Оптика

1. Хвильова оптика

Світло — це електромагнітні хвилі високої частоти, що випромінюються атомами речовини, а також частинками, які мають електричний заряд і рухаються з величезним прискоренням.

1.1. Монохроматичне світло. Заломлення світла

Світлові хвилі за їхньою частотою (довжиною хвилі у вакуумі) і сприйманням органами зору людини поділяються на видиме випромінювання, інфрачервоні та ультрафіолетові промені.

λ у вакуумі:

видиме випромінювання: 0,76 мкм — 0,4 мкм; інфрачервоні промені: 0,76 мкм — 1 мм; ультрафіолетові промені: 0,4 мкм — 10 нм.

Світло однієї певної частоти (довжини хвилі) називаєть-

ся монохроматичним світлом.

На межі поділу двох середовищ світло частково відбивається, а частково заломлюється, переходячи в інше сере­ довище.

320

1. Хвильова оптика

Заломлення світла — це зміна напряму його поширення відповідно до зміни швидкості поширення. Середовище, яке

більшою мірою гальмує поширення світла (v < c), називається середовищем оптично більшої густини.

Відношення швидкості поширення світла у вакуумі до швидкості світла в даному середовищі називається абсолют-

ним показником заломлювання середовища: nс = vc

Відносний показник заломлювання:

v1 = n . v2

Із збільшенням кута відбивання світла збільшується частка світлової енергії, яка відбивається, і зменшується частка світлової енергії, що переходить в інше середовище.

1.2. Дисперсія світла

Дисперсія світла — це залежність швидкості світла в речовині від частоти світла, що проходить (залежність v від ν). При заломленні білого світла в скляній призмі видиме випромінювання розкладається на частини відповідно до змін частоти світла: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, голубий, синій, фіолетовий кольори (рис. 300).

Рис. 300

Спостережувана картина називається дисперсійним

спектром.

321

Оптика

1.3. Розподіл енергії в спектрі білого світла. Теплове випромінювання

Білим світлом називають світло, у якому представлено випромінювання всіх частот видимої частини­ спектра. Під час потрапляння білого світла на яке-небудь тіло, частина його відбивається («колір тіла»), а частина поглинається.

Якщо поглинається все світло, тіло має вигляд чорного.

У фізиці чорним тілом (застаріла назва — абсолютно чорне тіло) називається тіло, що поглинає всі випроміню-

вання, які потрапили на нього, незалежно від довжини хви-

лі, напряму падіння, стану поляризації випромінювання.

Теплове випромінювання — це випромінювання, при-

чиною якого є тільки нагрівання тіла.

Теплове випромінювання — це випромінювання чорного тіла. Чорним тілом можна вважати, наприклад, невеликий отвір у порожнистій кулі, покритій усередині сажею.

Розподіл енергії в неперервному спектрі чорного тіла за довжиною хвиль при різній температурі зображено на рис. 301.

Частота, що відповідає максимальному значенню випромінювальної здатності, прямо пропорційна абсолютній температурі.

При нагріванні до температури 700 °С випромінюються практично тільки інфрачервоні промені.

При температурі 750 °С починають випромінюватись червоні промені (тіло стає червоного кольору).

При температурі 1500 °С спостерігається весь спектр видимого випромінювання, але максимум випромінювання залишається в інфрачервоних променях.

322

1. Хвильова оптика

За розподілом енергії в неперервному спектрі можна зробити висновок про температуру віддалених об’єктів, наприклад Сонця, зірок.

1.4. Інтерференція білого світла за Френелем

Інтерференція світла (див. «Механічні хвилі. Звук»). За допомогою різних пристроїв (дзеркала Френеля, бі-

призми Френеля, дзеркала Ллойда) світло розкладається на два когерентні світлові пучки, які накладаються й інтерферують. Два уявних зображення джерела світла в бідзеркалах або біпризмі еквівалентні двом синфазним джерелам світла (рис. 302, а, б).

У дзеркалі Ллойда (рис. 302, в) джерело світла і його уявне зображення в дзеркалі еквівалентні двом антисинфазним джерелам, оскільки біля поверхні дзеркала відбувається зміна фази хвилі на протилежну.

в

Рис. 302

323