Natura światła
advertisement
Natura światła W XVII wieku ścierały się dwa, poglądy na temat natury światła. 1. Isaac Newton twierdził Ŝe światło składa się z bardzo szybko poruszających się korpuskuł (cząstek). Załamanie światła tłumaczył Newton tym, Ŝe na cząstki światła działa siła pochodząca od materii i działająca tylko w jej sąsiedztwie). ZauwaŜył teŜ, Ŝe promień światła białego rozszczepia się po przejściu przez pryzmat na promienie o róŜnych kolorach. 2. Natomiast Christiaan Huygens twierdził, Ŝe światło jest falą. W 1678 roku sformułował, nazwaną później jego nazwiskiem, zasadę Huygensa : „ KaŜdy punkt ośrodka, do którego dotrze fala, staje się źródłem nowej fali cząstkowej (kulistej w przestrzeni i kolistej na płaszczyźnie)”. Gdy fala dotrze do szczeliny, kaŜdy punkt ośrodka leŜący wewnątrz niej staje się źródłem nowej fali. Zasada ta dotyczy równieŜ fal mechanicznych Dyfrakcja i interferencja fal Jak wyjaśnić obraz fali po przejściu przez zespół szczelin? Interferencja = nakładanie się fal W punkcie P sumują się: - dla fal mechanicznych wartości wychyleń cząstek z połoŜeń równowagi. - dla fal EM wektory natęŜenia pola elektrycznego i indukcji magnetycznej. Doświadczenie Younga asinα = nλ Z2 Interferometr Michelsona B Światło monochromatyczne ze źródła pada na posrebrzone półprzepuszczalne lustro P. Połowa wiązki świetlnej (A) jest przepuszczana przez P a połowa (B) odbita. Obie wiązki po odbiciu od zwierciadeł Z1 i Z2 i przejściu lub odbiciu od P poruszają się w stronę detektora (na rysunku jest nim oko ludzkie). JeŜeli drogi promieni A i B są takie same lub róŜnią się o całkowitą długość fali promienie interferują konstruktywnie. P A Z1 B A Dyfrakcja od szczeliny asinα = λ Siatka dyfrakcyjna d - stała siatki asinΘ= nλ Zdolność rozdzielcza przyrządów optycznych a dyfrakcja S1 Θ S2 Θ P2 P1 Dyfrakcja promieni rentgenowskich d - odległość między płaszczyznami atomowymi kryształu Warunek Bragga 2dsinΘ = nλ Jeszcze jeden dowód na to, Ŝe światło jest falą: Polaryzacja fal Światło jest falą poprzeczną E v Naturalne (spontanicznie promieniowane 0 przez atomy) światło jest mieszaniną fal B spolaryzowanych w róŜnych kierunkach Z wiązki światła naturalnego moŜemy uzyskać wiązkę spolaryzowaną przepuszczając ją przez polaryzator A jednak światło to strumień cząstek! Zjawisko fotoelektryczne Aby elektron mógł opuścić metal naleŜy dostarczyć mu pewną minimalną wartość energii którą nazywamy pracą wyjścia. Energia ta moŜe być uzyskana np. poprzez absorpcję energii fali elektromagnetycznej. Dla metali wartość pracy wyjścia wynosi 2− −4 eV. – Elektrony emitowane są jedynie pod wpływem „oświetlenia” falą o częstotliwości większej od częstotliwości granicznej fotoefektu ν > ν gr Równanie Einsteina Oświetlanie metalu światłem o energiach fotonów E=hν >W umoŜliwia elektronowi opuszczenie metalu Promieniowanie rentgenowskie Istnienie krótkofalowej granicy promieniowania rentgenowskiego, dla danego napięcia przyspieszającego jest jednym z dowodów na to, Ŝe promieniowanie elektromagnetyczne (nie tylko światło widzialne) moŜna traktować jako strumień cząstek (kwantów) - fotonów Efekt Comptona Równanie Comptona ∆λ = λ − λ0 Fotony - kwanty energii pola elektromagnetycznego Istnieją fotony o dowolnie małych energiach! m0f = mf 1 − (c / c ) 2 = 0 Foton jest cząstką bezmasową (jego masa spoczynkowa wynosi zero)! Pęd fotonu hν h pf = mf c = = c λ Dualizm falowo-cząstkowy fali elektromagnetycznej. • W zjawiskach takich jak efekt Comptona czy efekt fotoelektryczny fala elektromagnetyczna wykazuje naturę korpuskularną, tzn. jest strumieniem cząstek zwanych fotonami. • W zjawiskach takich jak dyfrakcja, interferencja czy polaryzacja fala elektromagnetyczna wykazuje typowe własności falowe.
