Sejarah Optik Fizikal, Terma, Undang -undang, Aplikasi yang kerap

The Optik fizikal Ia adalah sebahagian daripada optik yang mengkaji sifat fenomena cahaya dan fizikal yang hanya difahami dari model undulatory. Ia juga mengkaji fenomena gangguan, polarisasi, pembelauan dan fenomena lain yang tidak dapat dijelaskan dari perspektif geometri.

Model undulatory mentakrifkan cahaya sebagai gelombang elektromagnet yang medan elektrik dan magnetnya berubah secara serentak antara satu sama lain.

Gelombang Elektromagnetik [oleh Lennart Kudling Raphaël DeKnop (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fail: electromagnetic_wave_color.Pdf)]

Medan elektrik (Dan) Gelombang cahaya berkelakuan sama dengan medan magnet mereka (B), tetapi medan elektrik pada magnet mendominasi oleh hubungan Maxwell (1831-1879) yang menetapkan perkara berikut:

Dan= Cb

Di mana c = Kelajuan penyebaran gelombang.

Optik fizikal tidak menjelaskan spektrum penyerapan dan pelepasan atom. Sebaliknya, optik kuantum jika anda menangani kajian fenomena fizikal ini.

[TOC]

Sejarah

Sejarah optik fizikal bermula dengan eksperimen yang dilakukan oleh Grimaldi (1613-1663), yang memerhatikan bahawa bayang-bayang yang diproyeksikan oleh objek yang diterangi adalah lebih luas dan dikelilingi oleh jalur berwarna.

Fenomena yang diperhatikan memanggilnya difraksi. Kerja eksperimennya membawanya untuk meningkatkan sifat cahaya yang beralun, bertentangan dengan konsepsi Isaac Newton yang didominasi pada abad ke -18.

Paradigma Newtonian menegaskan bahawa cahaya berkelakuan seperti sinar korpuscles kecil yang bergerak pada kelajuan tinggi dalam trajektori rectilinear.

Robert Hookek.

Kemudian Huygens (1629-1695), berdasarkan idea Hooke, menyatukan teori cahaya yang beralun di dalamnya Saya sifat de la lumière (1690) di mana gelombang cahaya yang dipancarkan oleh badan -badan bercahaya disebarkan melalui medium halus dan elastik yang dipanggil eter.

Teori bergelora Huygens menerangkan fenomena refleksi, pembiasan dan pembelauan jauh lebih baik daripada teori korpuskular Newton, dan menunjukkan bahawa kelajuan cahaya berkurangan dengan bergerak dari kurang padat ke satu medium yang lebih padat.

Idea Huygens tidak diterima oleh saintis pada masa itu kerana dua sebab. Yang pertama adalah kemustahilan yang memuaskan menerangkan definisi eter, Dan yang kedua adalah prestij Newton di sekitar teorinya tentang mekanik yang mempengaruhi majoriti saintis untuk memutuskan untuk menyokong paradigma korpuskular cahaya.

Kebangkitan teori bergelora

Pada awal abad ke-19, Tomas Young (1773-1829) mendapat komuniti saintifik untuk menerima model huygens ondulatory dari hasil eksperimen gangguan cahayanya. Eksperimen yang dibenarkan untuk menentukan panjang gelombang warna yang berbeza.

Pada tahun 1818 Fresnell (1788-1827) memikirkan semula teori bergelora huygens berdasarkan prinsip gangguan. Dia juga menjelaskan fenomena birrefringencia de la luz, yang membolehkannya mengesahkan bahawa cahaya adalah gelombang melintang.

Pada tahun 1808 Arago (1788-1853) dan Malus (1775-1812) menjelaskan fenomena polarisasi cahaya dari model undulatory.

Hasil eksperimen Fizeau (1819-1896) pada tahun 1849 dan Foucalt (1819-1868) pada tahun 1862 dibenarkan untuk mengesahkan bahawa cahaya menyebar lebih cepat di udara daripada di dalam air, yang bertentangan dengan penjelasan yang diberikan oleh Newton.

