Содержание

Эффект Фарадея — это… Что такое Эффект Фарадея?

Вращение плоскости поляризации света за счет эффекта Фарадея

Эффект Фарадея (продольный электрооптический эффект Фарадея) — магнитооптический эффект, который заключается в том, что при распространении линейно поляризованного света через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости поляризации света. Теоретически, эффект Фарадея может проявляться и в вакууме в магнитных полях порядка 1011—1012 Гс.[1]

Феноменологическое объяснение

Проходящее через изотропную среду линейно поляризованное излучение всегда может быть представлено как суперпозиция двух право- и левополяризованных волн с противоположным направлением вращения. Во внешнем магнитном поле показатели преломления для циркулярно право- и левополяризованного света становятся различными ( и ). Вследствие этого, при прохождении через среду (вдоль силовых линий магнитного поля) линейно поляризованного излучения его циркулярно лево- и правополяризованные составляющие распространяются с разными фазовыми скоростями, приобретая разность хода, линейно зависящую от оптической длины пути. В результате плоскость поляризации линейно поляризованного монохроматического света с длиной волны , прошедшего в среде путь , поворачивается на угол

.

В области не очень сильных магнитных полей разность линейно зависит от напряжённости магнитного поля и в общем виде угол фарадеевского вращения описывается соотношением

,

где  — постоянная Верде, коэффициент пропорциональности, который зависит от свойств вещества, длины волны излучения и температуры.

Элементарное объяснение

Эффект Фарадея тесно связан с эффектом Зеемана, заключающимся в расщеплении уровней энергии атомов в магнитном поле. При этом переходы между расщеплёнными уровнями происходят с испусканием фотонов правой и левой поляризации, что приводит к различным показателям преломления и коэффициентам поглощения для волн различной поляризации. Грубо говоря, различие скоростей различно поляризованных волн обусловлено различием длин волн поглощаемого и переизлучаемого фотонов.

Строгое описание эффекта Фарадея проводится в рамках квантовой механики.

Применение эффекта

Используется в лазерных гироскопах и другой лазерной измерительной технике и в системах связи.

История

Данный эффект был обнаружен М. Фарадеем в 1845 году.

Первоначальное объяснение эффекта Фарадея дал Д. Максвелл в своей работе «Избранные сочинения по теории электромагнитного поля», где он рассматривает вращательную природу магнетизма. Опираясь в том числе на работы профессора У. Томсона, который подчеркивал, что причиной магнитного действия на свет должно быть реальное(а не воображаемое) вращение в магнитном поле, Максвелл рассматривает намагниченную среду как совокупность «молекулярных магнитных вихрей». Теория, считающая электрические токи линейными, а магнитные силы вращательными явлениями, согласуется в этом смысле с теориями Ампера и Вебера. Исследование, проведенное Д. К. Максвеллом приводит к заключению, что единственное действие, которое вращение вихрей оказывает на свет, состоит в том, что плоскость поляризации начинает вращаться в том же направлении, что и вихри, на угол, пропорциональный:

  • толщине вещества
  • составляющей магнитной силы параллельной лучу
  • показателю преломления луча
  • обратно пропорциональный квадрату длины волны в воздухе
  • среднему радиусу магнитных вихрей
  • емкости магнитной индукции (магнитной проницаемости)

Все положения «теории молекулярных вихрей» Д. Максвелл доказывает математически строго, подразумевая, что все явления природы в глубинной сути своей аналогичны, и действуют похожим образом.

Многие положения данной работы были впоследствии забыты или не поняты (например, Герцем), однако известные на сегодняшний день уравнения для электромагнитного поля выведены были Д. Максвеллом из логических посылок указанной теории.

Австрийский физик-теоретик Л. Больцман в примечаниях к работе Д. Максвелла отзывался следующим образом:

Я мог бы сказать, что последователи Максвелла в этих уравнениях, пожалуй, ничего кроме букв не переменили… Результаты переведенного здесь цикла работ, следовательно, должны быть причислены к важнейшим достижениям физической теории»

Примечания

dic.academic.ru

Эффект Фарадея — Википедия (с комментариями)


Ты — не раб!
Закрытый образовательный курс для детей элиты: «Истинное обустройство мира».

http://noslave.org

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Эффект Фарадея (продольный магнитооптический эффект Фарадея) — магнитооптический эффект[en], который заключается в том, что при распространении линейно поляризованного света через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости поляризации света. Теоретически, эффект Фарадея может проявляться и в вакууме в магнитных полях порядка 1011—1012 Гс[1].

Феноменологическое объяснение

Проходящее через изотропную среду линейно поляризованное излучение всегда может быть представлено как суперпозиция двух право- и левополяризованных волн с противоположным направлением вращения. Во внешнем магнитном поле показатели преломления для циркулярно право- и левополяризованного света становятся различными (<math>n_+</math> и <math>n_-</math>). Вследствие этого, при прохождении через среду (вдоль силовых линий магнитного поля) линейно поляризованного излучения его циркулярно лево- и правополяризованные составляющие распространяются с разными фазовыми скоростями, приобретая разность хода, линейно зависящую от оптической длины пути. В результате плоскость поляризации линейно поляризованного монохроматического света с длиной волны <math>\lambda</math>, прошедшего в среде путь <math>l</math>, поворачивается на угол

<math>\Theta = \frac{\pi l(n_+ — n_-)}{\lambda}</math>.

В области не очень сильных магнитных полей разность <math>n_+ — n_-</math> линейно зависит от напряжённости магнитного поля и в общем виде угол фарадеевского вращения описывается соотношением

<math>\ \Theta = \nu Hl</math>,

где <math>\nu </math> — постоянная Верде, коэффициент пропорциональности, который зависит от свойств вещества, длины волны излучения и температуры.

