Fenomenul Faraday. Efectul Faraday și utilizarea acestuia

Efectul Faraday este că atunci când lumina polarizată în plan trece printr-o substanță în care câmpul magnetic nu este egal cu zero, are loc rotația planului de polarizare. Evident, efectul Faraday poate fi folosit doar pentru a studia mediile transparente. Când se studiază structura domeniului, acesta poate fi aplicat pe filme feromagnetice transparente foarte subțiri.

Direcția de rotație a planului de polarizare depinde de direcția de magnetizare în domeniu. Dacă, la studierea unei structuri cu domenii antiparalele, polarizatorul și analizorul sunt încrucișate pentru domenii ale uneia dintre direcțiile de magnetizare, i.e. lumina din aceste domenii nu trece, apoi pentru domeniile cu sens invers de magnetizare, din cauza sensului diferit de rotatie a planului de polarizare, lumina va trece prin analizor. Astfel, structura domeniului va fi vizibilă sub formă de dungi întunecate și luminoase ale domeniilor de magnetizare opusă.

Este caracteristic că aici sunt identificate domeniile în sine, și nu granițele dintre domenii, ca în cazul metodei figurii de pulbere.

Figura 1.13 prezintă o fotografie a structurii domeniului unui film feromagnetic de 500Å grosime, dezvăluit folosind efectul Faraday.

Fig.1.13. Structura domeniului unui film feromagnetic subțire dezvăluită folosind efectul Faraday.

Unghiul de rotație al planului de polarizare poate fi calculat folosind următoarea formulă:

Unde d– calea luminii în materie, N- intensitatea câmpului magnetic, V– Constanta Verdet, care depinde de frecvența luminii, de proprietățile substanței și de temperatură. Se obișnuiește să se măsoare constanta Verdet în minute de arc împărțit la oersted și centimetru (min/E⋅cm). În industria optică după valoare V determina compozitia sticlei.

Direcția de rotație, adică semn V depinde de direcția câmpului magnetic și nu are legătură cu direcția de propagare a luminii. Prin urmare, rotația Faraday este considerată în mod convențional pozitivă pentru un observator care privește peste câmp dacă planul de polarizare se rotește în sensul acelor de ceasornic (spre dreapta).

Evident, din punct de vedere fenomenologic, efectul Faraday, prin analogie cu activitatea naturală, se explică prin faptul că indicii de refracție n+ și n- pentru lumina polarizată circular la dreapta și la stânga, acestea devin diferite atunci când o substanță optic inactivă este plasată într-un câmp magnetic. O interpretare detaliată a efectului Faraday este posibilă numai pe baza conceptelor cuantice. Mecanismul specific al fenomenului poate fi oarecum diferit în diferite substanțe și în diferite regiuni ale spectrului. Totuși, din punctul de vedere al conceptelor clasice, efectul Faraday este întotdeauna asociat cu influența frecvenței asupra dispersiei materiei. , cu care electronii optici efectuează precesia Larmor în jurul direcției câmpului magnetic și pot fi obținuți pe baza teoriei clasice a dispersiei. În dielectricii din regiunea vizibilă a spectrului, dispersia este determinată de electronii legați, care efectuează oscilații forțate sub influența câmp electric undă luminoasă. Materia este considerată o colecție de astfel de oscilatoare clasice. Apoi, prin scrierea și rezolvarea separată a ecuației de mișcare a electronilor pentru undele polarizate circular la stânga și la dreapta, putem obține o expresie pentru unghiul de rotație al planului de polarizare sub forma:

Aici e- sarcina electronilor, m- masa electronilor, N– concentrația de electroni, ω – frecvența luminii, Cu- viteza luminii în vid, ω 0 – frecvența naturală a oscilatorului.

Rezoluția mai mare (până la 100 nm) poate fi obținută prin microscopia Kerr. Într-un astfel de microscop, rotația planului de polarizare al fasciculului de lumină are loc nu la trecerea printr-un cristal magneto-optic, ci atunci când acesta este reflectat direct de pe suprafața de lucru a purtătorului. Cu toate acestea, imaginile obținute cu ajutorul unui microscop Kerr au un contrast mai mic, iar costul echipamentului este mult mai mare, așa că, în practică, metoda imagistică magneto-optică pe filmele de ferită granat este mai des folosită pentru studiul mediilor magnetice.

Cea mai apropiată abordare a soluționării problemei puse este o metodă de vizualizare a unui câmp magnetic, care include plasarea unui convertor magneto-optic în acest câmp, realizat sub forma unei pelicule de granat monocristal de ferită care conține bismut, depuse pe un substrat transparent, și înregistrarea distribuției vectorilor de magnetizare pe aria sa folosind efectul Faraday magneto-optic. Pentru a vizualiza un câmp magnetic neuniform, este suficient să observați printr-un microscop sau pe ecranul unui computer imaginea magneto-optică care apare în filmul magnetic indicator, care afișează modelul câmpurilor parazite. O astfel de imagine poartă informații calitative (indirecte) despre distribuția (modelul) câmpului magnetic și poate fi folosită pentru a identifica semnele magnetice.

Astăzi, sunt cunoscute peliculele bi-conținând granate de ferită și au fost deja folosite cu succes pentru vizualizarea unui câmp magnetic neuniform. Bi oferă o rotație magneto-optică mare a planului de polarizare (efect Faraday) și, în consecință, un contrast ridicat al imaginii.

Este caracteristic că aici sunt identificate domeniile în sine, și nu granițele dintre domenii, ca în cazul metodei figurii de pulbere.

Figura 1.13 prezintă o fotografie a structurii domeniului unui film feromagnetic de 500?

Fig.1.13.

Unghiul de rotație al planului de polarizare poate fi calculat folosind următoarea formulă:

Unde d- calea luminii în materie, N- intensitatea câmpului magnetic, V- Constanta Verdet, care depinde de frecventa luminii, de proprietatile substantei si de temperatura. Se obișnuiește să se măsoare constanta Verdet în minute de arc împărțit la oersted și centimetru (min/E?cm). În industria optică după valoare V determina compozitia sticlei.

Evident, din punct de vedere fenomenologic, efectul Faraday, prin analogie cu activitatea naturală, se explică prin faptul că indicii de refracție n+ și n- pentru lumina polarizată circular la dreapta și la stânga, acestea devin diferite atunci când o substanță optic inactivă este plasată într-un câmp magnetic. O interpretare detaliată a efectului Faraday este posibilă numai pe baza conceptelor cuantice. Mecanismul specific al fenomenului poate fi oarecum diferit în diferite substanțe și în diferite regiuni ale spectrului. Totuși, din punctul de vedere al conceptelor clasice, efectul Faraday este întotdeauna asociat cu influența asupra dispersiei materiei a frecvenței cu care electronii optici efectuează precesia Larmor în jurul direcției câmpului magnetic și poate fi obținut pe baza a teoriei clasice a dispersiei. În dielectricii din regiunea vizibilă a spectrului, dispersia este determinată de electronii legați, care efectuează oscilații forțate sub influența câmpului electric al unei unde luminoase. Materia este considerată o colecție de astfel de oscilatoare clasice. Apoi, prin scrierea și rezolvarea separată a ecuației de mișcare a electronilor pentru undele polarizate circular la stânga și la dreapta, putem obține o expresie pentru unghiul de rotație al planului de polarizare sub forma:

Aici e- sarcina electronilor, m- masa electronilor, N- concentrația de electroni, u - frecvența luminii, Cu- viteza luminii in vid, φ 0 - frecventa naturala a oscilatorului.

Când o substanță se află într-un câmp magnetic, se observă rotația planului de polarizare a luminii. Teoretic, efectul Faraday se poate manifesta și în vid în câmpuri magnetice de ordinul 10 11 -10 12 Gauss.

Explicație fenomenologică

Radiația polarizată liniar care trece printr-un mediu izotrop poate fi întotdeauna reprezentată ca o suprapunere a două unde polarizate de dreapta și stânga cu direcții opuse de rotație. Într-un câmp magnetic extern, indicii de refracție pentru lumina polarizată circular la dreapta și la stânga devin diferiți ( n + (\displaystyle n_(+))Şi n - (\displaystyle n_(-))). Ca urmare, atunci când radiația polarizată liniar trece printr-un mediu (de-a lungul liniilor câmpului magnetic), componentele sale polarizate circular la stânga și la dreapta se propagă cu viteze de fază diferite, dobândind o diferență de cale care depinde liniar de lungimea căii optice. Ca urmare, planul de polarizare al luminii monocromatice polarizate liniar cu lungimea de undă λ (\displaystyle \lambda) a străbătut calea în mediu l (\displaystyle l), se rotește într-un unghi

Θ = π l (n + - n -) λ (\displaystyle \Theta =(\frac (\pi l(n_(+)-n_(-)))(\lambda ))).

