Современная теория света
В истории теории света мы видим, что две очень различных модели соперничали от начала, относительно которого является истинной моделью, которая используется. С одной стороны, свет был изображен как движение волны некоторого вида, и на другом как полет(рейс) стремительных частиц.
В течение 19-ого столетия прежняя модель получила универсальное принятие благодаря замечательному ряду событий и на экспериментальном и на теоретическом основании.
Теория волны света, казалось, побеждала теорию частицы, когда это объяснило приблизительно прямолинейное распространение. Теория была найдена физиками, чтобы быть достаточно адекватным объяснить все экспериментальные результаты девятнадцатого столетия в терминах теории волны.
Однако, в начале двадцатого столетия ряд наблюдений относительно фотоэлектричества вызвал к действительно серьезной трудности для теории волны. Находилось, что свет мог причинить атомы tо, испускают электроны и что, когда свет выпускал электрон от атома, энергия, охвачен электроном очень очень превысила это, которое атом, согласно теории, электромагнитной волны, возможно, получил. Именно в этом пункте(точке) теория волны была не в состоянии предложить объяснение. Именно этот факт и другие, связанные с этим показали гипотезу волны, чтобы быть incomp1ete.
Возвращение, по крайней мере до некоторой степени, к теории частицы света, казалось, было необходимым. В 1905 Einstein предложил, что, чтобы соответственно описывать эти наблюдения, было необходимо предположить, что энергия легкого луча равномерно не распространена по целому лучу, но сконцентрирована в форме маленьких частиц, пропорциональных частоте света. Эти ограниченные концентрации энергии он назвал(вызвал) «фотоны» или «легкие кванты».
Для наблюдения, которое будет описано подробно необходимо предположить, что фотоны, соответствующие свету длины волны все имеют ту же самую энергию, таковые из синего света, имеющего почти дважды(вдвое) энергию красных. Фотоны размножены подобно частицам. Предполагается, что есть обычно очень большое количество их, энергия в любом фотон, являющийся очень маленьким. Таким образом в большинстве обычных экспериментов, энергия легкого луча равномерно распределена, также, как газ проявляет очень почти однородное давление на поверхность обычного судна, потому что каждая молекула является очень маленькой, и число(номер) молекул является очень большим. Когда движения ультрамикроскопической частицы замечены, что неисправности броуновских движений показывают прерывистую «структуру» газа. Подобным способом, атом представляет легкому лучу область настолько маленький, что это указывает присутствие «молекул света» или фотонов.
Таким образом, с одной стороны, выдержите все явления вмешательства, дифракции и поляризации, которые так хорошо описаны в соответствии с теорией волны. С другой стороны, современный эксперимент очень увеличил число(номер) и диапазон экспериментов, которые с готовностью описаны в терминах фотонов. Электромагнитная картина не имеет никакого места для фотонов, и теория частицы не имеет никакого места для волны. Все же, оба обязаны давать полное описание явлений.
Согласно существующему свету понятия(концепции) имеет двойной характер(знак) такой, что это может быть представлено одинаково хорошо волнами или частицами. Волна и свойства частицы света найдены современными учеными, чтобы быть двумя различными аспектами той же самой вещи. Эти два аспекта должны быть расценены как дополнительными, а не антагонистическими, каждый являющийся правильным когда имеющий дело с явлениями в его собственной области. В макроскопическом свете эффектов можно рассмотреть как непрерывная волна, и в микроскопических аспект фотона начинает становиться важным. Хотя, кажется, будет без сомнения относительно существенной правильности этой теории, мы все еще находим трудным понять, как эти две теории могут оба быть верны. Все же, мы вынуждены сделать так массой хорошего свидетельства(очевидности), которое может быть выдвинуто в поддержку каждого из них. Принятие этого понятия(концепции) требовало фундаментального изменения(замены) в наших идеях.
Источник
Понятие и определение света с точки зрения физики
06 Октября 2020
В XXI веке науке известно почти все об окружающих нас явлениях. По крайней мере, она может достаточно точно ответить на вопрос, что такое свет, какие у него свойства и каким законам он подчиняется.
Что такое свет с точки зрения физики
Первую научную теорию о природе света предложил в XVIII веке Христиан Гюйгенс, утверждавший, что световое излучение распространяется в пространстве волнами. Исаак Ньютон выдвинул свою концепцию о природе этого явления, согласно которой свет — это поток мельчайших частиц.
