Свет. Двойная природа света

На протяжении многих веков и ученые, и обычные люди задавали себе один и тот же вопрос: что такое свет на самом деле? Свет был для них чем-то нематериальным, чем-то, что нельзя было исследовать. Поэтому тезис о том, что свет имеет двойную корпускулярно-волновую природу, впервые был представлен только в начале двадцатого века. Поэтому при определенных условиях свет ведет себя как волна, а в других - как частица.

Во-первых, стоит определить, что в настоящее время считается светом. Ну, концепция света это электромагнитное излучение, которое видно через орган вид человека. Следовательно, это излучение в диапазоне длин волн от 380 до 750 нм. С более короткой длины волны видимое излучение граничит с ультрафиолетовым излучением, а на более длинной волне - с инфракрасным излучением. В видимом диапазоне каждая волна соответствует разной длине волны. И поэтому в вышеупомянутом диапазоне цвета изменяются подобно цветам радуги, то есть от красного, соответствующего самым длинным волнам, до оранжевого, желтого, зеленого, синего и фиолетового.

Видимое излучение генерируется в больших количествах на Солнце. Поскольку эти длины волн не поглощаются атмосферой Земли, они могут свободно проникать на поверхность Земли. Это всегда имело место, и именно поэтому наши глаза должны были развиваться таким образом, чтобы реагировать на волны в этой области. Тем более что нет четкой разницы между видимым излучением и другими видами электромагнитного излучения. Единственное, что они имеют разные длины волн.

Свидетельством волновой природы излучения являются такие явления, как дифракция и интерференция.

Дифракция - это явление, связанное с отклонением волны, проходящей вблизи трещины, небольшой по сравнению с длиной этой волны. Дифракционные явления возникают при любом типе волнового движения, начиная от оптики и заканчивая дисперсией элементарных частиц.

Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка пространства, которая достигает плоской волны, становится источником элементарной сферической волны. Эти волны мешают друг другу и создают новый волновой фронт.

Известно, что две или более волн могут проходить через одну и ту же область независимо друг от друга. Это означает, что в данный момент результирующее смещение данной частицы среды является суммой смещений, вызванных отдельными волнами. Этот процесс векторизации смещения называется суперпозицией волн.

Этот принцип создает возможность распространения сложных волновых движений на простые гармонические волны.

При применении двух волн одинаковых частот и амплитуд, но с фазами, отличающимися на При применении двух волн одинаковых частот и амплитуд, но с фазами, отличающимися на   получается, что для разности фаз   = 0 волны согласованы по фазе и максимизированы получается, что для разности фаз = 0 волны согласованы по фазе и максимизированы. Амплитуда в этих местах равна удвоенной амплитуде одиночной волны.

Однако для Однако для   = 180 ° волны противоположны по фазе и гасят = 180 ° волны противоположны по фазе и гасят.

Когда два источника вибрируют в одной и той же фазе, максимальное усиление происходит в местах, удаленных от обоих источников на общую величину, кратную длине волны.

Такое явление взаимного перекрытия гармонических волн, которое приводит к формированию постоянного пространственного распределения амплитуды, называется интерференцией.

Вмешательство хорошо описывает опыт Янга. Он был проведен ученым в 1801 году и принес свидетельство о волновой природе света. Он заключался в освещении солнцезащитного экрана, в котором ранее было сделано небольшое отверстие. И поэтому свет, проходящий через это отверстие, вел себя в соответствии с принципами дифракции. Дырка выступает источником сферических волн. Затем такая волна упала на следующий экран, в котором было два отверстия. На некотором расстоянии от них был еще один экран. Волны, выходящие из щелей, мешали друг другу. На экране позади трещин было создано характерное интерференционное изображение, то есть система светлых и темных полос. Условие для получения четко определенных полос помех сплоченность световые волны - они должны иметь определенную, постоянную во времени разность фаз.

Явление интерференции используется, среди прочего в интерферометрах, для измерения длин волн.

