Optik, ışığın doğasını, ışık olaylarının yasalarını ve ışığın madde ile etkileşim süreçlerini inceleyen bir fizik dalıdır.
Geçtiğimiz iki buçuk yüzyıl boyunca ışığın doğası fikri çok önemli bir değişime uğradı. İÇİNDE XVII sonu V. temelde iki tane oluştu çeşitli teorilerışığın doğası üzerine: Newton tarafından geliştirilen parçacık teorisi ve öküz yeni teori Huygens tarafından geliştirilmiştir. Parçacık teorisine göre ışık, bir ışık kaynağından yüksek hızda uçan maddi parçacıkların (parçacıkların) akışıdır. Dalga teorisine göre ışık, bir ışık kaynağından yayılan ve tüm Evreni sürekli olarak dolduran sabit bir elastik ortam olan "dünya eterinde" yüksek hızda yayılan bir dalgadır. Her iki teori de, ışığın yansıma ve kırılma yasaları gibi belirli ışık olaylarının doğasında bulunan yasaları tatmin edici bir şekilde açıkladı. Ancak ışığın girişimi, kırınımı ve polarizasyonu gibi olaylar bu teorilerin çerçevesine uymuyordu.
İle XVIII'in sonu V. fizikçilerin ezici çoğunluğu Newton'un parçacık teorisini tercih etti. İÇİNDE XIX'in başı V. Young (1801) ve Fresnel'in (1815) araştırmaları sayesinde dalga teorisi önemli ölçüde geliştirildi ve iyileştirildi. Bu, “Salınımlar ve Dalgalar” bölümünde zaten aşina olduğumuz Huygens-Fresnel ilkesine dayanmaktadır (bkz. § 34). Huygens-Young-Fresnel dalga teorisi o dönemde bilinen hemen hemen her şeyi başarıyla açıkladı ışık fenomeni Işığın girişimi, kırınımı ve polarizasyonu dahil ve bu nedenle bu teori evrensel olarak tanındı ve Newton'un parçacık teorisi reddedildi.
Zayıf nokta Dalga teorisi varsayımsal bir “dünya eteri”ydi ve varlığı çok açık bir şekilde varlığını sürdürüyordu.
şüpheli. Ancak geçen yüzyılın 60'lı yıllarında Maxwell tek bir teoriyi geliştirdiğinde elektromanyetik alan(bkz. § 105), ışık dalgalarının özel bir taşıyıcısı olarak “dünya eterine” olan ihtiyaç ortadan kalktı: ışığın elektromanyetik dalgalar olduğu ve dolayısıyla onların taşıyıcısının elektromanyetik alan olduğu ortaya çıktı. Görünür ışık, atomları ve molekülleri oluşturan yüklerin titreşimleri tarafından oluşturulan, 0,77 ila 0,38 mikron uzunluğundaki elektromanyetik dalgalara karşılık gelir (bkz. sayfa 392'deki tablo). Böylece ışığın doğasına ilişkin dalga teorisi, ışığın elektromanyetik teorisine dönüştü.
Adaletin en önemli deneysel kanıtlarından biri elektromanyetik teori Işık, Fizeau (1849), Foucault (1850) ve Michelson'un (1881) deneylerinden ilham aldı: deneysel değer Işığın yayılma hızı, yayılma hızının teorik değeriyle çakıştı elektromanyetik dalgalar Maxwell'in elektromanyetik teorisinden türetilmiştir. Elektromanyetik teorinin bir diğer eşit derecede önemli doğrulaması Ya.Ya.Ya. katılar(bkz. § 137), Maxwell teorisine göre hesaplanan elektromanyetik dalgaların basıncına eşit olduğu ortaya çıktı (bkz. § 105).