В середине XIX-го века наука сформировала новые представления о физической природе света. Прорывом стал закон электромагнитного поля Джеймса Максвелла, который смог гармонично соединить идеи Гюйгенса и Ньютона. Ученый доказал, что световое излучение одновременно является и частицей, и волной.
Эти же представления о явлении света актуальны и для современного научного сообщества. Единицей измерения светового потока принято считать фотон — квант электромагнитного излучения.
Световое излучение — это поперечная волна. Однако в падающем от источника пучке световых волн присутствуют колебания всех возможных направлений, в том числе, и продольных.
Природа явления, какие законы его описывают
За 200 лет активных изучений световых явлений, ученые накопили достаточно информации и сформулировали основные законы распространения светового потока в пространстве.
К ним относятся:
- Прямолинейное распространение светового луча в однородной среде.
- Отражение светового луча от непрозрачной поверхности.
- Преломление светового луча на границе двух разных сред.
Закон прямолинейного распространения утверждает, что видимый свет в однородной среде (воздух, вода) распространяется строго по прямой линии. Если на этой линии разместить предмет, то от него образуется тень.
В неоднородной же среде направление светового луча меняется. Одну часть фотонов поглощает среда, другая — меняет свой вектор движения.
Закон отражения одним из первых сформулирован учеными древности. Из этого закона следуют следующие свойства света:
- Падающий световой поток и отраженный луч находятся в одной плоскости.
- Угол падения светового луча всегда равен углу отражения.
Как действует закон преломления, каждый из нас мог наблюдать в жизни неоднократно. Мы видели как преломляется чайная ложка в прозрачном стакане воды, но не знали, что это объясняется изменением длины световых волн. Попадая в более плотную среду, скорость распространения светового потока уменьшается, и, наоборот, она увеличивается, переходя из воды в воздух. Другим примером, иллюстрирующим закон преломления света в атмосфере является радуга.
Общие определения
В физике существует специальный раздел, который занимается изучением света, его распространения в пространстве и взаимодействия с другим веществом. Этот раздел называется оптикой.
Другие важные определения, которые необходимо знать при изучении оптических явлений, это:
- Световой поток. Это величина, равная количеству энергии, излучаемой источником света за единицу времени.
- Сила света. Так называют плотность светового потока, распространяемого в данном направлении пространства.
- Яркость. Это характеристика, которая показывает отношение силы света, который излучает поверхность, к площади ее проекции на перпендикулярную оси наблюдения плоскость.
- Освещенность. Этим термином называют количество света, который падает на единицу поверхности.
Характеристики и основные свойства света
Основной характеристикой света является корпускулярно-волновой дуализм, то есть его двойственная природа, присущие ему свойства и волны, и частицы.
К основным волновым свойствам данного явления относятся:
- Интерференция — пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или более световых волн.
- Дифракция. Этим термином называется свойство световой волны огибать препятствия на своем пути.
- Поляризация — свойство световых лучей распространяться в определенном направлении (лазеры).
Квантовыми свойствами света считаются:
- Фотоэффект — выделение веществом электронов под воздействием электромагнитного излучения.
- Излучение черного тела. Абсолютно черным телом в физике называют тело, поглощающее все то излучение, которое на него падает.
- Эффект Комптона. Комптон исследовал упругое рассеяние коротковолнового рентгеновского излучения на свободных электронах вещества. Открытый им эффект увеличения длины волны рассеянного излучения получил название эффект Комптона.
Спектральный состав света
Еще Ньютон в своих экспериментах доказал, что обычный белый свет является набором многих цветов или волн, имеющих различную длину, которые при взаимодействии складываются в белый. Видимый свет находится в диапазоне от 380 до 780 нанометров.
Если излучение обладает волнами, короче 380 нм, то оно относится к ультрафиолетовому свету, если излучение имеет длину волн более 780 нм — оно называется инфракрасным.
За пределами ультрафиолетового и инфракрасного излучения находятся и другие, известные науке виды:
- гамма-лучи;
- рентгеновские волны;
- микроволновой диапазон и др.
Как свет воспринимается глазом
Свет воспринимается глазами человека в диапазоне 370-790 нм. Ультрафиолетовое излучение наше зрение зафиксировать не может, зато его воздействие испытывает на себе наша кожа, на которую оно оседает в виде загара. Инфракрасное же излучение ощущается человеком как тепло. Разработки последних лет подтвердили преимущество инфракрасных обогревателей перед другими видами.
