Faraday effekt

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 25. oktober 2016; checks kræver 9 redigeringer .

Faraday-effekten ( langsgående magneto-optisk Faraday-effekt ) er en magneto-optisk effekt , som består i, at når lineært polariseret lys forplanter sig gennem et optisk inaktivt stof i et magnetfelt , roterer lyspolariseringsplanet . Teoretisk kan Faraday-effekten også manifestere sig i vakuum i magnetiske felter af størrelsesordenen 10 11 -10 12 G [1] .

Fænomenologisk forklaring

Lineært polariseret stråling, der passerer gennem et isotropisk medium, kan altid repræsenteres som en superposition af to højre- og venstrepolariserede bølger med den modsatte rotationsretning. I et eksternt magnetfelt bliver brydningsindekserne for cirkulært højre- og venstrepolariseret lys forskellige ( og ). Som et resultat, når lineært polariseret stråling passerer gennem mediet (langs de magnetiske feltlinjer), forplanter dens cirkulært venstre- og højrepolariserede komponenter sig med forskellige fasehastigheder og opnår en vejforskel, der lineært afhænger af den optiske vejlængde. Som et resultat roteres polariseringsplanet for lineært polariseret monokromatisk lys med en bølgelængde , som har passeret gennem banen i mediet , med en vinkel $n_{+}$ $n_{-}$ $\lambda$ $l$

\Theta ={\frac {\pi l(n_{+}-n_{-})}{\lambda }}

I området med ikke særlig stærke magnetiske felter afhænger forskellen lineært af magnetfeltstyrken, og generelt beskrives Faraday-rotationsvinklen ved relationen $n_{+}-n_{-}$

\ \Theta =\nu Hl

hvor er Verdet-konstanten , en proportionalitetsfaktor, der afhænger af stoffets egenskaber, strålingsbølgelængden og temperaturen . $\nu$

Elementær forklaring

Faraday-effekten er tæt beslægtet med Zeeman-effekten , som består i opsplitning af atomers energiniveau i et magnetfelt. I dette tilfælde forekommer overgange mellem splitniveauer med emission af fotoner af højre og venstre polarisation, hvilket fører til forskellige brydningsindekser og absorptionskoefficienter for bølger med forskellige polariseringer. Groft sagt skyldes forskellen i hastighederne af forskelligt polariserede bølger forskellen i bølgelængderne af de absorberede og genudsendte fotoner.

En grundig beskrivelse af Faraday-effekten udføres inden for kvantemekanikkens rammer.

Anvendelse af effekten

Der er ingen anden sådan fysisk effekt, der ville blive anvendt inden for videnskab og teknologi, så langt fra hinanden, som effekten opdaget af Faraday i 1845. Omfanget af dets anvendelse er fantastisk: fra mikrobølgeteknologi til datalogi og halvlederfysik [2] . Det bruges i lasergyroskoper, lasermåleudstyr, lasersendere i kommunikationssystemer som et element i en beskyttende optisk isolator . Derudover bruges effekten i skabelsen af ferritmikrobølgeenheder. Især Faraday-effekten ligger til grund for driften af mikrobølger og optiske cirkulatorer [3] .

Historie

Denne effekt blev opdaget af M. Faraday i 1845 .

Den indledende forklaring på Faraday-effekten blev givet af D. Maxwell i hans værk "Selected Works on the Theory of the Electromagnetic Field", hvor han overvejer magnetismens rotationskarakter . Baseret blandt andet på arbejdet af Kelvin , som understregede, at årsagen til den magnetiske virkning på lys skulle være reel (og ikke imaginær) rotation i et magnetfelt, betragter Maxwell et magnetiseret medium som et sæt af "molekylære magnetiske hvirvler". ". Den teori, der anser elektriske strømme for at være lineære og magnetiske kræfter for at være rotationsfænomener, er i denne forstand i overensstemmelse med teorierne fra Ampère og Weber . En undersøgelse foretaget af D.C. Maxwell fører til den konklusion, at den eneste effekt, som rotation af hvirvler har på lyset, er, at polariseringsplanet begynder at rotere i samme retning som hvirvlerne gennem en vinkel, der er proportional med:

stoffets tykkelse
komponent af den magnetiske kraft parallelt med strålen,
strålens brydningsindeks,
omvendt proportional med kvadratet af bølgelængden i luft,
gennemsnitlige radius af magnetiske hvirvler,
kapacitet af magnetisk induktion (magnetisk permeabilitet).

D. Maxwell beviser alle bestemmelserne i "teorien om molekylære hvirvler" matematisk strengt, hvilket antyder, at alle naturlige fænomener er analoge i deres dybeste essens og virker på en lignende måde.

Mange bestemmelser i dette værk blev efterfølgende glemt eller ikke forstået (for eksempel af Hertz), men ligningerne for det elektromagnetiske felt, der kendes i dag, blev afledt af D. Maxwell fra de logiske præmisser for denne teori.

Den østrigske teoretiske fysiker L. Boltzmann talte i noterne til D. Maxwells arbejde som følger:

Jeg kunne sige, at tilhængerne af Maxwell i disse ligninger måske ikke ændrede noget undtagen bogstaverne ... Resultaterne af den cyklus af værker, der er oversat her, bør derfor rangeres blandt de vigtigste resultater af fysisk teori "

Se også

Magneto-optisk Kerr-effekt
Magneto-optiske effekter

Noter

↑ http://www.ebiblioteka.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/Uspechi_Fiz_Nauk/1988/5/r885a.pdf
↑ Magneto-optik i går og i dag (til 170-året for opdagelsen af Faraday-effekten) . cyberleninka.ru . Dato for adgang: 24. oktober 2020. (ubestemt)
↑ Mikrobølgeenheder og antenner. udgave D.I. Voskresensky - Elektrodynamik / Mikrobølgeovn og Antenner - Filer - FRELA . frela14.ru. Dato for adgang: 7. januar 2016. (ubestemt)

Kilde

Faraday effekt . Fysisk encyklopædi. v.5. side 275
Verkhozin A.N., Magneto-optics i går og i dag