Интерференция света

Интерференция – наложение в пространстве двух или более волн, сопровождающееся перераспределением интенсивности (энергии), при котором в одних точках пространства наблюдается увеличение амплитуды колебаний (усиление света), а в других – ее уменьшение (гашение света). Условием когерентности является постоянство во времени разности фаз (φ₁-φ₂=const) и равные значение периодов колебаний (T₁=T₂).

Необходимое условие интерференции – когерентность волн.

где χ – обобщенная физическая величина, в случае электромагнитных волн имеющая смысл Е (напряженность электрического поля) или Н (напряженность магнитного поля).

Результирующая амплитуда электромагнитных колебаний в той или иной точке пространства

определяется разностью фаз

Интерференция в тонких пленках

Интерференция в клине (кольца Ньютона)

m - номер кольца.

Значению m = 0 соответствует центральное темное пятно.

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА

Д ифракция – это огибание препятствия световыми волнами. Она обусловлена интерференцией волн от вторичных источников за преградой (препятствием) – принцип Гюйгенса-Френеля.

1. Метод зон Френеля (из точки наблюдения М на волновом фронте вырезаются зоны Френеля радиусом ).

2. Дифракция Френеля (в расходящихся лучах)

круглое отверстие круглый диск

m – число открытых зон Френеля m – число закрытых зон Френеля

3. Дифракция Фраунгофера (в параллельных лучах)

1. Дифракция на щели.

СD = Δ = b sinφ = ± kλ, b – ширина щели, φ – угол дифракции, к = 1; 2; 3;…; λ – длина волны.

2. Д ифракционная решетка.

BC = Δ = (a+b) sinφ, d = a+b – постоянная решетки.

d d

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Обычный свет имеет колебания во всех плоскостях, проходящих через линию луча. Поляризованный свет имеет колебания в одной плоскости – плоскости поляризации.

Способы поляризации:

1.Поляризация при отражении.

2. Избирательное поглощение (дихроизм).

3. Двойное лучепреломление (турмалин).

Основные законы:

закон Брюстера	Закон Малюса

Тепловое излучение

Тепловое излучение совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества и свойственно всем телам при температуре выше абсолютного нуля. Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром, т.е. в спектре присутствуют все длины волн (или частоты) электромагнитных волн.

Основные характеристики теплового излучения

Энергетическая светимость тела – энергия , испускаемой телом за время и с площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот:

, .

Спектральная плотность энергетической светимости – функция частоты и температуры , характеризующая распределение энергии излучения по всему спектру частот (или длин волн) и определяет испускательную способность тела в определенном диапазоне частот при определенной температуре. Функция является плотностью энергетической светимости и математически определяется через энергетическую светимость в диапазоне частот :

.

Или по-другому её интеграл по всему спектру равен энергетической светимости: , или .

Связь спектральных плотностей и дается формулой:

.

Здесь – скорость света, длина волны.

Поглощающая способность тела – функция частоты и температуры , показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело , поглощается телом в области частот вблизи :

Основные законы теплового излучения

Закон Кирхгофа. Величины и могут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, однако согласно закону излучения Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является универсальной функцией частоты и температуры:

. (К)

По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, то есть для него . Поэтому функция совпадает с излучательной способностью абсолютно чёрного тела и является универсальной функцией, вид которой определяется формулой Планка:

(П1)

Здесь используются фундаментальные физические постоянные: – скорость света, – постоянные Больцмана и Планка. При выводе этой формулы Планк использовал гипотезу о том, что существует для определенной частоты минимальная энергия фотона, которая вычисляется по формуле, которая то же носит его имя:

(П2).

Закон Стефана-Больцмана для абсолютно черного утверждает, энергетическая светимость тела не зависит от окружающих тел, а зависит только от температуры тела в четвертой степени:

(С-Б).

Здесь – постоянная Стефана-Больцмана, найденная экспериментально. Формула Планка (П1) позволяла выразить через фундаментальные постоянные экспериментально найденную константу .

З ависимости спектральной плотности энергии абсолютно черного тела от длины волны для различных температур.

Для не абсолютно черного тела используется закон Стефана-Больцмана с поправочным коэффициентом , называемым коэффициентом черноты или серостью тела: .

Для полированного алюминия - ε=0,04 – 0,06; асфальта - ε=0,93; сажи - ε=0,96.

Для серии распределений существует закономерность: экспериментально установленный закон Вина: м·К.

Для каждой кривой на рисунке температура Т и принимают свои разные значения, однако их произведение остается постоянным для всех кривых.

ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА ЧАСТИЦ

Волны де Бройля

Дифракция микрочастиц

Статистич. смысл: квадрат амплитуды волны является мерой вероятн. нахожд.частицы в данном единич. объёме простр.

Корпускулярно - волновой дуализм ===>

= ==> соотношение неопределенности:

У равнение Шрёдингера (для стац. состоян.)

Свойства - функции: -функция должна быть однозначной, конечной, непрерывной и подчиняться условию нормировки: .

Принцип соответствия: если h мало по сравнению с другими величинами той же размерности ( ), классич. закономерности не отличаются от квантовомеханических.

Стационарное уравнение для электрона в атоме водорода

Стационарное уравнение для гармонического осциллятора

Стационарное уравнение для микрочастицы в одномерной потенциальной яме

Нестационарное уравнение

РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Коротковолновое электромагнитное излучение (λ=10^-12÷10^-8 м).

Спектр представляет собой наложение линейчатого (характеристического) и сплошного (тормозного излучения, ограниченного со стороны коротких длин волн).

.

З АКОНОМЕРНОСТИ В ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ СПЕКТРАХ

В сериях К, L, M, N, O… содержатся линий К_α, К_β, К_γ, …, L_α L_β L_γ … .

Испускание рентгеновских квантов связано с частотой перехода электрона с n на m уровень (оболочку),

определяет серию и принимает значения ;

принимает целочисленные значения, начиная с m+1, и определяет отдельную линию.

С огласно закону Мозли: ,

где – частота линии характеристического излучения;

R – постоянная Ридберга;

Z – заряд ядра;

σ - постоянная экранирования;

ДИФРАКЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ

Разность хода: .

Условие усиления: , где k =0,1,2,3…

(формула Вульфа-Брэггов).