Boleh melayani anda: apa kekasaran relatif dan mutlak?

Pada tahun 1872, Maxwell menerbitkannya Perjanjian mengenai elektrik dan magnet, di mana ia mengutarakan persamaan yang mensintesis elektromagnetisme. Dari persamaannya, dia memperoleh persamaan gelombang yang membolehkan menganalisis tingkah laku gelombang elektromagnet.

Maxwell mendapati bahawa kelajuan penyebaran gelombang elektromagnet berkaitan dengan medium penyebaran dan bertepatan dengan kelajuan cahaya, menyimpulkan bahawa cahaya adalah gelombang elektromagnet.

Akhirnya, Hertz (1857-1894) pada tahun 1888 berjaya menghasilkan dan mengesan gelombang elektromagnet dan mengesahkan bahawa cahaya adalah jenis gelombang elektromagnet.

Apa Kajian Optik Fizikal?

Fenomena kajian optik fizikal yang berkaitan dengan sifat cahaya yang beralun, seperti gangguan, difraksi dan polarisasi.

Gangguan

Gangguan adalah fenomena yang mana dua atau lebih gelombang cahaya bertindih yang wujud bersama di kawasan yang sama ruang, membentuk jalur cahaya yang cerah dan gelap.

Jalur terang berlaku apabila beberapa gelombang ditambah untuk menghasilkan gelombang yang lebih tinggi. Jenis gangguan ini dipanggil gangguan konstruktif.

Apabila gelombang bertindih untuk menghasilkan gelombang lebar yang lebih rendah, gangguan itu dipanggil gangguan merosakkan, dan kumpulan cahaya gelap dihasilkan.

Gangguan [oleh inductiveload (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fail: konstruktif_interensi.Svg)]

Cara jalur berwarna diedarkan dipanggil corak gangguan. Gangguan dapat dilihat di gelembung sabun atau di lapisan minyak jalan basah.

Difraksi

Fenomena difraksi adalah perubahan dalam arah penyebaran yang pengalaman gelombang cahaya dengan mempengaruhi halangan atau pembukaan mengubah amplitud dan fasa.

Seperti fenomena gangguan, difraksi adalah hasil daripada pertindihan gelombang yang koheren. Dua atau lebih gelombang cahaya adalah konsisten apabila ia berkisar dengan kekerapan yang sama dengan mengekalkan nisbah fasa malar.

Apabila halangan semakin meningkat.

Polarisasi

Polarisasi adalah fenomena fizikal yang mana gelombang bergetar dalam satu arah tegak lurus ke satah yang mengandungi medan elektrik. Sekiranya gelombang tidak mempunyai arah penyebaran tetap dikatakan bahawa gelombang tidak terpolarisasi. Terdapat tiga jenis polarisasi: polarisasi linear, polarisasi bulat dan polarisasi elips.

Sekiranya gelombang bergetar selari dengan garis tetap yang menggambarkan garis lurus dalam satah polarisasi, dikatakan bahawa ia dipolarisasi secara linear.

Apabila medan elektrik gelombang menerangkan bulatan dalam satah berserenjang dengan arah penyebaran yang sama, menjaga magnitudnya tetap, dikatakan bahawa gelombang dipolarisasi.

Sekiranya vektor medan elektrik gelombang menerangkan elips dalam satah tegak lurus ke arah penyebaran yang sama dikatakan bahawa gelombang dipolarisasi elips.

Istilah yang kerap dalam optik fizikal

Polarisasi

Ia adalah penapis yang hanya membolehkan sebahagian daripada cahaya yang berorientasikan dalam satu arah tertentu melaluinya tanpa kehilangan gelombang yang berorientasikan ke arah lain.

Boleh melayani anda: rajah badan percuma

Gelombang depan

Ia adalah permukaan geometri di mana semua bahagian gelombang mempunyai fasa yang sama.

Amplitud dan fasa gelombang

Amplitud adalah pemanjangan maksimum gelombang. Fasa gelombang adalah keadaan getaran dalam masa yang singkat. Dua gelombang berada dalam fasa apabila mereka mempunyai keadaan getaran yang sama.

Sudut Brewster

Ia adalah sudut kejadian cahaya di mana gelombang cahaya yang dicerminkan sepenuhnya terpolarisasi.

Inframerah

Cahaya tidak dapat dilihat oleh mata manusia dalam 700 spektrum radiasi elektromagnetiknm 1000μm.

Kelajuan cahaya

Ia adalah kelajuan penyebaran gelombang bercahaya dalam kekosongan yang nilainya adalah 3 × 10⁸Cik. Cahaya cahaya cahaya bervariasi ketika menyebar dalam medium material.

Panjang gelombang

Ukuran jarak antara satu puncak dan puncak lain atau antara satu lembah dan lembah gelombang lain untuk menyebar.

Ultraviolet

Sinaran elektromagnet yang tidak dapat dilihat dengan spektrum panjang gelombang kurang daripada 400nm.

Undang -undang Optik Fizikal

Beberapa undang -undang optik fizikal yang menggambarkan fenomena polarisasi dan gangguan disebutkan di bawah

Undang -undang Fresnell dan Arago

1. Dua gelombang cahaya dengan polarisasi linear, koheren dan ortogonal tidak mengganggu satu sama lain untuk membentuk corak gangguan.
2. Dua gelombang cahaya dengan polarisasi linear, koheren dan selari boleh mengganggu kawasan ruang.
3. Dua gelombang cahaya semulajadi dengan polarisasi linear, tidak koheren dan ortogonal tidak mengganggu satu sama lain untuk membentuk corak gangguan.

Undang -undang Malus

Undang -undang malus menetapkan bahawa intensiti cahaya yang ditularkan oleh polarizer berkadar terus dengan kuadrat kosinus sudut yang membentuk paksi penghantaran polarizer dan paksi polarisasi kejadian cahaya. Dalam kata lain:

I = i₀cos²θ

I =Ketepatan cahaya yang ditransmisikan oleh polarizer

θ = Sudut antara paksi penghantaran dan paksi polarisasi rasuk kejadian

Yo₀ = Intensiti cahaya kejadian

Undang -undang Malus [oleh Freshneesz (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fail: malus_law.Svg)]

Undang -undang Brewster

Rasuk cahaya yang dicerminkan oleh permukaan sepenuhnya terpolarisasi, dalam arah normal ke satah kejadian cahaya, apabila sudut yang membentuk rasuk yang dicerminkan dengan rasuk refracted adalah sama dengan 90 °.

Undang -undang Brewster [oleh Pajs (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fail: brewsters-angle.Svg)]

Aplikasi

Beberapa aplikasi optik fizikal adalah dalam kajian kristal cecair, dalam reka bentuk sistem optik dan metrologi optik.

Kristal cecair

Kristal cecair adalah bahan antara keadaan pepejal dan keadaan cecair, yang molekulnya mempunyai momen dipole yang mendorong polarisasi cahaya yang mempengaruhi mereka. Dari harta ini, skrin kalkulator, monitor, komputer riba dan telefon bimbit telah dibangunkan.

Jam Digital dengan Skrin Kristal Cecair (LCD) [oleh BBCLCD (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fail: casio_lcd_watch_f-e10.Jpg)]

Reka bentuk sistem optik

Selalunya, sistem optik digunakan dalam kehidupan seharian, dalam sains, teknologi dan kesihatan. Sistem optik membolehkan pemprosesan, mendaftar dan menghantar maklumat dari sumber seperti matahari, LED, lampu tungsten atau laser. Contoh sistem optik adalah diffractometer dan interferometer.

Metrologi optik

Ia bertanggungjawab untuk membuat pengukuran resolusi tinggi parameter fizikal berdasarkan gelombang cahaya. Pengukuran ini dibuat dengan interferometer dan instrumen pembiasan. Di kawasan perubatan, metrologi digunakan untuk melakukan pemantauan berterusan tanda -tanda penting pesakit.

