Лабораторный практикум по оптике, содержащий описание 21 лабораторной работы, страница 62

Френель предложил естественную световую волну разложить на две составляющие: Р и S, у которых вектор напряженности электрического поля  совершает колебания соответственно в плоскости падения волны Р, и в плоскости, перпендикулярной к плоскости падения волны S. Применяя граничные условия (равенство тангенциальных составляющих вектора  для падающей, отраженной и преломленной волны) к волне, падающей на границу раздела двух прозрачных сред, он вычислил значение вектора  для Р и S составляющих отраженных и преломленных волн:

(20.4)

где  – угол падения, γ – угол преломления, ,  – амплитудное значение Р и S составляющих вектора  падающей волны.

Формулы (20.4) получили название формул Френеля. Учитывая, что интенсивность света равна

                                    (20.5)

можно, используя выражение (20.4), найти интенсивность отражённой  и преломленной  волн через  соответствующие коэффициенты R и T.

Коэффициент отражения неразрывно связан с коэффициентом яркости В. Коэффициентом яркости поверхности называют отношение яркости светорассеивающей поверхности к яркости «идеального рассеивателя», находящегося в тех же условиях освещения.

За «идеальный рассеиватель» принимают поверхность, отражающую весь падающий на неё световой поток. В качестве такого «идеального рассеивателя» обычно берут баритовую пластинку. Близок к ней по отражению лист ватмановской бумаги.

В том случае, когда измеряемый образец и баритовая пластинка имеют одинаковые рассеивающие свойства, коэффициент отражения образца определяется из выражения

                                      (20.6)

где R – коэффициент отражения образца, В – отношение коэффициента яркости образца к яркости баритовой пластинки, R_n – коэффициент отражения баритовой пластинки.

Блеск испытуемой поверхности характеризуется коэффициентом , который равен отношению коэффициентов яркости образца при углах  и 0⁰ , то есть

                                          (20.7)

где  – коэффициент яркости образца при наклоне на угол ; В₀ – коэффициент яркости образца при угле 0⁰;  Р – поправка, учитывающая изменение яркости испытуемого образца, происходящее при углах от 0⁰ до 45⁰ ,

                                  (20.8)

При работе на фотометрах отношение коэффициентов яркости образца при углах  и 0⁰ можно связать с отсчётами по правому барабану прибора при углах  и 0⁰.

Тогда формула (20.7) примет вид:

                                    (20.9)

где 100 – отсчёт по правому барабану при угле 0⁰;  - средний отсчёт по правому барабану при угле наклона образца .

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

В данной работе измерение отражения света твердыми телами выполняется с помощью универсального фотометра ФМ-58 (рис. 20.1).

Рис. 20.1.

Фотометр ФМ-58 состоит из следующих узлов: фотометрической головки 4, револьверного диска 5 с одиннадцатью светофильтрами, штатива 8, предметного столика 9, который может перемещаться вверх и вниз при помощи кремальеры 10, плоского зеркала, помещенного на держатель 11, осветителя 2 с двумя конденсорами 1.

В основу устройства и работы прибора положен принцип уравнивания двух световых потоков путем изменения одного из них с помощью диафрагмы с переменным отверстием.

Два параллельных световых пучка, выходящих из осветителя, отразившись от зеркала, попадают в окуляр 6, пройдя через диафрагмы фотометрической головки. Степень раскрытия диафрагмы регулируется поворотом барабанов 7, имеющих черную и красную шкалы. По черной шкале измеряют коэффициент отражения и пропускания, по красной – оптическую плотность вещества. При этом пучок света от левого конденсора освещает правую половину поля зрения в окуляре, а пучок света от правого конденсора освещает левую половину поля зрения.

На пути световых пучков помещают по мере надобности светофильтры, номера которых видны в прорези револьверного диска.

В окуляре наблюдается поле зрения в форме круга, разделенного линией на две половины. При условии, что обе диафрагмы одинаково освещены и в одинаковой мере раскрыты, яркость обеих половин поля зрения будет также одинаковой.