În regiunea câmpurilor magnetice nu foarte puternice, diferența n + - n - (\displaystyle n_(+)-n_(-)) depinde liniar de intensitatea câmpului magnetic și în general unghiul de rotație Faraday este descris de relația

Θ = ν H l (\displaystyle \\Theta =\nu Hl),

Unde ν (\displaystyle \nu )- constanta Verdet, un coeficient de proporționalitate care depinde de proprietățile substanței, lungimea de undă a radiației și temperatură.

Explicație elementară

Efectul Faraday este strâns legat de efectul Zeeman, care implică împărțirea nivelurilor de energie atomică într-un câmp magnetic. În acest caz, tranzițiile între nivelurile împărțite au loc cu emisia de fotoni de polarizare dreaptă și stângă, ceea ce duce la diferiți indici de refracție și coeficienți de absorbție pentru undele de polarizare diferită. În linii mari, diferența de viteză a undelor polarizate diferit se datorează diferenței de lungimi de undă ale fotonilor absorbiți și reemiși.

O descriere riguroasă a efectului Faraday este realizată în cadrul mecanicii cuantice.

Aplicarea unui efect

Folosit în giroscoape laser, echipamente de măsurare cu laser, transmițătoare laser în sistemele de comunicație ca element al izolatorului optic de protecție. În plus, efectul este utilizat în crearea dispozitivelor cu microunde din ferită. În special, efectul Faraday stă la baza funcționării microundelor și a circulatoarelor optice.

Poveste

Acest efect a fost descoperit de M. Faraday în 1845.

Explicația inițială a efectului Faraday a fost dată de D. Maxwell în lucrarea sa „Selected Works on the Theory câmp electromagnetic„, unde ia în considerare natura rotațională a magnetismului. Bazându-se, printre altele, pe lucrările lui Kelvin, care a subliniat că cauza efectului magnetic asupra luminii ar trebui să fie rotația reală (și nu imaginară) într-un câmp magnetic, Maxwell consideră mediul magnetizat ca un set de „vortexuri magnetice moleculare”. .” Teoria, care consideră curenții electrici ca fiind liniare și forțele magnetice ca fiind fenomene de rotație, este în concordanță în acest sens cu teoriile lui Ampere și Weber. Cercetările efectuate de D. C. Maxwell conduc la concluzia că singurul efect pe care rotația vârtejelor îl are asupra luminii este că planul de polarizare începe să se rotească în aceeași direcție cu vârtejurile, cu un unghi proporțional cu:

grosimea substanței
componentă a forței magnetice paralelă cu fasciculul,
indicele de refracție al fasciculului,
invers proporțional cu pătratul lungimii de undă în aer,
raza medie a vortexurilor magnetice,
capacitatea inducției magnetice (permeabilitatea magnetică).

D. Maxwell demonstrează în mod strict matematic toate prevederile „teoriei vârtejurilor moleculare”, implicând faptul că toate fenomenele naturale sunt fundamental similare și acționează într-un mod similar.

Multe dintre prevederile acestei lucrări au fost ulterior uitate sau nu au fost înțelese (de exemplu, de Hertz), dar ecuațiile cunoscute în prezent pentru câmpul electromagnetic au fost derivate de D. Maxwell din premisele logice ale acestei teorii.

Sursă

efect Faraday

efect Faraday(efectul Faraday electro-optic longitudinal) este un efect magneto-optic, care constă în faptul că atunci când lumina polarizată liniar se propagă printr-o substanță optic inactivă situată într-un câmp magnetic, se observă rotația planului de polarizare a luminii. Teoretic, efectul Faraday se poate manifesta și în vid în câmpuri magnetice de ordinul 10 11 -10 12 Gauss.

Explicație fenomenologică

Radiația polarizată liniar care trece printr-un mediu izotrop poate fi întotdeauna reprezentată ca o suprapunere a două unde polarizate de dreapta și stânga cu direcții opuse de rotație. Într-un câmp magnetic extern, indicii de refracție pentru lumina polarizată circular pe dreapta și pe stânga devin diferiți ( și ). Ca urmare, atunci când radiația polarizată liniar trece printr-un mediu (de-a lungul liniilor câmpului magnetic), componentele sale polarizate circular la stânga și la dreapta se propagă cu viteze de fază diferite, dobândind o diferență de cale care depinde liniar de lungimea căii optice. Ca urmare, planul de polarizare al luminii monocromatice polarizate liniar cu o lungime de undă care a trecut prin mediu este rotit cu un unghi.

