Андрей Смирнов
Время чтения: ~21 мин.
Просмотров: 0

Клетка фарадея, что это такое, как работает и где применяется в современном мире

Изготовление клетки Фарадея своими руками

В быту изготовление самодельной КФ может понадобиться, чтобы «спрятать» гаджеты от действия различных волн, которые могут вызвать нарушения в чувствительной электронной «начинке».

Примером такой конструкции может служить определённым образом отделанный фанерный ящик. Так как фанера при этом выступает изолирующим слоем, она должна быть идеально чистой и сухой. Можно собрать ящик своими руками или взять готовый — главное, чтобы он был собран без использования гвоздей либо другого металлического крепежа. Сборка производится в несколько этапов:

  1. Пищевую фольгу делят на отрезки, по размеру фанерных стенок или их заготовок.
  2. Поверхности будущего ящика с внешней стороны отделывают фольгой. При этом наружу должна быть обращена её блестящая сторона.
  3. Стенки скрепляют изнутри скотчем, а на дно ящика кладут пару ковриков для компьютерной мышки.
  4. Тщательно проверяют, что в закрытом положении крышки слой фольги образует сплошную оболочку, без малейших зазоров и разрывов.

Корейская Волна субкультура. Корейская Волна или Волна Халлю

«Корейской Волной» называют явление проникновения корейской массовой поп-культуры в другие страны, в первую очередь, страны Юго-Восточной Азии. Самым первым берегом, на который нахлынула эта волна, стал Китай. Сам термин «Корейская волна» широко известный как Hallyu (ЗС·щ; Халлю), был введен в Китае в середине 1999 Пекинскими журналистами, которых удивляла быстрорастущая популярность корейской индустрии развлечений и корейская культура в Китае. На корейскую волну приходится миллиардный годовой доход для Южной Кореи благодаря экспорту культуры. Корейская волна продолжает быть ощутимой движущей силой в Азии и получает доходы в Океании, Северной Америке, Латинской Америке, Европе, Ближнем Востоке и Северной Африке.

Развитие цифровых технологий и популяризация Интернет-сми во многом способствовали распространению корейской волны, ретранслировав ее даже в самые отдаленные уголки света.

Представителя поп-культуры Республики Кореи привлекли внимание иностранных СМИ, что позволило в значительной степени расширить культурные границы для этого сегмента. Ошеломляющий успех корейской поп-культуры оказался неожиданным для самих корейцев, но он повлек за собой, естественно, более глубокий интерес к стране, и в более широком, а не только культурном плане (к примеру, интерес к кухне, моде, товарам, туристическим поездкам и пр.)

Ошеломляющий успех корейской поп-культуры оказался неожиданным для самих корейцев, но он повлек за собой, естественно, более глубокий интерес к стране, и в более широком, а не только культурном плане (к примеру, интерес к кухне, моде, товарам, туристическим поездкам и пр.).

Помимо культурного эффекта, корейская культурная волна Халлю оказывает весомый вклад и в развитие экономики страны. По данным Корейского агентства содействия внешней торговле и инвестициям (KOTRA), в прошлом году экономический эффект Халлю только в Европе составил порядка 620 млн. 900 тыс. долларов. Это почти в два раза больше того же показателя в рамках соглашения о свободной торговле между ЕС и РК, который составил 365 млн. 760 тыс. долларов. Ценность национального бренда РК увеличилась на 4,4 процента. Число иностранных туристов, посещающих РК, постоянно растет. По данным министерства культуры, спорта и туризма, в прошлом году РК посетили 12 млн. иностранных туристов. Это на 75 процентов больше, чем в 2008 году, когда данный показатель составил 6 млн. 890 тыс. человек.

Первое поколение «Волны Халлю» в Азиатском регионе было вызвано, в основном, сериалами, новая волна состоит преимущественно из исполнителей к-рор .