Элементарное объяснение

Эффект Фарадея тесно связан с эффектом Зеемана, заключающимся в расщеплении уровней энергии атомов в магнитном поле. При этом переходы между расщеплёнными уровнями происходят с испусканием фотонов правой и левой поляризации, что приводит к различным показателям преломления и коэффициентам поглощения для волн различной поляризации. Грубо говоря, различие скоростей различно поляризованных волн обусловлено различием длин волн поглощаемого и переизлучаемого фотонов.

Строгое описание эффекта Фарадея проводится в рамках квантовой механики.

Применение эффекта

Используется в лазерных гироскопах и другой лазерной измерительной технике и в системах связи. Кроме того, эффект применяется при создании ферритовых СВЧ-устройств. В частности на основе эффекта Фарадея строятся СВЧ-циркуляторы на круглом волноводе. [2]

История

Информация в этом разделе устарела.Вы можете помочь проекту, обновив его и убрав после этого данный шаблон.

Данный эффект был обнаружен М. Фарадеем в 1845 году.

Первоначальное объяснение эффекта Фарадея дал Д. Максвелл в своей работе «Избранные сочинения по теории электромагнитного поля», где он рассматривает вращательную природу магнетизма. Опираясь в том числе на работы Кельвина, который подчеркивал, что причиной магнитного действия на свет должно быть реальное(а не воображаемое) вращение в магнитном поле, Максвелл рассматривает намагниченную среду как совокупность «молекулярных магнитных вихрей». Теория, считающая электрические токи линейными, а магнитные силы вращательными явлениями, согласуется в этом смысле с теориями Ампера и Вебера. Исследование, проведённое Д. К. Максвеллом, приводит к заключению, что единственное действие, которое вращение вихрей оказывает на свет, состоит в том, что плоскость поляризации начинает вращаться в том же направлении, что и вихри, на угол, пропорциональный:

  • толщине вещества,
  • составляющей магнитной силы, параллельной лучу,
  • показателю преломления луча,
  • обратно пропорциональный квадрату длины волны в воздухе,
  • среднему радиусу магнитных вихрей,
  • ёмкости магнитной индукции (магнитной проницаемости).

Все положения «теории молекулярных вихрей» Д. Максвелл доказывает математически строго, подразумевая, что все явления природы в глубинной сути своей аналогичны и действуют похожим образом.

Многие положения данной работы были впоследствии забыты или не поняты (например, Герцем), однако известные на сегодняшний день уравнения для электромагнитного поля выведены были Д. Максвеллом из логических посылок указанной теории.

Австрийский физик-теоретик Л. Больцман в примечаниях к работе Д. Максвелла отзывался следующим образом:

Я мог бы сказать, что последователи Максвелла в этих уравнениях, пожалуй, ничего кроме букв не переменили… Результаты переведенного здесь цикла работ, следовательно, должны быть причислены к важнейшим достижениям физической теории»

См. также

Напишите отзыв о статье «Эффект Фарадея»

Примечания

  1. www.ebiblioteka.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/Uspechi_Fiz_Nauk/1988/5/r885a.pdf
  2. [frela14.ru/load/6-1-0-88 Устройства СВЧ и антенны. редакция Д.И. Воскресенский — Электродинамика / СВЧ и Антенны — Файлы — FRELA]. frela14.ru. Проверено 7 января 2016.

Источник

  • [www.femto.com.ua/articles/part_2/4283.html Фарадея эффект]. Физическая энциклопедия. т.5. стр. 275

Отрывок, характеризующий Эффект Фарадея

Князь Андрей не мог удерживаться более и заплакал нежными, любовными слезами над людьми, над собой и над их и своими заблуждениями.
«Сострадание, любовь к братьям, к любящим, любовь к ненавидящим нас, любовь к врагам – да, та любовь, которую проповедовал бог на земле, которой меня учила княжна Марья и которой я не понимал; вот отчего мне жалко было жизни, вот оно то, что еще оставалось мне, ежели бы я был жив. Но теперь уже поздно. Я знаю это!»

Страшный вид поля сражения, покрытого трупами и ранеными, в соединении с тяжестью головы и с известиями об убитых и раненых двадцати знакомых генералах и с сознанием бессильности своей прежде сильной руки произвели неожиданное впечатление на Наполеона, который обыкновенно любил рассматривать убитых и раненых, испытывая тем свою душевную силу (как он думал). В этот день ужасный вид поля сражения победил ту душевную силу, в которой он полагал свою заслугу и величие. Он поспешно уехал с поля сражения и возвратился к Шевардинскому кургану. Желтый, опухлый, тяжелый, с мутными глазами, красным носом и охриплым голосом, он сидел на складном стуле, невольно прислушиваясь к звукам пальбы и не поднимая глаз. Он с болезненной тоской ожидал конца того дела, которого он считал себя причиной, но которого он не мог остановить. Личное человеческое чувство на короткое мгновение взяло верх над тем искусственным призраком жизни, которому он служил так долго. Он на себя переносил те страдания и ту смерть, которые он видел на поле сражения. Тяжесть головы и груди напоминала ему о возможности и для себя страданий и смерти. Он в эту минуту не хотел для себя ни Москвы, ни победы, ни славы. (Какой нужно было ему еще славы?) Одно, чего он желал теперь, – отдыха, спокойствия и свободы. Но когда он был на Семеновской высоте, начальник артиллерии предложил ему выставить несколько батарей на эти высоты, для того чтобы усилить огонь по столпившимся перед Князьковым русским войскам. Наполеон согласился и приказал привезти ему известие о том, какое действие произведут эти батареи.

Адъютант приехал сказать, что по приказанию императора двести орудий направлены на русских, но что русские все так же стоят.

– Наш огонь рядами вырывает их, а они стоят, – сказал адъютант.

– Ils en veulent encore!.. [Им еще хочется!..] – сказал Наполеон охриплым голосом.

