Показать меню

Закон Брюстера

13.12.2020
47

Закон Брюстера — закон оптики, выражающий связь показателей преломления двух диэлектриков с таким углом падения света, при котором свет, отражённый от границы раздела диэлектриков, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. При этом преломлённый луч частично поляризуется в плоскости падения, и его поляризация достигает наибольшего значения (но не 100 %, поскольку от границы отразится лишь часть света, поляризованного перпендикулярно к плоскости падения, а оставшаяся часть войдёт в состав преломлённого луча). Угол падения, при котором отражённый луч полностью поляризован, называется углом Брюстера. При падении под углом Брюстера отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны.

Это явление оптики названо по имени шотландского физика Дэвида Брюстера, открывшего его в 1815 году.

Поляризующий эффект можно понять, если иметь в виду следующее:

  • Колебания электрического поля в электромагнитной волне всегда происходят перпендикулярно направлению движения.
  • Взаимодействие с диэлектриком происходит в два этапа. Вначале падающая волна генерирует коллективные колебания дипольных моментов молекул диэлектрика, затем эти осцилляции в свою очередь генерируют отражённую и преломлённую волну.

Итак, отражённая волна генерируется колебаниями дипольных моментов молекул среды. Когда угол между отражённой и преломлённой волной составляет 90 градусов, колебания электрического поля отражённой волны в плоскости падения могли бы генерироваться только колебаниями дипольных моментов вдоль преломлённого луча. Индуцировать такие колебания могла бы только продольная компонента колебаний электрического поля преломлённого луча. Но поскольку в преломленном пучке её нет, то и в отражённом не может быть.

Закон Брюстера записывается в виде:

tg ⁡ θ B r = n 21 , {displaystyle operatorname {tg} {{ heta }_{Br}}={{n}_{21}},}

где n 21 = n 2 / n 1 {displaystyle n_{21}=n_{2}/n_{1}} — показатель преломления второй среды относительно первой, а θ B r {displaystyle {{ heta }_{Br}}} — угол падения (угол Брюстера).

При падении света на одну пластинку под углом Брюстера интенсивность отражённого линейно поляризованного света очень мала (для границы воздух-стекло — около 4 % от интенсивности падающего луча). Поэтому для того, чтобы увеличить интенсивность отражённого света (или поляризовать свет, прошедший в стекло, в плоскости, параллельной плоскости падения) применяют несколько скреплённых пластинок, сложенных в стопу — стопу Столетова. Легко проследить по чертежу происходящее. Пусть на верхнюю часть стопы падает луч света. От первой пластины будет отражаться полностью поляризованный луч (около 4 % первоначальной интенсивности), от второй пластины также отразится полностью поляризованный луч (около 3,75 % первоначальной интенсивности) и так далее. При этом луч, выходящий из стопы снизу, будет все больше поляризоваться в плоскости, параллельной плоскости падения, по мере добавления пластин. Воздействие стопы Столетова на свет наглядно показано в одном из кинофильмов о поляризации света.

Две фотографии оз. Чёрного, сделанные фотоаппаратом без поляризующего фильтра и с ним. На правой фотографии он повёрнут таким образом, что отражённый свет почти полностью отфильтровывается и блики исчезают.

Закон Брюстера можно вывести из формул Френеля, описывающих зависимость амплитуды, фазы и поляризации отражённой и преломлённой световых волн от соответствующих характеристик волны, падающей на границу раздела диэлектриков.

Полное преломление

Полное преломление — эффект, проявляющийся при падении поперечных плоскополяризованных волн на границу раздела разнородных сред, и заключающийся в отсутствии отражённой волны. Эффект возможно наблюдать только в случае падения потока вертикально поляризованной волны (направление вектора напряжённости электромагнитного поля — в плоскости падения) на границу раздела сред под углом Брюстера. При этом, согласно закону преломления, в отражённом потоке будут содержаться только горизонтально поляризованные составляющие, а так как падающий поток не содержал горизонтально поляризованных волн, то отражённый поток будет отсутствовать. Таким образом, вся энергия падающего потока будет в преломлённых волнах.

Понятие полного преломления имеет важное значение для радиосвязи: большинство штыревых антенн излучает именно вертикально поляризованные волны. Таким образом, если волна падает на поверхность раздела (например, землю, воду или ионосферу) под углом Брюстера, отражённой волны не будет, соответственно канал связи будет отсутствовать.

Еще по этой теме:
Рацемизация
12:18, 10 декабрь
Рацемизация
Рацемизация — химический термин. Обозначает преобразование оптически активного вещества или смеси, где присутствует только один энантиомер, в смесь, содержащую более одного энантиомера. Если
Сувтушар (водопад)
08:59, 05 декабрь
Сувтушар (водопад)
Водопад Сувтушар (узб. шаршара Сувтушар) — каскадный водопад в горной системе Гиссаро-Алай, расположенный на территории Узбекистана. Находится на одноимённой малой реке в пределах Гиссарского
Поляриметрия
11:49, 03 декабрь
Поляриметрия
Поляриметрия — методы физических исследований, основанные на измерении степени поляризации света и угла поворота плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества.
Окружность Аполлония
01:13, 02 декабрь
Окружность Аполлония
Окружность Аполлония — геометрическое место точек плоскости, отношение расстояний от которых до двух заданных точек — величина постоянная, не равная единице. Биполярные координаты — ортогональная
Ленточный конвейер для транспортировки ваших грузов
15:50, 19 январь
Ленточный конвейер для транспортировки ваших грузов
Конвейеры различного типа используются во многих сферах деятельности человека для того, чтобы перемещать различные грузы на большие и короткие расстояния.
Метод пипетки Качинского-Робинсона-Кёхля (часть 1)
14:51, 13 март
Метод пипетки Качинского-Робинсона-Кёхля (часть 1)
Закон Стокса функционально связывает радиус частицы и ее равномерную скорость падения в жидкости известной вязкости и плотности при известной плотности твердой фазы самой частицы...
Комментарии:
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent