Lumina este ca o undă electromagnetică. confirmarea experimentală a teoriei lui Maxwell a fost obținută de Hertz în experimente cu un borcan de descărcare Leyden

Lumina poate fi considerată fie ca unde electromagnetice, viteza de propagare în vid este constantă, sau ca flux de fotoni - particule cu o anumită energie, moment, moment unghiular intrinsec și masă zero.

În optică, lumina se referă la unde electromagnetice dintr-un interval destul de îngust. Adesea, lumina este înțeleasă nu numai ca lumină vizibilă, ci și în regiunile cu spectru larg adiacente acesteia. Din punct de vedere istoric, a apărut termenul „lumină invizibilă” - lumină ultravioletă, lumină infraroșie, unde radio. Lungimile de undă ale luminii vizibile variază de la 380 la 760 nanometri.

Una dintre caracteristicile luminii este culoarea acesteia, care este determinată de frecvența undei luminoase. Lumina albă este un amestec de unde de frecvențe diferite. Poate fi descompus în unde colorate, fiecare dintre acestea fiind caracterizată de o anumită frecvență. Astfel de unde se numesc monocromatice.

Viteza luminii

Conform celor mai noi măsurători, viteza luminii în vid

Măsurătorile vitezei luminii în diferite substanțe transparente au arătat că aceasta este întotdeauna mai mică decât în vid. De exemplu, în apă viteza luminii scade de 4/3 ori.

Se numește raportul dintre viteza luminii în vid și viteza luminii în materie indicator absolut refracția materiei.

(25)

Când o undă luminoasă trece din vid în materie, frecvența rămâne constantă (culoarea nu se schimbă). Lungime de undă într-un mediu cu indice de refracție n modificari:

Undele electromagnetice sunt propagarea câmpurilor electromagnetice în spațiu și timp.

Să luăm în considerare proprietățile de bază ale undelor electromagnetice.1. Sunt emise unde electromagnetice ezitant taxe.
Accelerație disponibilă- condiția principală pentru radiația undelor electromagnetice.
2. Astfel de unde se pot propaga nu numai în gaze, lichide și solide, ci și în vid.
3. Unda electromagnetică este transversală.

4. Viteza undelor electromagnetice în vid c = 300.000 km/s.

5. La trecerea dintr-un mediu în altul frecvența undei nu se modifică.
6. Undele electromagnetice pot fi absorbit substanţă. Acest lucru se datorează (25) absorbția rezonantă a energiei de către particulele încărcate de materie. Dacă frecvența naturală de oscilație a particulelor dielectrice este foarte diferită de frecvența undei electromagnetice, absorbția are loc slab, iar mediul devine transparent la unda electromagnetică.

7. Când atingeți interfața dintre două medii, o parte din undă este reflectată, iar o parte trece într-un alt mediu, refractatoare. Dacă al doilea mediu este un metal, atunci unda transmisă în al doilea mediu se atenuează rapid și cea mai mare parte a energiei este reflectată în primul mediu (metalele sunt opace la undele electromagnetice).

Pentru undele electromagnetice, precum și pentru cele mecanice, sunt valabile proprietățile de difracție, interferență, polarizare și altele.

La sfârșitul secolului al XVII-lea, au apărut două ipoteze științifice despre natura luminii - corpuscularŞi val.

Conform teoria corpusculară, lumina este un flux de particule de lumină minuscule (corpusculi) care zboară cu o viteză enormă. Newton credea că mișcarea corpusculilor de lumină se supune legile mecanicii. Astfel, reflexia luminii a fost înțeleasă ca fiind similară cu reflexia unei mingi elastice dintr-un plan. Refracția luminii a fost explicată prin modificarea vitezei particulelor atunci când se deplasează de la un mediu la altul.

Teoria undelor a văzut lumina ca un proces ondulatoriu similar cu unde mecanice.

Potrivit ideilor moderne, lumina are o natură dublă, adică. este caracterizată simultan atât prin proprietăți corpusculare, cât și prin undă. În fenomene precum interferența și difracția, proprietățile valurilor lumina, iar în fenomenul efectului fotoelectric, corpuscular.

Lumina ca unde electromagnetice

Una dintre caracteristicile luminii este ea culoare, care este determinată de frecvența undei luminoase. Lumina albă este un amestec de unde de diferite frecvențe. Poate fi descompus în unde colorate, fiecare dintre acestea fiind caracterizată de o anumită frecvență. Astfel de valuri se numesc monocromatic.

Viteza luminii

Conform celor mai noi măsurători, viteza luminii în vid

Măsurătorile vitezei luminii în diferite substanțe transparente au arătat că aceasta este întotdeauna mai mică decât în vid. De exemplu, în apă viteza luminii scade de 4/3 ori.

