انعکاس نور. قانون بازتاب نور

تصور برخی از قوانین فیزیک بدون استفاده از وسایل کمک بصری دشوار است. این در مورد نور معمولی که بر روی اجسام مختلف می افتد صدق نمی کند. بنابراین، در مرز جداکننده دو محیط، اگر این مرز بسیار بالاتر باشد، تغییر جهت پرتوهای نور رخ می دهد.نور زمانی رخ می دهد که بخشی از انرژی آن به محیط اول برگردد. اگر برخی از پرتوها به محیط دیگری نفوذ کنند، شکست می شوند. در فیزیک، انرژی که بر روی مرز دو رسانه مختلف می افتد، حادثه نامیده می شود و انرژی که از آن به محیط اول باز می گردد، منعکس شده نامیده می شود. این موقعیت نسبی این پرتوها است که قوانین بازتاب و شکست نور را تعیین می کند.

مقررات

زاویه بین پرتو فرودی و خط عمود بر سطح مشترک بین دو رسانه، که به نقطه برخورد جریان انرژی نور بازگردانده شده است، نامیده می شود. شاخص مهم دیگری نیز وجود دارد. این زاویه بازتاب است. بین پرتو منعکس شده و خط عمود برگردانده شده به نقطه تابش آن رخ می دهد. نور فقط در یک محیط همگن می تواند در یک خط مستقیم منتشر شود. رسانه های مختلف نور را به طور متفاوتی جذب و منعکس می کنند. انعکاس کمیتی است که بازتاب یک ماده را مشخص می کند. این نشان می دهد که چه مقدار انرژی توسط تابش نور به سطح یک محیط منتقل می شود که توسط تابش منعکس شده از آن دور می شود. این ضریب به عوامل مختلفی بستگی دارد که برخی از مهمترین آنها زاویه تابش و ترکیب تابش است. انعکاس کامل نور زمانی اتفاق می افتد که بر روی اجسام یا مواد دارای سطح بازتابنده بیفتد. به عنوان مثال، این اتفاق زمانی می افتد که پرتوها به لایه نازکی از نقره و جیوه مایع که روی شیشه رسوب کرده است برخورد می کنند. انعکاس کامل نور اغلب در عمل اتفاق می افتد.

قوانین

قوانین بازتاب و شکست نور توسط اقلیدس در قرن سوم تدوین شد. قبل از میلاد مسیح ه. همه آنها به صورت تجربی ایجاد شده اند و به راحتی با اصل هندسی خالص هویگنس تأیید می شوند. به گفته وی، هر نقطه ای از رسانه که اختلال به آن برسد، منبع امواج ثانویه است.

نور اول: پرتو تابشی و بازتابی و همچنین خط عمود بر سطح مشترک، بازسازی شده در نقطه برخورد پرتو نور، در یک صفحه قرار دارند. موج مسطح به یک سطح بازتابنده برخورد می کند که سطوح موج آن راه راه است.

قانون دیگری می گوید که زاویه بازتاب نور برابر با زاویه تابش است. این اتفاق می افتد زیرا آنها دارای اضلاع متقابل عمود هستند. بر اساس اصول تساوی مثلث ها، نتیجه می شود که زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب است. به راحتی می توان ثابت کرد که آنها در یک صفحه با خط عمود بر سطح مشترک در نقطه فرود پرتو قرار دارند. این مهمترین قوانین برای مسیر معکوس نور نیز معتبر است. با توجه به برگشت پذیری انرژی، پرتویی که در طول مسیر منعکس شده منتشر می شود در طول مسیر تابشی منعکس می شود.

خواص اجسام بازتابنده

اکثریت قریب به اتفاق اجسام فقط تابش نوری را که بر روی آنها فرود می آید منعکس می کنند. با این حال، آنها منبع نور نیستند. اجسام با نور خوب از همه طرف به وضوح قابل مشاهده هستند، زیرا تابش از سطح آنها در جهات مختلف منعکس و پراکنده می شود. به این پدیده انعکاس پراکنده (پراکنده) می گویند. زمانی اتفاق می افتد که نور به هر سطح ناهموار برخورد کند. برای تعیین مسیر پرتو منعکس شده از بدن در نقطه تابش، صفحه ای ترسیم می شود که سطح را لمس می کند. سپس زوایای تابش پرتوها و بازتاب نسبت به آن ساخته می شود.

انعکاس توزیع شده

تنها به دلیل وجود انعکاس پراکنده (پراکنده) انرژی نور است که ما اجسامی را تشخیص می دهیم که قادر به انتشار نور نیستند. اگر پراکندگی پرتوها صفر باشد، هر جسمی برای ما کاملاً نامرئی خواهد بود.

انعکاس پراکنده انرژی نور باعث ایجاد احساسات ناخوشایند در چشم نمی شود. این به این دلیل رخ می دهد که همه نور به محیط اصلی باز نمی گردد. بنابراین حدود 85 درصد تابش از برف، 75 درصد از کاغذ سفید و تنها 0.5 درصد از مخمل سیاه منعکس می شود. هنگامی که نور از سطوح مختلف ناهموار منعکس می شود، پرتوها به طور تصادفی نسبت به یکدیگر هدایت می شوند. بسته به میزان انعکاس پرتوهای نور، سطوح را مات یا آینه ای می نامند. اما همچنان این مفاهیم نسبی هستند. سطوح یکسان می توانند در طول موج های مختلف نور فرودی آینه ای یا مات شوند. سطحی که به طور یکنواخت پرتوها را در جهات مختلف پراکنده کند کاملاً مات در نظر گرفته می شود. اگرچه عملاً چنین اشیایی در طبیعت وجود ندارد، اما چینی بدون لعاب، برف و کاغذ طراحی به آنها بسیار نزدیک است.

انعکاس آینه

انعکاس چشمی پرتوهای نور با انواع دیگر متفاوت است، زیرا هنگامی که پرتوهای انرژی روی یک سطح صاف در یک زاویه مشخص می‌افتند، در یک جهت منعکس می‌شوند. این پدیده برای هر کسی که تا به حال از آینه در زیر پرتوهای نور استفاده کرده است آشنا است. در این حالت یک سطح بازتابنده است. سایر بدن ها نیز در این دسته قرار می گیرند. اگر اندازه ناهمگونی ها و بی نظمی های روی آنها کمتر از 1 میکرون باشد (از طول موج نور تجاوز نکند) تمام اجسام صاف نوری را می توان به عنوان سطوح آینه ای (بازتابی) طبقه بندی کرد. برای همه چنین سطوحی، قوانین بازتاب نور اعمال می شود.

انعکاس نور از سطوح مختلف آینه

در فناوری اغلب از آینه هایی با سطح بازتابنده منحنی (آینه های کروی) استفاده می شود. چنین اجسامی اجسامی هستند که به شکل یک بخش کروی شکل هستند. موازی پرتوها در مورد بازتاب نور از چنین سطوحی به شدت مختل می شود. دو نوع از این آینه ها وجود دارد:

مقعر - منعکس کننده نور از سطح داخلی یک بخش از یک کره است؛ آنها را جمع آوری می گویند، زیرا پرتوهای موازی نور، پس از بازتاب از آنها، در یک نقطه جمع می شوند.

محدب - نور را از سطح بیرونی منعکس می کند، در حالی که پرتوهای موازی به طرفین پراکنده می شوند، به همین دلیل است که آینه های محدب را پراکندگی می نامند.

گزینه هایی برای انعکاس پرتوهای نور

یک پرتو تقریباً موازی با سطح، فقط کمی آن را لمس می کند و سپس در یک زاویه بسیار مبهم منعکس می شود. سپس در امتداد یک مسیر بسیار کم، نزدیک ترین به سطح، ادامه می یابد. پرتویی که تقریباً به صورت عمودی سقوط می کند، در یک زاویه حاد منعکس می شود. در این حالت جهت پرتو منعکس شده از قبل نزدیک به مسیر پرتو فرودی خواهد بود که کاملاً با قوانین فیزیکی مطابقت دارد.

شکست نور

بازتاب ارتباط نزدیکی با سایر پدیده های اپتیک هندسی مانند شکست و بازتاب داخلی کل دارد. اغلب نور از مرز بین دو رسانه عبور می کند. شکست نور تغییر جهت تابش نوری است. زمانی اتفاق می افتد که از یک محیط به محیط دیگر منتقل می شود. شکست نور دو الگو دارد:

پرتوی که از مرز بین رسانه عبور می کند در صفحه ای قرار دارد که از عمود بر سطح و پرتو فرود می گذرد.

زاویه تابش و شکست با هم مرتبط هستند.

شکست همیشه با بازتاب نور همراه است. مجموع انرژی پرتوهای منعکس شده و شکست پرتوها برابر با انرژی پرتو فرودی است. شدت نسبی آنها به پرتو فرودی و زاویه تابش بستگی دارد. طراحی بسیاری از ابزارهای نوری بر اساس قوانین شکست نور است.

ابتدا بیایید کمی تصور کنیم. یک روز گرم تابستان قبل از میلاد را تصور کنید، مردی بدوی از نیزه برای شکار ماهی استفاده می کند. او متوجه موقعیت آن می شود، هدف می گیرد و به دلایلی به جایی می زند که اصلاً ماهی قابل مشاهده نبود. از دست رفته؟ نه، ماهیگیر طعمه ای در دست دارد! مسئله این است که جد ما به طور شهودی موضوعی را که اکنون مطالعه خواهیم کرد درک کرد. در زندگی روزمره، می‌بینیم که قاشقی که در یک لیوان آب فرو می‌رود، کج به نظر می‌رسد؛ وقتی از درون یک ظرف شیشه‌ای نگاه می‌کنیم، اشیا کج به نظر می‌رسند. همه این سوالات را در درس بررسی خواهیم کرد که موضوع آن این است: «شکست نور. قانون شکست نور. بازتاب داخلی کامل."