В настоящее время миллионы поклонников «халлю» проживают не только на территории Азии, но и по всему миру. Численность фанатов во всем мире составляет 3 млн. 300 тыс. человек. Эти люди объединены в многочисленные фан-клубы, способствующие дальнейшему распространению «халлю» и обогащению мировой поп-культуры. Таким образом, интерес к корейской поп-культуре является постоянным и носит массовый характер. корейский халлю музыкальный культура

Сегодня в 20 регионах планеты насчитывается 182 клуба поклонников «халлю», которые чаще всего сконцентрированы вокруг Корейских культурных центов. Больше всего таких клубов в азиатском регионе. В восьми странах Азии насчитывается 84 клуба поклонников «халлю», которые объединяют 2 млн. 310 тыс. человек. Больше всего таких клубов в Японии, Китае и Вьетнаме. Еще 500 тысяч поклонников «халлю» насчитывается на Американском континенте. Корейская волна добралась до Европы сравнительно недавно, но там уже действуют 70 фан-клубов, объединяющих 460 тыс. человек. Фактически клубов и самих поклонников «халлю» может быть гораздо больше, поскольку данные министерства культуры, спорта и туризма основаны на информации Корейских культурных центов, которые есть далеко не во всех городах. В декабре 2010 года всемирная сеть вещания CNN употребила термин «Азиатский Голливуд» в отношении Республики Корея. В июле 2011 года телеканал BBC в программе, посвященной феномену корейской волны, описал его как национальный бренд Республики Корея, популярность которого уже сопоставима с такими международными корпорациями, как Samsung и Hyundai.

Изготовление клетки Фарадея своими руками

В быту изготовление самодельной КФ может понадобиться, чтобы «спрятать» гаджеты от действия различных волн, которые могут вызвать нарушения в чувствительной электронной «начинке».

Примером такой конструкции может служить определённым образом отделанный фанерный ящик. Так как фанера при этом выступает изолирующим слоем, она должна быть идеально чистой и сухой. Можно собрать ящик своими руками или взять готовый — главное, чтобы он был собран без использования гвоздей либо другого металлического крепежа. Сборка производится в несколько этапов:

  1. Пищевую фольгу делят на отрезки, по размеру фанерных стенок или их заготовок.
  2. Поверхности будущего ящика с внешней стороны отделывают фольгой. При этом наружу должна быть обращена её блестящая сторона.
  3. Стенки скрепляют изнутри скотчем, а на дно ящика кладут пару ковриков для компьютерной мышки.
  4. Тщательно проверяют, что в закрытом положении крышки слой фольги образует сплошную оболочку, без малейших зазоров и разрывов.

Второй вариант предполагает, что основой клетки Фарадея своими руками служит металлический резервуар (кастрюля, ящик, бокс и т. п.), внутри которого обустраивается изоляция из картона, той же фанеры или другого материала

Условие плотного прилегания крышки для этой конструкции не менее важно, чем для описанной выше

Надо ли делать заземление

Не существует единого мнения по поводу необходимости заземления КФ. В обязательном порядке заземляются крупные конструкции и те, на которые может быть оказано действие особенно мощным электрическим разрядом.

Заземление, определённо, предохраняет от нештатных ситуаций, когда накопленный сильный заряд может «пробить» воздушную среду и ударить в расположенный неподалёку предмет или человека.

Тестирование самодельной клетки Фарадея

Чтобы проверить принцип работы клетки Фарадея на практике, удобнее всего использовать компактный радиоприёмник на батарейках. Его следует включить на максимальную громкость и настроить на самый мощный из доступных FM-каналов. Если клетка работает, радио в нём замолчит.

Если приёмник хоть немного, но слышно, значит, стопроцентной экранизации добиться не удалось, и следует искать прорехи в токопроводящем слое.

Подходит для тестирования самособранной камеры и мобильный телефон. Оказавшись внутри, он перестанет принимать сигналы базовых станций, то есть при звонке на него услышите соответствующее сообщение автоматического информатора сотового оператора.

Математическая формулировка

Формально магнитная проницаемость рассматривается как недиагональный тензор, выражаемый уравнением:

B(ω)знак равно|μ1-яμ2яμ2μ1μz|ЧАС(ω){\ displaystyle \ mathbf {B} (\ omega) = {\ begin {vmatrix} \ mu _ {1} & — i \ mu _ {2} & 0 \\ i \ mu _ {2} & \ mu _ {1 } & 0 \\ 0 & 0 & \ mu _ {z} \\\ end {vmatrix}} \ mathbf {H} (\ omega)}

Связь между углом поворота поляризации и магнитным полем в прозрачном материале:


Вращение поляризации из-за эффекта Фарадея

βзнак равноVBd{\ Displaystyle \ бета = {\ mathcal {V}} Bd}

где

β — угол поворота (в радианах )
B — плотность магнитного потока в направлении распространения (в теслах )
d — длина пути (в метрах), где свет и магнитное поле взаимодействуют
V{\ Displaystyle \ scriptstyle {\ mathcal {V}}}- постоянная Верде для материала. Эта эмпирическая константа пропорциональности (в радианах на тесла на метр) зависит от длины волны и температуры и сведена в таблицу для различных материалов.

Положительная постоянная Верде соответствует L-вращению (против часовой стрелки), когда направление распространения параллельно магнитному полю, и R-вращению (по часовой стрелке), когда направление распространения антипараллельно. Таким образом, если луч света проходит через материал и отражается обратно через него, вращение удваивается.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. В катушку, соединённую с гальванометром, вносят магнит. Направление индукционного тока зависит

А. От скорости перемещения магнита.
Б. От того, каким полюсом вносят магнит в катушку.

Правильный ответ

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

2. В катушку, соединённую с гальванометром, вносят магнит. Сила индукционного тока зависит

А. от скорости перемещения магнита
Б. от того, каким полюсом вносят магнит в катушку

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

3. Постоянный магнит вносят в катушку, замкнутую на гальванометр (см. рисунок).

Если выносить магнит из катушки с большей скоростью, то показания гальванометра будут примерно соответствовать рисунку

4. Две одинаковые катушки замкнуты на гальванометры. В катушку А вносят полосовой магнит, а из катушки Б вынимают такой же полосовой магнит. В какой катушке гальванометр зафиксирует индукционный ток?

1) только в катушке А
2) только в катушке Б
3) в обеих катушках
4) ни в одной из катушек

5. В первом случае магнит вносят в сплошное эбонитовое кольцо, а во втором случае выносят из сплошного медного кольца (см. рисунок).

Индукционный ток

1) возникает только в эбонитовом кольце
2) возникает только в медном кольце
3) возникает в обоих кольцах
4) не возникает ни в одном из колец

6. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, находится малая катушка, подключённая к источнику постоянного тока. В каком из перечисленных опытов гальванометр зафиксирует индукционный ток?

А. В малой катушке выключают электрический ток.
Б. Малую катушку вынимают из большой.

1) только в опыте А
2) только в опыте Б
3) в обоих опытах
4) ни в одном из опытов

7. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, находится малая катушка, подключённая к источнику тока. Первую секунду от начала эксперимента малая катушка неподвижна внутри большой катушки. Затем в течение следующей секунды её вынимают из большой катушки. Третью секунду малая катушка находится вне большой катушки. В течение четвертой секунды малую катушку вдвигают в большую. В какой(-ие) промежуток(-ки) времени гальванометр зафиксирует появление индукционного тока?

1) только 0-1 с
2) 1 с-2 с и 3 с-4 с
3) 0-1 с и 2 с-3 с
4) только 1 с-2 с

8. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, находится малая катушка, подключённая к источнику тока. Оси катушек совпадают. Первую секунду от начала эксперимента малая катушка неподвижна внутри большой катушки. Затем в течение следующей секунды её вращают относительно вертикальной оси по часовой стрелке. Третью секунду малая катушка вновь остаётся в покое. В течение четвёртой секунды малую катушку вращают против часовой стрелки. В какие промежутки времени гальванометр зафиксирует появление индукционного тока в катушке?

1) индукционный ток может возникнуть в любой промежуток времени
2) индукционный ток возникнет в промежутках времени 1-2 с, 3-4 с
3) индукционный ток не возникнет ни в какой промежуток времени
4) индукционный ток возникнет в промежутках времени 0-1 с, 2-3 с

9. К электромагнитным волнам относятся:

A. Волны на поверхности воды.
Б. Радиоволны.
B. Световые волны.

Укажите правильный ответ.

1) только А
2) только Б
3) только В
4) Б и В

10. Какие из приведённых ниже формул могут быть использованы для определения скорости электромагнитной волны?

A. ​\( v=\lambda\nu \)​
Б. \( v=\frac{\lambda}{\nu} \)
В. \( v=\frac{\lambda}{T} \)
Г. \( v=\lambda T \)

1) только А
2) только Б
3) А и В
4) В и Г

11. Установите соответствие между названием опыта (в левом столбце таблицы) и явлением, которое в этом опыте наблюдается (в правом столбце таблицы). В таблице под номером физической величины левого столбца запишите соответствующий номер выбранного вами элемента правого столбца.

ВЕЛИЧИНА
A) опыты Фарадея
Б) опыт Эрстеда
B) опыт Ампера

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ ЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ
1) действие проводника с током на магнитную стрелку
2) электромагнитная индукция
3) взаимодействие проводников с током

12. Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе их работы.

ТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
A) генератор электрического тока
Б) электрический двигатель
B) электромагнитное реле

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
1) взаимодействие постоянных магнитов
2) взаимодействие проводников с током
3) возникновение электрического тока в проводнике при его движении в магнитном поле
4) магнитное действие проводника с током
5) действие магнитного поля на проводник с током

Часть 2

13. На какую частоту нужно настроить радиоприёмник, чтобы слушать радиостанцию, которая передает сигналы па длине волны 2,825 м?

1) 106,2 кГц
2) 106,2 МГц
3) 847,5 кГц
4) 847,5 МГц

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 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:

Операция


Анимация, показывающая, как работает клетка Фарадея (коробка) . Когда внешнее электрическое поле (стрелка) применяются, то электроны (маленькие шарики) в металлическом движении к левой стороне клетки, придавая ей отрицательный заряд, в то время как остальное несбалансированное заряд ядер дают правой стороне положительному заряд . Эти индуцированные заряды создают противоположное электрическое поле, которое нейтрализует внешнее электрическое поле по всей коробке.

Непрерывный

Сплошной экран Фарадея представляет собой полый проводник. Электромагнитные поля, приложенные извне или внутри, создают силы на носителях заряда (обычно электронах) внутри проводника; заряды соответственно перераспределяются за счет электростатической индукции . Перераспределенные заряды значительно снижают напряжение на поверхности в зависимости от емкости; однако полной отмены не происходит.

Внутренние сборы

Если заряд помещается внутри незаземленного щита Фарадея, не касаясь стенок (обозначим это количество заряда как + Q), внутренняя поверхность экрана заряжается -Q, что приводит к силовым линиям, исходящим от заряда и распространяющимся на заряды внутри внутренняя поверхность металла. Пути силовых линий в этом внутреннем пространстве (до конечных отрицательных зарядов) зависят от формы внутренних защитных стенок. Одновременно + Q накапливается на внешней поверхности экрана. Распределение зарядов на внешней поверхности не зависит от положения внутреннего заряда внутри корпуса, а определяется формой внешней поверхности. Таким образом, для всех намерений и целей щит Фарадея генерирует такое же статическое электрическое поле снаружи, которое он генерировал бы, если бы металл был просто заряжен + Q. См . Эксперимент Фарадея с ведром со льдом , например, для получения более подробной информации о линиях электрического поля и отделении внешнего от внутреннего

Обратите внимание, что электромагнитные волны не являются статическими зарядами.

Если клетка заземлена , избыточные заряды будут нейтрализованы, так как заземление создает эквипотенциальное соединение между внешней стороной клетки и окружающей средой, поэтому между ними нет напряжения и, следовательно, нет поля. Внутренняя поверхность и внутренний заряд останутся прежними, поэтому поле останется внутри.

Внешние поля


Зависимость глубины скин-слоя от частоты для некоторых материалов при комнатной температуре, красная вертикальная линия обозначает частоту 50 Гц:

  • Mn – Zn — магнитомягкий феррит.
  • Al — металлический алюминий
  • Cu — металлическая медь
  • сталь 410 — магнитная нержавеющая сталь
  • Fe – Si — текстурированная электротехническая сталь.
  • Fe – Ni — высокопроницаемый пермаллой (80% Ni – 20% Fe).

Эффективность экранирования статического электрического поля в значительной степени не зависит от геометрии проводящего материала; однако статические магнитные поля могут полностью проникать через экран.

В случае изменяющихся электромагнитных полей, чем быстрее происходят изменения (т. Е. Чем выше частоты), тем лучше материал сопротивляется проникновению магнитного поля. В этом случае экранирование также зависит от электропроводности , магнитных свойств проводящих материалов, используемых в клетках, а также от их толщины.

Хорошее представление об эффективности щита Фарадея можно получить из соображений глубины кожи . С глубиной скин-слоя ток, текущий в основном на поверхности, экспоненциально затухает с глубиной сквозь материал. Поскольку щит Фарадея имеет конечную толщину, это определяет, насколько хорошо он работает; более толстый экран может лучше ослаблять электромагнитные поля и уменьшать частоту.