– Sire? [Государь?] – повторил не расслушавший адъютант.

– Ils en veulent encore, – нахмурившись, прохрипел Наполеон осиплым голосом, – donnez leur en. [Еще хочется, ну и задайте им.]

И без его приказания делалось то, чего он хотел, и он распорядился только потому, что думал, что от него ждали приказания. И он опять перенесся в свой прежний искусственный мир призраков какого то величия, и опять (как та лошадь, ходящая на покатом колесе привода, воображает себе, что она что то делает для себя) он покорно стал исполнять ту жестокую, печальную и тяжелую, нечеловеческую роль, которая ему была предназначена.

И не на один только этот час и день были помрачены ум и совесть этого человека, тяжеле всех других участников этого дела носившего на себе всю тяжесть совершавшегося; но и никогда, до конца жизни, не мог понимать он ни добра, ни красоты, ни истины, ни значения своих поступков, которые были слишком противоположны добру и правде, слишком далеки от всего человеческого, для того чтобы он мог понимать их значение. Он не мог отречься от своих поступков, восхваляемых половиной света, и потому должен был отречься от правды и добра и всего человеческого.

Не в один только этот день, объезжая поле сражения, уложенное мертвыми и изувеченными людьми (как он думал, по его воле), он, глядя на этих людей, считал, сколько приходится русских на одного француза, и, обманывая себя, находил причины радоваться, что на одного француза приходилось пять русских. Не в один только этот день он писал в письме в Париж, что le champ de bataille a ete superbe [поле сражения было великолепно], потому что на нем было пятьдесят тысяч трупов; но и на острове Св. Елены, в тиши уединения, где он говорил, что он намерен был посвятить свои досуги изложению великих дел, которые он сделал, он писал:

«La guerre de Russie eut du etre la plus populaire des temps modernes: c’etait celle du bon sens et des vrais interets, celle du repos et de la securite de tous; elle etait purement pacifique et conservatrice.

C’etait pour la grande cause, la fin des hasards elle commencement de la securite. Un nouvel horizon, de nouveaux travaux allaient se derouler, tout plein du bien etre et de la prosperite de tous. Le systeme europeen se trouvait fonde; il n’etait plus question que de l’organiser.

Satisfait sur ces grands points et tranquille partout, j’aurais eu aussi mon congres et ma sainte alliance. Ce sont des idees qu’on m’a volees. Dans cette reunion de grands souverains, nous eussions traites de nos interets en famille et compte de clerc a maitre avec les peuples.

L’Europe n’eut bientot fait de la sorte veritablement qu’un meme peuple, et chacun, en voyageant partout, se fut trouve toujours dans la patrie commune. Il eut demande toutes les rivieres navigables pour tous, la communaute des mers, et que les grandes armees permanentes fussent reduites desormais a la seule garde des souverains.

wiki-org.ru

31. В чем заключается причина оптической активности веществ?

У веществ 1-го типа оптическая активность
обусловлена асимметричным строением
их молекул, 2-го типа — специфической
ориентацией молекул (ионов) в элементарных
ячейках кристалла (асимметрией поля
сил, связывающих частицы в кристаллической
решётке).

32. Назовите известные вам оптически активные вещества

сахар, камфора, винная кислота; кварц,
киноварь

33. Приведите примеры использования оптической активности

34. В чём состоит явление, называемое эффектом Фарадея?

Эффект Фарадея (продольный магнитооптический
эффект Фарадея) — магнитооптический
эффект, который заключается в том, что
при распространении линейно поляризованного
света через вещество, находящееся в
магнитном поле, наблюдается вращение
плоскости поляризации света. Эффект
Фарадея тесно связан с эффектом Зеемана,
заключающимся в расщеплении уровней
энергии атомов в магнитном поле. При
этом переходы между расщеплёнными
уровнями происходят с испусканием
фотонов правой и левой поляризации, что
приводит к различным показателям
преломления и коэффициентам поглощения
для волн различной поляризации. Грубо
говоря, различие скоростей различно
поляризованных волн обусловлено
различием длин волн поглощаемого и
переизлучаемого фотонов.

Строгое описание эффекта Фарадея
проводится в рамках квантовой механики.

Квантовая оптика. Элементы квантово
механики. Атомная физика.

1. Что характерно для тормозного рентгеновского излучения?

Кривые распределения мощности тормозного
излучения не идут к началу координат,
а обрываются при конечных значениях
длины волны. Существование коротковолновой
границы непосредственно вытекает из
квантовой природы излучения. Если
излучение возникает за счёт энергии,
теряемой электроном при торможении, то
величина кванта hνне
может превысить энергию электронаeU

2. В чём заключается явление внешнего фотоэффекта?

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной
эмиссией) называется испускание
электронов веществом под действием
электромагнитных излучений. Электроны,
вылетающие из вещества при внешнем
фотоэффекте, называются фотоэлектронами,
а электрический ток, образуемый ими при
упорядоченном движении во внешнем
электрическом поле, называется фототоком.

Законы внешнего фотоэффекта

1. Закон Столетова: при неизменном
спектральном составе электромагнитных
излучений, падающих на фотокатод, фототок
насыщения пропорционален энергетической
освещенности катода (иначе: число
фотоэлектронов, выбиваемых из катода
за 1 с, прямо пропорционально интенсивности
излучения): и

2. Для данного фотокатода максимальная
начальная скорость фотоэлектронов
зависит от частоты распространяющихся
электромагнитных колебаний и не зависит
от его интенсивности.

3. Для каждого фотокатода существует
красная граница фотоэффекта, то есть
минимальная частота электромагнитного
излучения ν0 при которой фотоэффект ещё
возможен.

3. Формула Эйнштейна для внешнего фотоэффекта

4. Эффект Комптона

Эффект Комптона (Комптон-эффект) —
явление изменения длины волны
электромагнитного излучения вследствие
рассеивания его электронами. Обнаружен
американским физиком Артуром Комптоном
в 1923 году для рентгеновского излучения.
В 1927 Комптон получил за это открытие
Нобелевскую премию по физике.

При рассеянии фотона на покоящемся
электроне частоты фотона
и(до и после рассеяния соответственно)
связаны соотношением:

5. Как понять «Фотон обладает
корпускулярными и волновыми свойствами»?

6. При каких условиях проявляются
волновые свойства ансамбля тождественных
частиц?

7. Соотношение Де-Бройля

Теперь кратко опишем физический смысл
соотношения де Бройля: одна из физических
характеристик любой частицы — ее
скорость. При этом физики по ряду
теоретических и практических соображений
предпочитают говорить не о скорости
частицы как таковой, а о ее импульсе
(или количестве движения), который равен
произведению скорости частицы на ее
массу. Волна описывается совсем другими
фундаментальными характеристиками —
длиной (расстоянием между двумя соседними
пиками амплитуды одного знака) или
частотой (величина, обратно пропорциональная
длине волны, то есть число пиков,
проходящих через фиксированную точку
за единицу времени). Де Бройлю же удалось
сформулировать соотношение, связывающее
импульс квантовой частицы р с длиной
волны λ, которая ее описывает:

p = h/λ или λ = h/p.

Это соотношение гласит буквально
следующее: при желании можно рассматривать
квантовый объект как частицу, обладающую
количеством движения р; с другой стороны,
ее можно рассматривать и как волну,
длина которой равна λ и определяется
предложенным уравнением. Иными словами,
волновые и корпускулярные свойства
квантовой частицы фундаментальным
образом взаимосвязаны.

studfiles.net

ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ — это… Что такое ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ?



ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ
ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ


       

один из эффектов магнитооптики. Заключается во вращении плоскости поляризации линейно поляризов. света, распространяющегося в в-ве вдоль пост. магн. поля, в к-ром находится это в-во. Открыт М. Фарадеем в 1845 и явился первым доказательством прямой связи оптич. и эл.-магн. явлений.

Феноменологич. объяснение Ф. э. заключается в том, что в общем случае намагниченное в-во нельзя охарактеризовать одним показателем преломления n.

Под действием магн. поля показатели преломления (n+ и n-) для циркулярно право- и левополяризованного света становятся различными. Вследствие этого при прохождении через среду (вдоль магн. поля) линейно поляризов. излучения его циркулярно лево- и правополяризованные составляющие распространяются с разными фазовыми скоростями, приобретая разность хода, линейно зависящую от оптической длины пути. В результате плоскость поляризации линейно поляризованного монохроматич. света с длиной волны l, прошедшего в среде путь l, поворачивается на угол q=pl(n+-n-)/l. В области не очень сильных магн. полей разность (n+-n-) линейно зависит от напряжённости магн. поля и в общем виде угол фарадеевского вращения описывается соотношением q=VHl, где константа пропорциональности V зависит от св-в в-ва, длины волны излучения и темп-ры и наз. Верде постоянной. Ф. э. по своей природе тесно связан с Зеемана эффектом, обусловленным расщеплением уровней энергии атомов и молекул магн. полем. При продольном относительно магн. поля наблюдении спектр.

компоненты зеемановского расщепления оказываются циркулярно поляризованными. Соответствующую циркулярную анизотропию обнаруживает и спектр. ход показателя преломления в области зеемановских переходов. Т. о., в наиболее простом виде Ф. э. явл. следствием зеемановского расщепления кривых дисперсии показателя преломления для двух циркулярных поляризаций. . В Ф. э. ярко проявляется специфич. характер вектора напряжённости магн. поля H (Н — осевой вектор, «псевдовектор»). Знак угла поворота плоскости поляризации при Ф. э. (в отличие от случая естественной оптич. активности) не зависит от направления распространения света (по полю или против поля). Поэтому многократное прохождение света через среду, помещённую в магн. поле, приводит к возрастанию угла поворота плоскости поляризации в соответствующее число раз. Эта особенность Ф. э. нашла применение при конструировании т. н. невзаимных оптич. и радиомикроволновых устройств. Ф. э. широко используется в научных исследованиях.


Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.
Главный редактор А. М. Прохоров.
1983.

ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ

— один из эффектов магнитооптики, заключающийся во вращении плоскости поляризации линейно поляризованного света, распространяющегося в веществе вдоль пост. магн. поля, в к-ром находится это вещество. Открыт М. Фарадеем (М. Faraday) в 1845 и явился первым доказательством прямой связи оптич. и эл.-магн. явлений.

Феноменологич. объяснение Ф. э. заключается в том, что в общем случае намагниченное вещество нельзя охарактеризовать одним показателем преломления п. Под действием магн. поля показатели преломления п + и п_ для циркулярно право- и левополяризованного света становятся различными. Вследствие этого при прохождении через среду вдоль магн. поля право- и левополяризованные составляющие линейно поляризованного излучения распространяются с разными фазовыми скоростями, приобретая разность хода, линейно зависящую от оптической длины пути. В результате плоскость поляризации линейно поляризованного монохроматич. света с длиной волны l, прошедшего в среде путь l, поворачивается на угол В области не очень сильных магн. полей разность линейно зависит от напряжённости магн. поля и в оощем виде угол фарадеевского вращения описывается соотношением q=VHl где константа V зависит от свойств вещества, длины волны излучения и темп-ры и наз. Верба постоянной.

Ф. э. по своей природе тесно связан с Зеемана эффектом, обусловленным расщеплением уровней энергии атомов и молекул магн. полем. При продольном относительно магн. поля наблюдении спектральные компоненты зеема-новского расщепления оказываются циркулярно поляризованными. Соответствующую циркулярную анизотропию обнаруживает и спектральный ход показателя преломления в области зеемановских переходов. Т. о., в наиб. простом виде Ф. э. является следствием зеемановского расщепления кривых дисперсии показателя преломления для двух циркулярных поляризаций.