Помехи, например, позволяют очень точно измерять расстояние от источника до волнового детектора.

Внешний фотоэлектрический эффект и эффект Комптона являются доказательством корпускулярной природы света. И поэтому внешний фотоэлектрический эффект заключается в выбивании электронов с поверхности данного тела под воздействием излучения, падающего на это тело. Вращающиеся электроны происходят из внутренних электронных оболочек.

Эйнштейн, описывая это явление, заявил, что луч света несет энергию в виде части энергии или квантов. Они фотоны. Энергия этих частиц может быть выражена формулой:

Энергия этих частиц может быть выражена формулой:

Когда фотон сталкивается с электроном на поверхности металла, электрон поглощает фотон. И теперь, если энергия необходима для отрыва электрона от поверхности металла, вышеуказанное соотношение можно записать в виде:

И теперь, если энергия необходима для отрыва электрона от поверхности металла, вышеуказанное соотношение можно записать в виде:

Энергия W называется выходной работой, и ее значение характерно для данного металла. Видно, что часть энергии фотона используется, чтобы вырвать электрон из металла. Оставшаяся часть энергии передается электрону как его кинетическая энергия. Он равен разнице между энергией падающего фотона и работой выхода. Часть полученной кинетической энергии теряется электроном, прежде чем он покинет поверхность материала из-за внутренних столкновений.

так ралли для того, чтобы фотоэлектрический эффект имел место, энергия падающего фотона должна быть, по меньшей мере, равна энергии связи электрона на данном покрытии. Такие энергии электронных связей на отдельных оболочках в атоме называются краем поглощения.

В ходе экспериментов, позволяющих изучить фотоэлектрический эффект, можно сделать ряд выводов. Прежде всего, согласно классической теории, с увеличением интенсивности света кинетическая энергия электронов должна увеличиваться. Между тем, получается, что увеличение интенсивности только увеличивает количество фотонов, а не их энергию. Таким образом, количество фотонов, испускаемых с поверхности, также будет увеличиваться, но энергия останется неизменной. Итак, первый очень важный вывод состоит в том, что кинетическая энергия электронов не зависит от интенсивности света.

Согласно волновой теории света, фотоэлектрический эффект должен наблюдаться для каждой частоты падающего света с достаточной интенсивностью. Между тем оказывается, что у каждого материала есть пороговое значение частоты, ниже которого явление не будет происходить. Это связано с тем, что для этой предельной частоты энергия фотона является именно работой выхода, и больше нет избыточной энергии, которая могла бы передаваться электрону в форме кинетической энергии. Для меньших частот энергия фотона меньше выходной работы, поэтому фотоэлектрический эффект отсутствует.

Согласно волновой теории, энергия распределяется в большом пространстве, и электрон может поглощать только ее часть. Следовательно, можно ожидать задержки между началом воздействия и моментом удаления электрона. Между тем ничего подобного не наблюдается. Это потому, что энергия сконцентрирована в форме кванта, и электрон немедленно поглощает всю необходимую часть энергии.

Вторым наблюдаемым явлением, подтверждающим корпускулярную природу света, является эффект Комптона. Это явление, связанное с рассеянием электромагнитных волн на свободных электронах. Эксперимент, проведенный ученым, заключался в следующем: рентгеновский луч был направлен на блок из графита. Конечно, точная длина волны этого излучения была очевидна. На графитовом блоке луч был рассеян. Комптон измерял интенсивность рассеянного луча в зависимости от угла рассеивания. Оказалось, что в рассеянном пучке есть две длины волны. Одна точно равна длине волны падающего, а другая отличается от так называемой Комптон сдвиг. Величина этого сдвига зависит, конечно, от угла отвлечения и изменяется вместе с ним. Это явление не может быть объяснено на основе волновой природы света. Следует предположить, что фотоны сталкиваются со свободными электронами. Под влиянием такого столкновения изменяется угол движения фотона и его энергии. Часть энергии и импульса фотона передаются электрону. Фотон, теряя часть своей первичной энергии, меняет направление движения в соответствии с принципом сохранения импульса. Угол рассеяния фотона может составлять от 0 до 180 градусов. Энергия рассеянных фотонов зависит от первичной энергии фотонов и угла рассеивания. Эта зависимость может быть записана как:

Где м Где м   это масса покоя электрона, а с - скорость света это масса покоя электрона, а с - скорость света.