Işığın dalga (elektromanyetik) doğası fikri, o zamana kadar sarsılmaz kaldı. XIX sonu V. Ancak bu zamana kadar bu fikirle tutarlı olmayan ve hatta onunla çelişen oldukça kapsamlı materyal birikmişti. Lüminesans spektrumu verilerinin incelenmesi kimyasal elementler spektrumdaki enerjinin dağılımı hakkında termal radyasyon siyah cisim hakkında, fotoelektrik etki ve diğer bazı fenomenler, elektromanyetik enerjinin emisyonunun, yayılmasının ve emilmesinin doğada ayrık (aralıklı) olduğunu, yani ışığın sürekli olarak yayılmadığını, yayıldığını ve emilmediğini (şu şekilde takip edildiği gibi) varsayma ihtiyacını doğurdu: dalga teorisi) , ancak kısımlar halinde (kuantum). Bu varsayıma dayanarak Alman fizikçi 1900'de Planck, elektromanyetik süreçlerin kuantum teorisini yarattı ve 1905'te Einstein, ışığın ışık parçacıklarının (fotonların) akışı olduğu kuantum ışık teorisini geliştirdi. Böylece bu yüzyılın başında ışığın doğasına ilişkin yeni bir teori ortaya çıktı. kuantum teorisi, yeniden canlanıyor belli bir anlamda parçacık teorisi Newton. Bununla birlikte, fotonlar sıradan maddi parçacıklardan önemli ölçüde (niteliksel olarak) farklıdır: tüm fotonlar belirli bir hızda hareket eder. eşit hızışık sonlu bir kütleye sahip olmasına rağmen (fotonun "geri kalan kütlesi" sıfırdır).
Önemli rol V daha fazla gelişmeışığın kuantum teorisi oynandı teorik araştırma Bohr (1913), Schrödinger (1925), Dirac tarafından gerçekleştirilen atom ve moleküler spektrumlar
(1930), Feynman (1949), V. A. Fock (1957), vb. Modern görüşlere göre ışık, hem dalga hem de parçacık özelliklerine sahip karmaşık bir elektromanyetik süreçtir. Bazı olgularda (girişim, kırınım, ışığın polarizasyonu) ışığın dalga özellikleri ortaya çıkar; bu olaylar dalga teorisi ile açıklanmaktadır. Diğer olaylarda (fotoelektrik etki, lüminesans, atomik ve moleküler spektrumlar) parçacık özellikleri Sveta; bu tür olaylar kuantum teorisiyle açıklanmaktadır. Böylece, dalga (elektromanyetik) ve parçacık (kuantum) teorileri birbirini reddetmez, aksine tamamlar, böylece ışığın özelliklerinin ikili doğasını yansıtır. İşte tanışıyoruz açık bir örnek Zıtların diyalektik birliği: ışık hem dalga hem de parçacıktır. Bu tür ikiliğin yalnızca ışıkta değil, aynı zamanda maddelerin mikropartiküllerinde de mevcut olduğunu vurgulamak yerinde olacaktır; örneğin, daha önce belirtildiği gibi (bkz. § 20), genellikle bir parçacık olarak kabul edilen bir elektron, bazı olgularda kendisini bir parçacık olarak ortaya koyar. dalga (bkz. § 126).
Modern fizik, ışığın ikili parçacık-dalga doğasını yansıtan, ışığın doğası hakkında birleşik bir teori yaratmaya çalışmaktadır; böyle bir gelişme birleşik teori henüz tamamlanmadı.
İÇİNDE bu kurs Işığın dalga özellikleri Bölüm 2'de tartışılmaktadır. XVIII ve ışığın parçacık (kuantum) özellikleri - Bölüm. XIX (atomun yapısı sorunuyla bağlantılı olarak). Işığın dalga özelliklerini açıklarken Huygens-Fresnel prensibini kullanacağız ve genel kavramlar ve özellikleri dalga süreci Kursun ilk bölümünün 31-34. Maddelerinde tanıtılmıştır (örneğin bir ışık dalgasının önü, tutarlı kaynaklarışık, ışık huzmesi, ışığın frekansı, ışığın dalga boyu vb.). Bu nedenle optik okumaya başladığınızda bu paragrafları tekrar okumalısınız.
Genel bilgi Işığın doğası ve özellikleri hakkında.
TANIM: Optik - Işığın doğası, ışık olaylarının yasaları ve ışığın madde ile etkileşimi süreçlerinin incelendiği bir fizik dalı.
Optik genellikle doktrin olarak da adlandırılır fiziksel olaylar Kısa elektromanyetik dalgaların yayılmasıyla ilişkilidir. Optik spektrum aralığı(kızılötesi, görünür ve ultraviyole ışınları) ~10 -4 m ila ~10 -8 m arasındaki dalga boyu bölgesini kapsar.
Aralıkların sınırlarının çok keyfi olduğu unutulmamalıdır.
