загрузка...
загрузка...
На головну

Розвиток уявлень про природу світла

  1. I. 3.1. Розвиток психіки в філогенезі
  2. I.3.1) Розвиток римського права в епоху Стародавнього Риму.
  3. II. 6.4. Основні види діяльності та їх розвиток у людини
  4. II. 7.5. Розвиток уваги у дітей і шляхи його формування
  5. II. 8.4. Розвиток мови в процесі навчання
  6. II. РОЗВИТОК ВИРАЗНОСТІ ТІЛА
  7. II. РОЗВИТОК ВИРАЗНОСТІ ТІЛА

В кінці XVII ст. на основі багатовікового досвіду і розвитку уявлень про світло виникли дві теорії світла: корпускулярна (І. Ньютон) і хвильова (Р. Гук і X. Гюйгенс).

Згідно нової теорії світло являє собою потік часток (корпускул), що випускаються світяться тілами і летять по прямолінійних траєкторіях. Рух світових корпускул Ньютон підпорядкував сформульованим їм законам механіки. Так, відбиття світла розумілося аналогічно відображенню пружного кульки при ударі об площину, де також дотримується закон рівності кутів падіння і відбиття. За теорією Ньютона швидкість поширення світла в середовищі повинна бути завжди більше швидкості його поширення в вакуумі.

Згідно хвильової теорії, розвинутої на основі аналогії оптичних і акустичних явищ, світло являє собою пружну хвилю, що поширюється в особливій середовищі - ефірі. Ефір заповнює весь світовий простір, пронизує всі тіла і володіє механічними властивостями - пружністю і щільністю.

Хвильова теорія приводить до висновку, відмінного від виведення теорії Ньютона. За теорією Гюйгенса швидкість поширення світла в середовищі повинна бути завжди менше швидкості його поширення в вакуумі.

Незважаючи на визнання хвильової теорії, вона мала цілу низку недоліків. Наприклад, явища інтерференції, дифракції і поляризації можна було пояснити тільки в тому випадку, якщо світлові хвилі вважати поперечними. Далі експерименти показали, що швидкість поширення світла в різних середовищах різна, тому ефір повинен володіти в різних середовищах різними властивостями. Теорія Гюйгенса не могла пояснити також фізичної природи наявності різних кольорів.

Наука про світло накопичувала експериментальні дані, які свідчать про взаємозв'язок світових, електричних і магнітних явищ, що дозволило Максвеллу створити електромагнітну теорію. Згідно електромагнітної теорії Максвелла,

с / ? = = n, (26.1)

де с и ? - Відповідно швидкості поширення світла у вакуумі і в середовищі з діелектричної проникністю ? і магнітною проникністю ?. Це співвідношення пов'язує оптичні, електричні та магнітні постійні речовини. За Максвеллові, ? и ? - Величини, які залежать від довжини хвилі світла, тому електромагнітна теорія не могла пояснити явище дисперсії (залежність показника заломлення від довжини хвилі). Теорія Максвелла не змогла пояснити процесів випускання і поглинання світла, фотоелектричного ефекту, комптонівського розсіювання і т. Д.

Ця трудність була подолана Лоренцем, який запропонував електронну теорію, згідно з якою діелектрична проникність ? залежить від довжини хвилі падаючого світла. Теорія Лоренца ввела уявлення про електрони, хто вагається всередині атома, і дозволила пояснити явища випускання і поглинання світла речовиною. Теорії Лоренца, в свою чергу, не змогла пояснити багато явищ, пов'язані з взаємодією світла з речовиною, зокрема питання про розподіл енергії по довжинах хвиль при тепловому випромінюванні чорного тіла.

Перераховані труднощі і протиріччя були подолані завдяки гіпотезі М. Планка, згідно з якою випромінювання і поглинання світла відбувається не безперервно, а дискретно, т. Е. Певними порціями (квантами), енергія яких визначається частотою ?

Е0 = h?, (26.2)

де h= 6,625 ? 10-34 Дж ? с - постійна Планка.

Теорія Планка пояснила теплове випромінювання абсолютно чорного тіла. Ейнштейн створив квантову теорію світла, згідно з якою не тільки випромінювання світла, нo і його поширення відбувається у вигляді потоку світлових квантів - фотонів, енергія яких визначається співвідношенням (26.2), а маса і імпульс

mф = Е0/с2 = hv/с2= h/, (26.3)

р= hv/с = h/?. (26.4)

Квантові уявлення про світло добре узгоджуються з законами випромінювання і поглинання світла, законами взаємодії світла з речовиною. Явища інтерференція, дифракція і поляризація світла пояснюються на основі хвильових уявлень. Все різноманіття вивчених властивостей і законів поширення світла, його взаємодії з речовиною показує, що світло має складну природу. Він являє собою єдність протилежних видів руху - корпускулярного (квантового) і хвильового (електромагнітного). Тривалий шлях розвитку привів до сучасних уявлень про двоїстої корпускулярно-хвильову природу світла. Вирази (26.2; 26.3; 26.4) пов'язують корпускулярні характеристики випромінювання - масу і енергію кванта - з хвильовими - частотою коливань і довжиною хвилі. Таким чином, світло являє собою єдність дискретності і безперервності.