В Ф. э. ярко проявляется специфич. характер вектора напряжённости магн. поля Н ( Н осевой вектор, «псевдовектор»). Знак угла поворота плоскости поляризации при Ф. э. в отличие от естественной оптической активности не зависит от направления распространения света (по полю или против поля). Поэтому многократное прохождение света через среду, помещённую в магн. поле, приводит к возрастанию угла поворота плоскости поляризации в соответствующее число раз. Эта особенность Ф. э. нашла применение при конструировании невзаимных оп-тич. и радиомикроволновых устройств (см. Невзаимные элементы). Ф. э. широко используется в науч. исследованиях.

Лит. см. при ст. Магнитооптика. В. С. Запасский.


Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.
Главный редактор А. М. Прохоров.
1988.

.

  • ФАРАДЕЯ ПОСТОЯННАЯ
  • ФАРАДМЕТР

Смотреть что такое «ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ» в других словарях:

  • ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ — вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света при прохождении его через вещество, помещенное в магнитное поле, вдоль поля. Открыт М. Фарадеем в 1845 …   Большой Энциклопедический словарь

  • Фарадея эффект — вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света, распространяющегося в веществе вдоль постоянного магнитного поля, в котором находится это вещество. Открыт М. Фарадеем в 1845. * * * ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ, вращение плоскости… …   Энциклопедический словарь

  • Фарадея эффект — Эффект Фарадея (продольный магнитооптический эффект Фарадея) магнитооптический эффект, который заключается в том, что при распространении линейно поляризованного света через вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости… …   Википедия

  • Фарадея эффект —         один из эффектов магнитооптики. Заключается во вращении плоскости поляризации (См. Вращение плоскости поляризации) электромагнитного излучения (например, Света), распространяющегося в веществе вдоль силовых линий постоянного магнитного… …   Большая советская энциклопедия

  • ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ — вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света, распространяющегося в в ве вдоль пост. магн. поля, в к ром находится это в во. Открыт М. Фарадеем в 1845 …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Эффект Фарадея — Вращение плоскости поляризации света за счет эффекта Фарадея Эффект Фарадея (продольный электрооптический эффект Фарадея)  магнитооптический эффект, который заключается в том, что при распространении линейно …   Википедия

  • Эффект — [effect] 1. Результат, следствие каких либо причин, действий. 2. В естественных науках явление (закономерность), часто называют именем открывшего этот эффект ученого (например, эффект Холла, эффект Фарадея, эффект Томсона и т. п.): Смотри также:… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • эффект Холла — [Hall effect] возникновение поперечного электрического поля и разности потенциалов в металле или полупроводнике, по которому проходит электрический ток, при помещении его в магнитное поле, перпендикулярно к направлению тока. Открыт американским… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • эффект Мессбауэра — [Mossbauer effect] резонансное поглощение γ квантов атомными ядрами, наблюдаемое, когда источник и поглотитель γ излучения твердое тело, а энергия квантов невелика ( 150 кэВ). Иногда эффект М. называют резонанс, поглощением без отдачи или ядерным …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • эффект Зеебека — [Seebeck effect] явление возникновения электродвижущей силы в электрическом контуре, состоящем из разных проводников, контакты между которыми имеют разные температуры; открыт в 1821 г. немецким физиком Т. Зеебеком. Электродвижущая сила,… …   Энциклопедический словарь по металлургии

dic.academic.ru

Фарадея эффект — Физическая энциклопедия

ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ
один из эффектов магнитооптики, заключающийся во вращении плоскости
поляризации
линейно поляризованного света, распространяющегося в веществе
вдоль пост. магн. поля, в к-ром находится это вещество. Открыт М. Фарадеем (М.
Faraday) в 1845 и явился первым доказательством прямой связи оптич. и эл—магн.
явлений.

Феноменологич. объяснение
Ф. э. заключается в том, что в общем случае намагниченное вещество нельзя охарактеризовать
одним показателем преломления п. Под действием магн. поля показатели
преломления п+ и п_ для циркулярно право- и левополяризованного
света становятся различными. Вследствие этого при прохождении через среду вдоль
магн. поля право- и левополяризованные составляющие линейно поляризованного
излучения распространяются с разными фазовыми скоростями, приобретая разность
хода, линейно зависящую от оптической длины пути. В результате плоскость
поляризации линейно поляризованного монохроматич. света с длиной волны l, прошедшего
в среде путь l, поворачивается на угол
В области не очень сильных магн. полей разность
линейно зависит от напряжённости магн. поля и в оощем виде угол фарадеевского
вращения описывается соотношением q=VHl где константа V зависит
от свойств вещества, длины волны излучения и темп-ры и наз. Верба постоянной.

Ф. э. по своей природе
тесно связан с Зеемана эффектом ,обусловленным расщеплением уровней энергии
атомов и молекул магн. полем. При продольном относительно магн. поля наблюдении
спектральные компоненты зеема-новского расщепления оказываются циркулярно поляризованными.
Соответствующую циркулярную анизотропию обнаруживает и спектральный ход показателя
преломления в области зеемановских переходов. Т. о., в наиб. простом виде Ф.
э. является следствием зеемановского расщепления кривых дисперсии показателя
преломления для двух циркулярных поляризаций.

В Ф. э. ярко проявляется
специфич. характер вектора напряжённости магн. поля Н ( Н-осевой
вектор, «псевдовектор»). Знак угла поворота плоскости поляризации
при Ф. э. в отличие от естественной оптической активности не зависит
от направления распространения света (по полю или против поля). Поэтому многократное
прохождение света через среду, помещённую в магн. поле, приводит к возрастанию
угла поворота плоскости поляризации в соответствующее число раз. Эта особенность
Ф. э. нашла применение при конструировании невзаимных оп-тич. и радиомикроволновых
устройств (см. Невзаимные элементы). Ф. э. широко используется в науч.
исследованиях.