Optiğe yakın aralıklardaki dalga boylarını ölçmek için: IR; UV, X-ışını – aşağıdaki ölçüm birimleri kullanılır:
1um=10-6m;
Görünür ışık: lk =7800A=780nm;
lf =4000A=400nm.
2,5 yüzyıl boyunca ışığın doğasına ilişkin fikirler çok önemli değişikliklere uğradı. 17. yüzyılın sonunda. Işığın doğası hakkında temelde farklı iki teori ortaya çıktı:
Newton[a] (1672) tarafından geliştirilen parçacık teorisi
Huygens[b] ve Hooke[c] tarafından geliştirilen dalga teorisi.
Parçacık teorisine göre Işık, bir kaynaktan yüksek hızda uçan maddi parçacıkların (parçacıkların) akışıdır.
Dalga teorisine göre Işık, bir ışık kaynağından yayılan ve tüm Evreni sürekli olarak dolduran sabit bir elastik ortam olan sözde "dünya eteri" içinde yüksek hızda yayılan bir dalgadır.
18. yüzyılın sonuna kadar. fizikçilerin büyük çoğunluğu Newton'un parçacık teorisini tercih etti ( temel- homojen bir ortamda ışık yayılımının düzlüğü ve ışık ışın yayılımından bağımsızlığı).
19. yüzyılın başında. Young[d] (1801) ve Fresnel[e] (1815)'in araştırmaları sayesinde dalga teorisi önemli ölçüde geliştirildi ve iyileştirildi. Huygens-Fresnel ilkesine dayanmaktadır.
Huygens'e göre: Ortamda dalganın ulaştığı her nokta ikincil dalgaların kaynağı haline gelir. (Bu yorumda ikincil dalgaların genliğinden veya dalga cephesi boyunca yoğunluk dağılımından bahsetmek mümkün değildi). Huygens'in ilkesi, orijinal formülasyonunda, dalga optiğinin temeli olarak hizmet edemezdi.
Fresnel'in eklenmesi: İkincil dalgaların girişimine ilişkin hüküm.
Huygens-Young-Fresnel dalga teorisi, ışığın girişimi, kırınımı ve polarizasyonu da dahil olmak üzere o dönemde bilinen neredeyse tüm ışık olaylarını başarıyla açıkladı ve bu nedenle evrensel olarak tanındı ve Newton'un parçacık teorisi reddedildi.
Dalga teorisinin zayıf noktası varsayımsal “dünya eteri” idi. Ancak 19. yüzyılın 60'lı yıllarında Maxwell[f] birleşik elektromanyetik alan teorisini geliştirdiğinde, ışık dalgalarının özel bir taşıyıcısı olarak bir "dünya eterine" olan ihtiyaç ortadan kalktı. Işığın, taşıyıcısı elektromanyetik alan olan elektromanyetik dalgalar olduğu ortaya çıktı. Görünür ışık, atomları ve molekülleri oluşturan yüklerin titreşimleriyle oluşturulan l=0,77 µm'den l=0,38 µm'ye kadar elektromanyetik dalgalara karşılık gelir. Böylece ışığın doğasına ilişkin dalga teorisi, ışığın elektromanyetik teorisine dönüştü.
Işığın elektromanyetik teorisinin deneysel kanıtı:
1) Fizeau[g] (1849), Foucault[h] (1850), Michelson[i] (1881) Þ tarafından yapılan deneyler sonucunda ışık hızının deneysel değeri ışık hızının teorik değeriyle çakıştı. Maxwell elektromanyetik teorisinden elde edilen elektromanyetik dalgaların yayılımı.
2) P.N.'nin deneyleri. Lebedev [j] (1899) ışık basıncını ölçmeye ilişkin.
Işığın dalga (elektromanyetik) doğası fikri 19. yüzyılın sonuna kadar sarsılmaz kaldı. Bu zamana kadar bu fikirlerle tutarlı olmayan ve hatta onlarla çelişen oldukça kapsamlı materyal birikmişti. Veriler şöyleydi:
1) kimyasal elementlerin lüminesans spektrumları hakkında;
2) siyah bir cismin termal radyasyon spektrumundaki enerjinin dağılımı hakkında;
3) fotoelektrik etki vb. hakkında.
Çelişkiyi ortadan kaldırmak için elektromanyetik enerjinin radyasyonunun, yayılmasının ve soğurulmasının ayrık karakter, yani ışığın sürekli olarak değil (dalga teorisinin takip ettiği gibi), ancak kısımlar halinde yayıldığı, dağıtıldığı ve emildiği ( kuantum).
