Медицинская физика - Вера Подколзина

Ea = En cos a,

где En– амплитуда колебаний на выходе из поляризатора.

В электромагнитной волне плотность энергии (интенсивность) пропорциональна квадрату амплитуды колебаний Е, т. е. In —E2n и Ia —E2a.

На основании этого получаем:

Ia = In cos2 a.

Это соотношение называется законом Малюса.

Степень поляризации света (максимальная и минимальная) равна интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором.

Поляризация происходит и на границе двух изотропных диэлектриков. Если падающий свет естественный, то преломленный и отраженный лучи частично поляризованы, причем преимущественное направление колебаний электрического вектора преломленной волны лежит в плоскости падения, а отраженный – перпендикулярно ей. Степень поляризации зависит от показателя преломления второй среды относительно первой:

n21 = n2/n1

и от угла падения а, причем при угле падения аБ, для которого tg аБ = n21 (закон Брюстера), отраженный луч поляризован практически полностью, а степень поляризации преломленного луча максимальна.

Двойным лучепреломлением называется способность некоторых веществ, в частности кристаллов, расщеплять падающий световой луч на два луча – обыкновенный (О) и необыкновенный (Е), которые распространяются в различных направлениях с различной фазовой скоростью и поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.

При прохождении света через некоторые вещества, называемые оптически активными, плоскость поляризации света поворачивается вокруг направления луча. Угол поворота f плоскости поляризации пропорционален пути I, пройденному светом в оптически активном веществе:

где а – постоянная вращения, зависящая от свойств

f = aI,

вещества и длины световой волны

55. Оптическая система глаза и некоторые ее особенности

Глаз человека является своеобразным оптическим прибором, занимающим в оптике особое место. Для медиков глаз не только орган, способный к функциональным нарушениям и заболеваниям, но и источник информации о некоторых неглазных болезнях. Остановимся кратко на строении глаза человека.

Собственно глазом является глазное яблоко, имеющее не совсем правильную шаровидную форму. Стенки глаза состоят из трех концентрически расположенных оболочек: наружной, средней и внутренней. Наружная белковая оболочка – склера – в передней части глаза превращается в прозрачную выпуклую роговую оболочку – роговицу. По оптическим свойствам роговица – наиболее сильно преломляющая часть глаза. Она является как бы окном, через которое в глаз проходят лучи света. Наружный покров роговицы переходит в конъюнктиву, прикрепленную к векам.

К склере прилегает сосудистая оболочка, внутренняя поверхность которой выстлана слоем темных пигментных клеток, препятствующих внутреннему диффузному рассеянию света в глазу. В передней части глаза сосудистая оболочка переходит в радужную, в которой имеется круглое отверстие – зрачок. Непосредственно к зрачку с внутренней стороны глаза примыкает хрусталик – прозрачное и упругое тело, подобное двояковыпуклой линзе. Диаметр хрусталика 8—10 мм, радиус кривизны передней поверхности в среднем 10 мм, задней – 6 мм. Показатель преломления вещества хрусталика несколько больше – 11,4. Строение хрусталика напоминает слоистую структуру лука, причем показатель преломления слоев неодинаков. Между роговицей и хрусталиком расположена передняя камера глаза, она заполнена влагой – жидкостью, близкой по оптическим свойствам к воде. Вся внутренняя часть глаза от хрусталика до задней стенки занята прозрачной студенистой массой, называемой стекловидным телом. Показатель преломления стекловидного тела такой же, как у водянистой влаги.

Рассмотренные выше элементы глаза в основном относятся к его светопроводящему аппарату.

Зрительный нерв входит в глазное яблоко через заднюю стенку; разветвляясь, он переходит в самый внутренний слой глаза – сетчатку, или ретину, являющуюся световоспринимающим (рецепторным) аппаратом глаза. Сетчатка состоит из нескольких слоев и неодинакова по своей толщине и чувствительности к свету, в ней находятся светочувствительные зрительные клетки, периферические концы которых имеют различную форму. В месте вхождения зрительного нерва находится не чувствительное к свету слепое пятно.

Глаз может быть представлен как центрированная оптическая система, образованная роговицей, жидкостью передней камеры и хрусталиком (четырьмя преломляющимися поверхностями) и ограниченная спереди воздушной средой, сзади – стекловидным телом. Главная оптическая ось проходит через геометрические центры роговицы, зрачка и хрусталика.

Кроме того, выделяют еще зрительную ось глаза, которая определяет направление наибольшей светочувствительности и проходит через центры хрусталика и желтого пятна.

56. Тепловые излучения тел

Из всего многообразия электромагнитных излучений, видимых или невидимых человеческим глазом, можно выделить одно, которое присуще всем телам. Это излучение нагретых тел, или тепловое излучение. При тепловом излучении энергия переносится от одного тела к другому благодаря испусканию и поглощению электромагнитных волн. Тепловое излучение нагретых тел возникает при любых температурах, поэтому испускается всеми телами.

Равновесное (черное) излучение – это излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с телами, имеющими определенную температуру. Абсолютно черное тело – это тело, которое полностью поглощает любое падающее на его поверхность электромагнитное излучение независимо от температуры тела.

Для абсолютно черного тела поглощательная способность (отношение поглощенной энергии к энергии падающего излучения) равна единице.

По своим характеристикам такое излучение подчиняется закону излучения Планка, определяющему ис-пускательную способность и энергетическую яркость абсолютно черного тела. Он высказал гипотезу, из которой следовало, что черное тело излучает и поглощает энергию не непрерывно, а определенными порциями, квантами.

Закон Кирхгора устанавливает количественную связь между излучением и поглощением – при одинаковой плотности энергетической светимости к монохроматическому коэффициенту поглощения света для любых тел, в том числе и для черных. Закон Кирхгора устанавливает, что отношение испускательной спо56б собности r тела к его поглотительной способности абсолютно черного тела f(w, Т) при тех же значениях температуры и частоты:

где w – частота волны.

Закон Стефана-Больцмана: энергетическая интегральная светимость R (T) абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры:

R(T) = QT4.

Числовое значение постоянной Q, называемой постоянной Стефана-Больцмана, равна:

Закон смещения Випа – длина lm, на которую приходится максимум энергии излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре Т.

Значение постоянной Випа 2,898 × 10-3 μК.

μК – постоянная Випа. Этот закон выполняется и для серых тел.

Проявление закона Випа известно из обыденных наблюдений. При комнатной температуре тепловое излучение тел в основном приходится на инфракрасную область и человеческим глазом не воспринимается. Если температура повышается, то тела начинают светиться темно-красным светом, а при очень высокой температуре – белым с голубоватым оттенком, возрастает ощущение нагретости тела.