Brewster Angle
Ilustrácia polarizácie dopadu odrazeného svetla na mediálne rozhranie v Brewsterovom uhle
Brewsterov zákon - zákon optiky vyjadrujúci vzťah medzi indexom lomu a uhlom, pri ktorom je svetlo odrazené od rozhrania úplne polarizované v rovine kolmej na rovinu dopadu, a lomený lúč je čiastočne polarizovaný v rovine dopadu a polarizácia lomového lúča dosiahne svoju maximálnu hodnotu. Je ľahké dokázať, že v tomto prípade sú odrazené a lomené lúče vzájomne kolmé. Nazýva sa zodpovedajúci uhol roh Brewstera.
Brewsterov zákon: 
kde n 12 je index lomu druhého média vzhľadom k prvému, 9 Br - uhol dopadu (Brewsterov uhol).
Ak sa odrazí z jednej platne v Brewsterovom uhle, intenzita lineárne polarizovaného svetla je veľmi malá (asi 4% intenzity dopadajúceho lúča). Z tohto dôvodu sa na zvýšenie intenzity odrazeného svetla (alebo na polarizáciu svetla prepúšťaného do skla v rovine rovnobežnej s rovinou dopadu) používa niekoľko spojených dosiek naskladaných v päte - nohe Stoletova. Je ľahké sledovať, čo sa deje na výkrese. Nechajte lúč svetla dopadnúť na hornú časť chodidla. Úplne polarizovaný lúč (asi 4% počiatočnej intenzity) sa odrazí od prvej dosky, úplne polarizovaný lúč (asi 3,75% počiatočnej intenzity) sa odrazí od druhej dosky, atď. V tomto prípade bude lúč vychádzajúci z chodidla zdola stále viac polarizovaný v rovine rovnobežnej s rovinou dopadu, keď sa dosky pridávajú.
Dve fotografie toho istého miesta nasnímané kamerou s polarizačným filtrom sa otáčali v rôznych uhloch. Na ľavej fotografii je filter otočený tak, že úplne prenáša svetlo odrazené od povrchu. Na pravej fotografii je otočená o 90 °, takže odrazené svetlo je takmer úplne odfiltrované a oslnenie zmizne.
Úplné lom
Úplné lom - účinok, ktorý sa prejavuje vo výskyte pozdĺžne rovinne polarizovaných vĺn na rozhraní odlišných médií a ktorý spočíva v neprítomnosti odrazenej vlny. Účinok je možné pozorovať iba v prípade poklesu toku vertikálne polarizovanej vlny (smer vektora elektromagnetického poľa je v rovine dopadu) na rozhraní medzi médiami v Brewsterovom uhle. V tomto prípade podľa zákona lomu budú v odrazenom prúde obsiahnuté iba horizontálne polarizované komponenty a keďže dopadajúci prúd neobsahuje horizontálne polarizované vlny, energia odrazeného prúdu bude 0 (to znamená, že chýba). Takže všetka energia dopadajúceho prúdu bude v lomených vlnách.
Koncept úplné lom dôležité pre rádiokomunikáciu: väčšina bičových antén vyžaruje presne vertikálne polarizované vlny. Ak teda vlna dopadne na rozhranie (zem, voda alebo ionosféra) pod Brewsterovým uhlom, nebude existovať žiadna odrazená vlna, kanál nebude prítomný.
literatúra
- Sivukhin D.V. Kurz všeobecnej fyziky. - 3. vydanie, stereotypné. - M .: Fizmatlit, MIPT, 2002. - T. IV. Optika. - 792 s. - ISBN 5-9221-0228-1
- Saveliev I.V. Kurz všeobecnej fyziky. Zväzok 2. Elektrina a magnetizmus. Vlny. Optika. M., 1978
Externé odkazy
Nadácia Wikimedia. 2010.
Zistite, čo je Brewster Angle v iných slovníkoch:
brewsterov uhol - Uhol dopadu, pri ktorom sa svetlo s elektrickým vektorom ležiacim v rovine dopadu neodráža. [Zbierka odporúčaných výrazov. Vydanie 79. Fyzikálna optika. Akadémia vied ZSSR. Výbor pre vedeckú a technickú terminológiu. 1970] ... ...