Bu varsayıma dayanarak Alman fizikçi M. Planck[k] 1900 yılında. Elektromanyetik süreçlerin kuantum teorisini yarattı ve Albert Einstein [ben] 1905'te gelişmiş ışığın kuantum teorisi Buna göre ışık, ışık parçacıklarının bir akışıdır – fotonlar. Böylece 20. yüzyılın başında ışığın doğası hakkında yeni bir teori ortaya çıktı. kuantum teorisi, bir anlamda Newton'un parçacık teorisini yeniden canlandırıyor. Bununla birlikte, fotonlar sıradan maddi parçacıklardan önemli ölçüde (niteliksel olarak) farklıdır: tüm fotonlar, sonlu bir kütleye sahipken (bir fotonun "geri kalan kütlesi" sıfırdır) ışık hızına eşit bir hızda hareket eder.
Işığın kuantum teorisinin daha da geliştirilmesinde önemli bir rol, Bohr[m] (1913), Schrödinger[n] (1925), Dirac[o] (1930), Feynman tarafından gerçekleştirilen atomik ve moleküler spektrumların teorik çalışmaları tarafından oynandı. [p] (1949), V.A. Fock[q] (1957).
Modern görüşlere göre, Işık, hem dalga hem de parçacık özelliklerine sahip karmaşık bir elektromanyetik süreçtir.
Bazı olgularda (girişim, kırınım, ışığın polarizasyonu) ışığın dalga özellikleri ortaya çıkar; bu olaylar dalga teorisi ile açıklanmaktadır. Diğer olaylarda (fotoelektrik etki, lüminesans, atomik ve moleküler spektrumlar) ışığın parçacık özellikleri ortaya çıkar; bu tür olaylar kuantum teorisiyle açıklanmaktadır. Böylece, dalga (elektromanyetik) ve parçacık (kuantum) teorileri birbirini reddetmez, aksine tamamlar, dolayısıyla birbirini yansıtır. Işığın özelliklerinin ikili doğası. Burada karşıtların diyalektik birliğinin açık bir örneğiyle karşılaşıyoruz: Işık bir dalga ve bir parçacıktır.
Böyle olduğunu vurgulamak yerinde olacaktır. dualizm sadece ışığın değil, aynı zamanda maddelerin mikropartiküllerinin de, örneğin genellikle parçacık olarak kabul ettiğimiz elektronun doğasında vardır, ancak bazı olaylarda kendisini bir dalga olarak gösterir.
İlk bakışta ışığın doğasına ilişkin iki bakış açısı var gibi görünüyor: dalga (elektromanyetik) ve kuantum (parçacık) birbirini dışlıyor. Dalgaların ve parçacıkların bazı özellikleri aslında birbirine zıttır. Örneğin hareketli parçacıklar (fotonlar) uzayda belirli noktalarda bulunur ve yayılan bir dalganın uzayda “yayılmış” olduğu düşünülmeli ve dalganın belirli bir noktadaki konumundan söz edilemez.
Bir yandan ışığa dalga özelliklerini, diğer yandan kuantum ve parçacık özelliklerini atfetme ihtiyacı, ışığın doğası hakkındaki fikirlerimizin eksik olduğu izlenimini yaratıyor. Hatta ışığın doğasının ikiliğinin yapay olduğu fikri bile ortaya çıkıyor. Bununla birlikte, optiğin gelişimi, bütün optik fenomen bir ışık dalgasının elektromanyetik alanının süreklilik özelliklerinin karakteristik olduğunu gösterdi karşı çıkılmamalı fotonların ayrıklık (süreksizlik) karakteristiğinin özellikleri.
Daha önce de söylediğimiz gibi ışığın ikili bir doğası vardır. Ve özellikle bu doğa, daha sonra göstereceğimiz gibi, örneğin fotonların temel özelliklerini belirleyen formüllerde ifadesini bulur: enerji; dürtü; yığın. Onlar. Fotonların parçacık özellikleri, ışığın dalga karakteristiğiyle, yani frekansıyla ilgilidir: ; [n]=c -1 ;
Işığın ikili, çelişkili özelliklerinin tezahüründe önemli model. Uzun dalga radyasyonu (örneğin IR radyasyonu) küçük ölçüde kuantum özellikleri sergiler ve asıl rolü dalga özellikleri oynar. Büyük grup optik olaylar dalga kavramlarına dayanarak, yani dalga optiğinde açıklanır.
Bununla birlikte, elektromanyetik dalgaların ölçeği boyunca daha kısa dalga boylarına doğru ilerlerseniz, ışığın dalga özellikleri giderek daha az görünecek ve yerini daha net bir şekilde ortaya çıkan kuantum özelliklerine bırakacaktır. (Bu, örneğin fotoelektrik etkinin kırmızı sınırı kanunundan görülebilir). Özellikle kısa dalganın dalga doğası x-ışını radyasyonu yalnızca şu şekilde kullanıldığında keşfedildi: kırınım ızgarası kristal yapısı katılar
Işığın dalga ve kuantum özellikleri birbiriyle bağlantılıdır. Bu bağlantıyı opak bir ekrandaki bir yarıktan geçen ışık örneğini kullanarak ele alalım (Şekil 1). Düzlem paralel bir monokromatik ışık ışınının Y ekseni boyunca AB yarığından geçmesine izin verin.
Işığın ikili doğası açısından bakıldığında bu, bir parçacık akışının (fotonlar ve elektromanyetik dalga) yarıktan aynı anda geçtiği anlamına gelir.
Bir LED ekranda bir kırınım modelinin göründüğü bilinmektedir. Ekranın her noktasındaki E aydınlatması, bu noktadaki ışık yoğunluğuyla orantılı olacaktır (bkz. Şekil 1, burada ışık yoğunluğunun ekran boyunca dağılımı sağda gösterilmektedir). Ayrıca ışığın yoğunluğunun, ışık dalgasının A genliğinin karesiyle orantılı olduğu da bilinmektedir. Ş.
İLE kuantum noktası Görme açısından, ekranda bir kırınım modelinin oluşması, ışık yarıktan geçtiğinde fotonların uzayda ve dolayısıyla uzayda yeniden dağıtılması anlamına gelir. farklı noktalar ekran sayısı farklı numara fotonlar. Ekranın her noktasındaki E aydınlatması, birim zamanda düşen fotonların toplam enerjisiyle orantılıdır. bu nokta. Ve bu enerji n 0 ile orantılıdır; burada n 0, bu enerjiyi sağlayan fotonların sayısıdır. Ş.
Çok zayıf bir ışık akısının bir yarığa düştüğünü ve limit dahilinde çok zayıf ışık akısından oluştuğunun kabul edilebildiği bir durumu hayal edelim. büyük sayı dönüşümlü uçan fotonlar. Her foton ekranda çarptığı noktada kendini göstermek zorundadır. Ancak deneyler, yoğunlukta bir azalma olsa bile, ışık akısı kırınım deseni değişmez.
Gerçek bir deneyde dönüşümlü uçan fotonlardan oluşan bir ışık akısının yaratılması imkansızdır. Deneyle karşılaştırmadan bahsedebilmek için deneyin ekranda bir noktaya çarpan bir fotonun gerçekleştiğini hayal etmek gerekir. birçok kez tekrarlandı. Bu tür deneylerin her birinde, bir foton kesin olasılıkşu ya da bu noktaya çarpabilir. Gözlemler yapılırsa uzun zaman eğer aynı anda çok sayıda fotondan oluşan bir ışık akısı geçseydi sonuç aynı olurdu.
Şimdi aydınlatmaya ilişkin iki ifadeyi karşılaştıralım. Onlardan şu sonuç çıkıyor: . Onlar. Uzayın herhangi bir noktasındaki ışık dalgasının genliğinin karesi, o noktaya çarpan foton sayısıyla orantılıdır.
Veya başka bir deyişle: uzayda belirli bir noktada bir ışık dalgasının genliğinin karesi, fotonların belirli bir noktaya çarpma olasılığının bir ölçüsüdür.