در درس های قبلی، در مورد سرنوشت یک پرتو در دو مورد صحبت کردیم: اگر یک پرتو نور در یک محیط شفاف همگن منتشر شود، چه اتفاقی می افتد؟ پاسخ صحیح این است که در یک خط مستقیم پخش می شود. چه اتفاقی می افتد زمانی که یک پرتو نور بر روی رابط بین دو رسانه می افتد؟ در آخرین درس که در مورد پرتو بازتابی صحبت کردیم، امروز به قسمتی از پرتو نور که توسط محیط جذب می شود نگاه می کنیم.

سرنوشت پرتویی که از اولین محیط شفاف نوری به محیط شفاف نوری دوم نفوذ کرد چه خواهد بود؟

برنج. 1. شکست نور

اگر یک پرتو روی سطح مشترک بین دو محیط شفاف بیفتد، بخشی از انرژی نور به محیط اول باز می گردد و یک پرتو بازتابی ایجاد می کند و قسمت دیگر به سمت داخل به محیط دوم می رود و به طور معمول جهت خود را تغییر می دهد.

تغییر جهت انتشار نور هنگام عبور نور از سطح مشترک بین دو محیط نامیده می شود شکست نور(عکس. 1).

برنج. 2. زوایای بروز، شکست و انعکاس

در شکل 2 یک پرتو فرودی را می بینیم، زاویه تابش با α نشان داده می شود. پرتویی که جهت پرتو شکست نور را تعیین می کند، پرتوی شکست نامیده می شود. زاویه بین عمود بر سطح مشترک، بازسازی شده از نقطه تابش، و پرتو شکست، زاویه شکست نامیده می شود، در شکل زاویه γ است. برای تکمیل تصویر، تصویری از پرتو منعکس شده و بر این اساس، زاویه انعکاس β را نیز ارائه می دهیم. چه رابطه ای بین زاویه تابش و زاویه شکست وجود دارد؟آیا می توان با دانستن زاویه تابش و اینکه پرتو از چه محیطی عبور کرد، زاویه شکست چقدر خواهد بود، پیش بینی کرد؟ معلوم است که ممکن است!

ما قانونی به دست می آوریم که به طور کمی رابطه بین زاویه تابش و زاویه شکست را توصیف می کند. بیایید از اصل هویگنز استفاده کنیم که انتشار امواج را در یک محیط تنظیم می کند. قانون از دو بخش تشکیل شده است.

پرتو فرودی، پرتو شکسته و عمود بر نقطه تابش در یک صفحه قرار دارند..

نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست یک مقدار ثابت برای دو محیط داده شده است و برابر است با نسبت سرعت نور در این محیط ها.

این قانون به افتخار دانشمند هلندی که اولین بار آن را تدوین کرد، قانون اسنل نامیده می شود. علت شکست، تفاوت سرعت نور در محیط های مختلف است. شما می توانید اعتبار قانون شکست را با هدایت آزمایشی یک پرتو نور در زوایای مختلف به سطح مشترک بین دو محیط و اندازه گیری زوایای تابش و شکست تأیید کنید. اگر این زوایا را تغییر دهیم، سینوس ها را اندازه گیری کنیم و نسبت سینوس های این زوایا را پیدا کنیم، مطمئن می شویم که قانون شکست واقعاً معتبر است.

اثبات قانون انکسار با استفاده از اصل هویگنس تأیید دیگری بر موجی بودن نور است.

ضریب شکست نسبی n 21 نشان می دهد که چند برابر سرعت نور V 1 در محیط اول با سرعت نور V 2 در محیط دوم متفاوت است.

ضریب شکست نسبی نشان دهنده این واقعیت است که دلیل تغییر جهت نور هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر، سرعت متفاوت نور در دو محیط است. مفهوم "چگالی نوری محیط" اغلب برای توصیف خواص نوری یک محیط استفاده می شود (شکل 3).

برنج. 3. چگالی نوری محیط (α > γ)

اگر یک پرتو از محیطی با سرعت نور بیشتر به محیطی با سرعت نور کمتر بگذرد، همانطور که از شکل 3 و قانون شکست نور می توان دید، بر روی عمود فشار داده می شود. ، زاویه شکست کمتر از زاویه تابش است. در این مورد گفته می شود که پرتو از یک محیط نوری کم تر به یک محیط نوری تراکم تر عبور کرده است. مثال: از هوا به آب; از آب به لیوان

وضعیت برعکس نیز ممکن است: سرعت نور در محیط اول کمتر از سرعت نور در محیط دوم است (شکل 4).

برنج. 4. چگالی نوری محیط (α< γ)

سپس زاویه شکست بزرگتر از زاویه تابش خواهد بود، و چنین انتقالی از محیطی که از نظر اپتیکی چگال تر به محیطی با چگالی نوری کمتر (از شیشه به آب) انجام می شود، گفته می شود.

چگالی نوری دو رسانه می تواند کاملاً متفاوت باشد، بنابراین وضعیت نشان داده شده در عکس ممکن می شود (شکل 5):

برنج. 5. تفاوت در چگالی نوری رسانه

توجه کنید که چگونه سر نسبت به بدن در مایع جابجا می شود، در محیطی با چگالی نوری بالاتر.

با این حال، ضریب شکست نسبی همیشه یک مشخصه مناسب برای کار نیست، زیرا به سرعت نور در محیط اول و دوم بستگی دارد، اما می‌تواند تعداد زیادی از این ترکیبات و ترکیبات دو رسانه (آب - هوا، شیشه - الماس، گلیسیرین - الکل، شیشه - آب و غیره). جداول بسیار دست و پا گیر خواهند بود، کار کردن ناخوشایند خواهد بود و سپس یک رسانه مطلق را معرفی کردند که در مقایسه با آن سرعت نور در رسانه های دیگر مقایسه می شود. خلاء به عنوان مطلق انتخاب شد و سرعت نور با سرعت نور در خلاء مقایسه شد.

ضریب شکست مطلق محیط n- این کمیتی است که چگالی نوری محیط را مشخص می کند و برابر با نسبت سرعت نور است. بادر خلاء به سرعت نور در یک محیط معین.

ضریب شکست مطلق برای کار راحت‌تر است، زیرا ما همیشه سرعت نور در خلاء را می‌دانیم؛ این ضریب شکست برابر با 3·10 8 m/s است و یک ثابت فیزیکی جهانی است.

ضریب شکست مطلق به پارامترهای خارجی بستگی دارد: دما، چگالی و همچنین به طول موج نور، بنابراین جداول معمولاً میانگین ضریب شکست را برای یک محدوده طول موج معین نشان می دهند. اگر ضریب شکست هوا، آب و شیشه را با هم مقایسه کنیم (شکل 6)، می بینیم که هوا دارای ضریب شکست نزدیک به واحد است، بنابراین در حل مسائل آن را به عنوان واحد در نظر می گیریم.

برنج. 6. جدول ضریب شکست مطلق برای محیط های مختلف

به دست آوردن رابطه بین ضریب شکست مطلق و نسبی رسانه کار دشواری نیست.

ضریب شکست نسبی، یعنی برای پرتوی که از محیط یک به متوسط ​​دو می گذرد، برابر است با نسبت ضریب شکست مطلق در محیط دوم به ضریب شکست مطلق در محیط اول.

مثلا: = ≈ 1,16

اگر ضریب شکست مطلق دو محیط تقریباً یکسان باشد، به این معنی است که ضریب شکست نسبی هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر برابر با واحد خواهد بود، یعنی پرتو نور در واقع شکست نمی‌شود. به عنوان مثال، هنگام عبور از روغن انیسون به سنگ بریل، نور عملاً خم نمی شود، یعنی مانند هنگام عبور از روغن انیسون رفتار می کند، زیرا ضریب شکست آنها به ترتیب 1.56 و 1.57 است، بنابراین سنگ قیمتی می تواند باشد. اگر در یک مایع پنهان شده باشد، به سادگی قابل مشاهده نخواهد بود.

اگر آب را در یک لیوان شفاف بریزیم و از دیواره لیوان به نور نگاه کنیم، به دلیل پدیده انعکاس کلی درونی، درخششی نقره ای رنگ بر روی سطح مشاهده خواهیم کرد که اکنون به آن پرداخته خواهد شد. هنگامی که یک پرتو نور از یک محیط نوری متراکم تر به یک محیط نوری با چگالی کمتر عبور می کند، اثر جالبی را می توان مشاهده کرد. برای قطعیت، فرض می کنیم که نور از آب به هوا می آید. اجازه دهید فرض کنیم که در اعماق مخزن یک منبع نقطه ای نور S وجود دارد که پرتوهایی را در همه جهات ساطع می کند. به عنوان مثال، یک غواص چراغ قوه را می تاباند.

پرتو SO 1 با کوچکترین زاویه روی سطح آب می افتد، این پرتو تا حدی شکسته می شود - پرتو O 1 A 1 و تا حدی به داخل آب منعکس می شود - پرتو O 1 B 1. بنابراین، بخشی از انرژی پرتو تابشی به پرتو شکست و انرژی باقیمانده به پرتو بازتابی منتقل می شود.