Клетки Фарадея — это щиты Фарадея, в которых есть отверстия, поэтому их сложнее анализировать. В то время как непрерывные экраны по существу ослабляют все длины волн короче толщины скин-слоя, отверстия в клетке могут пропускать более короткие волны или создавать « исчезающие поля » (колеблющиеся поля, которые не распространяются как электромагнитные волны) прямо под поверхностью. Чем короче длина волны, тем лучше она проходит через сетку заданного размера. Таким образом, чтобы хорошо работать на коротких волнах (т. Е. На высоких частотах), отверстия в обойме должны быть меньше длины волны падающей волны. Поэтому клетки Фарадея можно рассматривать как фильтры высоких частот .

Оптические изоляторы и термодинамика

На первый взгляд может показаться, что устройство, которое позволяет свету течь только в одном направлении, нарушит закон Кирхгофа и второй закон термодинамики , позволяя световой энергии течь от холодного объекта к горячему и блокируя его в другом направлении. , но нарушения можно избежать, поскольку изолятор должен поглощать (не отражать) свет от горячего объекта и в конечном итоге переизлучать его на холодный. Попытки перенаправить фотоны обратно к их источнику неизбежно включают создание маршрута, по которому другие фотоны могут перемещаться от горячего тела к холодному, избегая парадокса.

История открытия

Закон Фарадея в электродинамике был открыт двумя ученными: Майклом Фарадеем и Джозефом Генри, но Фарадей опубликовал результаты своих работ раньше – в 1831 году.

В своих демонстрационных экспериментах в августе 1831 г. он использовал железный тор, на противоположные концы которого был намотан провод (по одному проводу на стороны). На концы одного первого провода он подал питание от гальванической батареи, а на выводы второго подключил гальванометр. Конструкция была похожа на современный трансформатор. Периодически включая и выключая напряжение на первом проводе, он наблюдал всплески на гальванометре.

Гальванометр — это высокочувствительный прибор для измерения силы токов малой величины.

Таким образом было изображено влияние магнитного поля, образовавшегося в результате протекания тока в первом проводе, на состояние второго проводника. Это воздействие передавалось от первого ко второму через сердечник – металлический тор. В результате исследований было обнаружено и влияние постоянного магнита, который двигается в катушке, на её обмотку.

Тогда Фарадей объяснял явление электромагнитной индукции с точки зрения силовых линий. Еще одной была установка для генерирования постоянного тока: медный диск вращался вблизи магнита, а скользящий по нему провод был токосъёмником. Это изобретение так и называется — диск Фарадея.

Ученные того периода не признали идеи Фарадея, но Максвелл взял исследования для основы своей магнитной теории. В 1836 г. Майкл Фарадей установил соотношения для электрохимических процессов, которые назвали Законами электролиза Фарадея. Первый описывает соотношения выделенной на электроде массы вещества и протекающего тока, а второй соотношения массы вещества в растворе и выделенного на электроде, для определенного количества электричества.

Независимый от поляризации изолятор

Рисунок 3: Независимый от поляризации изолятор

Независимый от поляризации изолятор состоит из трех частей: входного двулучепреломляющего клина (с его обычным направлением поляризации вертикальным и необычным направлением поляризации горизонтально), вращателем Фарадея и выходным двойным лучепреломляющим клином (с его обычным направлением поляризации под углом 45 ° и необыкновенное направление поляризации на −45 °).

Свет, распространяющийся в прямом направлении, разделяется входным двулучепреломляющим клином на его вертикальную (0 °) и горизонтальную (90 °) составляющие, называемые обыкновенным лучом (o-луч) и необыкновенным лучом (e-ray) соответственно. Вращатель Фарадея поворачивает орто- и е-лучи на 45 °. Это означает, что o-луч теперь находится под углом 45 °, а e-луч — под -45 °. Затем выходной клин двулучепреломления объединяет два компонента.

Свет, идущий в обратном направлении, разделяется на o-луч под углом 45 ° и e-луч под углом -45 ° клином двойного лучепреломления. Вращатель Фарадея снова поворачивает оба луча на 45 °. Теперь о-луч находится под углом 90 °, а электронный луч под углом 0 °. Вместо того, чтобы фокусироваться вторым клином двойного лучепреломления, лучи расходятся.

Обычно коллиматоры используются с обеих сторон изолятора. В переданном направлении луч разделяется, а затем объединяется и фокусируется в выходной коллиматор. В изолированном направлении луч разделяется, а затем расходится, поэтому он не фокусируется на коллиматоре.