Сетчатка глаз обладает уникальной способностью улавливать фотоны и передавать эту информацию в мозг для последующей обработки. Это подтвержденный факт, который свидетельствует о том, что человек является гармоничной частью природы.
Как видите, физика и ее отдельные аспекты кажутся простыми только на первый взгляд. Для того, чтобы разобраться в сути некоторых явлений, придется потратить не один час. Если физика — это не для вас и не про вас, обязательно обращайтесь за помощью к экспертам Феникс.Хелп.
Источник
Немного теории о теориях света
История возникновения
Свет – это форма электромагнитного излучения, которую способен воспринимать человеческий глаз. Естественным видимым источником принято считать Солнце, а искусственными – электрические источники, которые разделяются на тепловые (лампы накаливания в светильниках РКУ), люминесцентные и современные усовершенствованные светодиодные светильники. С древних времен люди пытались разгадать происхождение световых лучей. Древние ученые греки — Пифагор, Аристотель и Евклид подробно изучали это явление. В частности, Евклид открыл законы об отражении и распространении света. Много позже было придумано параболическое зеркало и микроскоп, что послужило развитию знаний о преломлении и скорости света.
Корпускулярная теория
К середине 17 века Снеллиус и Декарт окончательно доказали световую теорию преломления. Ньютон затем открыл в 1666 году разделение белого света на спектральные цвета, и стал параллельно изучать преломление лучей в линзах. Результатом данных исследований стал доклад в 1672 году о корпускулярной теории света.Что она собой представляет? По мнению ученого, это поток частиц (корпускул), наделенных постоянными свойствами и исходящих от светящихся тел во все стороны. Данная характеристика цветности присуща свету изначально. Плюсами открытия Ньютона стало объяснение таких свойств, как аберрация (изменение направления световых лучей при переходе из одной системы отчета в другую – годичная, суточная) и явление дисперсии (зависимость показателя преломления вещества от размера световой волны). Благодаря авторитету ученого, эта теория господствовала долгое время, хотя и не могла полноценно объяснить таких явлений, как интерференция (световые волны в виде чередования контрастных полос) и поляризация (оптическое излучение, демонстрирующее анизотропию волн).
Электромагнитная теория Гюйгенса
В противовес теории Ньютона о переносе вещества нидерландский ученый Х.Гюйгенс предложил идею о наполненности пространства особым веществом – эфиром, где каждая точка, до которой доходит световая волна, становится центром этих волн. Они заполняют все окружающее пространство и проникают внутрь всех тел. Она смогла объяснить принципы поляризации и дифракции, открытые позднее. Однако принцип прямолинейности света она не подкрепляла.
Взаимодействие двух теорий
До 19 века авторитет корпускулярной теории Ньютона был непререкаем, но и волновая имела своих сторонников. К середине девятнадцатого столетия теорию о волнах признали главенствующей на основании новых открытий. Например, Планк разработал идею светового квантового потока (вещество поглощает или излучает энергию определенными порциями, которые пропорциональны излучаемой или поглощаемой частоте). Эта информация подкрепила волновую теорию света, правда, с определенными корректировками. Впоследствии Максвелл вывел заключение, что природа света электромагнитна. Таким образом, свет в современном понимании — это поток электромагнитных волн состоящих из фотонов (квантов, корпускулов). В разных опытах он способен обнаруживать как волновые свойства, так и корпускулярные, поэтому учеными был выведен термин корпускулярно-волновой дуализм. Раздел физики, изучающий свет, называется оптикой, где рассматривается не только видимый человеческому глазу свет, но и другие спектры – ультрафиолетовый и инфракрасный. Такие участки спектра отличаются только длиной волны и ее частотой. Длина волны измеряется в единицах 1 нанометр (нм) и 1 микрометр (мкм).
В заключение
Когда-то древние сидели у костра и мечтали, чтобы он горел и светил без топлива. Сейчас это стало реальностью — создано множество ламп, светильников и прожекторов для различных сфер применения. Прогресс не стоит на месте, и инженерами разработана новейшая технология светодиодов, которая дает существенную экономию электроэнергии и более долгий срок службы. Каждый светодиодный светильник имеет свою степень защиты от попадания влаги и частиц пыли (на производстве). Например, светодиодный светильник серии Офис мощностью 28 Вт по яркости эквивалентен люминесцентному с коэффициентом мощности в 2 раза больше.
Источник