برنج. 7. بازتاب داخلی کل

پرتو SO 2 که زاویه تابش آن بیشتر است نیز به دو پرتو تقسیم می شود: شکسته و انعکاس شده، اما انرژی پرتو اصلی بین آنها متفاوت توزیع می شود: پرتو شکست O 2 A 2 از O 1 کم نورتر خواهد بود. پرتو 1 ، یعنی سهم کمتری از انرژی دریافت می کند ، و بر این اساس پرتو منعکس شده O 2 B 2 از پرتو O 1 B 1 روشن تر خواهد بود ، یعنی سهم بیشتری از انرژی دریافت می کند. با افزایش زاویه تابش، همان الگو مشاهده می شود - سهم فزاینده ای از انرژی پرتو فرودی به پرتو منعکس شده و سهم کوچکتر و کوچکتر به پرتو شکسته می شود. پرتو انکسار شده کم نورتر و کم نورتر می شود و در نقطه ای به طور کامل ناپدید می شود؛ این ناپدید شدن زمانی اتفاق می افتد که به زاویه تابش می رسد که مطابق با زاویه شکست 90 0 است. در این وضعیت، پرتو شکسته OA باید به موازات سطح آب می رفت، اما چیزی برای رفتن باقی نمانده بود - تمام انرژی پرتو فرودی SO به طور کامل به پرتو بازتابی OB رفت. طبیعتاً با افزایش بیشتر زاویه تابش، پرتو شکسته وجود ندارد. پدیده توصیف شده بازتاب داخلی کامل است ، یعنی یک محیط نوری متراکم تر در زوایای در نظر گرفته شده پرتوهایی از خود ساطع نمی کند ، همه آنها در داخل آن منعکس می شوند. زاویه ای که این پدیده در آن رخ می دهد نامیده می شود زاویه محدود کننده بازتاب داخلی کل

مقدار زاویه محدود را می توان به راحتی از قانون شکست پیدا کرد:

= => = آرکسین، برای آب ≈ 49 0

جالب ترین و محبوب ترین کاربرد پدیده انعکاس کلی داخلی، به اصطلاح موجبرها یا فیبر نوری است. این دقیقاً همان روش ارسال سیگنال است که توسط شرکت های مخابراتی مدرن در اینترنت استفاده می شود.

ما قانون شکست نور را به دست آوردیم، مفهوم جدیدی را معرفی کردیم - ضریب شکست نسبی و مطلق، و همچنین پدیده بازتاب داخلی کل و کاربردهای آن، مانند فیبر نوری را درک کردیم. می توانید با تجزیه و تحلیل تست ها و شبیه سازهای مربوطه در بخش درس، دانش خود را تثبیت کنید.

اجازه دهید با استفاده از اصل هویگنس، اثباتی برای قانون شکست نور به دست آوریم. درک این نکته مهم است که علت شکست تفاوت در سرعت نور در دو محیط مختلف است. اجازه دهید سرعت نور را در محیط اول V 1 و در محیط دوم V 2 نشان دهیم (شکل 8).

برنج. 8. اثبات قانون شکست نور

اجازه دهید یک موج نور سطحی روی یک رابط صاف بین دو رسانه، به عنوان مثال از هوا به آب، بیفتد. سطح موج AS بر پرتوها عمود است و ابتدا پرتو به سطح مشترک MN رسانه می رسد و پرتو پس از یک بازه زمانی ∆t به همان سطح می رسد که برابر است با مسیر SW تقسیم بر سرعت. نور در محیط اول

بنابراین، در لحظه ای از زمانی که موج ثانویه در نقطه B شروع به برانگیختن می کند، موج از نقطه A در حال حاضر شکل یک نیمکره با شعاع AD را دارد که برابر با سرعت نور در محیط دوم در Δ است. t: AD = ·∆t، یعنی اصل هویگنس در عمل بصری. سطح موج یک موج شکسته را می توان با رسم یک سطح مماس بر تمام امواج ثانویه در محیط دوم، که مراکز آن در حد فاصل بین رسانه قرار دارند، به دست آورد، در این مورد این صفحه BD است، آن پوشش است. امواج ثانویه زاویه تابش α پرتو برابر با زاویه CAB در مثلث ABC است، اضلاع یکی از این زاویه ها بر اضلاع دیگری عمود است. در نتیجه، SV برابر با سرعت نور در محیط اول با ∆t خواهد بود

CB = ∆t = AB sin α

به نوبه خود، زاویه شکست برابر با زاویه ABD در مثلث ABD خواهد بود، بنابراین:

АD = ∆t = АВ sin γ

با تقسیم عبارات ترم بر ترم، به دست می آید:

n مقدار ثابتی است که به زاویه تابش بستگی ندارد.

ما قانون شکست نور را به دست آوردیم، سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست یک مقدار ثابت برای این دو محیط است و برابر است با نسبت سرعت نور در دو محیط داده شده.

یک ظرف مکعبی با دیواره های مات به گونه ای قرار می گیرد که چشم ناظر کف آن را نبیند، اما دیواره سی دی ظرف را کاملاً ببیند. چه مقدار آب باید در ظرف ریخته شود تا ناظر بتواند جسم F را در فاصله b = 10 سانتی متر از زاویه D ببیند؟ لبه کشتی α = 40 سانتی متر (شکل 9).

چه چیزی در هنگام حل این مشکل بسیار مهم است؟ حدس بزنید از آنجایی که چشم ته ظرف را نمی بیند، اما نقطه منتهی الیه دیواره کناری را می بیند و ظرف مکعبی است، زاویه برخورد پرتو بر روی سطح آب زمانی که آن را می ریزیم، خواهد بود. برابر با 45 0.

برنج. 9. تکلیف یکپارچه آزمون دولتی

پرتو در نقطه F می افتد، این بدان معنی است که ما جسم را به وضوح می بینیم، و خط نقطه چین سیاه مسیر پرتو را در صورت نبود آب نشان می دهد، یعنی به نقطه D. از مثلث NFK، مماس زاویه است. β، مماس زاویه شکست، نسبت ضلع مقابل به مجاور یا بر اساس شکل، h منهای b تقسیم بر h است.

tg β = =، h ارتفاع مایعی است که ریختیم.

شدیدترین پدیده بازتاب داخلی کل در سیستم های فیبر نوری استفاده می شود.

برنج. 10. فیبر نوری

اگر یک پرتو نور به انتهای یک لوله شیشه ای جامد هدایت شود، پس از انعکاس کلی داخلی چندگانه، پرتو از طرف مقابل لوله خارج می شود. معلوم می شود که لوله شیشه ای رسانای یک موج نور یا یک موجبر است. این بدون در نظر گرفتن مستقیم یا خمیده بودن لوله اتفاق می افتد (شکل 10). اولین راهنماهای نور، این نام دوم باعثرها است، برای روشن کردن مکان های صعب العبور (در طول تحقیقات پزشکی، زمانی که نور به یک سر راهنمای نور می رسد و انتهای دیگر مکان مورد نظر را روشن می کند) استفاده می شود. کاربرد اصلی پزشکی، تشخیص عیب موتورها است، اما چنین موجبرهایی بیشترین کاربرد را در سیستم های انتقال اطلاعات دارند. فرکانس حامل هنگام ارسال سیگنال توسط یک موج نوری یک میلیون بار بیشتر از فرکانس سیگنال رادیویی است، به این معنی که مقدار اطلاعاتی که می توانیم با استفاده از یک موج نوری ارسال کنیم میلیون ها بار بیشتر از مقدار اطلاعات ارسال شده است. توسط امواج رادیویی این یک فرصت عالی برای انتقال انبوهی از اطلاعات به روشی ساده و کم هزینه است. به طور معمول، اطلاعات از طریق یک کابل فیبر با استفاده از تابش لیزر منتقل می شود. فیبر نوری برای انتقال سریع و باکیفیت سیگنال کامپیوتری حاوی مقدار زیادی اطلاعات ارسالی ضروری است. و اساس همه اینها پدیده ای ساده و معمولی مانند شکست نور است.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. فیزیک (سطح پایه) - M.: Mnemosyne، 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. فیزیک پایه دهم. - M.: Mnemosyne، 2014.
3. Kikoin I.K.، Kikoin A.K. فیزیک - 9، مسکو، آموزش و پرورش، 1990.

1. Edu.glavsprav.ru ().
2. Nvtc.ee ().
3. Raal100.narod.ru ().
4. Optika.ucoz.ru ().

مشق شب

1. انکسار نور را تعریف کنید.
2. علت شکست نور را نام ببرید.
3. محبوب ترین کاربردهای بازتاب کلی داخلی را نام ببرید.

در زاویه تابش معینی از نور $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$ که نامیده می شود محدود کردن زاویه، زاویه شکست برابر است با $\frac(\pi )(2)،\ $در این حالت پرتو شکست در امتداد رابط بین رسانه می لغزد، بنابراین، هیچ پرتوی شکستی وجود ندارد. سپس از قانون شکست می توانیم بنویسیم که:

تصویر 1.

در مورد بازتاب کل، معادله به صورت زیر است:

هیچ راه حلی در ناحیه مقادیر واقعی زاویه شکست ($(\alpha)_(pr)$) ندارد. در این مورد، $cos((\alpha )_(pr))$ یک کمیت کاملاً خیالی است. اگر به فرمول های فرنل رجوع کنیم، ارائه آنها به شکل زیر راحت است:

در جایی که زاویه تابش $\alpha $ نشان داده می شود (برای اختصار)، $n$ ضریب شکست محیطی است که نور در آن منتشر می شود.

از فرمول های فرنل مشخص است که ماژول های $\left|E_(otr\bot )\right|=\left|E_(otr\bot )\right|$, $\left|E_(otr//)\right |=\ left|E_(otr//)\right|$، به این معنی که انعکاس "پر" است.

یادداشت 1

لازم به ذکر است که موج ناهمگن در محیط دوم ناپدید نمی شود. بنابراین، اگر $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ then\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ نقض قانون حفاظت انرژی در یک مورد معین شماره از آنجایی که فرمول های فرنل برای یک میدان تک رنگ، یعنی برای یک فرآیند حالت پایدار معتبر هستند. در این حالت، قانون بقای انرژی ایجاب می کند که میانگین تغییر انرژی در طول دوره در محیط دوم برابر با صفر باشد. موج و کسر متناظر از انرژی از طریق رابط دوم به عمق کمی از مرتبه طول موج نفوذ می کند و در آن به موازات سطح مشترک با سرعت فازی کمتر از سرعت فاز موج در آن حرکت می کند. رسانه دوم در نقطه ای که نسبت به نقطه ورودی آفست شده است، به رسانه اول باز می گردد.