Значение смещения Комптона может быть вычислено из отношения:

Значение смещения Комптона может быть вычислено из отношения:

В приведенной выше формуле м В приведенной выше формуле м   масса покоя электрона   это угол рассеяния фотонов масса покоя электрона это угол рассеяния фотонов.

Учитывая двойственную природу света в 1924 году, Луи де Бройль предположил, что, возможно, материя также проявляет двойственную природу.

Основываясь на классической теории электромагнетизма, можно получить формулу для импульса фотона. Это будет равно:

Это будет равно:

В приведенной выше формуле Е - энергия светового излучения.

Согласно наблюдениям де Бройля, длина волны вещества может быть представлена ​​с той же зависимостью, что и длина волны света, т.е.

Результаты современных исследований показывают, что это явление влияет не только на электроны. А именно, волновые свойства показывают ряд других частиц, как заряженных, так и без электрического заряда.

Волновая механика вещества имеет дело с волновой механикой, сформулированной Шредингером в 1926 году. Чтобы описать поведение квантовых объектов, то есть электрона Шредингера, он сформулировал волновое уравнение.

Оказывается, что электрон, который в атоме находится в стационарном состоянии, можно описать с помощью стоячих волн вещества. Поэтому, если электрон движется по орбите с радиусом r, который содержит общее количество n волн вещества, то вы можете записать зависимость:

Таким образом, импульс импульса электрона может быть представлен как:

где n = 1,2,3, где n = 1,2,3, ...

Таким образом, момент импульса электрона также квантуется.

Волновая механика почти с самого начала своих предположений стала предпочтительным методом описания квантовых взаимодействий.

На протяжении многих веков и ученые, и обычные люди задавали себе один и тот же вопрос: что такое свет на самом деле?

Календарь

«     Август 2016    »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 

Популярные новости

Заливы на карту сбербанка без предоплаты
Наверное каждый пользователь всемирной паутины Интернет, который регулярно бродит безграничными ее просторами, сталкивался с объявлениями о мгновенном заливе денег на карту. Причем подобного рода операция

Банковская карта МТС
вернутся к содержимому Кроме стандартного кредитования физических лиц многие банки предлагают своим потенциальным клиентам получить кредитные банковские карты. У этого продукта есть свои тонкости и нюансы,

Взять займ на карту без отказа
Процентные ставки, сроки, суммы, требования к заемщикам могут просто кого угодно загнать в тупик. Поэтому перед тем, как взять займ на карту без отказа, стоит выбрать выгодные условия кредитования. Мы

Шкаф картотечный
Устали от неразберихи с документами? Ничего не можете найти в бухгалтерии? Значит пришло время купить шкаф картотечный. Эта мебель отличается от обычного шкафа своей конструкцией, которая максимально

Где купить видеокарты
Новый и перспективный вид дохода – это майнинг на видеокартах. Свой путь начинал с одной видеокарты и в последующем смог заработать достаточно денег для закупки большего количества видеокарт. Новую

Банковская карта Билайн
С каждым годом количество больших финансовых организаций возрастает. А компании, которые предоставляют различные услуги создают собственные системы для платежей. Такие организации, путем выпуска именных

Займы до зарплаты на карту
На современном рынке финансов существует немало возможности привлечь заем для вложения в бизнес или воспользоваться потребительским кредитом. И это совершенно правильно и выгодно. Ведь деньги -это инструмент,

Банковская карта МегаФон
«Революционная» банковская карта от  «Мегафона» «Мегафон» выпустил собственную банковскую карту на  базе MasterCard. Ключевая особенность карты – привязка к  счету мобильного телефона: