1.S: طبيعة الضوء (ملخص)
- Page ID
- 196624
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
الشروط الرئيسية
| انكسار ثنائي | يشير إلى البلورات التي تقسم شعاع الضوء غير المستقطب إلى شعاعين |
| زاوية بروستر | زاوية السقوط التي يكون فيها الضوء المنعكس مستقطبًا تمامًا |
| قانون بروستر | \(\displaystyle tanθ_b=\frac{n_2}{n_1}\)، أين\(\displaystyle n_1\) هو الوسط الذي ينتقل فيه الضوء الساقط والمنعكس\(\displaystyle n_2\) وهو معامل انكسار الوسط الذي يشكل الواجهة التي تعكس الضوء |
| عاكس الزاوية | جسم يتكون من سطحين (أو ثلاثة) متعاكسين متعامدين بشكل متبادل، بحيث ينعكس الضوء الداخل مرة أخرى بالتوازي تمامًا مع الاتجاه الذي جاء منه |
| زاوية حرجة | زاوية السقوط التي تنتج زاوية انكسار 90 درجة |
| اتجاه الاستقطاب | اتجاه مواز للمجال الكهربائي لموجات EM |
| تشتت | انتشار الضوء في طيف الأطوال الموجية |
| بصريات هندسية | جزء من البصريات التي تتعامل مع الجانب الشعاعي للضوء |
| مستقطبة أفقيًا | التذبذبات في مستوى أفقي |
| مبدأ هيغنز | كل نقطة على جبهة الموجة هي مصدر الموجات التي تنتشر في الاتجاه الأمامي بنفس سرعة الموجة نفسها؛ جبهة الموجة الجديدة هي المماس المستوي لجميع الموجات |
| مؤشر الانكسار | بالنسبة للمادة، نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى تلك الموجودة في المادة |
| قانون التفكير | زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط |
| قانون الانكسار | عندما ينتقل شعاع الضوء من وسط إلى آخر، فإنه يغير اتجاهه بمقدار يعتمد على معامل الانكسار لكل وسيط وجيوب زاوية السقوط وزاوية الانكسار |
| قانون مالوس | \(\displaystyle I_0\)أين شدة الموجة المستقطبة قبل المرور عبر الفلتر |
| نشط بصريًا | المواد التي تقوم بتدوير مستوى استقطاب الضوء الذي يمر عبرها |
| الاستقطاب | تشير إلى أن تذبذبات الموجة لها اتجاه محدد بالنسبة لاتجاه انتشار الموجة |
| المستقطبة | يشير إلى الموجات التي لها تذبذبات المجال الكهربائي والمغناطيسي في اتجاه محدد |
| شعاع | خط مستقيم ينشأ في مرحلة ما |
| الانكسار | تغيير اتجاه شعاع الضوء عندما يمر عبر الاختلافات في المادة |
| انعكاس داخلي كلي | ظاهرة عند الحدود بين وسيلتين بحيث ينعكس كل الضوء ولا يحدث أي انكسار |
| غير مستقطبة | يشير إلى الموجات المستقطبة عشوائيًا |
| مستقطبة رأسياً | التذبذبات في مستوى عمودي |
| بصريات الموجة | جزء من البصريات التي تتعامل مع الجانب الموجي للضوء |
المعادلات الرئيسية
| سرعة الضوء | \(\displaystyle c=2.99792458×10^8m/s≈3.00×10^8m/s\) |
| مؤشر الانكسار | \(\displaystyle n=\frac{c}{v}\) |
| قانون التفكير | \(\displaystyle θ_r=θ_i\) |
| قانون الانكسار (قانون سنيل) | \(\displaystyle n_1sinθ_1=n_2sinθ_2\) |
| زاوية حرجة | \(\displaystyle θ_c=sin^{−1}(\frac{n_2}{n_1})\)من أجل\(\displaystyle n_1>n_2\) |
| قانون مالوس | \(\displaystyle I=I_0cos^2θ\) |
| قانون بروستر | \(\displaystyle tanθ_b=\frac{n_2}{n_1}\) |
ملخص
1.1: انتشار الضوء
- سرعة الضوء في الفراغ هي\(\displaystyle c=2.99792458×10^8m/s≈3.00×10^8m/s\).
- معامل انكسار مادة هو\(\displaystyle n=c/v\)، حيث v هي سرعة الضوء في المادة و c هي سرعة الضوء في الفراغ.