26.2. інтерференція світла

Інтерференцію світла можна пояснити, розглядаючи інтерференцію хвиль. Необхідною умовою інтерференції хвиль є їх когерентність, Т. Е. Узгоджене протікання в часі і просторі декількох коливальних або хвильових процесів. Цій умові задовольняють монохроматические хвилі - Необмежені в просторі хвилі однієї певної і строго постійної частоти. Так як ні один реальний джерело не дає строго монохроматичного світла, то хвилі, що випромінюються будь-якими незалежними джерелами світла, завжди некогерентного. Тому на досвіді не спостерігається інтерференція світла від незалежних джерел.

Припустимо, що дві монохроматичні світлові хвилі, накладаючись один на одного, збуджують в певній точці простору коливання однакового напрямку:

?1 = А1cos (?t + ?1) і ?2 = А2cos (?t + ?2). (26.5)

Амплітуда результуючого коливання в даній точці:

А2 = А12+ А12+2А1А2соs (?2 - ?1). (26.6)

Так як хвилі когерентні, то cos (?2 - ?1) Має постійне в часі (але своє для кожної точки простору) значення, тому інтенсивність результуючої хвилі (I ~ A2)

I = I1 + I2+2 cos (?2 - ?1). (26.7)

У точках простору, де cos (?2 - ?1)> 0, інтенсивність I> I1 + I2,

де сos (?2 - ?1) <0, інтенсивність I 1 + I2.

Отже, при накладенні двох (або декількох) когерентних світлових хвиль відбувається просторове перерозподіл світлового потоку, в результаті чого в одних місцях виникають максимуми, а в інших-мінімуми інтенсивності. Це явище називається - інтерференцією світла.

Для отримання когерентних світлових хвиль застосовують метод поділу хвилі, випромінюваної одним джерелом, на дві частини, які після проходження різних оптичних шляхів накладаються один на одного, і спостерігається інтерференційна картина.

Нехай поділ на дві когерентні хвилі відбувається в певній точці. Дo точки, в якій спостерігається інтерференційна картина, одна хвиля в середовищі з показником заломлення n1 пройшла шлях s1, Друга - в середовищі з показників заломлення n2- шлях s2. Перша хвиля порушить коливання х1= А1 cos?(t-s1/?1), Друга хвиля-коливання х2 = А2cos?(t-s2/ ?2), Де ?1= C / n2, ?2= C / n2 - Відповідно фазова швидкість першої і другої хвилі. Різниця фаз коливань, які утворюються хвилями в точці, де спостерігається інтерференційна картина, дорівнює

? = ?(s2/ ?2- s1/ ?1)= (s2 n2 - s1n1). (26.8)

Твір геометричній довжини s шляху світлової хвилі в даному середовищі на показник n заломлення цього середовища називається оптичної довжиною шляху L = s n,

? = (L2 - L1), (26.9)

a L2-L1 = ? - різниця оптичних довжин прохідних хвилями шляхів - називається оптичною різницею ходу.

? = ?. (26.10)

Якщо оптична різниця ходу дорівнює цілому числу довжин хвиль у вакуумі

? = ± m?0 ( m= 1,2,3, ...), (26.11)

то ? = ±2m? і коливання, що збуджуються в точці обома хвилями, будуть відбуватися в однаковій фазі. Отже, (26.11) є умовою интерференционного максимуму.

Якщо оптична різниця ходу

? = ± (2m +1)?0 /2 ( m= 1,2,3, ...), (26.12)

то ? = ±(2m +1)? і коливання, що збуджуються в точці обома хвилями, будуть відбуватися в протифазі. Отже, (26.12) є умовою интерференционного мінімуму.



Попередня   134   135   136   137   138   139   140   141   142   143   144   145   146   147   148   149   Наступна

застосування ультразвуку | Прискорення виробничих процесів за допомогою ультразвуку. | Експериментальне отримання електромагнітних хвиль | Диференціальне рівняння електромагнітної хвилі | Енергія електромагнітних хвиль. Імпульс електромагнітного поля | Основні закони оптики. повне відображення | Поглинання і розсіювання світла | Тонкі лінзи. Зображення предметів за допомогою лінз | теодоліти | Мікроскоп |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати