История. Современная теория света основана на работах многих учёных
Современная теория света основана на работах многих учёных. Квантовый характер излучения и поглощения энергии электромагнитного поля был постулирован М. Планком в 1900 году для объяснения свойств теплового излучения. Термин «фотон» введён химиком Гилбертом Льюисом в 1926 году. В 1905—1917 годах Альбертом Эйнштейном опубликован ряд работ, посвящённых противоречиям между результатами экспериментов и классической волновой теорией света, в частности фотоэффекту и способности вещества находиться в тепловом равновесии с электромагнитным излучением.
Предпринимались попытки объяснить квантовые свойства света полуклассическими моделями, в которых свет по-прежнему описывался уравнениями Максвелла без учёта квантования, а объектам, излучающим и поглощающим свет, приписывались квантовые свойства (см., например, теорию Бора). Несмотря на то, что полуклассические модели оказали влияние на развитие квантовой механики (о чём в частности свидетельствует то, что некоторые их положения и даже следствия явным образом входят в современные квантовые теории), эксперименты подтвердили правоту Эйнштейна о квантовой природе света (см., например, фотоэффект). Следует отметить, что квантование энергии электромагнитного излучения не является исключением. В квантовой теории значения многих физических величин являются дискретными (квантованными). Примерами таких величин являются: угловой момент, спин и энергия связанных систем.
Введение понятия фотона способствовало созданию новых теорий и физических приборов, а также стимулировало развитие экспериментальной и теоретической базы квантовой механики. Например, были изобретены мазер, лазер, открыто явление конденсации Бозе — Эйнштейна, сформулирована квантовая теория поля и вероятностная интерпретация квантовой механики. В современной Стандартной модели физики элементарных частиц существование фотонов является следствием того, что физические законы инвариантны относительно локальной калибровочной симметрии в любой точке пространства-времени (см. более подробное описание ниже в разделе Фотон как калибровочный бозон). Этой же симметрией определяются внутренние свойства фотона, такие как электрический заряд, масса и спин.
Среди приложений концепции фотонов есть такие, как фотохимия, видеотехника, компьютерная томография, микроскопия высокого разрешения и измерение межмолекулярных расстояний. Фотоны также используются в качестве элементов квантовых компьютеров и наукоёмких приборов для передачи данных (см. квантовая криптография).
Источник
Современная теория света Свет — это особая форма материи, где при
Скачать
презентацию
Современная теория света Свет — это особая форма материи, где при распространении света проявляются волновые свойства, а при поглощении и испускании света – квантовые. Двойственность природы света называется корпускулярно – волновым дуализмом. U ср Слайд 11 из презентации «Теория света» к урокам физики на тему «Свет»
Размеры: 960 х 720 пикселей, формат: jpg. Чтобы бесплатно скачать слайд для использования на уроке физики, щёлкните на изображении правой кнопкой мышки и нажмите «Сохранить изображение как. ». Скачать всю презентацию «Теория света.ppt» можно в zip-архиве размером 1110 КБ.
«Световое давление» — Под действием силы. Сегодня: понедельник, 11 июля 2011 г. (1). Так как каждый фотон обладает импульсом , Импульс, сообщаемый 1 м2 абсолютно поглощающей поверхности за 1 с, равен. Магнитные силы. И. , Действующие на ток. Точный расчет величины давления света по тенории Максвелла приводит к выражению:
«Свет и цвет» — Цвет отраженного света. Защитная маска. Полное пропускание света. Белое черное серое. Белый свет падает на. Цветное стекло. h — постоянная Планка v — частота излучения. Частичное поглощение и пропускание света. Цветное. Журкин Алексей Хайбулаев Султан. Е = hv. Полное поглощение света. Трехмерное кино.
«Источники света» — Естественные. Как получается затмение. Солнечные затмения. Распространение света. Солнечные и лунные затмения. Объясните образование тени. Тепловые источники излучают видимый свет при нагреве выше 800°C. Затмение солнечное – тень от Луны падает на Землю. Тепловые. Солнечные часы. Тела, от которых исходит свет, являются источниками света.