- يصف نموذج أشعة الضوء مسار الضوء كخطوط مستقيمة. يُطلق على جزء البصريات الذي يتعامل مع جانب أشعة الضوء اسم البصريات الهندسية.
- يمكن للضوء أن ينتقل بثلاث طرق من مصدر إلى موقع آخر: (1) مباشرة من المصدر عبر مساحة فارغة؛ (2) من خلال وسائط مختلفة؛ و (3) بعد انعكاسه من المرآة.
1.2: قانون التفكير
- عندما يصطدم شعاع ضوئي بسطح أملس، فإن زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط.
- تتمتع المرآة بسطح أملس وتعكس الضوء بزوايا محددة.
- ينتشر الضوء عندما ينعكس من سطح خشن.
1.3: الانكسار
- يسمى تغيير اتجاه شعاع الضوء عندما يمر عبر الاختلافات في المادة بالانكسار.
- يربط قانون الانكسار، المعروف أيضًا باسم قانون سنيل، مؤشرات الانكسار لوسيطين في الواجهة بالتغير في زاوية شعاع الضوء الذي يمر عبر تلك الواجهة.
1.4: الانعكاس الداخلي الكلي
- تسمى زاوية السقوط التي تنتج زاوية انكسار مقدارها 90 درجة بالزاوية الحرجة.
- الانعكاس الداخلي الكلي هو ظاهرة تحدث عند الحد الفاصل بين وسيطين، بحيث إذا كانت زاوية السقوط في الوسيط الأول أكبر من الزاوية الحرجة، فإن كل الضوء ينعكس مرة أخرى إلى ذلك الوسط.
- تتضمن الألياف الضوئية نقل الضوء إلى ألياف البلاستيك أو الزجاج، مع تطبيق مبدأ الانعكاس الداخلي الكلي.
- تمنع الكسوة الضوء من الانتقال بين الألياف في الحزمة.
- يتألق الماس بسبب الانعكاس الداخلي الكلي إلى جانب مؤشر الانكسار الكبير.
1.5: التشتت
- يُطلق على انتشار الضوء الأبيض في طيفه الكامل من الأطوال الموجية اسم التشتت.
- يتم إنتاج قوس قزح بمزيج من الانكسار والانعكاس، وينطوي على تشتت ضوء الشمس في توزيع مستمر للألوان.
- ينتج التشتت أقواس قزح جميلة ولكنه يسبب أيضًا مشاكل في بعض الأنظمة البصرية.
1.6: مبدأ هيغنز
- وفقًا لمبدأ Huygens، فإن كل نقطة على جبهة الموجة هي مصدر الموجات التي تنتشر في الاتجاه الأمامي بنفس سرعة الموجة نفسها. واجهة الموجة الجديدة ممامسة لجميع الموجات.
- تعكس المرآة الموجة الواردة بزاوية تساوي زاوية السقوط، مع التحقق من قانون الانعكاس.
- يمكن تفسير قانون الانكسار من خلال تطبيق مبدأ Huygens على جبهة موجية تمر من وسط إلى آخر.
- يُطلق على انحناء الموجة حول حواف الفتحة أو العائق اسم الحيود.
1.7: الاستقطاب
- الاستقطاب هو السمة التي مفادها أن تذبذبات الموجة لها اتجاه محدد بالنسبة لاتجاه انتشار الموجة. يُعرّف اتجاه الاستقطاب بأنه الاتجاه الموازي للمجال الكهربائي لموجة EM.
- يتكون الضوء غير المستقطب من العديد من الأشعة ذات اتجاهات الاستقطاب العشوائية.
- يمكن استقطاب الضوء غير المستقطب عن طريق تمريره عبر مرشح استقطابي أو مادة استقطابية أخرى. تقلل عملية استقطاب الضوء من شدته بعامل 2.
- شدة الضوء المستقطب، I، بعد المرور عبر مرشح الاستقطاب\(\displaystyle I_0\) هي\(\displaystyle I=I_0cos^2θ\)، أين شدة السقوط\(\displaystyle θ\) وهي الزاوية بين اتجاه الاستقطاب ومحور المرشح.
- يتم إنتاج الاستقطاب أيضًا عن طريق التفكير.
- ينص قانون بروستر على أن الضوء المنعكس مستقطب تمامًا بزاوية الانعكاس\(\displaystyle θ_b\)، المعروفة باسم زاوية بروستر.
- يمكن أيضًا إنتاج الاستقطاب عن طريق التشتت.
- تقوم عدة أنواع من المواد النشطة بصريًا بتدوير اتجاه استقطاب الضوء الذي يمر عبرها.