Gimnaziul 144

Abstract

Viteza luminii.

Interferența luminii.

Valuri stătătoare.

elev de clasa a XI-a

Korchagin Serghei

Sankt Petersburg 1997.

Lumina este o undă electromagnetică.

În secolul al XVII-lea, au apărut două teorii ale luminii: undă și corpusculară. Teoria corpusculară 1 a fost propusă de Newton, iar teoria undelor de Huygens. Conform ideilor lui Huygens, lumina sunt unde care se propagă într-un mediu special - eter, umplând tot spațiul. Cele două teorii au existat în paralel de multă vreme. Când una dintre teorii nu a explicat un fenomen, a fost explicat printr-o altă teorie. De exemplu, propagarea rectilinie a luminii, care duce la formarea de umbre ascuțite, nu a putut fi explicată pe baza teoriei undelor. Totuși, la începutul secolului al XIX-lea au fost descoperite fenomene precum difracția 2 și interferența 3, care au dat naștere la ideea că teoria undelor a învins în sfârșit teoria corpusculară. În a doua jumătate a secolului al XIX-lea, Maxwell a arătat că lumina este un caz special de unde electromagnetice. Aceste lucrări au servit drept fundament pentru teoria electromagnetică a luminii. Cu toate acestea, la începutul secolului al XX-lea s-a descoperit că atunci când lumina este emisă și absorbită, aceasta se comportă ca un flux de particule.

Viteza luminii.

Există mai multe moduri de a determina viteza luminii: metode astronomice și de laborator.

Viteza luminii a fost măsurată pentru prima dată de omul de știință danez Roemer în 1676, folosind metoda astronomică. El a cronometrat timpul în care cea mai mare dintre lunile lui Jupiter, Io, se afla în umbra acesteia planetă imensă. Roemer a făcut măsurători în momentul în care planeta noastră era cel mai aproape de Jupiter și în momentul în care eram puțin (în termeni astronomici) mai departe de Jupiter. În primul caz, intervalul dintre focare a fost de 48 de ore și 28 de minute. În al doilea caz, satelitul a întârziat 22 de minute. Din aceasta s-a concluzionat că lumina a avut nevoie de 22 de minute pentru a parcurge distanța de la observația anterioară la observația actuală. Cunoscând distanța și timpul de întârziere al lui Io, a calculat viteza luminii, care s-a dovedit a fi enormă, aproximativ 300.000 km/s 4 .

Pentru prima dată, viteza luminii a fost măsurată printr-o metodă de laborator de către fizicianul francez Fizeau în 1849. Acesta a obținut o valoare pentru viteza luminii egală cu 313.000 km/s.

Conform datelor moderne, viteza luminii este de 299.792.458 m/s ±1,2 m/s.

Interferența luminii.

Este destul de dificil să obțineți o imagine a interferenței undelor luminoase. Motivul pentru aceasta este că undele de lumină emise de diferite surse nu sunt în concordanță între ele. Ele trebuie să aibă aceleași lungimi de undă și o diferență de fază constantă în orice punct din spațiu 5. Egalitatea lungimilor de undă este ușor de realizat folosind filtre de lumină. Dar este imposibil să se realizeze o diferență de fază constantă, datorită faptului că atomii din surse diferite emit lumină independent unul de celălalt 6 .

Cu toate acestea, interferența luminii poate fi observată. De exemplu, un curcubeu de culori pe un balon de săpun sau pe o peliculă subțire de kerosen sau ulei pe apă. Omul de știință englez T. Young a fost primul care a venit la ideea genială că culoarea se explică prin adăugarea de valuri, dintre care unul este reflectat de pe suprafața exterioară, iar celălalt din interior. În acest caz, apare interferența a 7 unde luminoase. Rezultatul interferenței depinde de unghiul de incidență a luminii pe film, de grosimea și lungimea de undă a acestuia.

Valuri stătătoare.

S-a observat că, dacă balansați un capăt al frânghiei cu o frecvență corect selectată (celălalt capăt al acestuia este fix), atunci o undă continuă va curge spre capătul fix, care se va reflecta apoi cu pierderea unei semi-unde. Interferența dintre undele incidente și cele reflectate va avea ca rezultat o undă staționară care pare staționară. Stabilitatea acestui val satisface condiția:

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

Unde L este lungimea frânghiei; n * 1,2,3 etc.; u este viteza de propagare a undei, care depinde de tensiunea frânghiei.

Undele staţionare sunt excitate în toate corpurile capabile să oscileze.