«Свойства света» — Зеркальное отражение. Дисперсия света- разложение света в спектр. Если … 1. Свет- поток частиц? Приступаем к исследованию свойств света. Сокровищница царства света неисчерпаема. Прямолинейное распространение света Диффузное и рассеянное отражение Преломление света. Угол падения равен углу отражения.
«Теория света» — Волновая природа света. Двойственность природы света называется корпускулярно – волновым дуализмом. Разработка урока по физике выполнена преподавателем ПУ № 108 Загер Надеждой Ивановной. Приборы: телескоп, фотоаппарат, микроскоп. Корпускулярная теория Свет – поток фотонов. Приведите примеры, в каких приборах, связанных с вашей профессией, используется свет.
«Природа света» — Стр. 1189. А. Коринфский. Дисперсия. Плоскость поляризации поляризатор поляризованный свет неполяризованный свет. О двух основных значениях слова СВЕТ. Когерентные волны разность хода условие максимума условие минимума. Законы отражения. И% бы1сть ве1черъ, и5 бы1сть e3тро, де1нь э5ди1нъ. Прямолинейное распространение.
Источник
Современные представления о природе света. Корпускулярно-волновой дуализм.
Раздел 1. Основы метода спектрального анализа
Тема 1.2. Природа и свойства электромагнитного излучения
1. Современные представления о природе света. Корпускулярно-волновой дуализм.
2. Происхождение спектров поглощения и спектров испускания веществ.
1. Кустанович И.М. Спектральный анализ. – М.: Высшая школа, 1972, — с.13-26.
2. ОрешенковаЕ.Г. Спектральный анализ. – М.: Высшая школа, 1982, — с.5-22.
Современные представления о природе света. Корпускулярно-волновой дуализм.
Первые представления древних учёных о том, что такое свет были наивны. Существовало несколько точек зрения. Одни считали, что из глаз выходят особые тонкие щупальца и зрительные впечатления возникают при ощупывании ими предметов. Эта точка зрения имела большое число последователей, среди которых были Эвклид, Птолемей и многие другие учёные и философы. Другие, наоборот, считали, что лучи испускаются светящимся телом, и, достигая человеческого глаза, несут на себе отпечаток светящегося тела. Такой точки зрения придерживались Лукреций, Демокрит.
В XVIIвеке одновременно возникли и начали развиваться две совершенно разные теории о том, что такое свет и какова его природа.
Одна ил этих теорий связанно с именем И. Ньютона, а другая с именами Х Гюйгенса и Р.Гука.Ньютон придерживался так называемой корпускулярной теории света, согласно которой свет – это поток частиц-корпускул, идущих от источника во все стороны (перенос вещества).Согласно же представлениям Гюйтенса и Гука, свет – это поток волн, распространяющихся в особой, гипотетической среде – эфире, заполняющем всё пространство и проникающим внутрь всех тел.
На основе корпускулярной теории было трудно объяснить, почему световые пучки, пересекаясь в пространстве никак не действуют друг на друга. Ведь световые частицы должны сталкиваться и рассеиваться.
Волновая же теория это легко объясняла, например, волны на поверхности воды свободно проходят друг свозь друга не оказывая взаимного влияния.
Прямолинейное распространение света, приводящее к образованию за предметами резких теней, трудно объяснить исходя из волновой теории. При корпускулярной же теории прямолинейное распространение света является просто следствием закона инерции. Такое неопредел1нное положение относительно природы света сохранялось до начала XIXвека, когда были открыты явления дифракции света (огибание светом препятствий) и интерференции света (усиление или ослабление освещённости при наложении световых пучков друг на друга). Эти явления относятся к волновому движению. Объяснить их с помощью корпускулярной теории нельзя.
Во второй половине XIXвека Максвелл показал, что свет есть частный случай электромагнитных волн. Работами Максвелла были заложены основы электромагнитной теории света.
После экспериментального обнаружения электромагнитных волн Герцем никаких сомнений в том, что при распространении свет ведёт себя как волна, не осталось.
Однако в начале XX века представление о природе начали изменяться. Выяснилось, что корпускулярная теория всё же имеет отношение к действительности. При излучении и поглощении свет ведёт себя подобно потоку частиц.
Были обнаружены прерывистые или квантовые свойства света. Явления интерференции и дифракции можно объяснить, считая свет волной, а явления излучения и поглощения – считая потоком частиц.
Тот факт, что свет в одни опытах обнаруживает волновые свойства, а в других корпускулярные, означает, что свет имеет сложную двойственную природу, которую принято характеризовать термином корпускулярно-волновой дуализм.
Современные представления о природе света.Электромагнитная, волновая природа света не вызывает сомнений и в настоящее время. Она строго доказана большим числом разнообразных опытов. Но представление о непрерывной волне не верно.
Оказывается, атомы и молекулы излучают электромагнитные волны отдельными группами. Каждая такая группа волн распространяется как одно целое и обладает рядом свойств, характерным для частиц. Её называют по аналогии с другими частицами микромира фотоном. При взаимодействии света с различными веществами фотон действительно ведёт себя, как частица. Так, например, ни разу не было обнаружено система волн описывает распространение на всего светового пучка, а одного фотона.
Группы волн, составляющих разные фотоны, между собой практически не взаимодействую, поэтому движение каждого фотона можно рассматривать независимо от остальных.
Особый интерес представляет распространение всего светового пучка, который состоит из громадного числа фотонов. Зная, все возможные направления движения одного фотона, можно легко определить, как будет распространяться весь световой пучок. Остаётся только решить очень важный вопрос об интенсивности света, т.е. о числе фотонов, распространяющихся в каждом направлении. Фотон можно обнаружить в любом месте, где имеются составляющие его волны. Чем больше амплитуда этих волн, тем вероятнее обнаружить фотон именно в данном месте. Когда имеется большое число одинаковых фотонов, их можно обнаружить в данных местах, но там, где больше амплитуда колебаний каждого фотона, там будет обнаружено наибольшее число фотонов.
Например, пусть в результате интерференции амплитуда электромагнитных колебаний, составляющих один фотон, в какой-то точке пространства в два раза больше, чем в другой. Если поставить в двух этих точках приёмники света, то каждый фотон будет поглощен и зарегистрирован только одним из приёмников (напомним, что фотон ведёт себя, как единое целое). Но когда имеется поток одинаковых фотонов, первый приёмник будет поглощать и регистрировать их в среднем в четыре раза больше, чем второй, т.к. вероятность поглощения фотона пропорциональна квадрату амплитуды.
Таким образом, при излучении света нужно одновременно пользоваться и волновым и корпускулярными представлениями. Распространение света следует рассматривать, пользуясь волновой теорией, так как каждый фотон является группой волн и его движение как целого полностью определяется распространением этих волн. При изучении испускания или поглощения части фотона. Всегда вся группа волн, составляющих фотон, поглощается целиком, отдавая всю свою энергию.
Энергия фотона Е является суммарной энергией электромагнитного поля всей группы волн; она зависит только от частоты колебаний:
где h – постоянная Планка, численное значение которой равно 6,62∙10 -34 Дж∙сек, если энергия фотона измеряется в джоулях, то частоту электромагнитных волн в Герцах.
Интенсивность Iсветового пучка (световой поток) определяется числом фотонов N и энергией каждого фотона:
т.е. энергией светового пучка в единицу времени.
Пользуясь современными представлениями, можно легко понять особенности фотоэффекта. При увеличении интенсивности светарастёт число фотонов, тогда как энергия каждого фотона остаётся прежней. Фотон поглощается полностью и его энергия передаётся одному электрону. Поэтому число свободных электронов растёт, а их кинетическая энергия остаётся постоянной.
При увеличении частоты света растёт энергия каждого фотонов поэтому увеличивается и скорость свободных электронов. Легко понять также появлении определённой граничной частоты фотоэффекта: когда для данного металла работа выхода одного электрона больше, чем энергия одного фотона, фотоэффект не наблюдается.
Распространение световой волны рассматривается в современной теории так же, ка это делалось раньше в волновой теории, с той разницей, что испускания света веществом, наоборот, главную роль играет энергия фотона и лучше пользоваться представлением о свете, как о потоке частиц.
Источник
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