نفوذ موج به محیط دوم را می توان به صورت تجربی مشاهده کرد. شدت موج نور در محیط دوم فقط در فواصل کوتاهتر از طول موج قابل توجه است. در نزدیکی سطح مشترکی که موج نور روی آن می‌افتد و تحت بازتاب کامل قرار می‌گیرد، در صورتی که ماده فلورسنت در محیط دوم وجود داشته باشد، درخشش یک لایه نازک در کنار محیط دوم دیده می‌شود.

انعکاس کلی باعث ایجاد سراب در هنگام گرم شدن سطح زمین می شود. بنابراین، انعکاس کامل نوری که از ابرها می آید منجر به این تصور می شود که گودال هایی روی سطح آسفالت گرم شده وجود دارد.

در بازتاب معمولی، روابط $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ و $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ همیشه واقعی هستند . در بازتاب کامل آنها پیچیده هستند. این بدان معنی است که در این حالت فاز موج دچار یک پرش می شود، در حالی که با صفر یا $\pi $ متفاوت است. اگر موج عمود بر صفحه تابش قطبی شود، می توانیم بنویسیم:

جایی که $(\delta )_(\bot )$ پرش فاز مورد نظر است. اجازه دهید دو قسمت واقعی و خیالی را برابر کنیم، داریم:

از عبارت (5) به دست می آید:

بر این اساس، برای موجی که در صفحه تابش قطبی شده است، می توان به دست آورد:

پرش های فاز $(\delta )_(//)$ و $(\delta )_(\bot )$ یکسان نیستند. موج منعکس شده به صورت بیضی قطبی خواهد شد.

اعمال بازتاب کل

فرض کنید دو رسانه یکسان با یک شکاف هوای نازک از هم جدا شده اند. موج نوری با زاویه ای بزرگتر از محدود کننده روی آن می افتد. ممکن است اتفاق بیفتد که به صورت موجی غیر یکنواخت در شکاف هوا نفوذ کند. اگر ضخامت شکاف کم باشد، این موج به مرز دوم ماده می رسد و خیلی ضعیف نمی شود. پس از عبور از شکاف هوا به ماده، موج دوباره به یک موج همگن تبدیل می شود. چنین آزمایشی توسط نیوتن انجام شد. دانشمند منشور دیگری را که به صورت کروی آسیاب شده بود به وجه هیپوتنوز منشور مستطیلی فشار داد. در این مورد، نور نه تنها در جایی که آنها لمس می کنند، بلکه در یک حلقه کوچک در اطراف تماس، در جایی که ضخامت شکاف با طول موج قابل مقایسه است، به منشور دوم منتقل می شود. اگر مشاهدات در نور سفید انجام می شد، لبه حلقه یک رنگ قرمز داشت. این همان طور است که باید باشد، زیرا عمق نفوذ متناسب با طول موج است (برای پرتوهای قرمز بیشتر از پرتوهای آبی است). با تغییر ضخامت شکاف، می توانید شدت نور عبوری را تغییر دهید. این پدیده اساس تلفن سبک را تشکیل داد که توسط Zeiss ثبت شده است. در این دستگاه یکی از رسانه ها یک غشای شفاف است که تحت تأثیر صدایی که بر روی آن می ریزد به ارتعاش در می آید. نوری که از یک شکاف هوایی می گذرد در زمان با تغییر شدت صدا، شدت آن را تغییر می دهد. هنگامی که به فتوسل برخورد می کند، جریان متناوب تولید می کند که مطابق با تغییرات شدت صدا تغییر می کند. جریان حاصل تقویت شده و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

پدیده های نفوذ موج از شکاف های نازک مختص اپتیک نیست. اگر سرعت فاز در شکاف بیشتر از سرعت فاز در محیط باشد، برای موجی با هر ماهیتی این امکان وجود دارد. این پدیده در فیزیک هسته ای و اتمی از اهمیت بالایی برخوردار است.

برای تغییر جهت انتشار نور از پدیده بازتاب داخلی کلی استفاده می شود. برای این منظور از منشورها استفاده می شود.

مثال 1

ورزش:مثالی از پدیده بازتاب کلی که مکرراً رخ می دهد، بیاورید.

راه حل:

می توانیم مثال زیر را بیان کنیم. اگر بزرگراه بسیار گرم باشد، دمای هوا در نزدیکی سطح آسفالت حداکثر است و با افزایش فاصله از جاده کاهش می یابد. این بدان معنی است که ضریب شکست هوا در سطح حداقل است و با افزایش فاصله افزایش می یابد. در نتیجه اشعه هایی که نسبت به سطح بزرگراه زاویه کمی دارند کاملاً منعکس می شوند. اگر حین رانندگی در خودرو، در قسمت مناسبی از سطح بزرگراه، توجه خود را متمرکز کنید، می‌توانید خودرویی را مشاهده کنید که بسیار جلوتر و وارونه می‌رود.

مثال 2

ورزش:اگر زاویه محدود بازتاب کل برای یک پرتو معین در سطح مشترک هوا و کریستال 400 باشد، زاویه بروستر برای پرتو نوری که روی سطح کریستال می افتد چقدر است؟

راه حل:

\[(tg(\alpha)_b)=\frac(n)(n_v)=n\left(2.2\راست).\]

از عبارت (2.1) داریم:

اجازه دهید سمت راست عبارت (2.3) را با فرمول (2.2) جایگزین کرده و زاویه مورد نظر را بیان کنیم:

\[(\alpha)_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left((\alpha)_(pred)\right)\ ))\right).\]

بیایید محاسبات را انجام دهیم:

\[(\alpha)_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left(40()^\circ \right)\ ))\right)\حدود 57()^\circ .\]

پاسخ:$(\alpha )_b=57()^\circ .$

کلاس: 11

ارائه برای درس

عقب به جلو

توجه! پیش نمایش اسلایدها فقط برای مقاصد اطلاعاتی است و ممکن است نشان دهنده همه ویژگی های ارائه نباشد. اگر به این کار علاقه مند هستید، لطفا نسخه کامل آن را دانلود کنید.

اهداف درس:

آموزشی:

• دانش آموزان باید دانش کسب شده را در حین مطالعه مبحث "بازتاب و شکست نور" تکرار و تعمیم دهند: پدیده انتشار مستقیم نور در یک محیط همگن، قانون بازتاب، قانون شکست، قانون بازتاب کلی.
• کاربرد قوانین در علم، فناوری، ابزارهای نوری، پزشکی، حمل و نقل، ساخت و ساز، زندگی روزمره، دنیای اطراف ما را در نظر بگیرید،
• توانایی به کارگیری دانش کسب شده در حل مسائل کیفی، محاسباتی و تجربی.

آموزشی:

1. گسترش افق دانش آموزان، توسعه تفکر منطقی و هوش؛
2. قادر به مقایسه و ایجاد ورودی باشد.
3. گفتار مونولوگ را توسعه دهید، بتوانید در مقابل مخاطب صحبت کنید.
4. آموزش نحوه به دست آوردن اطلاعات از ادبیات اضافی و اینترنت و تجزیه و تحلیل آن.

آموزشی:

• القای علاقه به موضوع فیزیک؛
• آموزش استقلال، مسئولیت پذیری، اعتماد به نفس؛
• موقعیت موفقیت و حمایت دوستانه را در طول درس ایجاد کنید.

تجهیزات و وسایل کمک بصری:

• دستگاه اپتیک هندسی، آینه، منشور، بازتابنده، دوربین دوچشمی، فیبر نوری، ابزار آزمایشی.
• کامپیوتر، ویدئو پروژکتور، صفحه نمایش، ارائه "کاربرد عملی قوانین بازتاب و شکست نور"

طرح درس.

I. موضوع و هدف درس (2 دقیقه)

II. تکرار (بررسی پیشانی) - 4 دقیقه

III. کاربرد صافی انتشار نور. مشکل (در هیئت مدیره). - 5 دقیقه

IV. کاربرد قانون بازتاب نور. - 4 دقیقه

V. کاربرد قانون شکست نور:

1) تجربه - 4 دقیقه

2) کار - 5 دقیقه

VI کاربرد بازتاب داخلی کلی نور:

الف) ابزارهای نوری - 4 دقیقه.

ج) فیبر نوری - 4 دقیقه.

VII سراب - 4 دقیقه

هشتم. کار مستقل – 7 دقیقه.

IX جمع بندی درس. تکالیف - 2 دقیقه

مجموع: 45 دقیقه

در طول کلاس ها

I. موضوع درس، هدف، اهداف، محتوا . (اسلاید 1-2)

اپیگراف. (اسلاید 3)

هدیه ای شگفت انگیز از طبیعت ابدی،
هدیه ای گرانبها و مقدس،
منبعی بی پایان دارد
لذت بردن از زیبایی:
آسمان، خورشید، درخشش ستارگان،
دریا در آبی درخشان -
کل تصویر جهان هستی
ما فقط در نور می دانیم.
I.A.Bunin

II. تکرار

معلم:

الف) اپتیک هندسی. (اسلایدهای 4-7)

نور در یک خط مستقیم در محیطی همگن منتشر می شود. یا در یک محیط همگن، پرتوهای نور خطوط مستقیم هستند

خطی که انرژی نور در طول آن حرکت می کند پرتو نامیده می شود. راستی انتشار نور با سرعت 300000 کیلومتر بر ثانیه در اپتیک هندسی استفاده می شود.

مثال:هنگام بررسی صافی تخته‌ای با استفاده از پرتو استفاده می‌شود.

توانایی دیدن اجسام غیر نورانی به این دلیل است که هر جسم نوری را که به آن می‌تابد تا حدی منعکس می‌کند و تا حدی آن را جذب می‌کند. (ماه). محیطی که سرعت انتشار نور در آن کمتر است، محیطی از نظر نوری متراکم تر است. شکست نور تغییر جهت پرتو نور هنگام عبور از یک مرز بین رسانه ها است. شکست نور با تفاوت در سرعت انتشار نور هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر توضیح داده می شود.

ب) نمایش پدیده انعکاس و شکست بر روی دستگاه «دیسک نوری».

