Билет №17. Интерференция света.

Оптика – раздел физики, изучающий свойства света, его физическую природу и взаимодействие с веществом. Современная оптика базируется на электромагнитной теории света. Согласно этой теории свет - это электромагнитные волны с частотами от до .

Интерференция – явление сложения в пространстве двух или более когерентных волн, приводящее к образованию в пространстве устойчивой картины чередующихся максимумов и минимумов амплитуд результирующего колебания.

Пространственная картина устойчивого во времени распределения амплитуд результирующего колебания при интерференции называется интерференционной картиной.

Для образования устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы волны были когерентными, т.е. имели одинаковую длину волны и постоянную разность фаз. Когерентные волны образуются при отражении световых волн от тонких пленок (радужная окраска мыльных пузырей, цветовая пленка бензина на поверхности воды). Это объясняется сложением двух волн, одна из которых отражается от наружной поверхности пленки, а вторая – от внутренней. Результат интерференции (усиление или ослабление результирующих колебаний) зависит от угла падения света на пленку, ее толщины и длины волны. Когерентность данных волн обеспечивается тем, что они являются частями одного и того же светового пучка, который разделяется пленкой на два, а затем сводятся вместе и интерферируют.

При интерференции происходит перераспределение энергии: она концентрируется в максимумах за счет того, что в минимумы не поступает вообще.

Если разность хода двух волн кратна четному числу полуволн (целому числу волн), то наблюдается максимум интерференции света. Если разность хода двух волн кратна нечетному числу полуволн, то наблюдается минимум интерференции света. Разность хода – это разность между расстояниями от источников волн до точки их сложения.

Билет №18. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Работа в термодинамике. Первое начало термодинамики.

Внутренняя энергия равна сумме кинетической энергии беспорядочного движения всех молекул системы относительно ее центра масс и потенциальной энергии взаимодействия этих молекул между собой. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа равна: .

Существует два способа изменения внутренней энергии: совершение механической работы над системой и теплообмен с другими системами.

Работа газа в термодинамике равна: , где p – давление газа, ΔV - изменение объема газа.

Существует три вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Количество энергии, отданное или полученное телом при теплообмене, называется количеством теплоты (теплотой): .

Закон сохранения энергии применительно к тепловым процессам называется первым законом термодинамики: количество теплоты, сообщенное системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии и на работу, совершаемую системой против внешних сил: . С учетом того, что работа внешних сил А^' противоположна работе системы А (А^'=- А), первый закон термодинамики можно записать в следующем виде: изменение внутренней энергии системы равно сумме сообщенного ей количества теплоты и работы, произведенной над системой внешними силами: .

Первый закон термодинамики доказывает невозможность создания вечного двигателя – устройства, способного неограниченно долго совершать работу без получения энергии извне.

Первый закон термодинамики применительно к различным изопроцессам:

1. Изотермический процесс: , , , .

2. Изохорный процесс: , , , .

3. Изобарный процесс: , .

4. Адиабатный процесс – изопроцесс, идущий без обмена теплотой между системой и окружающей средой: , .

Билет №19.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА.

УРАВНЕНИЕ ЭЙНШТЕЙНА ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА..

Гипотеза Планка: атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями – квантами. Энергия каждого кванта пропорциональна частоте излучения: , h – постоянная Планка, h=6,63∙10^-34Дж∙с.

Квант электромагнитного излучения (элементарная световая частица) называется фотоном. Альберт Эйнштейн пришел к выводу, что свет не только излучается, но и распространяется и поглощается отдельными квантами (фотонами).

Фотоэлектрический эффект (фотоэффект) – явление взаимодействия света с веществом, в результате которого энергия фотонов передается электронам вещества. Внешний фотоэффект заключается в испускании электронов с поверхности вещества под действием света. Электроны, вылетающие при этом с поверхности вещества, называются фотоэлектронами. В случае внутреннего фотоэффекта электроны остаются в веществе, но изменяют свое энергетическое состояние.

Фотоэффект детально был исследован А.Г. Столетовым. Столетовым экспериментально были установлены законы внешнего фотоэффекта:

1. Фототок насыщения пропорционален интенсивности излучения.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности излучения, но линейно возрастает с увеличением частоты излучения.

3. Фотоэффект отсутствует, если частота излучения оказывается меньше некоторой критической, характерной для данного материала величины . Эта минимальная частота называется красной границей фотоэффекта.

Согласно Эйнштейну, электрон внутри металла после поглощения одного фотона получает его энергию . Часть этой энергии электрон тратит на совершение работы по преодолению сил, удерживающих его внутри (работа выхода). Остаток энергии идет на сообщение электрону дополнительной кинетической энергии. Таким образом, закон сохранения энергии для фотоэлектрона: . Это соотношение называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.