Formarea undelor staţionare este un fenomen de rezonanţă care are loc la frecvenţele de rezonanţă sau naturale ale unui corp. Punctele în care interferența este anulată sunt numite noduri, iar punctele în care interferența este îmbunătățită sunt numite antinoduri.

Lumina este o undă electromagnetică…………………………………..2

Viteza luminii…………………………………………………… 2

Interferența luminii………………………………………………………………….3

Undele stătătoare………………………………………………………3

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

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

Note justificative și sarcini de testare(G.D. Luppov)

1 Cuvântul latin „corpuscul” tradus în rusă înseamnă „particulă”.

2 Lumina se îndoaie în jurul obstacolelor.

3 Fenomenul de întărire sau slăbire a luminii atunci când se suprapun fascicule de lumină.

4 Roemer însuși a obținut o valoare de 215.000 km/s.

5 Undele care au aceleași lungimi și o diferență de fază constantă se numesc coerente.

6 Singurele excepții sunt sursele de lumină cuantică - laserele.

7 Adăugarea a două unde, în urma cărora se observă o intensificare sau slăbire susținută în timp a vibrațiilor luminoase rezultate în diferite puncte ale spațiului.

A durat foarte puțin timp de la descoperirea oscilațiilor electromagnetice pentru a înțelege că lumina este, de asemenea, un set de oscilații electromagnetice - doar cele de foarte înaltă frecvență. Nu întâmplător viteza luminii este egală cu viteza de propagare a undelor electromagnetice și se caracterizează printr-o constantă c = 300.000 km/s.

Ochiul este principalul organ uman care percepe lumina. În acest caz, lungimea de undă a vibrațiilor luminii este percepută de ochi ca culoarea razelor de lumină. Într-un curs de fizică școlar, se oferă o descriere a experimentului clasic privind descompunerea luminii albe - de îndată ce un fascicul destul de îngust de lumină albă (de exemplu, solară) este îndreptat către o prismă de sticlă cu o secțiune transversală triunghiulară, se stratifică imediat în multe fascicule de lumină care trec ușor unul în celălalt culori diferite. Acest fenomen este cauzat de diferite grade de refracție a undelor luminoase de diferite lungimi.

Pe lângă lungimea de undă (sau frecvența), vibrațiile luminii sunt caracterizate de intensitate. Dintr-o serie de măsuri de intensitate radiații luminoase(luminozitate, flux luminos, iluminare etc.) atunci când descrii dispozitive video, cea mai importantă este iluminarea. Fără a intra în complexitatea determinării caracteristicilor luminii, observăm că iluminarea este măsurată în lux și este o măsură familiară pentru a evalua vizual vizibilitatea obiectelor. Mai jos sunt nivelurile tipice de lumină:

Iluminare 20 cm de la o lumânare aprinsă 10-15 lux
Iluminarea camerei cu lămpi incandescente care ard 100 lux
Iluminare birou cu lămpi fluorescente 300-500 lux
Iluminare creată lămpi cu halogen 750 lux
Iluminare la luminos lumina soarelui 20000 lux și peste

Lumina este utilizată pe scară largă în tehnologia comunicațiilor. Este suficient să remarcăm astfel de aplicații ale luminii, cum ar fi transmisia de informații prin linii de comunicație cu fibră optică, utilizarea unei ieșiri optice pentru semnale sonore digitizate în dispozitivele electro-acustice moderne, utilizarea telecomenzilor folosind un fascicul de lumină infraroșie, etc.

Natura electromagnetică a luminii Lumina are atât proprietăți de undă, cât și proprietăți de particule. Această proprietate a luminii se numește dualitate undă-particulă. Dar oamenii de știință și fizicienii din antichitate nu știau despre acest lucru și au considerat inițial lumina ca fiind o undă elastică.

Lumină - unde în eter Dar din moment ce pentru distributie unde elastice nevoie de un mediu, atunci a apărut o întrebare legitimă: în ce mediu se propagă lumina? Ce mediu se află pe drumul de la Soare la Pământ? Susținătorii teoriei ondulatorii a luminii au sugerat că tot spațiul din univers este umplut cu un mediu elastic invizibil. Au venit chiar și cu un nume pentru ea - eter luminifer. La acea vreme, oamenii de știință nu știau încă despre existența altor unde în afară de cele mecanice. Astfel de opinii asupra naturii luminii au fost exprimate în jurul secolului al XVII-lea. Se credea că lumina se răspândește tocmai în acest eter luminifer.

