30. Шкала електромагнітних випромінювань

Частота, Гц	Довжина хвилі, м	Назва діапазону	Основні джерела збудження
10-3 – 103	3 · 1011 – 3 · 105	Низькочастотні (наддовгі) хвилі	Генератори спеціальних конструкцій; промислові частоти 50–60 Гц; генератори звукових частот до 20 кГц
103 – 1012	3 · 105 – 3 · 10-4	Радіохвилі	Генератори радіочастот до 300 МГц; генератори надвисоких частот
1012 – 4 · 1014	3 · 10-4 – 8 · 10-7	Інфрачервоне випромінювання
4 · 1014 –   8 · 1014	8 · 10-7 – 4 · 10-7	Видиме випромінювання (з довжинами хвиль 800 – 400 нм)	Випромінювання молекул та атомів під час теплових та електричних впливах
8 · 1014 –   3 · 1017	4 · 10-7 – 10-9	Ультрафіолетове випромінювання, м’яке рентгенівське випромінювання	Випромінювання атомів під час опромінення речовини електронами з енергіями до 15 кеВ
3 · 1017 –   3 · 1020	10-9 – 10-12	Рентгенівське випромінювання, гамма-випромінювання	Атомні процеси, що збуджуються електронами з енергіями від 20 кеВ до декількох сотень МеВ
3 · 1020 –   1023	10-12 – 3 · 10-15	Гамма-випромінювання	Ядерні процеси, радіоак-тивні розпади

31.Світло має енергію і переносить її у просторі.1.У 17ст. Ньбтон запропонував корпускулярну теорію світла(світло складається з різних частинок).2.У 18ст Крістіан Гююйгенс стверджував, що світло має хвильову теорію світла).3.Початок 19ст О.Френель і Ж.Руко віддали перевагу хвильовій теорії світла і говорили, що світлове випромінювання є поперечними, механічними хвилями, тобто для передачі світла мі Сонцем і Землею повинна бути речовина(ефір). 4. Джеймс Максвелл звернув увагу на те, що швидкість проходження світла у вакуумі = швидкості поширення електричних хвиль) електромагнітна теорія світла. До світлового випромінювання належать хвилі з частотою (υ=>4*10¹⁴÷7.5*10¹⁴Гц). Кожній частоті відповідає певний колір: λ =400нм – фіолетовий…760нм – червоний; λ=c/υ. С=3*10⁸м/с.Джерела світла: 1.Температурні(світіння за допомогою збудження атомів і молекул при високій температурі(внутрішньо-потенціальна енергія)).2.Люмінесцентні джерела світла(збудження зумовлено потоком рухомих частинок(електронів) або хімічною реакцією) – енергія зовнішніх джерел.

32. Швидкість поширення світла у вакуумі (дослід Майкельсона) с=299792 + - 0.5 км/с. В середовищі швидкість світла, тобто швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль, змінюється через процеси поляризації атомів та молекул речовини. Відношення швидкості світла в середовищі й у вакуумі називають абсолютним показником заломлення   у цьому середовищі

д е c_m — швидкість світла в середовищі.

Оптична густина середовища або показник заломдленнч середовища визначає оптичні властивості даної речовини. N= , де µ - магнітна проникність середовища, - діелектрична проникність середовища. Тоді швидкість світла у речовині V = c/n=>n=c/v. Оптична густина середовища показує у скільки разів швидкість світла у вакуумі більша ніж в данному середовищі n_води=1.33, n_{повітря}=1.003, n_пов = n_{вакууму.} Світлова хвиля за жодних обставин не змінює своєї частоти.

33. Принцип Гюйгенца – в однорідному, прозорому середовищі світло поширюється прямолінійно.

Закони відбивання світла: 1. W= W _{відбитого пр.} + W_{заломленого пр.} Промінь падаючий і промінь відбитий лежать в одній площи ні з нормаллю до відбитої поверхні, проведеній у точці падання променя. 2. Кут відбивання променя дорівнює куту його падіння Lα = Li, де α – кут падіння, і – кут відбивання.

Прилад для відбивання світла – дзеркало. Падаючий і відбитий промені – оборотні. Плоска дзеркальна поверхня є плоским дзеркалом. Зображення у дзеркалі є : 1)уявним; 2) дзеркальним.

