25. Поняття про когерентність. …
Когерентність - це властивість хвилі зберігати свої частотні, поляризаційні й фазові характеристики.
Відповідно когерентні хвилі мають сталу в часі різницю між фазами коливань у них, що можливо лише тоді, коли хвилі мають однакову довжину (частоту).
При накладанні когерентних хвиль відбувається інтерференція. Інтерференція – накладання світлових когерентних хвиль, внаслідок чого спостерігається стійка в часі картина підсилення або послаблення результуючих світлових коливань у різних точках простору. Зони підсилення називають зонами максимумів, зони послаблення - мінімумів.
Умова максимуму – різниця
ходу хвиль містить парне число півхвиль:
Умова мінімуму – різниця
ходу хвиль містить непарне число
півхвиль:
Явище інтерференції широко використовується для створення різних вимірювальних і контролюючих пристроїв.
Якщо процес поширення світла є хвильовим процесом, то, окрім інтерференції, має бути і дифракція світла. Адже дифракція - це огинання хвилями країв перешкод - властива будь-якому хвильовому руху.
Умова дифракції: що розміри перешкод приблизно дорівнюють довжині хвилі, а вона дуже мала.
Особливо чітку дифракційну картину утворюють дифракційні гратки.
Дифракційна гратка - це спектральний прилад, який використовують для розкладання світла в спектр і зміни довжини хвилі і являє собою сукупність дуже вузьких щілин, розділених непрозорими проміжками на однакових відстанях.
Якщо a - ширина прозорої частини, а b - непрозорої, то d=a+b=1/N – стала (період) дифракційної гратки, де N – кількість штрихів на одиницю довжини гратки.
Формула дифракційної гратки:
.
Значення показника заломлення середовища визначається в основному властивостями середовища, однак залежить і від довжини хвилі (частоти) світла
Дисперсія світла - залежність показника заломлення середовища (швидкості поширення світлових хвиль в середовищі) від частоти (довжини хвилі) світла.
Наслідком дисперсії є розкладання білого світла при проходженні його через призму на складові з різними довжинами хвиль (монохроматичні промені)
Явище дисперсії лежить в основі будови призмових спектральних приладів: спектроскопів, спектрографів
26. Закони фотоефекту. …
Німецький фізик Макс Планк у 1900 р. висловив гіпотезу: запас енергії коливальної системи, яка знаходиться у рівновазі з електромагнітним випромінюванням, не може набувати довільних значень. Мінімальну кількість енергії, яку система може поглинати або випромінювати, називають квантом енергії , вона пропорційна частоті коливань: E=hν
де ν - частота коливань електромагнітного випромінювання; h=6,62·10-34 Дж·с - стала Планка. Її ще називають квантом дії.
Пропускаючи і поглинаючи енергію світло поводиться як потік частинок з енергією E=hν. Властивості світла, які виявляються під час поглинання і випромінювання, називають корпускулярними, а саму світлову частинку - фотоном чи квантом електромагнітного випромінювання.
Маса фотона
Однак фотон має лише релятивістську масу і не має маси спокою. Фотон має масу доти, доки він рухається зі швидкістю світла. Якщо фотон зіштовхується з перешкодою, енергія фотона переходить до перешкоди і його маса зникає. За відомою масою і швидкістю можна визначити імпульс фотона:
Імпульс фотона направлений вздовж променя світла. Фотон має імпульс і якщо на його шляху виникає перешкода, він передає його їй, отже чинить тиск:
У розвитку уявлень про природу світла важливий крок зроблено під час вивчення одного явища, відкритого Г. Герцем і грунтовно вивченого російським фізиком О.Г. Столєтовим. Це явище отримало назву фотоефект.
Розрізняють: зовнішній фотоефект - явище вибивання електронів з поверхні тіла під дією електромагнітного випромінювання; внутрішній фотоефект - явище збільшення електропровідності напівпровідника або діелектрика за рахунок електронів, вирваних з молекул або атомів під дією світла.
Закони зовнішнього фотоефекту:
1) кількість електронів, вирваних світлом з поверхні металу за 1 с, є прямо пропорційні поглинутій енергії світлової хвилі;
2) максимальна кінетична енергія фотоелектронів зростає лінійно з частотою світла і не залежить від його інтенсивності;
3) для кожної речовини існує червона межа фотоефекту (поріг фотоефекту) - така найменша частота (чи найбільша довжина світлової хвилі), за якої ще можливий фотоефект;
4) фотоефект є безінерційним і виліт фотоелектронів починається з моменту освітлення речовини.
Повне пояснення фотоефекту 1905 року дав А. Ейнштейн, розвиваючи далі ідеї Планка про переривчастість випромінювання світла:
Енергія порції світла hν витрачається на виконання роботи виходу Aвих, тобто роботи, яку треба виконати для виривання електрона з поверхні металу, і на передавання електрону кінетичної енергії:
Цей вираз називають рівнянням Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту.
Червона межа фотоефекту - мінімальна частота (найбільша довжина хвилі), при якій відбувається фотоефект:
Завдяки відкриттю фотоефекту розроблено прилади – фотоелементи, використання яких сприяло створенню звукового кіно; різноманітних автоматизованих апаратів, які слідкують за освітленістю вулиць, працюють "контролерами" в метро, рахують готову продукцію, контролюють якість обробки деталей тощо.