În regiunea câmpurilor magnetice nu foarte puternice, diferența depinde liniar de intensitatea câmpului magnetic și, în general, unghiul de rotație Faraday este descris de relația

unde este constanta Verdet, un coeficient de proporționalitate care depinde de proprietățile substanței, lungimea de undă a radiației și temperatură.

Explicație elementară

O descriere riguroasă a efectului Faraday este realizată în cadrul mecanicii cuantice.

Aplicarea unui efect

Folosit în giroscoape cu laser și alte echipamente de măsurare cu laser și sisteme de comunicare.

Poveste

Acest efect a fost descoperit de M. Faraday în 1845.

Explicația inițială a efectului Faraday a fost dată de D. Maxwell în lucrarea sa „Selected Works on the Theory of the Electromagnetic Field”, unde ia în considerare natura rotațională a magnetismului. Pe baza, printre altele, pe lucrările profesorului W. Thomson, care a subliniat că cauza efectului magnetic asupra luminii ar trebui să fie rotația reală (și nu imaginară) într-un câmp magnetic, Maxwell consideră mediul magnetizat ca un set de „ vortexuri magnetice moleculare.” Teoria, care consideră curenții electrici ca fiind liniare și forțele magnetice ca fiind fenomene de rotație, este în concordanță în acest sens cu teoriile lui Ampere și Weber. Un studiu realizat de D. C. Maxwell conduce la concluzia că singurul efect pe care rotația vârtejurilor îl are asupra luminii este că planul de polarizare începe să se rotească în aceeași direcție cu vârtejurile, cu un unghi proporțional cu:

grosimea substanței
componentă a forței magnetice paralelă cu fasciculul
indicele de refracție al fasciculului
invers proporțional cu pătratul lungimii de undă în aer
raza medie a vortexurilor magnetice
capacitate de inducție magnetică (permeabilitate magnetică)

Fizicianul teoretic austriac L. Boltzmann, în notele la lucrările lui D. Maxwell, a răspuns după cum urmează:

Aș putea spune că adepții lui Maxwell probabil nu au schimbat nimic în aceste ecuații, cu excepția literelor... Rezultatele serii de lucrări traduse aici, așadar, ar trebui să fie clasate printre cele mai importante realizări ale teoriei fizice.”

Note

Fundația Wikimedia.

2010.

Vedeți ce este „efectul Faraday” în alte dicționare: efect Faraday - - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Dicționar englez-rus de inginerie electrică și inginerie energetică, Moscova, 1999] Subiecte de inginerie electrică, concepte de bază EN efect Faraday ...

Vedeți ce este „efectul Faraday” în alte dicționare: Ghidul tehnic al traducătorului

Vedeți ce este „efectul Faraday” în alte dicționare:- Faradėjaus reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. efect Faraday vok. Efectul Faraday, domnule. efect Faraday, m; fenomen Faraday, n pranc. efect Faraday, m … Fizikos terminų žodynas - Farad? Poliarizacijos plokštumos sukimo… …

Vedeți ce este „efectul Faraday” în alte dicționare:- Faradėjaus efektas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. efect Faraday vok. Efectul Faraday, domnule. efect Faraday, m pranc. efect Faraday, m … Fizikos terminų žodynas

Vedeți ce este „efectul Faraday” în alte dicționare:- unul dintre efectele magnetoopticii, care constă în rotirea planului de polarizare a radiațiilor electromagnetice (de exemplu, lumina) care se propagă într-o substanță de-a lungul liniilor de câmp magnetic constant care trec prin ea... ...