34. Заломлення світла зумовлене зміною швидкості поширення світла при переході випромінювання з одного середовища в інше.

Закони заломлення: 1) Відношення   стале для даних двох середовищ і називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого (наприклад, води відносно повітря):  . 2) Заломлений промінь, падаючий промінь і нормаль до поверхні поділу середовищ знаходяться в одній площині.

Прилад для заломлення світла – лінза чи призма. Падаючі і заломлений промені мають оборотність. Лінза – оптичний прилад, що являє собою прозоре тіло обмежене двома гладенькими опуклими чи угнутими поверхнями. Опукла лінза є збиральною, а угнута – розсіювальною. Складові лінзи: 1.головна фокусна відстань; 2. Головна оптична вісь проходить через центр лінзи;

3.Оптична сила лінзи. D=1/F, де F- фокусна відстань. (Д)=1/1м=1дптр(діоптрій); 4. Д збиральних лінз – додатна, а розсіювальних – від’ємна.

35. Електрична хвиля має дві складові: електричну і магнітну.

В исновок: E﬩B﬩V. Світлові хвилі — це електромагнітні хвилі, до яких, крім ви­димого (неозброєним оком), належать також інфрачервоне і ультрафіолетове проміння (частоти коливань від 10¹²до З • 10¹⁶ Гц і довжини хвиль від 0,3 мм до 10 ² мкм). Видиме проміння має частоти від 4 • 10^й Гц до 7,7 • 10^й Гц (довжи­на хвиль від 0,4 до 0,77 мкм). Світлові хвилі мають усі властивості електромагнітних хвиль, у тому числі з певною швидкістю переносять енергію.

Інтерференція — явище накладання двох або більше когерентних світлових хвиль в результаті чого в одних місцях спостерігається підсилення результуючої хвилі (інтерференційний максимум), а в інших місцях послаблення (інтерференційний мінімум). Умова інтерференції: вона можлива тільки для когерентних променів – це промені з постійною різницею фаз і однаковою частотою υ₁ = υ₂ 1) ∆=const(різниця фаз). Когерентними можуть бути лише ті промені, які створюються тим самим джерелом світла.

В икористаємо біпризму Френеля. Картина інтерференції – розподіл світлової енергії у просторі. Це почергові, світлі(максимуми) і темні(мінімуми) смуги; відстань між ними приблизно однакова. Інтерференція променів залежить від їх різниці ходу( для відбитих променів)

1)Умова максимального підсилення ∆ = 2k λ/2, де k – ціле, ∆- різниця ходу фаз, λ – довжина хвилі.

2)Умова максимального послаблення ∆ = (2k+1)λ/2.

У порядку зростання довжин хвиль кольори розміщуються так: фіолетовий, синій, голубий, зелений,жовтий, оранжевий,червоний.

Застосування: для визначення якості обробки поверхонь і вимірювання довжин світлових хвиль з високою точністю(до 7-8 знаків після коми); У природі – забарвлення тонких плівок нафти і олії на воді, крил деяких комах, метеликів.

36. Дифракція світла – це явища огинання хвилями перешкод. Умова дифракції: розмір перешкоди повинен бути сумірним із довжиною хвилі.

К артина дифракції вузької щілини виглядає як світла смуга(максимум) посередині і симетрично від неї в обидва боки менш яскраві максимуми. Прилад для спостереження явища дифракції називається дифракційна решітка вона являє собою систему паралельних, близько розташованих вузьких щілин, які пропускають або відбивають світло(скло або дзеркало). Формула дифракційної решітки(застосовується для визначення довжин світлових хвиль) k λ = d sinφ, де k- порядок максимуму, d- стала решітки(період решітки) d =а +b; φ – кут відхилення променя.

3 7. Третя ознака хвильової природи світла – це явище поляризації, яке можливе тільки в поперечних хвиль. Поперечна хвиля називається плоскополяризованою, якщо коливання в усіх точках, розміщених на одному промені відбуваються в одній площині.

П оляризатори для світлового випромінювання можна зробити з природного мінералу(турмаліну). Причина того, що кристали є поляризаторами пояснює явище анізотропії.

Дисперсія світла – це явище розкладання білого світла на складові хвилі різних частот;

Причини дисперсії: залежність швидкості поширення хвиль у середовищі від їх довжини(частоти) із збільшенням довини хвилі, показник заломлення зменшується.

С пектри(розкладання білого світла по кольорам) називають суцільним або неперервним, якщо промені неперервно переходять з одного кольору в інший. З точки зору техніки експерименту ми отримали призматичний спектр білого кольору. Можна отримати спектр також за допомогою дифракційної решітки, це буде відповідно дифракційних спектр. В природі явищу дисперсії спостерігається при виникненні райдуги. Інфрачервоні – невидимі промені, які в спектрі розміщуються за червоними променями. Ультрафіолетові – невидимі промені, які в спектрі розміщуються за фіолетовою частиною спектра. Види спектрів: 1)суцільні; 2)лінійні; 3)смугасті;

38. Німецький фізик Макс План – світло випромінюється не у вигляді хвиль, а дискретно. У вигляді певних неподільних порцій енергії( кванти або фотони). Зв’язок між хвильовою і корпускулярною теорією світла Планк записав у вигляді формули, енергії кванта. E=h/υ – показує, що хвиля є певною частотою (υ), і одночасно є потік квантів(Е), де h – стала Планка = 6.62*10^-34Дж*с. Корпускулярно-хвильовий дуалізм – це своєрідна подвійність природи світла. З одного боку світло – електромагнітна хвиля, а з другого – потік світлових частинок фотонів чи квантів. За сучасними уявленнями світло випромінюється і поглинається порціями, а тому і поширюється порціями. Фотон зберігає свою індивідуальність протягом всього свого існування. Водночас світлу властиві явища інтерференції, дифракції, поляризації та інші хвильові властивості. Ці факти дозволили зробити припущення, що світлу властивий дуалізм (подвійність). Під час поширення світло виявляє електромагнітні властивості, а під час поглинання - корпускулярні.

Властивості фотона: фотон існує доти, доки він рухається; у момент зустрічі з речовиною фотон поглинається і зникає; його енергія цілком переходить до речовини; фотон не має маси спокою.

1 .Енергію фотона можна виразити через циклічну частоту коливань w:

E = hn = w            де  - зведена стала Планка.

Відповідно до теорії відносності енергія завжди пов'язана з масою відношенням E = mc².

П рирівнявши обидва рівняння для енергії фотона отримаємо

2 .hn = mc²       - маса фотона

3.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.

3 9. Явище фотоефекту: під дією випромінювання з металу вилітають електрони. Пояснення фотоефекту: електрон може вийти з металу тільки тоді, коли його кінетична енергія дорівнює або більша за роботу виходу. Електрони розміщені недалеко від поверхні металу поглинають фотони: один електрон поглинає повністю один квант енергії; частина енергії кванта втрачається на роботу виходу, а решта становитиме кінетичну енергію електрона.

Висновок: якщо енергія фотона менша за роботу виходу, то електрони з металу не вилітатимуть.

Рівняння Ейнштейна

Застосування фотоефекту: створено звукову кіно, створення різноманітних апаратів, які слідкують за освітленням вулиць, рахують готову продукцію та інші; перетворення світлової енергії в електричну за допомогою фотоелементів. Промисловість виготовляє фотоелементи двох типів – вакуумні та напівпровідники.

40.Лазери(квантові генератори)

Ла́зер — пристрій для генерування або підсилення монохроматичного світла, створення вузького пучка світла, здатного поширюватися на великі відстані без розсіювання і створювати винятково велику густину потужності випромінювання при фокусуванні (108 Вт/см² для високоенергетичних лазерів).Також він називається – квантовим генератором.. Будова лазера: Активне середовище(серце лазера), система накачки(джерело енергії), оптичний резонатор (система дзеркал).Види лазерів: Рубіновий( працює в імпульсному режимі), неперервної дії, газові лазери( робоча речовина є газ, її атоми збуджуються електричним розрядом), напівпровідникові лазери безперервної дії, газодинамічні лазери неперервної дії на сотні кіловатів. Робота лазера: Збуджений атом може мимовільно (спонтанно) перейти на один з нижчих рівнів енергії, випромінивши при цьому квант світла. Світлові хвилі, випромінювані нагрітими тілами, формуються саме в результаті таких спонтанних переходів атомів і молекул. Спонтанне випромінювання різних атомів некогерентне. Однак, крім спонтанного випромінювання, існують випромінювальні акти іншого роду.