Комбинационное рассеяние света. - раздел Математика, И1.Законы геометрической оптики.Их обоснование с точки зрения теории Гюйгенса Природа Рассеяния Света:
Распространяющийся Свет В Среде (Эле...
Природа рассеяния света:
Распространяющийся свет в среде (электро-магнитная волна) воздействует на молекулы среды, которые поглощают энергию этой волны в определенном диапазоне частот, а затем ее же переизлучают.
Типы рассеяния света:
Характер рассеяния света зависит от соотношения между длинной волны 
и размерами рассеивающей частицы d. Если 
, то рассеяние называется рассеянием Рэлея. Если d одного порядка с , или больше, то рассеяние Ми. Есть еще частные случаи рассеяния света: рассеяние на неоднородностях среды, в которой распространяется звуковая волна-рассеяние Мандельштамма – Бриллюэна, комбинационное распространение света связано с распространением в мутных средах.
Рассеяние Релея и Ми являются классическими видами, т. е. частота рассеивающего света совпадает с частотой падающего света. Рассеяние Мандельштамма – Бриллюэна и комбинационное связано с изменением частоты рассеянного света: 
распределение энергии в рассеянном свете отличается от распределения в первичном свете (по закону Рэлея).
В спектре рассеянного света наблюдаются кроме линий, характеризующих падающий свет, еще добавочные линии, спутники, сопровождающие каждую из линий первичного света. Обнаружить спутники можно, только если падающий свет представляет собой совокупность отдельных линий.
Законы этого явления:
1. Спутники сопровождают каждую линию первичного света.
2. Различие 
в частотах возбуждающей первичной линии 
и линий каждого из спутников 
характерно для рассеивающего вещества и равно частотам собственных колебаний 
его молекул:
3. Спутники представляют собой две системы линий, лежащих симметрично по обе стороны возбуждающей линии, т. е. 
, где 
- частота спутников, лежащих в сторону более длинных волн, 
- частоты спутников, лежащих с другой стороны.
4. С повышением температуры интенсивность “фиолетовых” спутников быстро возрастает.
Свет частоты распространяется в виде определенных порций (квантов), величина котрых 
, где 
-универсальная постоянная Планка. Следовательно рассеяние света молекулами можно рассматривать как столкновение световых квантов фотонов, т. е. фотонов, с молекулами, в которого фотоны изменяют направление своего полета, т. е. рассеиваются в стороны. Столкновения фотонов с молекулами могут быть как упругими, так и неупругими. В первом случае энергия молекулы и частота фотона не меняются. При неупругом столкновении энергия фотона увеличивается или уменьшается на величину колебательного кванта 
. Если свет вступает во взаимодействие с молекулой, не находящейся в состоянии колебания, то он отдает молекуле соответствующую часть энергии и превращается в излучение меньшей частоты в соответствии с уравнением: 
или 
где - частота возбуждающего света, 
- частота колебаний молекулы.
Если же свет воздействует на молекулу, находящуюся в колебательном состоянии, т. е. обладающую энергией 
, то он может отобрать от молекулы эту энергию и превратиться в излучение большей частоты в соответствии с уравнением: 
, или 
.
Изменения в поляризуемости могут наступить, если меняется конфигурация отдельных атомов, составляющих молекулу, что всегда имеет место при колебаниях атомов, входящих в состав молекулы. Что может привести к изменению внутреннего поля молекулы, воздействующего на электроны, смещение которых под действием света и определяет поляризацию молекулы. Так как изменения в поляризуемости, обусловленные колебаниями атомов в молекуле, значит, интенсивность света меняется периодически с частотой этих внутримолекулярных колебаний . Частота рассеянного света комбинируется из частоты падающего света и частоты внутримолекулярного колебания. Отсюда название – комбинационное рассеяние.
Чтобы объяснить рассеяние Рэлея и Ми рассмотрим модуль элементарного излучения. Он поглощает падающую волну и совершает вынужденные колебания по уравнению: 
приближенный коэффициент затухания 
, где р – дипольный момент. Напряжение поля, которое при этом возникает определяется: 
, где с - скорость света. 
Если , то интенсивность рассеянного света обратно пропорционально 
(цвет неба - голубой).
, т. е. интенсивность более слабая (цвет неба - серый).
Все темы данного раздела:
И1.Законы геометрической оптики.Их обоснование с точки зрения теории Гюйгенса.
Oптика – наука о природе света и явлений, связанных с распространением и взаимодействием света. Впервые оптика, была сформулирована в сер.17в.Ньютоном и Гюйгенсом. Ими были сформулированы законы ге
Вывод формулы линзы
; ;
Интерференция света. Амплитуда при интерференции. Расчет интерференционной картины в опыте Юнга.
Интерференция света – это явление наложения волн от двух или нескольких когерентных источников, в результате которых происходит перераспределение энергии этих волн в пространстве. В области
Интерференция в тонких пленках.
При падении световой волны на тонкую прозрачную пластину происходит отражение от обеих поверхностей. В результате возникают две световые волны, которые при известных условиях могут интерферировать.