На рисунке 3 показано распространение света через независимый от поляризации изолятор. Передний свет показан синим цветом, а световой сигнал, распространяющийся назад, показан красным. Лучи прослеживались с использованием обычного показателя преломления 2 и необычного показателя преломления 3. Угол клина равен 7 °.

Определение «Фарадея Эффект» по БСЭ:

Фарадея эффект — один из эффектов магнитооптики. Заключается во вращении плоскости поляризации электромагнитного излучения (например, Света), распространяющегося в веществе вдоль силовых линий постоянного магнитного поля, проходящих через это вещество. Открыт М. Фарадеем в 1845 и явился первым доказательством наличия прямой связи между магнетизмом и светом.Феноменологическое объяснение Ф. з. заключается в следующем. Намагниченное вещество в общем случае уже нельзя охарактеризовать единым преломления показателем n. Показатели преломления n + и n для излучения правой и левой круговых поляризаций становятся различными (см. Магнитооптика). Проходящее через изотропную среду линейно поляризованное излучение всегда может быть формально представлено как суперпозиция (наложение) двух поляризованных по правому и левому кругу волн с противоположным направлением вращения. Различие n + и n приводит к тому, что поляризованные по правому и левому кругу составляющие излучения распространяются в среде c различными фазовыми скоростями, приобретая Разность хода, линейно зависящую от оптической длины пути. В результате плоскость поляризации монохроматического света с длиной волны (после прохождения в среде пути l поворачивается на угол&#x3D1.: (= &pi.l (n + — n)/&lambda.. Разность (n + — n) линейно зависит от напряжённости магнитного поля Н (См. Напряжённость магнитного поля) в области не очень сильных полей, в которой в общем случае справедливо соотношение&#x3D1. = VHl, где константа пропорциональности V зависит от свойств вещества, длины волны излучения и температуры и носит название Верде постоянной.Ф. э. оказался тесно связанным с Зеемана эффектом, открытым в 1896 и обусловленным расщеплением уровней энергии атомов и молекул магнитным полем. Частоты, соответствующие отщепленным уровням, сдвигаются симметрично по отношению к основной частоте. Эта симметричность проявляется, в частности, в том, что Квантовые переходы между этими уровнями при продольном относительно поля распространении света (в этом случае можно считать исходный уровень расщепленным лишь на 2 подуровня) происходят с испусканием и поглощением Фотонов, поляризованных по кругу направо и налево. В результате показатели преломления (и коэффициент поглощения),. слабо зависящие от длины волны (частоты) света, становятся различными для право- и левополяризованных по кругу компонент монохроматического излучения. Грубо можно сказать, что различие скоростей обусловлено различием длин волн (частот) света, поглощаемого и переизлучаемого частицами вещества. Строгое описание Ф. э. возможно лишь в рамках квантовой теории.В Ф. э. ярко проявляется специфический характер вектора напряжённости магнитного поля Н (Н — Осевой вектор, «псевдовектор»). Обусловленное Н направление поворота плоскости поляризации при Ф. э., в отличие от явления естественной оптической активности, не зависит от направления распространения излучения. Поэтому многократное прохождение света через среду, помещенную в магнитное поле, приводит к возрастанию угла поворота плоскости поляризации в соответствующее число раз. Эта особенность Ф. э. нашла применение при конструировании т. н. невзаимных оптических и микроволновых устройств, Циркуляторов, Гираторов, фазовращателей СВЧ и т.д. Ф. э. широко используется в научных исследованиях.Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд.,. М., 1957 (Общий курс физики, т. 3). Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М. — Л., 1951. Фриш С. Э., Оптические спектры атомов, М. — Л., 1963.В. С. Запасский.

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 (n+{\displaystyle n_{+}} и n−{\displaystyle n_{-}}). 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 λ{\displaystyle \lambda }, прошедшего в среде путь l{\displaystyle l}, поворачивается на угол

Θ=πl(n+−n−)λ{\displaystyle \Theta ={\frac {\pi l(n_{+}-n_{-})}{\lambda }}}.

В области не очень сильных магнитных полей разность n+−n−{\displaystyle n_{+}-n_{-}} линейно зависит от напряжённости магнитного поля и в общем виде угол фарадеевского вращения описывается соотношением

 Θ=νHl{\displaystyle \ \Theta =\nu Hl},

где ν{\displaystyle \nu } — постоянная Верде, коэффициент пропорциональности, который зависит от свойств вещества, длины волны излучения и температуры.

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 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:

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации