Билет №9 А: Поляризация света при отражении и преломлении

Билет №9 А Вопрос 1. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Плоскость поляризации. Вращение плоскости поляризации. Искусственная анизотропия. При падении естественного света на границу раздела двух диэлектриков отраженный и преломленный лучи становятся частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном — параллельные ей. Закон Брюстера гласит: при угле падения \( \alpha_B \), тангенс которого равен относительному показателю преломления второй среды относительно первой, отраженный луч полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. \[ \tan \alpha_B = n_{21} \] При этом отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Плоскость поляризации — это плоскость, в которой происходят колебания вектора напряженности электрического поля \( \vec{E} \) в линейно поляризованной волне. Вращение плоскости поляризации наблюдается при прохождении света через оптически активные вещества (кварц, сахар). Угол поворота \( \phi \) пропорционален пути \( l \): \( \phi = \alpha \cdot l \). Искусственная анизотропия возникает в изотропных средах под внешним воздействием (механическая деформация, электрическое поле — эффект Керра, магнитное поле — эффект Фарадея), в результате чего среда приобретает свойства двулучепреломления. Вопрос 2. Фундаментальные взаимодействия: гравитационное, слабое, электромагнитное, сильное и их кванты. Гравитон, векторные бозоны, фотон, глюоны. Единая теория поля. В современной физике выделяют четыре типа взаимодействий: 1. Гравитационное: действует между всеми телами, имеющими массу. Гипотетический квант — гравитон. 2. Электромагнитное: действует между заряженными частицами. Квант — фотон. 3. Сильное: обеспечивает связь нуклонов в ядре. Кванты — глюоны. 4. Слабое: ответственно за бета-распад ядер и превращения элементарных частиц. Кванты — векторные бозоны (\( W^+ \), \( W^- \), \( Z^0 \)). Единая теория поля — это физическая теория, ставящая целью объединение всех фундаментальных взаимодействий в рамках одной математической модели. На данный момент успешно объединены электромагнитное и слабое взаимодействия (электрослабое взаимодействие). Задача 3. Вычислить энергию ионизации электрона в атоме водорода в электронвольтах. Дано: \( m = 9,1 \cdot 10^{-31} \) кг \( e = 1,6 \cdot 10^{-19} \) Кл \( \varepsilon_0 = 8,85 \cdot 10^{-12} \) Ф/м \( \hbar = 1,05 \cdot 10^{-34} \) Дж \(\cdot\) с Найти: \( E_i \) (в эВ) Решение: Используем формулу из условия: \[ E_i = \frac{m e^4}{32 \pi^2 \varepsilon_0^2 \hbar^2} \] Подставим значения: \[ E_i = \frac{9,1 \cdot 10^{-31} \cdot (1,6 \cdot 10^{-19})^4}{32 \cdot (3,14)^2 \cdot (8,85 \cdot 10^{-12})^2 \cdot (1,05 \cdot 10^{-34})^2} \] Произведем расчет в системе СИ (результат будет в Джоулях): \[ E_i \approx \frac{9,1 \cdot 10^{-31} \cdot 6,55 \cdot 10^{-76}}{32 \cdot 9,86 \cdot 78,3 \cdot 10^{-24} \cdot 1,1 \cdot 10^{-68}} \] \[ E_i \approx \frac{59,6 \cdot 10^{-107}}{27188 \cdot 10^{-92}} \approx 2,18 \cdot 10^{-18} \text{ Дж} \] Переведем энергию из Джоулей в электронвольты, разделив на заряд электрона \( 1,6 \cdot 10^{-19} \): \[ E_i (\text{эВ}) = \frac{2,18 \cdot 10^{-18}}{1,6 \cdot 10^{-19}} \approx 13,6 \text{ эВ} \] Ответ: \( E_i \approx 13,6 \text{ эВ} \).