Svjetlost je poput elektromagnetskog vala. eksperimentalnu potvrdu Maxwellove teorije dobio je Hertz u pokusima s pražnjenjem Leydenove posude

Svjetlost se može smatrati ili kao elektromagnetski val, brzina širenja u vakuumu je konstantna, ili kao tok fotona - čestica s određenom energijom, količinom gibanja, vlastitim kutnim momentom i nultom masom.

U optici, svjetlost se odnosi na elektromagnetske valove prilično uskog raspona. Svjetlost se često ne shvaća samo kao vidljiva svjetlost, već i u područjima širokog spektra uz nju. Povijesno se pojavio izraz "nevidljiva svjetlost" - ultraljubičasto svjetlo, infracrveno svjetlo, radio valovi. Valne duljine vidljive svjetlosti kreću se od 380 do 760 nanometara.

Jedna od karakteristika svjetlosti je njezina boja, koja je određena frekvencijom svjetlosnog vala. Bijela svjetlost je mješavina valova različitih frekvencija. Može se rastaviti na obojane valove od kojih svaki karakterizira određena frekvencija. Takvi valovi nazivaju se monokromatski.

Brzina svjetlosti

Prema najnovijim mjerenjima, brzina svjetlosti u vakuumu

Mjerenja brzine svjetlosti u raznim prozirnim tvarima pokazala su da je ona uvijek manja nego u vakuumu. Na primjer, u vodi se brzina svjetlosti smanjuje 4/3 puta.

Omjer brzine svjetlosti u vakuumu i brzine svjetlosti u tvari naziva se apsolutni pokazatelj lom materije.

(25)

Kada svjetlosni val prijeđe iz vakuuma u materiju, frekvencija ostaje konstantna (boja se ne mijenja). Valna duljina u sredstvu s indeksom loma n promjene:

Elektromagnetski valovi su širenje elektromagnetskih polja u prostoru i vremenu.

Razmotrimo osnovna svojstva elektromagnetskih valova.1. Emitiraju se elektromagnetski valovi neodlučan naknade.
Dostupno ubrzanje- glavni uvjet za zračenje elektromagnetskih valova.
2. Takvi se valovi mogu širiti ne samo u plinovima, tekućinama i čvrstim tijelima, već iu vakuumu.
3. Elektromagnetski val je transverzalan.

4. Brzina elektromagnetskih valova u vakuumu c = 300 000 km/s.

5. Prilikom prelaska iz jedne sredine u drugu frekvencija vala se ne mijenja.
6. Elektromagnetski valovi mogu biti apsorbiran tvar. Ovo je zbog (25) rezonantna apsorpcija energije od strane nabijenih čestica materije. Ako se vlastita frekvencija titranja dielektričnih čestica jako razlikuje od frekvencije elektromagnetskog vala, dolazi do slabe apsorpcije, a medij postaje proziran za elektromagnetski val.

7. Pri udaru u sučelje između dva medija, dio vala se reflektira, a dio prelazi u drugi medij, lomeći se. Ako je drugi medij metal, tada val koji se prenosi u drugi medij brzo slabi, a većina energije se reflektira u prvi medij (metali su neprozirni za elektromagnetske valove).

Za elektromagnetske valove, kao i za mehaničke, vrijede svojstva difrakcije, interferencije, polarizacije i druga.

Krajem 17. stoljeća pojavile su se dvije znanstvene hipoteze o prirodi svjetlosti - korpuskularni I val.

Prema korpuskularna teorija, svjetlost je tok sićušnih svjetlosnih čestica (korpuskula) koje lete ogromnom brzinom. Newton je vjerovao da se kretanje svjetlosnih tjelešaca pokorava zakonima mehanike. Tako se refleksija svjetlosti shvaćala slično refleksiji elastične lopte od ravnine. Lom svjetlosti objašnjavao se promjenom brzine čestica pri prelasku iz jednog medija u drugi.

Valna teorija promatrala je svjetlost kao valni proces sličan mehanički valovi.

Prema modernim idejama, svjetlost ima dvojaku prirodu, tj. istodobno ga karakteriziraju i korpuskularna i valna svojstva. U fenomenima kao što su interferencija i difrakcija, valna svojstva svjetlosni, a u pojavi fotoelektričnog efekta korpuskularni.

Svjetlost kao elektromagnetski valovi

Jedna od karakteristika svjetlosti je njezina boja, koji je određen frekvencijom svjetlosnog vala. Bijela svjetlost je mješavina valova različitih frekvencija. Može se rastaviti na obojane valove od kojih svaki karakterizira određena frekvencija. Takvi se valovi nazivaju monokromatski.

