обладающий кинетической энергией, испускаемый инерционной массой в результате её распада (гравитационного или вторичного). 
Каждый элм потока излучения обладает кинетической энергией движения и вращения: 
Ep(kin) = Ed + Ev 
В зависимости от количества элементарных элмов в сцепке, сцепка из элмов или просто элм обладает определённой энергией движения и частотой вращения.
Во время движения, до столкновения с объектом взаимодействия, элм энергию не теряет. При столкновении элма с другим элмом, э.р.м., э.с.м., ин.м., происходит передача энергии встреченному объекту. 
Энергия вращения элма наблюдателем (его органами чувств или приборами) отмечается, как тепловое излучение, световое излучение, ультрафиолетовое излучение и другое. 
Энергия вращения элмов (Ев ) после взаимодействия с материальным телом (м.т.) переходит в колебательную энергию структур м.т. ( изменяя его теплоту).
Кинетическая энергия элма (Ед ) в момент взаимодействия элма с м.т. переходит во внутреннюю энергию связей данного элма со структурами ин.м..

а) Поглощение света.

При полном поглощении света каждый элм из потока светового излучения, взаимодействуя со структурами м.т., отдаёт энергию ( Ep ) структурам м.т. полностью (Ed + Ev)
При неполном поглощении света часть элмов столкнувшись со структурами м.т., отражаются от них, изменяя направления. При этом часть энергии Ev переходит в энергию колебаний структур м.т., отразивших элм. Элм от данной м.т. отражается с полной кинетической энергией движения Ед уменьшенной частотой вращения (Ev − ΔEv), где ΔEv – потеря кинетической энергии вращения.
Другая часть элмов при неполном поглощении полностью взаимодействует со структурами м.т., полностью отдавая им (Ed + Ev)
Материальные тела, отражающие падающие на них элмы, воспринимаются наблюдателем как источники света. Наблюдатель видит каждый источник света, как излучающий, так и испускающий отражённый свет. Потоки элмов, несущие свет наблюдатель не видит, поскольку, как сказано выше, элм при своём движении энергию не теряет. Передача энергии от элма происходит только при взаимодействии элма с м.т.. 

б) Прохождение света через оптически прозрачную среду (ОПС).

Основное условие передачи светового излучения – возможность беспрепятственного движения потока вращающихся элмов. 
Движение потока света в космическом пространстве рассмотрено выше. Там световой поток, взаимодействуя со встречными потоками, частично изменяет скорость движения, частоту вращения и направления их движения.
Прохождение потока света – вращающихся сцепок из элементарных элмов – через инерционную массу (т.е. плотную среду) возможно по причине дискретного характера инерции, как сцепки, так и связей инерционной массы, из которых состоят атомы и, в конечном итоге, вся инерционная масса.
Прохождение потока света через ОПС возможно только для веществ с определёнными межатомными объединениями.
Настоящая классификация рассматривает наличие пяти групп, отличающихся своими светопроводящими свойствами: 

  1. газы;
  2. жидкости;
  3. вещества с текучей фазой;
  4. кристаллы;
  5. непрозрачные вещества.