Лит. см. при ст.
Магнитооптика. В. С. Запасский.

   
  Предметный указатель 
    >>   

www.femto.com.ua

Эффект Фарадея — WiKi

Эффект Фарадея тесно связан с эффектом Зеемана, заключающимся в расщеплении уровней энергии атомов в магнитном поле. При этом переходы между расщеплёнными уровнями происходят с испусканием фотонов правой и левой поляризации, что приводит к различным показателям преломления и коэффициентам поглощения для волн различной поляризации. Грубо говоря, различие скоростей различно поляризованных волн обусловлено различием длин волн поглощаемого и переизлучаемого фотонов.

Строгое описание эффекта Фарадея проводится в рамках квантовой механики.

Используется в лазерных гироскопах, лазерной измерительной технике, лазерных передатчиках в системах связи как элемент защитного оптического изолятора. Кроме того, эффект применяется при создании ферритовых СВЧ-устройств. В частности, эффект Фарадея лежит в основе работы циркуляторов СВЧ- и оптического диазона. [2]

Информация в этом разделе устарела.

Вы можете помочь проекту, обновив его и убрав после этого данный шаблон.

Данный эффект был обнаружен М. Фарадеем в 1845 году.

Первоначальное объяснение эффекта Фарадея дал Д. Максвелл в своей работе «Избранные сочинения по теории электромагнитного поля», где он рассматривает вращательную природу магнетизма. Опираясь в том числе на работы Кельвина, который подчеркивал, что причиной магнитного действия на свет должно быть реальное(а не воображаемое) вращение в магнитном поле, Максвелл рассматривает намагниченную среду как совокупность «молекулярных магнитных вихрей». Теория, считающая электрические токи линейными, а магнитные силы вращательными явлениями, согласуется в этом смысле с теориями Ампера и Вебера. Исследование, проведённое Д. К. Максвеллом, приводит к заключению, что единственное действие, которое вращение вихрей оказывает на свет, состоит в том, что плоскость поляризации начинает вращаться в том же направлении, что и вихри, на угол, пропорциональный:

  • толщине вещества,
  • составляющей магнитной силы, параллельной лучу,
  • показателю преломления луча,
  • обратно пропорциональный квадрату длины волны в воздухе,
  • среднему радиусу магнитных вихрей,
  • ёмкости магнитной индукции (магнитной проницаемости).

Все положения «теории молекулярных вихрей» Д. Максвелл доказывает математически строго, подразумевая, что все явления природы в глубинной сути своей аналогичны и действуют похожим образом.

Многие положения данной работы были впоследствии забыты или не поняты (например, Герцем), однако известные на сегодняшний день уравнения для электромагнитного поля выведены были Д. Максвеллом из логических посылок указанной теории.

Австрийский физик-теоретик Л. Больцман в примечаниях к работе Д. Максвелла отзывался следующим образом:

Я мог бы сказать, что последователи Максвелла в этих уравнениях, пожалуй, ничего кроме букв не переменили… Результаты переведенного здесь цикла работ, следовательно, должны быть причислены к важнейшим достижениям физической теории»

ru-wiki.org

Эффект фарадея

Работа 3.04

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ

Ю.Н.Волгин

ЗАДАЧА

1. Исследование искусственной оптической активности (эффекта Фарадея) стекла. Определение постоянной Верде и марки стекла.

2.Исследование естесственной оптической активности кристалла Bi12SiO20. Определение постоянной вращения.

ВВЕДЕНИЕ

1.Наглядное описание поляризованного света.

Сточки зрения классической физики свет представляет собой поперечные электромагнитные волны. Направления колебаний вектора напряженности электрического и магнитного поля (E иH соответственно) взаимно перпендикулярны и составляют прямой угол с лучом света. Большинство источников, кроме оптических квантовых генераторов (ОКГ), испускает так называемый естественный (неполяризованный) свет. По определению, естественный свет – это свет, в котором электрический и магнитный векторы хаотически меняют свое направление, оставаясь в плоскости, перпендикулярной лучу, что схематически показано на рис.1 для вектораЕ. Все направления колебаний равновероятны. [1]

Рис.1

Поляризованный свет – это свет, с преимущественным направлением колебаний вектора Е иН. Общепринято изображать поляризованный свет, используя проекционную картину – проекцию траектории конца электрического вектора на плоскость, перпендикулярную лучу. [2] Существует три типа поляризации: линейная, циркулярная, эллиптическая. Проекционная картина этих типов показана на рис.2 а схематическое изображение на рис.3.

Линейная поляризация включает в себя бесконечное число форм, различающихся

азимутом (угол α на рис.2).

Рис.2

Циркулярная поляризация (круговая) включает в себя две формы, различающиеся направлением вращения.

Рис.3

Нетрудно показать, что линейно поляризованный свет можно представить как суперпозицию двух форм циркулярно поляризованного света (см. рис.4).

Рис.4

Эллиптическая поляризация включает в себя бесконечное число форм, различающихся азимутом, эллиптичностью и направлением вращения, и является наиболее общим типом поляризации.

Часто пользуются понятием «плоскость поляризации», определяя так плоскость, содержащую направление распространения волны и направление колебаний вектора Е. Следует заметить, что определение это неоднозначно, так как можно создать несколько волн, имеющих одну и ту же плоскость поляризации, но разное направление колебаний вектораЕ.

Обычно свет состоит из естественной и поляризованой составляющих. Такой свет называется частично поляризованным. Отношение интенсивности поляризованной составляющей частично поляризованного света к полной его интенсивности называется степенью поляризации и записывается в виде

P =

Iпол

(1)

Iпол+ Iест

где Р – степень поляризации,Iпол – интенсивность поляризованной составляющей,Iест

– интенсивность естественной составляющей.

Если свет частично линейно поляризован, то параметр степени поляризации может быть определен экспериментально как отношение разности интенсивностей двух выделенных ортогональных поляризаций к их сумме.

P =

Imax− Imin

(2)

Imax+ Imin

 

 

Соответствие формул (1) и (2) нетрудно показать. Поляризатор – это оптическое устройство, проходя через которое свет становится линейно поляризованным.

Действие поляризатора состоит в том, что он разделяет первоначальный пучок на два, в которых направления колебаний вектора Е взаимно перпендикулярны, т.е. ортогональны, пропускает один из них и поглощает или отражает другой. Работа поляризаторов разных типов основана на таких физических явлениях как явление двойного лучепреломления, отражения света, дихроизма и др. Идеальный поляризатор полностью пропускает свет, линейно поляризованный вдоль его оптической оси ОО, и не пропускает свет, линейно поляризованный перпендикулярно оптической оси. Пропускание двух установленных один за другим поляризаторов становиться минимальным когда их оптические оси взаимно перпендикулярны (поляризаторы скрещены).

2. Об оптической активности.

Открытие волновой, электромагнитной природы света позволило объяснить многие явления, возникающие при взаимодействии света и вещества, например, явление дисперсии, рассеяния и др. Большой интерес представляет явление вращение плоскости поляризации света при его прохождении через среду. Свойство вещества поворачивать плоскость поляризации света называется естественной оптической активностью. Этим свойством, как оказалось, обладают некоторые жидкости, растворы многих веществ, а также некоторые кристаллы. Такие вещества получили название естественно активных веществ.

Вращательные способность естественно оптически активных веществ характеризуют постоянной вращения:

где, ψ — угол поворота плоскости поляризации,d – толщина слоя вещества.

Значение η зависит от природы вещества, от температуры, от длины волны

света.

Обычно явление естественной оптической активности наблюдается в анизотропных кристаллах. Наблюдать и интерпретировать его удобнее, когда свет распространяется вдоль оптической оси кристалла. Изучение вращения в кристаллах, например в кварце (SiO2) показывает, что существует два сорта кварца: правовращающий (положительный, поворачивающий плоскость поляризации по часовой стрелке, обозначается индексом «+») и левовращающий (отрицательный«-»),при этомη+=η- .Направление вращения принято устанавливать для наблюдателя, смотрящего навстречу лучу света (*). При изменении направления распространения света на 1800, направление вращения не изменяется.

Объяснения оптической активности дал Френель в 1817г., основываясь на предположении о том, что фазовая скорость света V, т.е. показатель преломления n в оптически активных веществах различны для лучей, поляризованных право- и левоциркулярно. При этом, для правовращающих веществV+>V-,n+<n-,а для левовращающих – наоборот.

На рис. 4 приведен пример сложения двух циркулярно поляризованных волн

оптически активного вещества совокупность право- и левоциркулярно поляризованных волн эквивалентна линейно поляризованному свету с колебаниями электрического вектора, направленными относительно АА, т.е. вращающиеся векторы Е+ иЕ- симметричны относительно АА. Тогда, при условииV+=V- ,Е+ будет повернут на больший угол (ϕ+) вправо, чемЕ- влево(ϕ-).Следовательно, плоскость, относительно которой векторыЕ+ иЕ- будут симметричны, оказывается ВВ, повернутая вправо относительно АА, т.е. плоскостью поляризации, повернутой на уголψ (рис. 4б), равный половине разности фаз междуЕ+ иЕ-.Это видно из рисунка:

ψ =

1

(ϕ+−ϕ−)=

πd

(n−+ n+)

(4)

2

 

 

 

λ0

 

где λ0 – длина световой волны в вакууме.

(*) Следует заметить, что направление вращения некоторые авторы устанавливают для наблюдателя, смотрящего по лучу, также как под плоскостью поляризации в некоторых учебниках подразумевается плоскость, проходящая через магнитный вектор (а не электрический) и направление распространения света. Мы пользуемся определениями, рекомендуемыми в [1]

3. Эффект Фарадея.

Большинство веществ становятся оптически активными при воздействии внешнего магнитного поля. Это явление (вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света при прохождении его через вещество, помещенное в продольное магнитное поле) называется эффектом Фарадея – по имени первооткрывателя. Эффект Фарадея относится к числу магнитооптических явлений. Исследование диэлектриков и полупроводников с помощью магнитооптических методов позволяет наиболее точно определять их важнейшие характеристики, параметры энергетической структуры и имеет большое практической значение.

Угол поворота плоскости поляризации может быть вычислен по следующей формуле:

ψ =V H d(5)

где d – путь света в веществе,Н – напряженность магнитного поля,V – постоянная Верде, которая зависит от частоты света, свойств вещества и температуры [3]. Принято постоянную Верде измерять в угловых минутах, деленных на эрстед и сантиметр (мин/Э см). В оптической промышленности по значениюV определяют состав стекла. Направление вращения, т.е. знакV зависит от направления магнитного поля и не связано с направлением распространения света. Поэтому фарадеевское вращение условно принято считать положительным для наблюдателя, смотрящего по полю, если плоскость поляризации поворачивается по часовой стрелке (вправо).