Brzina svjetlosti

Prema najnovijim mjerenjima, brzina svjetlosti u vakuumu

Mjerenja brzine svjetlosti u raznim prozirnim tvarima pokazala su da je ona uvijek manja nego u vakuumu. Na primjer, u vodi se brzina svjetlosti smanjuje 4/3 puta.

Gimnazija 144

Esej

Brzina svjetlosti.

Interferencija svjetla.

Stojeći valovi.

Učenik 11. razreda

Korčagin Sergej

Sankt Peterburg 1997.

Svjetlost je elektromagnetski val.

U 17. stoljeću nastale su dvije teorije svjetlosti: valna i korpuskularna. Korpuskularnu 1 teoriju predložio je Newton, a valnu teoriju Huygens. Prema Huygensovim idejama, svjetlost su valovi koji se šire u posebnom mediju - eteru, ispunjavajući sav prostor. Dvije su teorije dugo postojale paralelno. Kada jedna od teorija nije objasnila neki fenomen, objasnila ga je druga teorija. Na primjer, pravocrtno širenje svjetlosti, koje dovodi do stvaranja oštrih sjena, nije se moglo objasniti na temelju valne teorije. Međutim, početkom 19. stoljeća otkriveni su fenomeni poput difrakcije 2 i interferencije 3, što je dovelo do ideje da je valna teorija konačno porazila korpuskularnu teoriju. U drugoj polovici 19. stoljeća Maxwell je pokazao da je svjetlost poseban slučaj elektromagnetskih valova. Ovi su radovi poslužili kao temelj za elektromagnetsku teoriju svjetlosti. Međutim, početkom 20. stoljeća otkriveno je da se svjetlost kada se emitira i apsorbira ponaša kao tok čestica.

Brzina svjetlosti.

Postoji nekoliko načina određivanja brzine svjetlosti: astronomske i laboratorijske metode.

Brzinu svjetlosti prvi je izmjerio danski znanstvenik Roemer 1676. godine, koristeći astronomsku metodu. Izmjerio je vrijeme kada je najveći Jupiterov mjesec, Io, bio u sjeni ovoga ogroman planet. Roemer je vršio mjerenja u trenutku kada je naš planet bio najbliži Jupiteru, iu trenutku kada smo mi bili malo (astronomski) dalje od Jupitera. U prvom slučaju, interval između izbijanja bio je 48 sati 28 minuta. U drugom slučaju satelit je kasnio 22 minute. Iz toga je zaključeno da su svjetlosti trebale 22 minute da prijeđe udaljenost od prethodnog promatranja do sadašnjeg promatranja. Znajući udaljenost i vrijeme kašnjenja Io, izračunao je brzinu svjetlosti, koja se pokazala enormnom, otprilike 300 000 km/s 4 .

Prvi put je brzinu svjetlosti laboratorijskom metodom izmjerio francuski fizičar Fizeau 1849. godine. Dobio je vrijednost za brzinu svjetlosti od 313 000 km/s.

Prema suvremenim podacima, brzina svjetlosti je 299 792 458 m/s ±1,2 m/s.

Interferencija svjetla.

Prilično je teško dobiti sliku interferencije svjetlosnih valova. Razlog tome je što svjetlosni valovi koje emitiraju različiti izvori nisu međusobno usklađeni. Moraju imati iste valne duljine i konstantnu faznu razliku u bilo kojoj točki prostora 5. Jednakost valnih duljina lako je postići korištenjem svjetlosnih filtara. Ali nemoguće je postići konstantnu faznu razliku, zbog činjenice da atomi iz različitih izvora emitiraju svjetlost neovisno jedan o drugom 6 .

Ipak, može se uočiti interferencija svjetlosti. Na primjer, duga boja na mjehuriću od sapunice ili na tankom sloju kerozina ili ulja na vodi. Engleski znanstvenik T. Young prvi je došao na briljantnu ideju da se boja objašnjava dodavanjem valova od kojih se jedan odbija od vanjske površine, a drugi od unutarnje. U tom slučaju dolazi do interferencije 7 svjetlosnih valova. Rezultat interferencije ovisi o kutu upada svjetlosti na film, njegovoj debljini i valnoj duljini.

Stojeći valovi.

Uočeno je da ako zamahnete jednim krajem užeta s ispravno odabranom frekvencijom (njegov drugi kraj je fiksan), onda će kontinuirani val teći prema fiksnom kraju, koji će se zatim reflektirati gubitkom poluvala. Interferencija između upadnih i reflektiranih valova rezultirat će stojnim valom koji se čini stacionarnim. Stabilnost ovog vala zadovoljava uvjet:

L=nl/2, l=u/n, L=nu/n,

Gdje je L duljina užeta; n * 1,2,3, itd.; u je brzina širenja vala, koja ovisi o napetosti užeta.

Stojni valovi pobuđuju se u svim tijelima koja mogu oscilirati.