brewsterov uhol - Briusterio kampas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Brewster uhol vok. Brewsterscher Winkel, m; Brewster Winkel, m. Uhol pivovaru, m pranc. uhol Brewster, m ... Fizikos terminų žodynas
celkový polarizačný uhol - Brewster uhol - [anglicko-ruský gemologický slovník. Krasnojarsk, KrasBerry. 2007.] Témy gemológia a výroba šperkov Synonymá Brewster uhol EN Brewster uhol ... Referencia technického prekladateľa
BRUSSTERS LAW: ak svetelný lúč dopadne pod uhlom na dielektrikum? ktorého dotyčnica sa rovná indexu lomu (Brewsterov uhol), svetlo odrazené od povrchu dielektrika je úplne polarizované. Založená D. Brewsterom v roku 1815 ... Veľký encyklopedický slovník
BRUSSTERS LAW: ak svetelný lúč dopadne na povrch dielektrika v uhle j, ktorého dotyčnica sa rovná indexu lomu (Brewsterov uhol), potom svetlo odrazené od povrchu dielektrika je úplne polarizované. Založená D. Brewsterom v roku 1815 ... Encyklopedický slovník
Ak svetelný lúč dopadne na dielektrický povrch v uhle φ, ktorého dotyčnica sa rovná indexu lomu (Brewsterov uhol), potom svetlo odrazené od dielektrického povrchu je úplne polarizované. Založená D. Brewsterom v roku 1815 ... Encyklopedický slovník
Ak svetelný lúč narazí na dielektrický povrch pod uhlom φ (phi), dotyčnica sa rovná indexu lomu (Brewsterov uhol), potom svetlo odrazené od dielektrického povrchu je úplne polarizované. Založená D. Brewsterom v roku 1815 ... Prírodná história. Encyklopedický slovník
Vzťah medzi indexom lomu dielektrika a uhlom dopadu j prírodného (nepollarizovaného) svetla na neho, keď je svetlo odrazené od povrchu dielektrika úplne polarizované. V tomto prípade sa odráža iba komponent Es ... Fyzická encyklopédia
Uhol dopadu svetelného lúča, keď je svetlo odrazené od dielektrika úplne polarizované. (pozri BRUSTER LAW, ODRAZ SVETLA). Fyzický encyklopedický slovník. M.: Sovietska encyklopédia. Šéfredaktor A. M. Prokhorov. 1983 ... Fyzická encyklopédia
Uhol dopadu svetelného lúča, pri ktorom je svetlo odrážané od dielektrika, je úplne polarizovaný. Pozri Brewsterov zákon ... Veľká sovietska encyklopédia
Mechanizmus polarizácie je založený na interakcii elektromagnetickej vlny s valenčnými elektrónmi dielektrika.
Nechajte lúč svetla dopadnúť na rozhranie medzi vzduchom a sklom (obrázok 1). Vyberáme súradnicový systém tak, aby sa rovina zhodovala s rovinou oddelenia média a rovina sa rovnala rovine dopadu. Pádové lietadlo nazývaná rovina prechádzajúca cez dopadajúci lúč, odrazený lúč a kolmá na rovinu dopadu. Ľubovoľný stav polarizácie v dopadajúcej vlne môže byť predstavovaný ako dve zložky. Jedna zo zložiek má elektrické pole v rovine dopadu, a preto je vzhľadom na priečnu povahu elektromagnetickej vlny magnetický vektor kolmý na rovinu dopadu. Taký komponent je označený TM(Obrázok 2a). Nazýva sa kolmá zložka TE(Obrázok 2b). Usporiadanie vektorov vĺn a intenzity dopadajúcich, odrazených a lomových vĺn sú znázornené na obrázku 2a, 2b.
Vzťahy medzi amplitúdami incidentu, odrazených a lomových vĺn sú známe ako fresnelove vzorce .
Pre komponenty TM:
(6)
Pre komponenty TE:
kde sú koeficienty odrazu a lomu svetla pre komponent TM, respektíve pre zložku TE, je uhol dopadu vlny na rozhraní medzi dvoma médiami, je uhol odrazu, je uhol lomu, je absolútny index lomu vzduchu, je absolútny index lomu skla.
Absolútny index lomu média ukazuje, koľkokrát fázová rýchlosť elektromagnetickej vlny vo vákuu prekračuje fázovú rýchlosť vlny v tomto médiu:
Relatívny index lomu dvoch médií ukazuje, koľkokrát fázová rýchlosť elektromagnetickej vlny na jednom médiu prekračuje fázovú rýchlosť vlny na inom médiu:
Z definícií indexov lomu vyplýva zrejmý vzťah medzi nimi:
Koeficienty odrazu amplitúdy sú v tomto prípade skutočné hodnoty. Preto sa fázy odrazených, lomených a dopadajúcich vĺn zhodujú alebo sú opačné. Upozorňujeme, že smery vybrané pre naše vektory ako pozitívne sú, samozrejme, ľubovoľné (rovnako ako v prípade každého geometrického problému). Zistené vzťahy majú všeobecný význam, pokiaľ sa pri našej úvahe pridržiavame rovnakého zápisu. Náš výber pozitívnych smerov znamená najmä to, že dopadajúce, odrazené a lomené vlny sa zhodujú vo fáze, ak majú amplitúdy rovnaké znaky, a sú vo fáze opačné, ak sa príznaky líšia.
Z vzorcov 6 a 8 vyplýva, že pre každú hodnotu uhlov znakov znaku sa zhodujú. To znamená, že ich fázy na rozhraní sa tiež zhodujú, to znamená, že lomená vlna vo všetkých prípadoch zachováva fázu dopadu bez zmeny. V prípade zložiek odrazenej vlny sa v závislosti od uhla dopadu a hodnoty indexu lomu v médiu uskutočnia rôzne vzťahy, najmä pri (t. J. At) sú na znamenie opačné. To znamená, že keď sa odrazí od hustejšieho média, stratí sa polovica vlny, fázové skoky počas odrazu sú rôzne a rozdiel fázového skoku je radián.
Z vzorca 5 tiež vyplýva, že s. Podmienka je splnená s hodnotou uhla dopadu
Nazýva sa zodpovedajúci uhol roh Brewstera a nazýva sa zmiznutie koeficientu odrazu brewsterov zákon , To znamená, brewsterov uhol - je to uhol dopadu elektromagnetickej vlny na rozhraní medzi dvoma médiami, pri ktorých sú odrazené a lomené lúče úplne polarizované.Brewsterov zákon možno formulovať takto: dotyčnica Brewsterovho uhla sa rovná pomeru indexu lomu média, do ktorého elektromagnetická vlna prechádza k indexu lomu média, z ktorého sa vlna šíri.
Rozdiel vo fázových skokoch na radián znamená, že dielektrická odrazová plocha pôsobí rovnakým spôsobom ako fázová doska c. Táto skutočnosť sa dá ľahko experimentálne overiť a je dôsledkom skutočnosti, že svet odrážaný v zrkadle má opačnú symetriu - pravica sa stáva vľavo a naopak. To isté platí pre stav polarizácie svetla - smer polarizácie počas odrazu sa mení opačným spôsobom.
Fyzikálna interpretácia významu Brewsterovho zákona môže byť poskytnutá na základe konceptu sekundárnych vĺn emitovaných atómami alebo molekulami hmoty. Dopadajúca vlna v druhom médiu excituje vibrácie elektrónov, ktoré sa stávajú zdrojmi sekundárnych vĺn: tieto vlny poskytujú odrazené svetlo. Smer elektrónových kmitov sa zhoduje so smerom elektrického vektora svetelnej vlny, to znamená, že pre druhé médium je kolmá na lomovú vlnu.
Predstavte si, že svetlo s elektrickým vektorom v rovine výkresu dopadá na Brewsterov uhol. To znamená, že odrazený lúč je kolmý na lámaný lúč, Je však známe, že kmitajúci elektrický náboj nevydáva elektromagnetické vlny pozdĺž svojho smeru pohybu, to znamená, že v smere odrazenej vlny nedochádza k žiadnym odrazom.
Koeficienty odrazu energie pre tieto dve polarizácie sa získajú zo vzorcov 5 a 6 pomocou štvorcového porovnania. Závislosť koeficientov odrazu energie od uhla dopadu je znázornená grafom (obrázok 3).
Obrázok 3. Závislosť koeficientu odrazu energie priehľadného dielektrika od uhla dopadu (pre sklo c).
Počas normálneho výskytu sú koeficienty odrazu pri dvoch polarizáciách rovnaké, pretože pojem polarizácie stráca svoj význam a koeficient odrazu
Vzorec (13) nevyplýva priamo z Fresnelových vzťahov, pretože vzorce (5) a (7) majú neistotu formy.
Z vzorca (13) vyplýva, že koeficient odrazu pri normálnom výskyte je väčší, čím vyšší je index lomu.
Z grafu (obrázok 3) vyplýva, že koeficient odrazu pri TE polarizácii vo všetkých uhloch dopadu je väčší ako koeficient odrazu pri TM polarizácii. Tento pomer medzi koeficientmi odrazu je zachovaný pre viacvrstvové povlaky.
Ak prirodzené svetlo dopadne na rozhranie medzi dvoma dielektrikami (napríklad vzduchovým sklom), jeho časť sa odrazí a časť sa lomí a šíri v druhom médiu.
Brewsterov zákon:
V uhle dopadu rovnom Brewsterovmu uhlu i b p: 1. lúč odrazený od rozhrania dvoch dielektrik bude úplne polarizovaný v rovine kolmej na rovinu dopadu; 2. stupeň polarizácie lámaného lúča dosahuje maximálnu hodnotu menšiu ako jednota; 3. Lomený lúč bude čiastočne polarizovaný v rovine dopadu; 4. Uhol medzi odrazeným a lomom lúčom sa rovná 90 °; 4. Tečna Brewsterovho uhla sa rovná relatívnemu indexu lomu
Brewsterov zákon.
n 12- index lomu druhého média vo vzťahu k prvému. Uhol dopadu (odraz) je uhol medzi dopadajúcim (odrazeným) lúčom a kolmým k povrchu. Pádové lietadlo - rovina prechádzajúca dopadajúcim lúčom a kolmá na povrch.
Stupeň polarizácie lámaného svetla sa môže výrazne zvýšiť viacnásobným lomom za predpokladu, že svetlo dopadne na rozhranie v Brewsterovom uhle. Ak na sklo ( n \u003d 1,53) stupeň polarizácie lámaného lúča je ~ 15%, potom po lome na 8 až 10 sklenených doskách, ktoré sú na seba naviazané, bude vyžarované svetlo takmer úplne polarizované - stoletovova noha.
Polarizované svetlo sa dá získať prirodzeným použitím polarizátory - anizotropné kryštály prenášajúce svetlo iba jedným smerom (islandský nosník, kremeň, turmalín).
Polarizátor, ktorý analyzuje polarizované svetlo, sa nazýva analyzátor.
Ak na analyzátor dopadne rovinne polarizované svetlo s amplitúdou E 0 a intenzita ja 0 (), ktorého rovinou polarizácie je uhol φ s rovinou analyzátora, sa dopadajúca elektromagnetická oscilácia môže rozložiť na dve oscilácie; s amplitúdami a rovnobežnými a kolmými na rovinu analyzátora.
Zložka, ktorá je rovnobežná s rovinou analyzátora, prechádza analyzátorom, tj zložkou, a kolmá zložka bude analyzátorom oneskorená. Intenzita svetla prepúšťaného analyzátorom sa potom rovná ():
- malusov zákon
Malusov zákon : Intenzita svetla prepúšťaného polarizátorom je priamo úmerná súčinu intenzity dopadajúceho, rovinne polarizovaného svetla ja 0 a druhou mocninou uhla cosine medzi rovinou dopadajúceho svetla a rovinou polarizátora.
Ak na polarizátor dopadá prirodzené svetlo, potom intenzita svetla vychádzajúceho z polarizátora ja 0 je polovica ja jej a potom opúšťa analyzátor
Polarizácia svetla odrazom a lomom
Polarizované svetlo sa môže získať pomocou odrazu alebo lomu svetla z dielektrického izotropného média (napríklad zo skla). Ak je uhol dopadu svetla na rozhraní medzi dvoma dielektrikami odlišný od nuly, odrazené a lomené lúče sa ukážu ako čiastočne polarizované. V odrazenom lúči prevládajú oscilácie kolmé na rovinu dopadu (na obr. 5.9 sú tieto kmity vyznačené bodkami), v lomenom lúči prevažujú oscilácie rovnobežné s rovinou dopadu (na obr. 5.9 sú znázornené obojstrannými šípkami).
Stupeň polarizácie jedného a druhého lúča závisí od uhla dopadu lúča. Každý pár priehľadných médií má uhol dopadu, pri ktorom sa odrazené svetlo stáva úplne polarizovaným v rovine, a lomený lúč zostáva čiastočne polarizovaný, ale stupeň polarizácie v tomto uhle je maximálny (obr. 5.10). Tento uhol sa nazýva Busterov uhol. Uhol pivovarníka je určený z daného stavu
kde je relatívny index lomu dvoch médií. Môže sa ukázať, že keď vlna dopadá v Brewsterovom uhle, odrazené a lomené lúče sú vzájomne kolmé.
Dielektrická doska teda triedi lúče prirodzeného svetla, odrážajúce hlavne lúče s jedným smerom kmitania a prechádzajúce kolmými vibráciami.
 Obr. 5.11 |
 Obr. 5.11b |
Na výrobu polarizátora sa dá použiť Brewsterov zákon. V tomto prípade sa nepoužíva odrazený lúč, ale lámaný lúč, hoci nie je úplne polarizovaný. Aby sa dosiahol vysoký stupeň polarizácie lámaného lúča, prechádza stohom sklenených dosiek: po prejdení každou ďalšou doskou chodidla sa zvyšuje stupeň polarizácie lámaného lúča. Pri dostatočne veľkom počte dosiek bude svetlo prechádzajúce týmto systémom takmer úplne polarizované v rovine a intenzita prepúšťaného svetla v neprítomnosti absorpcie bude rovná polovici intenzity prirodzeného svetla dopadajúceho na chodidlo.
Hlavnými zdrojmi polarizovaného svetla v našom prostredí sú také svetlé horizontálne povrchy ako vodná hladina, mokrý asfalt (obr. 5.11a), sneh, ľad (obr. 5.11b), sklenené povrchy (obr. 5.11c). Charakterom účinku na oko alebo film sa rovinné polarizované svetlo nelíši od nepolárneho.
Odraz sa môže náhle objaviť na ceste, čo núti vodičov prekvapením, najmä na mokrej ceste na jar alebo na jeseň, keď je slnko nízko nad horizontom (obr. 5.11d).