Оптика. Строение вещества. Ядерная физика

В тоже время голландский ученый Гюйгенс на основании астрономических наблюдений выдвинул гипотезу, что свет представляет распространения волн. А если это так, то для света присущи такие волновые явления дифракции и интерференции. И это подтвердилось в астрономических наблюдениях. Подробное рассмотрение явлений дифракции и интерференции будет изложено ниже. То, что свет является волной, следует, что он не может иметь корпускул, а значит массы.

Таким образом, корпускулярная и волновая теории света по своей природе противоположны. Но правильно объясняют его различные свойства, используя корпускулярную или волновую теории. Это называется дуализмом света, то есть имеет свойства частиц и волны.

По современным представлениям свет является с одной стороны потоком корпускул, которые называются фотонами. Фотон это квант электромагнитного излучения.

Рисунок 2. Голландский ученый Христиан Гюйгенс (1629–1695 г.) https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a4/Christiaan_Huygens-painting.jpeg/548px-Christiaan_Huygens-painting.jpeg.

Квант – означает минимально неделимая порция, то есть неделимая часть электромагнитного излучения, обладающая определенными количественными характеристиками.

Фотон – материальная, электрически нейтральная частица, квант электромагнитного поля (переносчик электромагнитного взаимодействия).

Основные свойства фотона

1. Является частицей электромагнитного поля.

2. Существует только в движении.

3. Движется со скоростью света.

4. Остановить фотон нельзя: он либо движется со скоростью, равной скорости света, либо не существует; следовательно, масса покоя фотона равна нулю.

Характеристики фотона

1. Энергия фотона пропорциональна частоте электромагнитного излучения: E=hv,

где Е – энергия фотона,

h – постоянная Планка,

v – частота электромагнитного излучения.

2. Фотон – электрически нейтральная частица, т. е. его заряд равен нулю.

3. Скорость фотона (v) во всех системах отсчета равна скорости света в вакууме (с): v = c 300000 км/с.

4. Кинетическая энергия фотона равна: E=mс², где m – масса фотона при скорости света.

5. Фотон обладает импульсом Р=mc=hv/c=h/.

Р – импульс фотона,

v – частота электромагнитного излучения,

– длина волны электромагнитного излучения.

Что такое электромагнитные колебания и волны мы подробно рассматривали ранее (смотрите Физика для начинающих. Электричество и магнетизм Раздел Электромагнитные колебания и волны.).

Мы уже знаем, что причиной появления электромагнитных волн является движение электрических зарядов. Чем выше температура тела, тем интенсивнее происходит движение электрических зарядов. Тем меньше длина волны и больше частота излучаемого телом электромагнитного излучения. На рисунке 3 показано шкала электромагнитного излучения тел с разной температурой нагрева.

Рисунок 3. Шкала электромагнитного излучения

https://cf2.ppt-online.org/files2/slide/j/J5yvQHfqIX8Z9RwT7pmuohNcxW3LarUe4CKtzYsFEV/slide-2.jpg

Так, например, здания имеют температуру окружающей среды (в среднем приблизительно от минус двадцати до плюс двадцати пяти). Частота электромагнитного излучения материала зданий составляет10⁴ Гц (порядка нескольких десятков тысяч герц, длина волны составляет от нескольких километров до нескольких метров.). Это область частот радиоволн, которые используется для передачи информации по радио и телевидению.

Нормальная температура человеческого тела составляет 36,6 градусов по Цельсию. Частота излучения электромагнитных волн составляет 10⁸ Гц. Это сотни миллионов герц, а длина волны соответствует нескольким десятков сантиметров.

Видимая часть спектра электромагнитного излучения расположена между инфракрасным излучением и ультрафиолетовым излучением. Здесь длина волны уменьшается от 780Нм до 390 Нм. Обозначение Нм означает нанометр. Приставка нано соответствует миллиардной доле метра и обозначается 10^-9м. При этом частота излучения возрастает от 3,8 до 7,7Гц.

После ультрафиолетовой области излучения следует рентгеновское и гамма- излучение. Боле подробно об этих излучения будет рассказано позже.

Разложение света

Свет, который мы видим, идущим от Солнца, от электролампочки накаливания от свечи называется белым. В 1667 году Ньютон, проводя эксперименты поставил на пути белого света стеклянную трехгранную призму, рисунок 4. Белый свет, проходя через трехгранную призму, разлагается на семь цветов. Эти семь цветов людям были известны еще в глубокой древности в виде радуги на небе после дождя. Но как она образуется, объяснил впервые Ньютон.

Этим экспериментом Ньютон показал, что белый свет состоит из семи цветов.

Рисунок 4. Разложение белого цвета в трехгранной призме.