Efectul Faraday (efectul Faraday magneto-optic longitudinal) este un efect magneto-optic, care constă în faptul că atunci când lumina polarizată liniar se propagă printr-o substanță într-un câmp magnetic, se observă rotația planului... ... Wikipedia

Efectul Kerr, sau efectul electro-optic pătratic, este fenomenul de modificare a valorii indicelui de refracție al unui material optic proporțional cu a doua putere a intensității câmpului electric aplicat. În câmpuri puternice observate... ... Wikipedia

Efect- 1. Rezultat, consecință a oricăror cauze sau acțiuni. 2. În științele naturii, un fenomen (model) este adesea numit cu numele omului de știință care a descoperit acest efect (de exemplu, efectul Hall, efectul Faraday, efectul Thomson etc.): Vezi și: ... .. . Dicţionar enciclopedicîn metalurgie

Efect Hall- aparitia unui camp electric transversal si diferenta de potential in metalul sau semiconductorul prin care trece curent electric, când este plasat într-un câmp magnetic, perpendicular pe direcția curentului. Deschis americanilor...... Dicţionar Enciclopedic de Metalurgie e-carte

Lumină polarizată liniar. propagandu-se in regiune de-a lungul unui camp magnetic constant. câmpuri în care se află satul.

Sub influența magnetică câmpuri, particulele încărcate din insule dobândesc rotație. mișcare într-un plan perpendicular pe direcția câmpului. Obiectul are un magnet indus. moment. Din moment ce electrice

și mag. inducția în substanță depinde de prezența magnetismului. cuplu și magnetic polarizarea mediului sub influența câmpului, atunci această dependență se manifestă prin faptul că lumina este monocromatică. undă care se propagă în direcția câmpului și se polarizează într-un cerc, are loc o schimbare de fază, iar semnul deplasării depinde de direcția polarizării circulare. Ca rezultat, pentru orice undă care este o suprapunere a două componente - unde polarizate într-un cerc în direcții opuse - raportul de fază al componentelor se modifică. În special, lumina polarizată liniar, care este o combinație liniară cu greutăți egale de unde polarizate la stânga și la dreapta într-un cerc, se transformă din nou în lumină polarizată liniar, dar cu planul de polarizare rotit (după unghiul a) față de direcția de propagare a undei.

O astfel de schimbare a fazelor este echivalentă cu diferența de indici de refracție ai unei substanțe (sau, ceea ce este același, cu viteza de propagare a unei unde luminoase) pentru undele polarizate de stânga și de dreapta.

În zona magneților nu foarte puternici. câmpuri, unghiul de rotație a al planului de polarizare este determinat de următoarea formulă: a = V(w,T) l B, unde V(w,T) este constanta Verdet, în funcție de

sv-v-va

, frecvențe w monocromatice radiații și t-ryT; l - optic lungimea traseului, de exemplu, lungimea cuvei în care se află substanța; B-magn. inducție magnetică permanentă câmpuri. Pentru o soluție de concentrare cu valoarea l trebuie înlocuită cu cl. Constanta Verdet V M pentru un mol dintr-o substanță determină rotația molară a unei substanțe pure: V M = VM/r (M - masa molară, r - densitatea unei substanțe) sau rotația molară a unei substanțe într-o soluție: V M = V/ c. Semnul unghiului de rotație (X este luat pozitiv pentru rotirea în sensul acelor de ceasornic a planului de polarizare dacă propagarea luminii coincide cu direcția câmpului magnetic și observatorul se uită la sursa de lumină. Această alegere a semnelor este comună în chimie; în fizică, alegerea opusă a semnelor este de obicei acceptată în ceea ce privește valoarea numerică, constantele Verde, de regulă, sunt foarte mici: sutimi de minute de arc, pentru un număr de valori paramagnetice, sunt zecimi de minute minute, constantele Verde au pentru feromagnetice. Verdele sunt negative și doar unele paramagnetice. substanțele (de exemplu, sărurile de fier) rotesc planul de polarizare în direcția pozitivă. Când o rază de lumină trece înapoi, planul său de polarizare se rotește în direcția opusă față de această rază, în timp ce față de direcția câmpului B, se rotește în aceeași direcție ca și în timpul trecerii înainte. Acest lucru permite trecerea fasciculului de mai multe ori pentru a acumula unghiul de rotație a.

Dependența unghiului de rotație a de frecvența apelului. Dispersie magnetică optic rotație: a= a(w). Dispersia depinde puternic de structura energetică. spectrul unei molecule, în special asupra modului în care efectul Zeeman se manifestă în degenerează în absența magnetismului. câmpuri energetice niveluri. Tranzițiiîntre subnivelurile Zeeman împărțite în prezență. câmpurile, datorită efectului Faraday, se dovedesc a fi polarizate, ceea ce afectează la rândul său forma curbelor de dispersie magnetică.

optic rotaţie. Câmpul magnetic este, de asemenea, asociat cu aceleași motive - polarizarea tranzițiilor.