Stvaranje stojnih valova je rezonantna pojava koja se događa na rezonantnim ili vlastitim frekvencijama tijela. Točke u kojima se interferencija poništava nazivaju se čvorovi, a točke u kojima je interferencija pojačana nazivaju se antičvorovi.

Svjetlost je elektromagnetski val……………………………………..2

Brzina svjetlosti………………………………………………………2

Interferencija svjetlosti……………………………………………………………….3

Stojeći valovi…………………………………………………………3

Fizika 11 (G.Ya.Myakishev B.B.Bukhovtsev)

Fizika 10 (N.M.Shakhmaev S.N.Shakhmaev)

Popratne bilješke i ispitni zadaci(G.D. Lupov)

1 Latinska riječ "corpuscle" prevedena na ruski znači "čestica".

2 Svjetlo se savija oko prepreka.

3 Fenomen jačanja ili slabljenja svjetlosti kada se svjetlosne zrake superponiraju.

4 Sam Roemer dobio je vrijednost od 215 000 km/s.

5 Valovi koji imaju iste duljine i stalnu faznu razliku nazivaju se koherentnim.

6 Jedina iznimka su kvantni izvori svjetlosti - laseri.

7 Zbrajanje dvaju valova, uslijed čega se u različitim točkama prostora opaža vremenski održivo pojačavanje ili slabljenje rezultirajućih svjetlosnih vibracija.

Bilo je potrebno vrlo malo vremena od otkrića elektromagnetskih oscilacija da se shvati da je svjetlost također skup elektromagnetskih oscilacija - samo onih vrlo visoke frekvencije. Nije slučajno što je brzina svjetlosti jednaka brzini širenja elektromagnetskih valova i karakterizirana je konstantom c = 300 000 km/s.

Oko je glavni ljudski organ koji opaža svjetlost. U ovom slučaju, valnu duljinu svjetlosnih vibracija oko percipira kao boju svjetlosnih zraka. U školskom tečaju fizike dan je opis klasičnog eksperimenta razgradnje bijele svjetlosti - čim se prilično uski snop bijele (na primjer, solarne) svjetlosti usmjeri na staklenu prizmu trokutastog presjeka, odmah se raslojava u mnoge svjetlosne zrake koje glatko prelaze jedna u drugu različite boje. Ova pojava je uzrokovana različitim stupnjevima loma svjetlosnih valova različitih duljina.

Osim valne duljine (ili frekvencije), svjetlosne vibracije karakterizira i intenzitet. Od brojnih mjera intenziteta svjetlosno zračenje(svjetlina, svjetlosni tok, osvijetljenost itd.) kod opisa video uređaja najvažnija je osvijetljenost. Ne ulazeći u zamršenost određivanja svjetlosnih karakteristika, napominjemo da se osvjetljenje mjeri u luksima i da je za nas poznata mjera za vizualnu procjenu vidljivosti objekata. Ispod su tipične razine svjetla:

Osvjetljenje 20 cm od goruće svijeće 10-15 luksa
Osvjetljenje prostorije sa žaruljama sa žarnom niti koje gore 100 luksa
Uredska rasvjeta sa fluorescentne svjetiljke 300-500 luksa
Osvjetljenje stvoreno halogene žarulje 750 luksa
Osvjetljenje na svijetlo sunčeva svjetlost 20000 lux i više

Svjetlost se široko koristi u komunikacijskoj tehnologiji. Dovoljno je spomenuti takve primjene svjetla kao što su prijenos informacija preko optičkih komunikacijskih linija, korištenje optičkog izlaza za digitalizirane audio signale u modernim elektroakustičkim uređajima, korištenje daljinskih upravljača pomoću snopa infracrvenog svjetla, itd.

Elektromagnetska priroda svjetlosti Svjetlost ima i valna svojstva i svojstva čestica. Ovo svojstvo svjetlosti naziva se dualnost val-čestica. Ali znanstvenici i fizičari antike nisu znali za to, te su u početku smatrali svjetlost elastičnim valom.

Svjetlost - valovi u eteru Ali budući da za distribuciju elastični valovi potreban medij, tada se postavlja opravdano pitanje: u kojem se mediju širi svjetlost? Koji se medij nalazi na putu od Sunca do Zemlje? Zagovornici valne teorije svjetlosti sugerirali su da je sav prostor u svemiru ispunjen nekim nevidljivim elastičnim medijem. Čak su mu smislili i naziv - luminiferni eter. U to vrijeme znanstvenici još nisu znali za postojanje bilo kakvih valova osim mehaničkih. Takvi pogledi na prirodu svjetlosti izraženi su oko 17. stoljeća. Vjerovalo se da se svjetlost širi upravo u tom svjetlećem eteru.