Очевидно, что с феноменологической точки зрения эффект Фарадея, по аналогии с естественной активностью объясняется тем, что показатели преломления n+ иn- для света, поляризованного право- и левоциркулярно, становятся различными при помещении оптически неактивного вещества в магнитное поле. Детальная интерпретация эффекта Фарадея возможна лишь на основе квантовых представлений [3]. Конкретный механизм явления может быть несколько различным в разных веществах и в разных областях спектра. Однако, с точки зрения классических представлений, эффект Фарадея всегда связан с влиянием на дисперсию вещества

частоты ωL = e2mcH , с которой оптические электроны совершают ларморовскую

прецессию вокруг направления магнитного поля, и может быть получен на основе классической теории дисперсии. В диэлектриках в видимой области спектра дисперсия определяется связанными электронами, которые совершают вынужденные колебания под действием электрического поля световой волны. Вещество рассматривается как совокупность таких классических осцилляторов. Тогда, записав и решив уравнение движения электронов отдельно для лево- и правоциркулярно поляризованной волны, можно получить выражение для угла поворота плоскости поляризации в виде:

 

ψ =

2π Ne3ω2 Hd

=VHd(6)

 

 

nm2c2(ω0

2 −ω2)2

 

 

где

 

V =

2πNe3ω2

 

 

(7)

 

nm2c2(ω0

2 −ω2)2

 

здесь е – заряд электрона,m-массаэлектрона,N – концентрация электронов,ω — частота света,с- скорость света в вакууме,ω0 – собственная частота осциллятора. С выводом формул (6) и (7) можно ознакомиться в приложении, имеющимся в лаборатории.

УСТАНОВКА Схема экспериментальной установки приведена на рис.5. Источником линейно

поляризованного света (λ0=0,632 мкм) является оптический квантовый генератор 2 с блоком питания 1. Далее свет попадает на дополнительный неподвижный поляризатор 3 и через отверстия в полюсе электромагнита 6,7 – на образец 4, после чего проходит через второй поляризатор 5, выполняющий роль анализатора поворота плоскости поляризации после взаимодействия света с веществом. Затем свет попадает на фотоэлемент (приемник излучения) 9. К фотоэлементу подключен регистрирующий прибор – вольтметр 10. Обмотки электромагнита подключены к блоку питания 11. Угол поворота анализатора измеряется с помощью связанного с ним отсчетного устройства с угловым нониусом. Полный отсчет равен сумме отсчетов по основной шкале и по шкале нониуса. Отсчет по основной шкале делается по риске, соответствующей нулю нониуса. Отсчет по нониусу на 30 угловых минут снимается в месте совпадения риски шкалы и нониуса с риской основной шкалы.

Рис.5

ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ.

1.Подготовить приборы к включению.

2.Включить лазер и блок питания магнита.

3.Установить между полюсами магнита образец №1 (стекло) и провести юстировку оптической системы, т.е. добиться, чтобы свет от лазера проходил через поляризатор 5, отверстия в полюсах электромагнита, образец, анализатор 9 и попадал на фотоэлемент.

4.Провести исследования эффекта Фарадея, сняв зависимость угла поворота плоскости поляризации от силы тока электромагнита. Результаты занести в таблицу 1. Напряженность магнитного поля Н определяется по току магнита с помощью градуировочного графика на установке.

5.Провести исследование естественной оптической активности образца Bi12SiO20 (силикат висмута). Данныe занести в таблицу 2 (многократные измерения).

Бoлее подробнo порядок выполнения работы смотрите в инструкции, которую получите в лаборатории.

ВНИМАНИЕ!!!

ДЕТАЛИ ОТМЕЧЕННЫЕ КРАСНОЙ КРАСКОЙ, ТРОГАТЬ ЗАПРЕЩАЕТСЯ!!!

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1.Используя данные таблицы 2 (исследование естественной оптической активности) вычислить среднее значение и его погрешность, как погрешность прямых многократных измерений [4].

2.По формуле (3) вычислить постоянную вращения. Вычислить погрешность η,

как погрешность косвенных измерений [4]. Толщина образца №2 (Bi12SiO20)d=0,83±0,02 мм.

3.Используя данные таблицы 1 (исследование эффекта Фарадея) построить график зависимости угла поворота плоскости поляризации ψ от напряженности магнитного поляН (ψ — в угловых минутах,Н – в эртедах). Методом парных точек или наименьших квадратов вычислить угловой коэффициент (К) и его погрешность [4].

4.Используя формулу К=Vd, вычислить постоянную Верде и ее погрешность, с помощью таблицы 3 определить марку стекла. Толщина образца №1 (стекло)d=10,0±0,2 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

 

Ток

Напряженность

 

 

Отсчет,

Угол поворота плоскости

№ п/п

магнита

магнитного поля

 

 

угловые

 

поляризации ψ=(γi-γ0)

 

I, мА

Н, Э

 

 

градусы,

 

Угловые минуты

 

 

 

 

 

 

 

минуты

 

 

1.

 

0

 

 

 

 

γ0

 

 

2.

 

25

 

 

 

 

γ1

 

 

3.

 

50

 

 

 

 

γ2

 

 

4.

 

75

 

 

 

 

γ3

 

 

 

 

 

 

11.

 

250

 

 

 

 

γ10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

 

 

Отсчет,

 

 

Угол поворота

 

 

 

 

угловые градусы, минуты

 

плоскости

№ п/п

 

 

 

 

 

 

 

поляризации

 

 

 

 

γ0i

 

γi

 

ψ=(γi-γ0i)

 

 

 

 

без образца

 

с образцом

 

 

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

 

 

 

 

 

 

 

 

Константа Верде некоторых марок стекла (λ0=0,632 мкм)

 

Таблица 3

 

 

 

 

Марка стекла

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

Кварцевое стекло (КУ)

 

 

 

 

0,031

Corning 8363

 

 

 

 

 

 

0,09

Corriny 8414

 

 

 

 

 

 

0,18

Тяжелый флинт

 

 

 

 

0,053

Пирекс

 

 

 

 

 

 

0,035

ЛИТЕРАТУРА

1.Физическая оптика. Терминология. Изд. «Наука», М., 1971.

2.Ландберг Г.С. Оптика. Изд. «Наука», М., Л., 1981.

3.Волькштейн И.В. Молекулярная оптика. М., Л., 1981.

4.Обработка результатов измерений. Ленинград. ЛПИ, 1981.

studfiles.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о