Ia boleh melayani anda: magnetisasi: momen magnet orbital dan spin, contoh

Penyelidikan terkini dalam optik fizikal

Kesan kerker optomekanik (a. V. Poshakinskiy1 dan a. N. Poddubny, 15 Januari 2019)

Poshakinskiy dan Poddubny (1) menunjukkan bahawa zarah nanometrik dengan pergerakan getaran dapat menunjukkan kesan mekanikal optik yang serupa dengan yang dicadangkan oleh Kerker et al (2) pada tahun 1983.

Kesan Kerker adalah fenomena optik yang terdiri daripada mendapatkan arah yang kuat dari cahaya yang tersebar oleh zarah sfera magnet. Arah ini memerlukan zarah mempunyai tindak balas magnet keamatan yang sama dengan daya elektrik.

Kesan Kerker adalah cadangan teori yang memerlukan zarah -zarah bahan dengan ciri -ciri magnet dan elektrik yang kini tidak wujud di posthakinskiy dan sifat poddubny mencapai kesan yang sama pada zarah nanometrik, tanpa tindak balas magnet yang signifikan, yang bergetar di ruang angkasa.

Penulis menunjukkan bahawa getaran zarah dapat menghasilkan polarisasi magnet dan elektrik yang mengganggu dengan betul, kerana ia diinduksi dalam zarah komponen polaritas magnetik dan elektrik dari urutan magnitud yang sama apabila penyebaran cahaya yang tidak dipertimbangkan.

Penulis mencadangkan penerapan kesan mekanikal optik pada peranti optik nanometrik ketika membuatnya bergetar dengan penggunaan gelombang akustik.

Komunikasi optik extracorporal (d. R. Dhatchayeny dan y. H. Chung, Mei 2019)

Dhatchayeny dan Chung (3) mencadangkan sistem eksperimen komunikasi optik extracorporal (OEBC) yang boleh menghantar maklumat mengenai tanda -tanda penting orang melalui aplikasi pada telefon bimbit dengan teknologi Android. Sistem ini terdiri daripada satu set sensor dan konsentrator diod (susunan LED).

Sensor diletakkan di pelbagai bahagian badan untuk mengesan, memproses dan menyampaikan tanda -tanda penting seperti nadi, suhu badan dan kadar pernafasan. Data dikumpulkan melalui susunan LED dan dihantar melalui kamera telefon bimbit dengan aplikasi optik.

Susunan LED memancarkan cahaya dalam pelbagai panjang gelombang penyebaran Rayleight Gans Debye (RGB). Setiap kombinasi warna dan warna yang dipancarkan berkaitan dengan tanda -tanda penting.

Sistem yang dicadangkan oleh penulis dapat memudahkan pemantauan tanda -tanda penting, kerana kesilapan dalam hasil eksperimen adalah minimum.

Rujukan

1. Kesan Kerker Optomekanikal. Poshakinskiy, v dan poddubny, a n. 1, 2019, Kajian Fizikal X, Vol. 9, ms. 2160-3308.
2. Penyebaran elektromagnetik oleh sfera magnet. Kerker, M, Wang, D S dan Giles, C l. 6, 1982, Journal of the Optical Society of America, Vol. 73.
3. Komunikasi tambahan badan optik menggunakan kamera telefon pintar untuk penghantaran tanda penting manusia. Dhatchayeny, D dan Chung, dan. 15, 2019, Appl. Memilih., Vol. 58.
4. Al-Azzawi, a. Prinsip dan Amalan Optik Fizikal. Boca Raton, FL: CRC Press Taylor & Francis Group, 2006.
5. Grattan-guess, i. Ensiklopedia pendamping sejarah dan falsafah sains matematik. New York, AS: Routledge, 1994, Vol. Ii.
6. Akhmanov, S A dan Nikitin, S Yu. Optik fizikal. New York: Oxford University Press, 2002.
7. Lipson, A, Lipson, S G dan Lipson, H. Optik fizikal. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2011.
8. Mickelson, r. Optik fizikal. New York: Springer Science+Business Media, 1992.
9. Jenkins, F a dan putih, h e. Asas optik. NY: McGraw Hill Higher Education, 2001.