Lumina este o undă transversală Dar o astfel de presupunere a ridicat o serie de întrebări controversate. Până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, s-a dovedit că lumina este o undă transversală. Și elastic unde transversale poate apărea numai în solide, prin urmare, eterul luminifer este corp solid. Acest lucru a provocat o durere de cap severă oamenii de știință din asta timp. Cum corpuri cerești se poate deplasa prin eterul luminifer solid și, în același timp, nu experimentează rezistență.

Lumina este o undă electromagneticăÎn a doua jumătate a secolului al XIX-lea, Maxwell a demonstrat teoretic existența undelor electromagnetice care se pot propaga chiar și în vid. Și a sugerat că lumina este și o undă electromagnetică. Apoi această presupunere a fost confirmată. Dar, de asemenea, relevantă a fost ideea că în unele cazuri lumina se comportă ca un flux de particule. Teoria lui Maxwell a contrazis unele fapte experimentale. Dar, în 1990, fizicianul Max Planck a emis ipoteza că atomii emit energie electromagnetică în porțiuni separate - cuante. Și în 1905, Albert Einstein a prezentat ideea că undele electromagnetice cu o anumită frecvență pot fi considerate ca un flux de cuante de radiație cu energie E=p*ν. În prezent, cuantică radiatii electromagnetice numit foton. Un foton nu are nici masă, nici încărcătură și călătorește întotdeauna cu viteza luminii. Adică, atunci când este emisă și absorbită, lumina prezintă proprietăți corpusculare, iar atunci când se mișcă în spațiu, prezintă proprietăți ondulatorii.

Lumina este o undă electromagnetică. La sfârșitul secolului al XVII-lea, au apărut două ipoteze științifice despre natura luminii - corpuscularŞi val. Conform teoriei corpusculare, lumina este un flux de particule de lumină minuscule (corpusculi) care zboară cu o viteză enormă. Newton credea că mișcarea corpusculilor de lumină se supune legile mecanicii. Astfel, reflexia luminii a fost înțeleasă ca fiind similară cu reflexia unei mingi elastice dintr-un plan. Refracția luminii a fost explicată prin schimbarea vitezei particulelor atunci când se deplasează de la un mediu la altul. Teoria undelor a văzut lumina ca un proces ondulatoriu similar undelor mecanice. Conform ideilor moderne, lumina are o natură duală, adică. este caracterizată simultan atât prin proprietăți corpusculare, cât și prin proprietăți ondulatorii. În fenomene precum interferența și difracția, proprietățile de undă ale luminii ies în prim-plan, iar în fenomenul efectului fotoelectric, proprietățile corpusculare ies în prim-plan. În optică, lumina se referă la unde electromagnetice dintr-un interval destul de îngust. Adesea, lumina este înțeleasă nu numai ca lumină vizibilă, ci și în regiunile cu spectru larg adiacente acesteia. Din punct de vedere istoric, a apărut termenul „lumină invizibilă” - lumină ultravioletă, lumină infraroșie, unde radio. Lungimile de undă ale luminii vizibile variază de la 380 la 760 nanometri. Una dintre caracteristicile luminii este ea culoare, care este determinată de frecvența undei luminoase. Lumina albă este un amestec de unde de diferite frecvențe. Poate fi descompus în unde colorate, fiecare dintre acestea fiind caracterizată de o anumită frecvență. Astfel de valuri se numesc monocromatic. Conform celor mai noi măsurători, viteza luminii în vid se numește raportul dintre viteza luminii în vid și viteza luminii în materie indicele absolut de refracție substante.

Când o undă luminoasă trece din vid în materie, frecvența rămâne constantă (culoarea nu se schimbă). Lungime de undă într-un mediu cu indice de refracție n modificari:

Interferența luminii- Experiența lui Jung. Lumina de la un bec cu filtru de lumină, care creează lumină aproape monocromatică, trece prin două fante înguste, adiacente, în spatele cărora este instalat un ecran. Pe ecran va fi observat un sistem de dungi deschise și întunecate - dungi de interferență. În acest caz, o singură undă de lumină este împărțită în două, provenind din fante diferite. Aceste două valuri sunt coerente între ele și, atunci când sunt suprapuse una peste alta, dau un sistem de maxime și minime de intensitate luminoasă sub formă de dungi întunecate și luminoase de culoarea corespunzătoare.

Interferența luminii- conditii maxime si minime. Stare maxima: Dacă diferența optică în calea undei conține un număr par de semi-unde sau un număr întreg de unde, atunci se observă o creștere a intensității luminii (max) la un punct dat de pe ecran. , unde este diferența de fază a undelor adăugate. Conditie minima: Dacă diferența optică în calea undei conține un număr impar de semi-unde, atunci există un minim în punct.