Рассмотрим прохождение света через каждую из сред. 
Газы. Представляют собой скопления атомов определённой структуры, не связанных между собой регулярными межатомными объединениями. Инерция каждого из атомов дискретна. Вероятность гр.ра.м. в каждом атоме за время прохождения сцепки ничтожно, передача сил от атома к атому при гр.ра.м. не происходит, поэтому все газы хорошо пропускают сцепки.
Жидкости. Представляют собой скопление атомов, простых или сложных веществ, соединённых между собой в продольные структуры (нити). Передача сил реакций от вылетевших элмов при гр.ра.м. происходит вдоль нити, поэтому затруднена. Жидкости с продольными межатомными структурами объединений хорошие проводники сцепок – носителей света. 
Вещества с текучей фазой (лёд, стекло, воск, плексиглас и др.). Как и в жидкостях, в этих веществах атомы и молекулы соединены между собой в продольные структуры. Но продольные структуры имеют дополнительные соединения между отдельными нитями. Эти связи ограничивают подвижность продольных нитей, а, значит, создают лучшие условия для передачи сил реакций при вылете элмов от связей атомов, где произошёл гр.ра.м., к связям, с которыми столкнулся элм – носитель света. 
Поэтому такие вещества пропускают световое излучение с большей его потерей, чем вещества из пунктов 1) и 2).
Вещества из пунктов 1), 2), 3), в силу их строения, - вещества с ограниченной возможностью передачи силы инерции от распадающихся фрагментов к связям, с которыми сталкиваются сцепки. Поэтому они пропускают элмы – носителей светового излучения. Как было сказано выше, часть энергии элмов при этом теряется . Теряется энергия движения (Ed ) и энергия вращения (Ev ) элма, т.е. уменьшаются скорость движения и частота вращения элмов. 
Поэтому скорость света, прошедшего через любую ОПС меньше скорости света в том же луче от того же источника, измеренной до вхождения в ОПС. Скорость света, прошедшего через ОПС, при этом будет равной: 
SP = kSv / l ,
где: SP - скорость светового луча, прошедшего через ОПС,
Sv – скорость светового луча до момента вхождения в ОПС,
L – это расстояние, прошедшее световым лучом в ОПС,
К – это коэффициент ослабления скорости света в данной ОПС.
При прохождении света через ОПС уменьшается скорость вращения элмов, поэтому снижается цветовая температура луча. Цветовая температура будет равна:
(tsv) = k(t.)T(i.) / l,
Где: T(tsv.)- цветовая температура луча, прошедшего через ОПС,
T(i.) - цветовая температура исходного луча,
l - расстояние, прошедшее световым лучом в ОПС,
k(t.)- коэффициент снижения температуры данной ОПС.
Прохождение светового луча через кристаллические веществах (алмаз, окись алюминия, кварц, хлористый натрий).
Внутриатомные связи сосредоточены между собой определённым образом так, что представляют собой каналы, по которым, как по пустоте могут пролетать вращающиеся элмы – носители светового излучения. Будем называть это явление канальной прозрачностью. При прохождении элмов через такие вещества также наблюдается потеря скорости светового луча и цветовой температуры, объясняемые неоднородностями и нарушениями строения кристаллических веществ.

а) Особый интерес представляет собой прохождение светового луча через поляризованные кристаллы (турмалин). Турмалин, как все кристаллические вещества, обладает канальной прозрачностью, но его каналы вытянуты в поперечном направлении распространения света направлении так, что (см. рис. 1) ширина канала меньше длины элма, а высота канала превосходит размеры элма. В нашем случае (на рис.1) сквозь канал пройдут элмы «1» и будут задержаны элмы «2».
Оптические явления
б)ослаблении светового потока при прохождении через прозрачное вещество с канальной прозрачностью. Прозрачность такого вещества зависит от качества светопроводящих каналов, т.е. таких областей вещества, через которые элмы, обладающие кинетической энергией вращения в определённой плоскости, совпадающей с большей осью сечения каналов, беспрепятственно проходят, с минимальной потерей кинетической энергии вращения.
Если кристаллическое вещество обладает поляризационными свойствами, т.е. ширина светопроводящих каналов вещества меньше размеров элма, то прошедший через это вещество световой поток тем меньше, чем уже ширина каналов. Поляризация же света будет тем выше, чем уже ширина. Световой поток будет предельно поляризован в том случае, когда ширина поляризационного канала будет равна меньшей оси элма. В этом случае через канал пройдут только элмы, плоскость вращения которых совпадает с плоскостью, проходящей через большую ось канала (см. рис 2).
Оптические явления
Все остальные элмы будут задержаны каналом. Проходящий через поляризатор световой поток будет равен:
P(pr.) = kokpPi,
Где: P(pr.) - прошедший через поляризатор световой поток,kO - коэффициент ослабления материала,
kP - коэффициент поляризации,
Pi - исходный световой поток.
Непрозрачные вещества( все твёрдые вещества, кроме веществ из пунктов 3) и 4) ).
Атомы представляют собой жёсткие пространственные конгломераты с неупорядоченными между атомами соединениями, обладающие хорошей проходимость сил реакции к любой из связей, с которой взаимодействуют элмы потока света.
Поэтому с любой связью таких веществ элмы потока света реагируют как с телом, обладающим постоянным характером инерции, т.е. не отклоняют их, а реагируют с ними с потерей энергии (Ep ). Часть элмов светового потока при этом может изменить направление движения, т.е. световой поток может быть отражён от непрозрачного тела. 

