Giao thoa và giao thoa kế

39

một điểm bên ngoài dây dẫn được tạo ra một cách hời hợt hướng đến độ dẫn điện thay đổi, nói cách khác có thể nói theo cách này: các đường sức đi vào và ra khỏi dây dẫn vuông góc với bề mặt của dây dẫn. Nếu không, sẽ có một thành phần vectơ hướng trường dọc theo bề mặt dây dẫn và một lực có thành phần dọc theo bề mặt sẽ tác dụng lên các điện tích tự do trên bề mặt dây dẫn. Kết quả là các điện tích sẽ bắt đầu lan truyền khắp bề mặt dây dẫn, làm mất cân bằng.

4. Phân bố điện thế trong dây dẫn. Hãy chứng minh rằng hiệu điện thế của hai điểm bất kỳ trên một vật dẫn, kể cả các điểm dẫn, đều bằng 0. Cho các điểm tùy ý $M$ và $K$ bên trong dây dẫn. Chúng ta hãy nhẩm đi từ điểm $M$ đến điểm $K$ điện tích thử nghiệm $q$ dọc theo quỹ đạo nào đó $MBK$ nằm bên trong dây dẫn (hình 2). Lực trường sẽ không tác dụng lên điện tích chuyển động $q$, vì không có trường bên trong dây dẫn. Do đó, hiệu điện thế là $\varphi_M - \varphi_K = 0$. Nếu các điểm $M$ và $K$, một hoặc cả hai, nằm trên bề mặt của một vật dẫn, thì bằng chứng cho thấy hiệu điện thế giữa chúng bằng 0 là tương tự nhau.

Vì hiệu điện thế của hai điểm bất kỳ của một dây dẫn bằng 0 nên điện thế của tất cả các điểm trên dây dẫn, kể cả các điểm dẫn, là như nhau. Vì vậy, họ nói về tiềm năng của một dây dẫn mà không chỉ ra điểm cụ thể của nó. Vì tất cả các điểm trên bề mặt vật dẫn đều có cùng điện thế nên bề mặt vật dẫn sẽ là bề mặt tương đương.

5. Khoang bên trong dây dẫn. Hãy loại bỏ một phần chất khỏi vùng bên trong của dây dẫn. Vì chất bị loại bỏ là trung tính nên điện trường tại tất cả các điểm bên ngoài dây dẫn, bên trong dây dẫn và trong hộp sẽ không thay đổi. Và điều này thực sự sẽ xảy ra, và sẽ không có điện tích trên bề mặt bên trong của dây dẫn (trên bề mặt của hộp). Toàn bộ điện tích của dây dẫn sẽ tập trung ở bề mặt bên ngoài của dây dẫn và sự hiện diện của một khoang bên trong dây dẫn sẽ không ảnh hưởng đến sự phân bố điện tích trên bề mặt bên ngoài. Sẽ không có trường trong hộp hoặc trong dây dẫn. Điện thế của tất cả các điểm của vật dẫn và hộp là như nhau.

Giao thoa và giao thoa kế

Một sóng ánh sáng truyền qua một vật thể (hoặc phản xạ từ bề mặt của nó) mang theo thông tin khổng lồ về vật thể đó: kích thước, mật độ, hình dạng, v.v. Nhưng vấn đề là thông tin này được bảo vệ trong các đặc tính của sóng, chúng thay đổi với tốc độ rất lớn cả trong không gian và thời gian. Xét cho cùng, sóng điện từ, trong đó ánh sáng là trường hợp đặc biệt, biểu thị sự lan truyền dao động của điện trường và từ trường. Tốc độ truyền là $c = 3 \cdot 10^8$ m/s và tần số dao động theo hướng của điện trường ($E$) hoặc trường cảm ứng ($B$) trong sóng ánh sáng có bậc $10^{14}$ Hz.

Trong tình huống này, cách duy nhất để trích xuất thông tin là so sánh

41

và các sóng thứ hai tại điểm $A$ luôn giống nhau và hòa hợp với nhau. Tại những điểm như vậy, mức tối đa sẽ được cung cấp.