Svjetlost je transverzalni val Ali takva je pretpostavka pokrenula niz kontroverznih pitanja. Do kraja 18. stoljeća dokazano je da je svjetlost transverzalni val. I elastična poprečni valovi može nastati samo u čvrstim tvarima, dakle, luminiferni eter je čvrsto tijelo. To je izazvalo jaku glavobolju znanstvenici toga vrijeme. Kako nebeska tijela može se kretati kroz čvrsti svjetleći eter, a da u isto vrijeme ne osjeti otpor.

Svjetlost je elektromagnetski val U drugoj polovici 19. stoljeća Maxwell je teorijski dokazao postojanje elektromagnetskih valova koji se mogu širiti i u vakuumu. I sugerirao je da je svjetlost također elektromagnetski val. Tada je ova pretpostavka potvrđena. No također je relevantna bila ideja da se u nekim slučajevima svjetlost ponaša kao tok čestica. Maxwellova teorija proturječila je nekim eksperimentalnim činjenicama. No, 1990. godine fizičar Max Planck postavio je hipotezu da atomi emitiraju elektromagnetsku energiju u odvojenim dijelovima - kvantima. A 1905. Albert Einstein iznio je ideju da se elektromagnetski valovi određene frekvencije mogu smatrati protokom kvanti zračenja s energijom E=p*ν. Trenutno kvantni elektromagnetska radijacija naziva foton. Foton nema ni masu ni naboj i uvijek putuje brzinom svjetlosti. Odnosno, kada se emitira i apsorbira, svjetlost pokazuje korpuskularna svojstva, a kada se kreće u prostoru, pokazuje valna svojstva.

Svjetlost je elektromagnetski val. Krajem 17. stoljeća pojavile su se dvije znanstvene hipoteze o prirodi svjetlosti - korpuskularni I val. Prema korpuskularnoj teoriji, svjetlost je tok sićušnih svjetlosnih čestica (korpuskula) koje lete ogromnom brzinom. Newton je vjerovao da se kretanje svjetlosnih tjelešaca pokorava zakonima mehanike. Tako se refleksija svjetlosti shvaćala slično refleksiji elastične lopte od ravnine. Lom svjetlosti objašnjavao se promjenom brzine čestica pri prelasku iz jednog medija u drugi. Valna teorija promatra svjetlost kao valni proces sličan mehaničkim valovima. Prema modernim idejama, svjetlost ima dvojaku prirodu, tj. istodobno ga karakteriziraju i korpuskularna i valna svojstva. U pojavama kao što su interferencija i difrakcija dolaze do izražaja valna svojstva svjetlosti, a u pojavi fotoelektričnog efekta korpuskularna svojstva. U optici, svjetlost se odnosi na elektromagnetske valove prilično uskog raspona. Svjetlost se često ne shvaća samo kao vidljiva svjetlost, već i u područjima širokog spektra uz nju. Povijesno se pojavio izraz "nevidljiva svjetlost" - ultraljubičasto svjetlo, infracrveno svjetlo, radio valovi. Valne duljine vidljive svjetlosti kreću se od 380 do 760 nanometara. Jedna od karakteristika svjetlosti je njezina boja, koji je određen frekvencijom svjetlosnog vala. Bijela svjetlost je mješavina valova različitih frekvencija. Može se rastaviti na obojane valove od kojih svaki karakterizira određena frekvencija. Takvi se valovi nazivaju monokromatski. Prema najnovijim mjerenjima, brzina svjetlosti u vakuumu se naziva brzina svjetlosti u vakuumu apsolutni indeks loma tvari.

Kada svjetlosni val prijeđe iz vakuuma u materiju, frekvencija ostaje konstantna (boja se ne mijenja). Valna duljina u sredstvu s indeksom loma n promjene:

Interferencija svjetla- Jungovo iskustvo. Svjetlost iz žarulje sa svjetlosnim filtrom, koja stvara gotovo monokromatsku svjetlost, prolazi kroz dva uska, susjedna proreza, iza kojih je ugrađen ekran. Na ekranu će se uočiti sustav svijetlih i tamnih pruga - interferentnih pruga. U ovom slučaju, jedan svjetlosni val se dijeli na dva, koji dolaze iz različitih proreza. Ova dva vala međusobno su koherentna i kada se superponiraju jedan na drugi daju sustav maksimuma i minimuma intenziteta svjetlosti u obliku tamnih i svijetlih pruga odgovarajuće boje.

Interferencija svjetla- max i min uvjeti. Maksimalno stanje: Ako optička razlika u putu vala sadrži paran broj poluvalova ili cijeli broj valova, tada se uočava povećanje intenziteta svjetlosti (maks.) na danoj točki na ekranu. , gdje je fazna razlika dodanih valova. Minimalni uvjet: Ako optička razlika u putu vala sadrži neparan broj poluvalova, tada u točki postoji minimum.