ЯВЛЕНИЕ ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ. СВЕТОВОДЫ.
Пусть луч падает на границу раздела двух сред. С увеличением угла падения увеличивается угол преломления до тех пор, пока при некотором угле падения i1=p¤2угол преломления не окажется равным p¤2. У
Применение интерференции. Интерферометр Майкельсона.
Явление интерференции света используется в ряде весьма точных измерительных приборах, получивших название интерферометров. Рассмотрим интерферометр Майкельсона.
Монохроматический свет от и
Применение интерференции. Интерферометр Фабри-Перо.
Явление интерференции применяется для обнаружения дефектов, либо для определения качества обработки поверхности, либо для определения показателей преломления с очень высокой степенью точности. Для
Просветление оптики.
Интерференция при отражении от тонких пленок лежит в основе просветления оптики. Прохождение света через каждую преломляющую поверхность линзы сопровождается отражением примерно 4% падающего света.
Бизеркало Френеля
Свет от точечного источника S падает на два плоских зеркала m1C m2C расположенных перпендикулярно плоскости рисунка и соединенных по линии С. Угол между плоскостями зеркал оче
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии и круглом диске. Графическое решение.
Дифракция- это совокупность явлений наблюдающихся при распространении света в средах с резкими неоднородностями, причем размеры этих неоднородностей должны быть сравнимы с длиной волны.
В
Дифракция рентгеновских лучей. Условия Вульфа-Брэггов.
Пространственной, или трехмерной, дифракционной решеткой называется такая оптически неоднородная среда, неоднородности которой периодически повторятся при изменении всех трех пространственных коорд
Физические принципы получения и восстановления голограммы.
Голография – это безлинзовое получение и последующее восстановление оптического изображения путём востановления волнового фронта. Экспериментальное воплощение и дальнейшая разработка этого способа
Поляризация при отражении и преломлении. Формулы Френеля.
Свет представляет собой эл. магн. волну, которая в свою очередь явл. совокупностью двух волн. где E-вектор напряженности, B- вектор магнитной индукции.
Двойное лучепреломление. Его объяснение. Нарисуйте ход луча в двоякопреломляющем одноосном кристаллею. Поляризация при двойном лучепреломлении.
Один из способов получения линейно поляризованного света – явление двойного лучепреломления. Оно связано с анизотропией кристаллов, т.е. показатель преломления в кристалле зависит от направления ко
Интерференция поляризованных лучей.
Если на двояко преломляющую пластинку вырезанную вдоль оптической оси падает поляризованный свет, то вектор E, который образует какой то угол
Фазовые пластинки
Пластинки, вырезанные вдоль оптической оси видимого луча, преломление не наблюдается, однако в пластинке распространяются два фронта волн, между которыми на выходе из пластинки между ними появляетс
Анализ поляризованного света. Закон Малюса.
Анализ поляризованного света предполагает, что нужно ответить на два вопроса: 1) является ли свет поляризованным? 2)если он поляризован, так какому виду поляризации он относится?
Для ответ
Закон Малюса.
Допустим, что два поляризатора поставлены другь за другом, так что их оси ОА1 и ОА2 образуют между сабой некоторый угол. Первый поляризатор пропустит свет, электрический векто
Искусственное двойное лучепреломление. Эффект Керра. Оптический метод определения напряжений в образце.
Двойное лучепреломление – явление преломления света на границе двух сред. Искусственное двойное лучепреломление - при прохождении из изотропной среды в анизотропную, при этом распространяется два л
Вращение плоскости поляризации. Поляриметр-сахариметр.
При прохождении линейно поляризованного света, через некоторые вещества, называемые оптически активными, плоскость поляризации света поворачивается вокруг направления луча (кристаллы, чистые жидкос
Рассеяние света. Степень поляризации рассеянного света.
Рассеянием света называется явление преобразования света веществом, сопровождающееся как несобственное свечение вещества.
Природа рассеивания света. Распростр- ся в среде свет (эл/м
Дисперсия света. Электронная теория дисперсии. Ход белого луча в призме. Вывод формулы для угла отклонения лучей призмой.
Дисперсия – явление зависимости показателя преломления от длинны волны. Впервые это явление наблюдал Ньютон. Потом была выведена полуимперическая формула (формула Каши):
Эффект Доплера в оптике.
Согласно принципу относительности Эйнштейна, уравнение световой волны во всех инерциальных системах отсчёта одинаково по форме. Используя преобразования Лоренца, можно получить уравнение волны, пос
Тепловое излучение.
Тепловым излучением называется излучение нагретых тел. Все тела обладают тепловым излучением. Основная особенность теплового излучения – равновесность (тепловое излучение – это единственное равнове
Вывод законов теплового излучения (законов Вина, Стефана-Больцмана) из формулы Планка.
Закон Вина и закон Стефана-Больцмана являются следствием формулы Планка. Согласно формуле Планка, интегральная плотность энергии равновесного излучения в вакууме равна:
Оптическая пирометрия. Пирометр с исчезающей нитью.
Для сильно нагретых тел измерения температуры при помощи термоэлементов, болометров не особенно достоверны. Таким образом, единственным надежным способом измерения температуры являются способы, осн
Интерференция фотонов.
Описываются интерференционные опыты при малых интенсивностях светового потока, из которых делается вывод о существовании явления интерференции при наличии лишь одного фотона. Обсуждается интерпрета
Корпускулярная интерпретация опытов Юнга.
При наблюдении опыта Юнга, интенсивность интерференционной картины в точках экрана не равна сумме интенсивностей от щелей по отдельности. Отличие обуславливается разностью фаз волн от щелей. Отсюда
Фотоэффект.
Фотоэффект был открыт Герцем в 1887. Изучен был Столетовым.
Явление вырывания электронов с поверхности металлов под действием света получило название фотоэффекта.
Экспериментал
Эффект Комптона.
Гамма фотон рассеивается на электрон и электрон приобретает импульс и в результате рассеянный
Давление света. Вывод формулы для давления света на основе фотонных представлений о свете.
В рамках фотонной теории световое давление следует интерпретировать как результат передачи импульса фотонов поглощающей или отражающей стенке. Поток монохрамотичного света частоты
Тормозное рентгеновское излучение. График зависимости интенсивности от напряжения на лучевой трубке.
Рентгеновские лучи возникают в процессе бомбардировки вещества потоками электронов с большой кинетической энергией. Излучение обусловлено движением электронов внутри атома, возникает только тогда,
Постулаты Бора. Теория атома водорода по Бору. Расчет энергетических состояний атома водорода с точки зрения теории Бора.
Первый постулат Бора: Атомы могут длительное время находиться только в определенных, так называемых стационарных состояниях, в которых атом не излучает и не поглощает энергию. Энергии стационарных
Спектры щелочных элементов.
Щелочные металлы одновалентны и их сравнительно легко ионизировать. Если атом щелочного металла имеет всего z электронов, то можно утверждать, что z-1 электронов образуют структуру атома благородно
Дублетная структура спектров щелочных элементов.
При анализе спектров щелочных металлов с помощью спектроскопических приборов обнаруживается, что каждая из линий излучения в действительности расщепления на две линии, т. е. Является дублетом. Расщ
Опыт Штерна и Герлаха.
С помощью опыта Штерна (1922) и Герлаха (измерение магнитного момента атома) было обнаружено пространственное квантование. Электрон вращается по замкнутой орбите (круг или эллирс) и должен иметь ма
Эффект Зеемана.
В 1896 г. Зееману при помощи значительно более мощных полей и тонких спектральных приборов удалось обнаружить, что при помещении источника света между полюсами электромагнита спектральные линии исп
Застройка электронных оболочек. Периодическая система элементов Менделеева.
Положение электронов в атоме описывается набором 4-х квантовых чисел (l, m, n, s), которые получаются при решении уравнения Шредингера или уравнения Дирака. Согласно законам релятивистской м
Характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли. Дублетный характер рентгеновских спектров.
Большую роль в выяснении строения атомов, а именно распределения электронов по оболочкам, сыграло излучение, открытое в 1895 г. немецким физиком В. Рентгеном и названное рентгеновским. Наиболее рас
Молекулярные спектры.
Строение молекул и свойства их энергетических уровней проявляются в молекулярных спектрах – спектрах излучения (поглощения), возникающих при квантовых переходах между уровнями энергии молекул. Спек
Люминисценция. Определение. Правило Стокса.
В природе давно известно излучение, отличное по своему характеру от всех известных видов излучения (теплового излучения, отражения, рассеяния света и т. д.). Этим излучением является люминесцентное
Оптические квантовые генераторы. Свойства лазерного излучения.
1.Оптические квантовые генераторы.
Для источников света, традиционных в обл. спектра, хар-на не когерентность излучения.
В начале 60-х годов были созданы источники света иного тип
Нелинейная оптика.
Явления преломления и отражения света с молекулярной точки зрения рассматриваются как результат интерференции падающей волны и вторичных волн, испускаемых молекулами среды благодаря вынужденным кол
Энергетический эффект ядерных реакций.
Ядерная реакция характеризуется энергией ядерной реакции Q, равной разности конечной и исходной пар в реакции. Если Q<0, то реакция идет с поглощением энергии и называется эндотермической
Цепная реакция деления.
В ядерной реакции осколки деления в момент своего образования обладают избытком нейтронов над протонами. Избыточные нейтроны, испускаемые осколками, называются нейтронами деления. Число их может бы
Космическое излучение.
В результате многочисленных экспериментов установленно что осмические лучи приходят на поверхность со всех сторон, причём не удалось обнаружить на небесной сфере какую-либо точку, или ибласть, из к
Эффект Мессбауэра.
Все возбуждённые энергетические уровни ядра имеют значения энергия, определяемой из соотношения неопределенностей:
Новости и инфо для студентов