в) Преломление света.

Как известно, световой луч, проходя через ОПС, изменяет направление своего распространения на границах оптических сред, если направление этого луча не перпендикулярно границе изменения плотности сред. Происходит это по следующей причине (см. рис. 1.) 

Оптические явления

Элм e1– достигнет границы изменения сред I , имея энергию движения (Ed ) и энергию вращения (EV ) в какой-то определённой фазе своего вращения, но в любом случае большинство из элмов достигают своей большой осью границы изменения сред I, в т. а раньше, чем в т. б. В то время, как та часть элма, которая столкнулась с плотной средой в т.а движется в плотной среде, другая часть элма, которая войдёт в плотную среду ч т. б, продолжает двигаться в менее плотной среде.
Механизм изменения скорости элмов в ОПС рассмотрен выше. Здесь мы напомним, что скорость движения потока в ОПС более плотной меньше, чем скорость потока в более плотной ОПС. По этой причине при вхождении потока элмов в оптическую среду с большей или меньшей плотностью под углом к границе сред ≠ 90˚, на каждый элм потока действует сила, отклоняющая его от первоначальной траектории. Происходит изменение направления движения каждого элма, а, значит, и потока света, т.е. происходит преломление света по известным законам.
При выходе элма из более плотной ОПС под углом ≠ 90˚ происходит тоже самое: часть элма в точк а а раньше выйдет из плотной среды и дальше будет двигаться в среде с меньшим сопротивлением, в то время, как другая часть элма продолжает двигаться в более плотной среде до выхода из неё в точка б.
Возникающие при этом силы, действующие на каждый элм потока, отклоняют каждый элм (точнее, каждый из элмов отклоняется на различный угол, в зависимости от фазы вращения, в которой они находятся при изменении сред, но в процессе движения потока все элмы потока синхронизируются) в ту сторону из которой элмы выходят позже на тот же уровень, под которым поток света входил в более плотную среду ( < Α ), в случае параллельности границ сред (I и II).
Строго говоря, угол отклонения потока от границы II ( < β) меньше угла, под которым поток света входит в среду II ( < Α) по той причине, что уменьшилась скорость движения луча при его движении в оптически более плотной среде. А значит, и отклонение элмов, зависящее от их скорости, уменьшилось, т.е.  :
< Alpha 
e < eta.

г) Рассеивание светового потока при его движении в ОПС.

Происходит всегда по причине взаимодействия каждого из элмов потока с различными фрагментами ОПС (см. рис. 1). 

Оптические явления

Элм, продвигаясь сквозь ОПС, может испытать многократные отклонения, которые происходят при каждом взаимодействии элма с фрагментами этой среды.
При вхождении луча света в ОПС отдельные элмы встречаются с фрагментами ОПС не в одной точке или сечении, а на длительном, по сравнению с размером элма, протяжении, поскольку ОПС, как и любая другая инм, представляет собой неоднородную структуру, состоящую из отдельных, связанный между собой фрагментов, не имеющую резких, геометрических границ (в виде плоскостей, сфер и т.д.). По этой причине отклонения различных элмов луча, испытавших даже одинаковое количество столкновений с фрагментами массы ОПС и отклонившимися при каждом своём столкновении на один и тот же угол, будут различны, поскольку при вхождении и выходе из ОПС различные элмы попадают и выходят из ОПС в различных точках.
При вхождении сквозь ОПС светового потока, состоящего из элмов с различной частотой вращения, соответствующей различным спектрам света, происходят различные по величине отклонения для различных частот вращения при каждом столкновении элмов с фрагментами ОПС. 
Казалось бы, что по этой причине должно было бы наблюдаться разложение светового луча на спектр. Однако такового не происходит. Элмы с большей частотой вращения, соответствующей более высоком частотам спектра, отклоняются при каждом своём столкновении на больший угол; с меньшей частотой - на меньший угол. Но т.к. направления отклонений при каждом столкновении произвольны, разложение светового потока на спектр не происходит.