Có thể xây dựng một quy tắc chung: nếu chênh lệch đường truyền—sự chênh lệch giữa $l_1$ và $l_2$—của hai sóng đến một điểm nhất định bằng một số lẻ nửa sóng, thì độ chiếu sáng tại điểm này là tối thiểu:

$$l_1 - l_2 = (2k + 1) \frac{\lambda}{2}$$

• điều kiện tối thiểu.

Trong trường hợp khi chênh lệch đường truyền bằng số chẵn nửa sóng thì độ rọi tại điểm tương ứng sẽ tối đa:

$$l_1 - l_2 = 2k \frac{\lambda}{2}$$

• trạng thái tối đa.

Bây giờ chúng ta hãy đặt một màn chắn trên đường truyền của các sóng giao thoa này. Rõ ràng trên đó sẽ xuất hiện các sọc tối và sọc sáng, tương ứng với điều kiện chiếu sáng tối thiểu và tối đa. Đây là mô hình can thiệp.

Điều rất quan trọng là phải khẳng định rằng kiểu giao thoa được xác định không phải bởi đường đi mà mỗi sóng giao thoa đi đến một điểm cụ thể trên màn hình mà bằng bao nhiêu bán sóng phù hợp dọc theo đường đi này. Điều này rất quan trọng vì tốc độ của sóng ánh sáng (và do đó là bước sóng) phụ thuộc vào chiết suất của môi trường mà sóng lan truyền: $\lambda = vT = (c/n)T$. Ở đây $v = c/n$ là tốc độ ánh sáng trong môi trường và $n$ là chiết suất của môi trường. Do đó, người ta hiểu rằng nếu một vật thể rắn nào đó được đặt trên đường đi của một trong các sóng (ví dụ: sóng đầu tiên), thì số lượng bán sóng rơi ở khoảng cách $l$ sẽ thay đổi do sự thay đổi bước sóng bên trong cơ thể. Trong trường hợp này, mô hình giao thoa bị biến dạng và độ dày của vật thể càng lớn thì càng mạnh.

Quay trở lại phần đầu ghi chú của chúng ta, chúng ta có thể nói rằng với sự trợ giúp của nhiễu, chúng ta sẽ chuyển thông tin về vật thể ban đầu từ các đặc tính thay đổi nhanh chóng của sóng sang các đặc tính thống kê của mô hình giao thoa.

Trong thực tế, điều này được thực hiện bằng cách sử dụng giao thoa kế. Có khá nhiều loại thiết bị như vậy. bài toán của bất kỳ giao thoa kế nào bao gồm sự hình thành của hai (hoặc nhiều) sóng hội tụ và sự giảm dần sau đó của chúng để thu được dạng giao thoa.

Sơ đồ của một trong các giao thoa kế (được gọi là giao thoa kế Mach-Zehnder) được hiển thị trên hình 3.

Một sóng phẳng chạm vào gương mờ 1 và bị phản xạ một phần và một phần truyền qua nó. Do đó, chúng ta thu được hai sóng hội tụ $S_1$ và $S_2$. Sự hội tụ của chúng được thực hiện bằng cách sử dụng gương thông thường 2 và 3 và gương thu 4. Sự phản xạ từ gương 2 và 3 của sóng rơi vào gương thu 4. Sóng $S_2$ đi qua gương 4 và sóng $S_1$ được phản xạ từ gương đó. Bạn luôn có thể chọn vị trí của gương sao cho ở đầu ra của gương 4, bạn có hai sóng truyền tương đối với nhau ở một góc nhất định, thường là nhỏ. Sau đó, theo những gì đã nói ở trên, một hình ảnh nhiễu sẽ xuất hiện trên màn hình $\partial$. Bây giờ, đặt đối tượng đang nghiên cứu trên đường đi của một trong các sóng ($S_1$), chúng ta sẽ quan sát thấy sự biến dạng của hình ảnh này, qua đó chúng ta có thể đánh giá các đặc tính của đối tượng này.

E. E. Gorodetsky, A. A. LanUDEC