ج) سؤالاتی برای تکرار. (اسلاید 8)

III. کاربرد صافی انتشار نور. مشکل (در هیئت مدیره).

الف) تشکیل سایه و نیم سایه. (اسلاید 9).

صاف بودن انتشار نور، تشکیل سایه و نیم سایه را توضیح می دهد. اگر اندازه منبع کوچک باشد یا اگر منبع در فاصله ای قرار گرفته باشد که در مقایسه با آن اندازه منبع نادیده گرفته شود، فقط یک سایه به دست می آید. هنگامی که منبع نور بزرگ است یا اگر منبع نزدیک به سوژه باشد، سایه های غیر واضح (آمبرا و نیم سایه) ایجاد می شود.

ب) روشنایی ماه. (اسلاید 10).

ماه، در مسیر خود به دور زمین، توسط خورشید روشن می شود، خود نمی درخشد.

1. ماه نو، 3. سه ماهه اول، 5. ماه کامل، 7. سه ماهه آخر.

ج) کاربرد مستقیم انتشار نور در ساختمان سازی، در ساخت راه ها و پل ها. (اسلایدهای 11-14)

د) مسئله شماره 1352 (د) (دانش آموز در تخته سیاه). طول سایه از برج تلویزیونی Ostankino، که توسط خورشید روشن شده است، در یک نقطه از زمان برابر با 600 متر بود. طول سایه از فردی با قد 1.75 متر در همان لحظه از زمان برابر با 2 متر بود. ارتفاع برج چقدر است؟ (اسلاید 15-16)

نتیجه گیری: با استفاده از این اصل، می توانید ارتفاع یک شی غیر قابل دسترس را تعیین کنید: ارتفاع خانه. ارتفاع صخره؛ قد یک درخت بلند

ه) سؤالاتی برای تکرار. (اسلاید 17)

IV. کاربرد قانون بازتاب نور. (اسلایدهای 18-21).

الف) آینه ها (پیام دانشجو).

نوری که در مسیر خود به هر جسمی برخورد می کند از سطح آن منعکس می شود. اگر صاف نباشد بازتاب در جهات مختلف رخ می‌دهد و نور پراکنده می‌شود، وقتی سطح صاف است، تمام پرتوها به موازات یکدیگر از آن خارج می‌شوند و یک انعکاس چشمی به‌دست می‌آید. معمولاً نور از آن منعکس می‌شود. سطح آزاد مایعات در حال استراحت و از آینه ها. آینه ها می توانند اشکال مختلفی داشته باشند. آنها مسطح، کروی، استوانه ای، سهمی و غیره هستند. نور ساطع شده از یک جسم به شکل پرتوهایی پخش می شود که با افتادن بر روی آینه منعکس می شود. اگر بعد از این دوباره در نقطه ای جمع شوند، می گویند که عمل تصویر جسم در آن نقطه بوجود آمده است. اگر پرتوها جدا باقی بمانند، اما در نقطه‌ای امتداد آن‌ها همگرا شوند، به نظر ما می‌رسد که پرتوها از آن ساطع می‌شوند، و این جایی است که جسم قرار دارد. این به اصطلاح تصویر مجازی است که در تخیل مشاهده ایجاد می شود. با کمک آینه‌های مقعر، می‌توانید تصویری را بر روی سطحی پخش کنید یا نور ضعیفی را که از یک جسم دور می‌آید در یک نقطه جمع‌آوری کنید، همانطور که هنگام رصد ستاره‌ها با استفاده از تلسکوپ بازتابی اتفاق می‌افتد. در هر دو مورد، تصویر واقعی است، آینه های دیگر برای دیدن جسم در اندازه واقعی (آینه های تخت معمولی)، بزرگ شده (این گونه آینه ها در کیف دستی حمل می شوند) یا کوچک شده (آینه های دید عقب در اتومبیل) استفاده می شود. تصاویر به دست آمده خیالی (مجازی) هستند. و با کمک آینه های منحنی و غیر کروی می توانید تصویر را مخدوش کنید.

V. کاربرد قانون شکست نور. (اسلایدهای 22-23).

الف) مسیر پرتوها در یک صفحه شیشه ای .

ب) مسیر پرتوها در یک منشور مثلثی . بسازید و توضیح دهید. (دانش آموز پشت تخته سیاه)

ج) تجربه: کاربرد قانون شکست. (پیام دانش آموز.) (اسلاید 24)

حمام‌کنندگان بی‌تجربه اغلب در معرض خطر بزرگی قرار می‌گیرند، زیرا آنها یک پیامد عجیب قانون شکست نور را فراموش می‌کنند. آنها نمی دانند که به نظر می رسد انکسار تمام اجسام غوطه ور در آب را بالاتر از موقعیت واقعی خود می برد. به نظر می رسد که کف یک حوض، رودخانه یا مخزن تقریباً یک سوم عمق آن بالا رفته است. دانستن این موضوع برای کودکان و به طور کلی افراد کوتاه قد که اشتباه در تعیین عمق می تواند برای آنها کشنده باشد، بسیار مهم است. دلیل آن شکست پرتوهای نور است.

تجربه: به این صورت یک سکه در ته فنجان در مقابل دانش آموزان قرار دهید. به طوری که برای دانش آموز قابل رویت نباشد. از او بخواهید بدون اینکه سرش را بچرخاند آب را در یک فنجان بریزد، سپس سکه "بالا" شناور می شود. اگر آب را با سرنگ از فنجان بردارید، قسمت پایینی که سکه دارد دوباره پایین می آید. تجربه را توضیح دهید. آزمایش را برای همه در خانه انجام دهید.

ز) وظیفه.عمق واقعی منطقه مخزن 2 متر است. عمق ظاهری برای فردی که به پایین با زاویه 60 درجه نسبت به سطح آب نگاه می کند چقدر است. ضریب شکست آب 1.33 است. (اسلایدهای 25-26).

ه) سوالات برای بررسی . (اسلاید 27-28).

VI. بازتاب داخلی کل ابزارهای نوری

الف) بازتاب کامل درونی. ابزارهای نوری . (پیام دانشجو)

(اسلایدهای 29-35)

بازتاب داخلی کامل زمانی اتفاق می افتد که نور به مرز بین یک محیط نوری متراکم تر و یک محیط کمتر متراکم برخورد کند. بازتاب داخلی کل در بسیاری از دستگاه های نوری استفاده می شود. زاویه محدود برای شیشه بسته به ضریب شکست یک نوع شیشه ای 35-40 درجه است. بنابراین، در منشورهای 45 درجه، نور بازتاب داخلی کامل را تجربه خواهد کرد.

سوال چرا استفاده از منشورهای گردان و دوار بهتر از آینه است؟

الف) آنها تقریبا 100 نور را منعکس می کنند، زیرا بهترین آینه ها کمتر از 100 نور را منعکس می کنند. تصویر روشن تر است.

ج) خواص آنها بدون تغییر باقی می ماند زیرا آینه های فلزی در طول زمان به دلیل اکسیداسیون فلز محو می شوند.

کاربرد. منشورهای دوار در پریسکوپ ها استفاده می شوند. منشورهای برگشت پذیر در دوربین دوچشمی استفاده می شوند. در حمل و نقل، از یک بازتابنده گوشه استفاده می شود - یک بازتابنده؛ در پشت - قرمز، در جلو - سفید، روی پره های چرخ های دوچرخه - نارنجی ثابت می شود. بازتابنده یا دستگاه نوری که بدون توجه به زاویه تابش نور روی سطح، نور را به منبعی که آن را روشن می کند بازتاب می دهد. تمامی وسایل نقلیه و بخشهای خطرناک جاده ها به آنها مجهز هستند. ساخته شده از شیشه یا پلاستیک.

ب) سوالاتی برای تکرار. (اسلاید 36).

ج) فیبر نوری . (پیام دانشجو). (اسلایدهای 37-42).

فیبر نوری بر اساس بازتاب داخلی کلی نور است. الیاف یا شیشه یا پلاستیک هستند. قطر آنها بسیار کوچک است - چند میکرومتر. دسته ای از این الیاف نازک را راهنمای نور می نامند؛ نور تقریباً بدون اتلاف در امتداد آن حرکت می کند، حتی اگر به راهنمای نور شکل پیچیده ای داده شود. این در لامپ های تزئینی، برای روشنایی جت در فواره ها استفاده می شود.

راهنماهای نور برای انتقال سیگنال در تلفن و سایر انواع ارتباطات استفاده می شود. سیگنال یک پرتو نور مدوله شده است و با تلفات کمتری نسبت به زمانی که سیگنال الکتریکی را از طریق سیم های مسی ارسال می کند، منتقل می شود.

راهنمای نور در پزشکی برای انتقال تصاویر واضح استفاده می شود. با وارد کردن "آندوسکوپی" از طریق مری، پزشک می تواند دیواره های معده را بررسی کند. برخی از فیبرها نور را برای روشن کردن معده ارسال می کنند، در حالی که برخی دیگر نور منعکس شده را حمل می کنند. هر چه الیاف بیشتر و نازک تر باشند، تصویر بهتری خواهید داشت. آندوسکوپ هنگام معاینه معده و سایر نواحی صعب العبور، هنگام آماده سازی بیمار برای جراحی، یا زمانی که به دنبال جراحات و آسیب های بدون جراحی هستید، مفید است.

در راهنمای نور، نور به طور کامل از سطح داخلی شیشه یا فیبر پلاستیکی شفاف منعکس می شود. در هر انتهای راهنمای نور، لنزهایی وجود دارد. در انتها رو به جسم. عدسی پرتوهای ساطع شده از آن را به یک پرتو موازی تبدیل می کند. در انتها رو به روی ناظر یک تلسکوپ وجود دارد که به شما امکان مشاهده تصویر را می دهد.

VII. سراب ها (دانش آموز می گوید، معلم کامل می کند) (اسلاید 43-46).

ارتش فرانسه ناپلئون در قرن هجدهم با سرابی در مصر مواجه شد. سربازان "دریاچه ای با درختان" را در جلو دیدند. سراب یک کلمه فرانسوی است که به معنای "انعکاس در آینه" است. پرتوهای خورشید از آینه هوا عبور می کنند و باعث ایجاد "معجزه" می شوند. اگر زمین به خوبی گرم شود، لایه پایینی هوا بسیار گرمتر از لایه های واقع در بالا است.

سراب یک پدیده نوری در جوی شفاف و آرام با دمای متفاوت لایه های جداگانه آن است که شامل این واقعیت است که اجسام نامرئی واقع در خارج از افق به شکل شکسته در هوا منعکس می شوند.

بنابراین، پرتوهای خورشید که به لایه هوا نفوذ می کنند، هرگز مستقیم حرکت نمی کنند، بلکه منحنی هستند. به این پدیده انکسار می گویند.

سراب چهره های زیادی دارد. می تواند ساده، پیچیده، بالا، پایین، جانبی باشد.

هنگامی که لایه های پایینی هوا به خوبی گرم می شوند، یک سراب پایین مشاهده می شود - یک تصویر وارونه خیالی از اشیاء. این اغلب در استپ ها و بیابان ها اتفاق می افتد. این نوع سراب در آسیای مرکزی، قزاقستان و منطقه ولگا قابل مشاهده است.

اگر لایه های زمینی هوا بسیار سردتر از لایه های بالایی باشند، سراب بالایی رخ می دهد - تصویر از زمین جدا می شود و در هوا آویزان می شود. اجسام نزدیکتر و بالاتر از آنچه هستند ظاهر می شوند. این نوع سراب در اوایل صبح مشاهده می شود، زمانی که پرتوهای خورشید هنوز فرصتی برای گرم کردن زمین نداشته است.

در سطح دریا در روزهای گرم، ملوانان کشتی هایی را می بینند که در هوا معلق هستند و حتی اجسامی را بسیار فراتر از افق می بینند.

هشتم. کار مستقل. تست - 5 دقیقه. (اسلایدهای 47-53).

1. زاویه بین پرتو فرودی و صفحه آینه 30 درجه است. زاویه انعکاس چیست؟

2. چرا قرمز علامت خطر برای حمل و نقل است؟

الف) مرتبط با رنگ خون؛

ب) چشم را بهتر جلب می کند.

ج) کمترین ضریب شکست را دارد.

د) کمترین پراکندگی را در هوا دارد

3. چرا کارگران ساختمانی از کلاه ایمنی نارنجی استفاده می کنند؟

الف) رنگ نارنجی به وضوح از دور قابل مشاهده است.

ب) در آب و هوای بد کمی تغییر می کند.

ج) کمترین پراکندگی نور را دارد.

د) با توجه به الزامات ایمنی کار.

4. چگونه می توانیم بازی نور در سنگ های قیمتی را توضیح دهیم؟

الف) لبه های آنها به دقت جلا داده شده است.

ب) ضریب شکست بالا؛

ج) سنگ شکل یک چند وجهی منظم دارد.

د) قرارگیری صحیح سنگ جواهر نسبت به پرتوهای نور.

5. اگر زاویه تابش 15 درجه افزایش یابد، زاویه بین پرتوهای تابیده شده به آینه تخت و پرتوهای بازتاب شده چگونه تغییر می کند؟

الف) 30 درجه افزایش می یابد.

ب) 30 درجه کاهش می یابد.

ج) 15 درجه افزایش می یابد.

د) 15 درجه افزایش می یابد.

6. اگر ضریب شکست 2.4 باشد سرعت نور در الماس چقدر است؟

الف) تقریباً 2000000 کیلومتر بر ثانیه؛

ب) تقریباً 125000 کیلومتر بر ثانیه؛

ج) سرعت نور به محیط بستگی ندارد، یعنی. 300000 کیلومتر بر ثانیه؛

د) 720000 کیلومتر بر ثانیه.

IX جمع بندی درس. مشق شب. (اسلایدهای 54-56).

تجزیه و تحلیل و ارزشیابی فعالیت های دانش آموزان در درس. دانش آموزان در مورد اثربخشی درس با معلم صحبت می کنند و عملکرد خود را ارزیابی می کنند.

1. چند پاسخ صحیح دریافت کردید؟

3. چیز جدیدی یاد گرفتی؟

4. بهترین سخنران.

2) آزمایش را با سکه در خانه انجام دهید.

ادبیات

1. گورودتسکی D.N. کار تستی در فیزیک "دبیرستان" 1987
2. دمکوویچ وی.پی. مجموعه مسائل فیزیک "روشنگری" 2004
3. Giancole D. فیزیک. انتشارات میر 1369
4. پرلمن A.I. انتشارات فیزیک سرگرم کننده "علم" 1965
5. Lansberg G.D. کتاب درسی فیزیک ابتدایی انتشارات ناوکا 1972
6. منابع اینترنتی

پدیده بازتاب داخلی کلی در فیبر نوری برای انتقال سیگنال های نور در فواصل طولانی استفاده می شود. استفاده از انعکاس آینه معمولی نتیجه مطلوبی را به همراه نمی‌آورد، زیرا حتی با کیفیت‌ترین آینه (نقره‌کاری شده) تا 3 درصد انرژی نور را جذب می‌کند. هنگام انتقال نور در فواصل طولانی، انرژی نور به صفر نزدیک می شود. هنگام ورود به راهنمای نور، پرتو فرودی در زاویه ای هدایت می شود که آشکارا بزرگتر از زاویه محدود است که بازتاب پرتو را بدون اتلاف انرژی تضمین می کند. راهنماهای نور، متشکل از الیاف مجزا، به قطر موی انسان می‌رسند، با سرعت انتقال سریع‌تر از سرعت جریان جریان، که امکان انتقال سریع‌تر اطلاعات را فراهم می‌کند.

راهنمای نور فیبر با موفقیت در پزشکی استفاده می شود. به عنوان مثال، یک راهنمای نور به معده یا در ناحیه قلب وارد می شود تا نواحی خاصی از اندام های داخلی را روشن یا مشاهده کند. استفاده از راهنماهای نور به شما امکان می دهد بدون وارد کردن لامپ، اندام های داخلی را بررسی کنید، یعنی امکان گرم شدن بیش از حد را از بین ببرید.

و) انکسار سنجی (از لاتین refractus - شکست و یونانی metreo - اندازه گیری) - یک روش تجزیه و تحلیل مبتنی بر پدیده شکست نور هنگام عبور از یک محیط به رسانه دیگر. شکست نور، یعنی تغییر جهت اصلی آن، به دلیل سرعت های مختلف توزیع نور در محیط های مختلف است.

28. قطبش نور. نور طبیعی و قطبی است. مواد فعال نوری اندازه گیری غلظت محلول با زاویه چرخش صفحه قطبش (قطبی سنجی).

الف) قطبش نور جداسازی پرتوهایی با جهت معین بردار الکتریکی از پرتوی نور طبیعی است.

ب ) نور طبیعی(نور غیر قطبی) - مجموعه ای از امواج نوری نامنسجم با تمام جهات ممکن از شدت مغناطیسی الکتریکی. زمینه ها به سرعت و به طور تصادفی جایگزین یکدیگر می شوند. نور ساطع شده توسط مرکز تشعشع (اتم، مولکول، واحد شبکه کریستالی و غیره)، معمولاً به صورت خطی قطبی می شود و حالت قطبش را برای 10-8 ثانیه یا کمتر حفظ می کند (این از آزمایشات روی مشاهده تداخل پرتوهای نور در یک اختلاف مسیر بزرگ به دست می آید. بنابراین، هنگامی که امواج ساطع شده در ابتدا و انتهای بازه زمانی مشخص شده ممکن است تداخل داشته باشند). در عمل بعدی تابش، نور ممکن است جهت قطبش متفاوتی داشته باشد. معمولاً تشعشعات تعداد زیادی از مراکز به طور همزمان با جهت گیری متفاوت و تغییر جهت طبق قوانین آمار مشاهده می شود. این تشعشع E.s است.<Мн. источники света (раскалённые тела, светящиеся газы) испускают свет, близкий к Е. с., но всё же в небольшой степени поляризованный. Это объясняется прохождением света внутри источника от глубинных слоев наружу и прохождением света через среду от источника к наблюдателю (поляризация при отражении, при рассеянии света средой, дихроизм среды и т. п.). Близок к Е. с. прямой солнечный свет.

نور پلاریزه -امواج نوری که ارتعاشات الکترومغناطیسی آنها فقط در یک جهت حرکت می کند. نور معمولی در تمام جهات عمود بر جهت حرکت خود منتشر می شود. بسته به شبکه نوسان، دانشمندان سه نوع قطبش را تشخیص می دهند: خطی (مسطح)، دایره ای و بیضوی. در نور پلاریزه خطی، ارتعاشات الکتریکی تنها به یک جهت محدود می شود و ارتعاشات مغناطیسی در زوایای قائمه هدایت می شوند. نور پلاریزه خطی هنگامی رخ می دهد که منعکس شود، به عنوان مثال، از یک ورق شیشه یا سطح آب، زمانی که نور از انواع خاصی از کریستال ها مانند کوارتز، تورمالین یا کلسیت عبور می کند. مواد پلاریزه در عینک های آفتابی پلاریزه برای کاهش تابش خیره کننده با انحراف نوری که هنگام انعکاس قطبی می شود، استفاده می شود.

V) مواد فعال نوری- رسانه با فعالیت نوری طبیعی. فعالیت نوری توانایی یک محیط (کریستال ها، محلول ها، بخارات یک ماده) برای ایجاد چرخش صفحه قطبش تابش نوری (نور) عبوری از آن است. روش بررسی فعالیت نوری پلاریمتری است.

د) سرعت و دقت در تعیین غلظت بسیاری از محلول ها به صورت نوری این روش را بسیار فراگیر کرد. این بر اساس پدیده چرخش صفحه قطبش نور است.

موادی که قادر به چرخش صفحه قطبش نور قطبی شده خطی بر روی آنها هستند، فعال نوری نامیده می شوند. مایعات خالص (مثلا سقز)، محلول های برخی از مواد (محلول آبی قند) و برخی کربوهیدرات ها می توانند از نظر نوری فعال باشند. جهت چرخش صفحه قطبش برای مواد مختلف یکسان نیست. اگر به پرتوی که از یک ماده می گذرد نگاه کنید، یک قسمت از مواد صفحه پلاریزاسیون را در جهت عقربه های ساعت می چرخاند (مواد dextrorotatory) و قسمت دیگر خلاف چرخش (مواد چرخشی). برخی از مواد دارای دو تغییر هستند، یکی از آنها صفحه قطبش را در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخاند، دیگری در خلاف جهت عقربه‌های ساعت (کوارتز).

نور طبیعی با عبور از پلاریزر P به نور پلاریزه صفحه تبدیل می شود. فیلتر نور F نور با فرکانس مشخص را به صفحه کوارتز K منتقل می کند. صفحه کوارتز عمود بر محور نوری بریده می شود، بنابراین نور در امتداد این محور بدون انکسار مضاعف منتشر می شود. اگر از قبل، در غیاب صفحه کوارتز، آنالایزر A روی تاریکی کامل تنظیم شده باشد (نیکول ها متقاطع شده اند)، سپس وقتی صفحه کوارتز معرفی می شود، میدان دید روشن می شود. برای تاریک شدن کامل، اکنون باید آنالایزر را از یک زاویه مشخص φ بچرخانید. بنابراین، نور قطبی شده که از کوارتز می گذرد، قطبش بیضوی را به دست نمی آورد، اما به صورت خطی قطبی شده باقی می ماند. هنگام عبور از کوارتز، صفحه پلاریزاسیون فقط با یک زاویه خاص می چرخد ​​که با چرخش آنالایزر A اندازه گیری می شود که برای تیره شدن میدان در حضور کوارتز لازم است. با تغییر فیلتر، می توانید متوجه شوید که زاویه چرخش صفحه پلاریزاسیون برای طول موج های مختلف متفاوت است، به عنوان مثال. پراکندگی چرخشی رخ می دهد.

برای یک طول موج معین، زاویه چرخش صفحه قطبش با ضخامت صفحه d متناسب است:

جایی که φ زاویه چرخش صفحه قطبش است. د - ضخامت صفحه؛ α – چرخش خاص.

چرخش خاص به طول موج، ماهیت ماده و دما بستگی دارد. به عنوان مثال، کوارتز دارای α = 21.7 درجه بر میلی متر برای λ = 589 نانومتر و α = 48.9 درجه بر میلی متر برای λ = 405 نانومتر است.

هنگامی که نور پلاریزه خطی در محلولی از یک ماده فعال نوری منتشر می شود، زاویه چرخش صفحه پلاریزاسیون به ضخامت لایه d و به غلظت محلول C بستگی دارد:

در شکل 2، و مشخص شده اند: E1 - بردار نور مولفه چپ، E2 - بردار نور از مولفه سمت راست، РР - جهت بردار کل E.

اگر سرعت انتشار هر دو موج یکسان نباشد، هنگامی که آنها از ماده عبور می کنند، یکی از بردارها، به عنوان مثال E1، در چرخش خود از بردار E2 عقب می ماند (شکل 2، b را ببینید). بردار E به سمت بردار "سریعتر" E2 می چرخد ​​و موقعیت QQ را می گیرد. زاویه چرخش برابر با φ خواهد بود.

تفاوت در سرعت انتشار نور با جهات مختلف قطبش دایره ای به دلیل عدم تقارن مولکول ها یا آرایش نامتقارن اتم ها در یک بلور است. برای اندازه گیری زوایای چرخش صفحه قطبش از ابزارهایی به نام پلاریمتر و ساخاریمتر استفاده می شود.

29.ویژگی های تابش و جذب انرژی توسط اتم ها و مولکول ها. طیف (گسترش و جذب) طیف اتمی، مولکولی و بلوری. طیف سنجی و کاربرد آن در پزشکی

یک اتم و یک مولکول می توانند در حالت انرژی ساکن باشند. در این حالت ها نه انرژی ساطع می کنند و نه جذب می کنند. حالت های انرژی به صورت شماتیک به صورت سطوح نشان داده می شوند. پایین ترین سطح انرژی - پایه - مربوط به حالت پایه است.

در طول انتقال کوانتومی، اتم ها و مولکول ها از یک حالت ساکن به حالت دیگر، از یک سطح انرژی به سطح دیگر می پرند. تغییر در وضعیت اتم ها با انتقال انرژی الکترون ها همراه است. در مولکول ها، انرژی نه تنها در نتیجه انتقال های الکترونیکی، بلکه به دلیل تغییرات در ارتعاشات اتمی و انتقال بین سطوح چرخشی نیز می تواند تغییر کند. هنگام انتقال از سطوح انرژی بالاتر به سطوح پایین تر، یک اتم یا مولکول انرژی می دهد و در طی انتقال معکوس جذب می شود. یک اتم در حالت پایه خود فقط می تواند انرژی جذب کند. دو نوع انتقال کوانتومی وجود دارد:

1) بدون تابش یا جذب انرژی الکترومغناطیسی توسط یک اتم یا مولکول. این انتقال غیر تشعشعی زمانی اتفاق می‌افتد که یک اتم یا مولکول با ذرات دیگر تعامل می‌کند، مثلاً در طی یک برخورد. بین یک برخورد غیر کشسان که در آن حالت داخلی اتم تغییر می کند و یک انتقال غیر تابشی رخ می دهد و الاستیک - با تغییر در انرژی جنبشی اتم یا مولکول، اما با حفظ حالت داخلی، تمایز قائل می شود. ;

2) با گسیل یا جذب یک فوتون. انرژی یک فوتون برابر است با تفاوت بین انرژی های حالت ساکن اولیه و نهایی یک اتم یا مولکول.

بسته به دلیلی که باعث انتقال کوانتومی با گسیل یک فوتون می شود، دو نوع تابش متمایز می شود. اگر این علت یک ذره درونی و برانگیخته باشد که به طور خود به خود به سطح انرژی پایین تر حرکت می کند، آن گاه به این تابش خود به خود می گویند. از نظر زمان، فرکانس (ممکن است انتقال بین سطوح فرعی مختلف وجود داشته باشد)، جهت انتشار و قطبش تصادفی و آشفته است. منابع نوری معمولی عمدتاً تشعشعات خود به خودی ساطع می کنند. نوع دیگری از تشعشعات اجباری یا القایی است.این تابش زمانی اتفاق می‌افتد که یک فوتون با یک ذره برانگیخته در تعامل باشد، اگر انرژی فوتون برابر با اختلاف سطوح انرژی باشد. در نتیجه انتقال کوانتومی اجباری، دو فوتون یکسان از ذره در یک جهت منتشر می شوند: یکی اولیه، اجباری، و دیگری ثانویه است که گسیل می شود. انرژی ساطع شده توسط اتم ها یا مولکول ها طیف انتشار را تشکیل می دهد و انرژی جذب شده طیف جذب را تشکیل می دهد.

انتقال کوانتومی بین هیچ سطح انرژی رخ نمی دهد. قواعد انتخاب یا ممنوعیت وضع شده‌اند که شرایطی را که تحت آن انتقال ممکن و غیرممکن یا بعید است، تدوین می‌کند.

سطوح انرژی بیشتر اتم ها و مولکول ها کاملاً پیچیده است. ساختار سطوح و در نتیجه طیف ها نه تنها به ساختار یک اتم یا یک مولکول، بلکه به عوامل خارجی نیز بستگی دارد.

طیف ها منبع اطلاعات مختلفی هستند.

اول از همه، اتم‌ها و مولکول‌ها را می‌توان با نوع طیف شناسایی کرد که بخشی از وظیفه آنالیز طیفی کیفی است. شدت خطوط طیفی تعداد اتم های ساطع کننده (جذب) را تعیین می کند - تجزیه و تحلیل طیفی کمی. در این مورد، یافتن ناخالصی ها در غلظت های 10~5-10~6٪ و تعیین ترکیب نمونه هایی با جرم بسیار کوچک - تا چند ده میکروگرم نسبتا آسان است.

از طیف ها می توان ساختار یک اتم یا مولکول، ساختار سطوح انرژی آنها، تحرک بخش های جداگانه مولکول های بزرگ و غیره را قضاوت کرد. با دانستن وابستگی طیف ها به میدان هایی که روی یک اتم یا مولکول عمل می کنند، اطلاعاتی در مورد موقعیت نسبی ذرات به دست می آید، زیرا تأثیر اتم های همسایه (مولکول ها) از طریق یک میدان الکترومغناطیسی انجام می شود.

مطالعه طیف اجسام متحرک، بر اساس اثر داپلر نوری، تعیین سرعت نسبی ساطع کننده و گیرنده تابش را ممکن می سازد.

اگر در نظر بگیریم که از طیف یک ماده می‌توان در مورد حالت، دما، فشار و غیره آن نتیجه‌گیری کرد، می‌توان استفاده از تابش و جذب انرژی توسط اتم‌ها و مولکول‌ها را به عنوان یک روش تحقیق بسیار درک کرد.

بسته به انرژی (فرکانس) فوتون گسیل شده یا جذب شده توسط یک اتم (یا مولکول)، انواع طیف سنجی زیر طبقه بندی می شوند: رادیو، مادون قرمز، تابش مرئی، فرابنفش و اشعه ایکس.

بر اساس نوع ماده (منبع طیف)، طیف اتمی، مولکولی و طیف بلوری متمایز می شود.

طیف مولکولی- طیف های جذب، گسیل یا پراکندگی ناشی از انتقال کوانتومی مولکول ها از همان انرژی. به دیگری بیان می کند. ام‌اس. با ترکیب مولکول، ساختار آن، ماهیت ماده شیمیایی تعیین می شود. ارتباط و تعامل با خارجی میدان ها (و بنابراین، با اتم ها و مولکول های اطراف آن). نایب. مشخصه M.s هستند. گازهای مولکولی کمیاب، زمانی که خطوط طیفی توسط فشار گسترش نمی یابد: چنین طیفی از خطوط باریک با عرض داپلر تشکیل شده است.

برنج. 1. نمودار سطوح انرژی یک مولکول دو اتمی: آو بسطوح الکترونیکی؛ تو " و شما "" - اعداد کوانتومی ارتعاشی؛ جی"و جی"" - اعداد کوانتومی چرخشی.

مطابق با سه سیستم سطوح انرژی در یک مولکول - الکترونیکی، ارتعاشی و چرخشی (شکل 1)، M. s. شامل مجموعه ای از ارتعاشات الکترونیکی است. و بچرخانید. طیف و در طیف وسیعی از el-magn قرار دارند. امواج - از فرکانس های رادیویی تا اشعه ایکس. مناطق طیف فرکانس های انتقال بین چرخش ها. سطوح انرژی معمولاً در ناحیه مایکروویو قرار می گیرند (در مقیاس عدد موج 0.03-30 سانتی متر -1)، فرکانس های انتقال بین نوسانات. سطوح - در ناحیه IR (400-10000 سانتی متر -1)، و فرکانس های انتقال بین سطوح الکترونیکی - در مناطق مرئی و UV طیف. این تقسیم مشروط است، زیرا اغلب چرخشی است. انتقال ها نیز در ناحیه IR، نوسانات قرار می گیرند. انتقال - در منطقه مرئی، و انتقال الکترونیک - در منطقه IR. به طور معمول، انتقال الکترونیکی با تغییراتی در ارتعاشات همراه است. انرژی مولکول و با ارتعاشات. انتقال تغییر می کند و می چرخد. انرژی. بنابراین، اغلب طیف الکترونیکی سیستم های ارتعاشات الکترونی را نشان می دهد. باندها و با تجهیزات طیفی با وضوح بالا چرخش آنها تشخیص داده می شود. ساختار شدت خطوط و راه راه ها در M. s. با احتمال انتقال کوانتومی مربوطه تعیین می شود. نایب. خطوط شدید با انتقال مجاز توسط قوانین انتخاب مطابقت دارد. همچنین شامل طیف اوگر و طیف اشعه ایکس می شود. طیف های مولکولی(در مقاله پوشش داده نشده است؛ ببینید اثر اوگر، طیف‌سنجی اوگر، طیف‌سنجی اشعه ایکس، طیف‌سنجی اشعه ایکس).

طیف کریستال ها(نوری) در ساختار متفاوت هستند. همراه با خطوط باریک، دارای باندهای وسیعی هستند (نسبت فرکانس n به سرعت نور). بااز کسری تا چند هزار. سانتی متر -1) و نواحی پیوسته طیف که بیش از ده ها هزار کیلومتر امتداد دارند. سانتی متر -1(سانتی متر. طیف نوری). در ناحیه مادون قرمز طیف جذب، نوارهایی مشاهده می شود که با انتقال کوانتومی بین سطوح انرژی ناشی از حرکات ارتعاشی ذرات کریستالی همراه است، که با تغییراتی در گشتاور دوقطبی الکتریکی همراه است: یک فوتون جذب می شود و یک کوانتوم متولد می شود. ارتعاشات شبکه کریستالی - فونون.فرآیندهایی که با تولید چندین فونون همراه است، طیف مشاهده شده را تار و پیچیده می کند. یک کریستال واقعی معمولاً دارای عیوب ساختاری است (شکل 2 را ببینید). نقص در کریستال ها), ارتعاشات محلی می تواند در نزدیکی آنها رخ دهد، به عنوان مثال، ارتعاشات داخلی یک مولکول ناخالصی. در این مورد، خطوط اضافی با "ماهواره‌های" احتمالی در طیف ظاهر می‌شوند که ناشی از اتصال ارتعاشات محلی با ارتعاشات شبکه است. که در نیمه هادی هابرخی ناخالصی ها مراکزی را تشکیل می دهند که در آن الکترون ها در مدارهای هیدروژن مانند حرکت می کنند. آنها یک طیف جذبی در ناحیه مادون قرمز می دهند که شامل یک سری خطوط است که به یک نوار جذب پیوسته ختم می شود (یونیزاسیون ناخالصی). جذب نور توسط الکترون های رسانا و حفره های نیمه هادی ها و فلزاتهمچنین در منطقه مادون قرمز شروع می شود (نگاه کنید به اپتیک فلزی). در طیف کریستال های مرتب شده مغناطیسی، مگنون ها خود را مشابه فونون ها نشان می دهند (شکل 2 را ببینید). چرخش امواج).

در طیف نور پراکنده، به دلیل برهمکنش نور با ارتعاشات شبکه، که در آن قطبش پذیری کریستال تغییر می کند، همراه با خط فرکانس اولیه n o، خطوطی به نظر می رسد که در دو طرف آن با فرکانس ارتعاشات شبکه جابجا شده اند. ، که مربوط به ایجاد یا جذب فونون است (نگاه کنید به. رامان پراکندگی نور، برنج. 1 ). ارتعاشات شبکه صوتی منجر به این واقعیت می شود که وقتی نور در نوسانات حرارتی پراکنده می شود، به دلیل پراکندگی در نوسانات چگالی در حال انتشار، ماهواره های جانبی نیز در نزدیکی خط مرکزی (نه جابجا شده) رایلی ظاهر می شوند (شکل 2 را ببینید). پراکندگی نور).

اکثر کریستال های غیر فلزی فراتر از ناحیه مادون قرمز در محدوده فرکانسی مشخصی شفاف هستند. جذب دوباره زمانی اتفاق می افتد که انرژی فوتون به اندازه ای بالا می رود که باعث می شود الکترون ها از نوار ظرفیت پر شده بالایی به قسمت پایین نوار رسانایی کریستال منتقل شوند. طیف این خودجذب شدید نور، ساختار باندهای انرژی الکترونیکی کریستال را منعکس می‌کند و با «روشن شدن» انتقال بین باندهای انرژی دیگر، به محدوده مرئی گسترش می‌یابد. موقعیت لبه خود جذب رنگ یک کریستال ایده آل (بدون نقص) را تعیین می کند. برای نیمه هادی ها، مرز موج بلند ناحیه جذب ذاتی در ناحیه مادون قرمز نزدیک قرار دارد. کریستال های یونی -در ناحیه نزدیک به اشعه ماوراء بنفش همراه با انتقال مستقیم الکترون‌ها، انتقال‌های غیرمستقیم نیز به جذب ذاتی یک کریستال کمک می‌کنند، که طی آن فونون‌ها علاوه بر ایجاد یا جذب می‌شوند. انتقال الکترون ها از نوار رسانایی به نوار ظرفیت می تواند با تابش نوترکیبی همراه باشد.

یک الکترون رسانا و یک سوراخ، به دلیل جاذبه الکترواستاتیکی، می توانند یک حالت محدود - یک اکسایتون را تشکیل دهند. طیف اکسیتون ها می تواند از سری های هیدروژن مانند تا باندهای وسیع متفاوت باشد. خطوط جذب اکسایتون در مرز طول موج بلند جذب خود کریستال قرار دارند.اکسیتون ها مسئول طیف جذب الکترونیکی کریستال های مولکولی هستند. اکسایتون نیز شناخته شده است لومینسانس

انرژی‌های انتقال الکترونیکی بین سطوح محلی مراکز نقص معمولاً در ناحیه شفافیت یک کریستال ایده‌آل قرار می‌گیرند، به همین دلیل اغلب رنگ کریستال را تعیین می‌کنند. به عنوان مثال، در کریستال های هالید قلیایی، تحریک یک الکترون که در آنیون قرار دارد. جای خالی(مرکز رنگ F)، منجر به رنگ مشخص کریستال می شود. یون های مختلف ناخالصی (به عنوان مثال، Tl در KCl) مراکز لومینسانس را در داخل تشکیل می دهند کریستالوفسفر. آنها طیف ارتعاشی الکترونیکی (ویبرونیک) می دهند. اگر برهمکنش الکترون-فونون (ویبرونیک) در مرکز نقص ضعیف باشد، آنگاه یک خط باریک باریک صفر فونون در طیف ظاهر می شود (آنالوگ نوری خط. اثر Mössbauer ), در مجاورت آن یک "بال فونون" با ساختاری است که دینامیک یک کریستال را با ناخالصی منعکس می کند ( برنج. 3 ). با افزایش برهمکنش ویبرونیک، شدت خط فونون صفر کاهش می یابد. جفت شدن ویبرونیک قوی باعث ایجاد نوارهای پهن و بدون ساختار می شود. از آنجایی که بخشی از انرژی برانگیختگی در فرآیند آرامش ارتعاشی قبل از تشعشع در بقیه کریستال پراکنده می شود، حداکثر باند لومینسانس در سمت طول موج بلند نوار جذب قرار دارد (قانون استوکس). گاهی اوقات، تا زمانی که کوانتوم نور گسیل می شود، توزیع تعادلی بین سطوح فرعی ارتعاشی هنوز در مرکز ایجاد نشده است، و لومینسانس "گرم" ممکن است.

اگر کریستال حاوی اتم ها یا یون های انتقالی یا عناصر خاکی کمیاب به عنوان ناخالصی، با ناتمام باشد. f-یا پوسته‌های d، سپس می‌توان خطوط طیفی گسسته مربوط به انتقال بین سطوح فرعی ناشی از تقسیم سطوح اتمی توسط یک میدان الکتریکی درون کریستالی را مشاهده کرد.

طیف سنجی مجموعه ای از روش ها و نظریه ها برای اندازه گیری طیف های الکترومغناطیسی است. تابش و مطالعه خواص طیفی مواد و اجسام در علم نوری. محدوده طول موج (~ 1 نانومتر - 1 میلی متر). اندازه گیری در S. با استفاده از دستگاه های طیفی