Böylece ışığın dalga ve kuantum özellikleri birbirini dışlamaz, aksine tamamlar. Işığın yayılmasının ve maddeyle etkileşiminin gerçek yasalarını ifade ederler. Söylenenlerin hepsinden, dalga özelliklerinin yalnızca çok sayıda eşzamanlı uçan fotonun toplanmasına özgü olmadığı sonucu çıkıyor.. Her bir fotonun dalga özellikleri vardır Dalga özellikleri fotonlar, onlar için doğru bir şekilde belirtmenin imkansız olduğu gerçeğiyle kendini gösterir tam olarak hangisi yarıktan geçtikten sonra elek noktasına ulaşacaktır (Şekil 1). Sadece hakkında konuşabiliriz olasılıklar isabetler her foton
Ekranın bir noktasında veya başka bir yerinde. Dalga ve dalga arasındaki ilişkinin bu yorumu kuantum özellikleri Işık Einstein tarafından önerildi. Oynandı olağanüstü rol geliştirme aşamasında modern fizik her ne kadar gelişme Bekar
Işığın ikili parçacık dalga doğasını yansıtan, ışığın doğası hakkındaki teoriler henüz tamamlanmadı.
Şimdi dalga optiği açısından tam olarak açıklanabilecek bir grup optik olayı ele almaya başlayacağız.
İnanılmaz gerçekler Işık inanılmaz fenomen , o heteroseksüel ve mecazi olarak
hayatımızı birçok yönden aydınlatır. BM 2015'i açıkladı Uluslararası Yıl Sveta
, "Dünya sakinlerine ışık ve optik teknolojilerin yaşamda, gelecek için ve toplumun gelişimi için önemini" göstermek. İşte birkaçı ilginç gerçekler
bilmediğiniz ışık hakkında.
1. Güneş ışığı Güneş aslında beyazdır
2. Uzaydan bakıldığında ışığı atmosferimiz tarafından dağılmadığı için. Atmosfer çok yoğun olduğu için Venüs'ten Güneş'i hiç görmeyeceksiniz.İnsanlar biyolüminesanslıdır
Metabolik reaksiyonlar sayesinde ışığımız çıplak gözle görülenden 1000 kat daha zayıftır. 3. Güneş ışığı derinlere nüfuz edebiliryaklaşık olarak okyanus
80 metre. 2000 metre daha derine inerseniz, kurbanlarını parlak etleriyle cezbeden biyolüminesanslı bir maymunbalığı bulabilirsiniz. 4. Bitkiler yeşildir çünkü yansıtmak ve fotosentez için diğer renkleri emer. Bir bitkiyi yeşil ışık altına koyarsanız büyük olasılıkla ölecektir.
5. Kuzey ve Güney şafak "rüzgar" geldiğinde ortaya çıkar güneş patlamaları parçacıklarla etkileşime girer dünyanın atmosferi. Eskimo efsanelerine göre aurora, mors başlı futbol oynayan ölülerin ruhlarıdır.
6. Güneş 1 saniyede yeterli miktarda enerji yayar. bir milyon yıl boyunca tüm dünyaya bunu sağlamak.
7. Dünyanın en uzun yanan lambası yüz yıllık bir lambadır Kaliforniya İtfaiye Departmanında. 1901'den bu yana sürekli yanıyor.
8. Hafif hapşırma refleksi varlığında kontrol edilemeyen hapşırma ataklarına neden olan parlak ışık, insanların yüzde 18-35'inde görülür, ancak kimse bunun nedenini açıklayamaz. Bununla baş etmenin bir yolu güneş gözlüğü takmaktır.
9. Ne zaman çift gökkuşağı Işık her su damlasının içinde iki kez yansıtılır ve dış gökkuşağındaki renkler ters sıradadır.
10. Bazı hayvanlar bizim göremediğimiz ışığı görürler. Arılar ultraviyole ışığı görüyorçıngıraklı yılanlar ise kızılötesi ışığı görür.
11. Niagara Şelalesi ilk kez 1879'da 32.000 muma eşdeğer aydınlatmayla elektrikle aydınlatıldı. Bugün Niagara Şelalesi'nin aydınlatması 250 milyon mumun aydınlatmasına eşdeğerdir.
12. Işık geçtiğinde farklı maddeler yavaşlar ve kırılır. Böylece mercek ışınları bir noktada odaklar ve kağıdı ateşe verebilir.
Işık kanunları
13. Işık vardır dürtü. Bilim adamları, uzun mesafeli uzay yolculuğu için bu enerjiyi kullanmanın yollarını geliştiriyorlar.
14. Kurbağa gözleri ışığa çok duyarlıdır Singapur'daki araştırmacılar bunları inanılmaz derecede hassas foton dedektörleri geliştirmek için kullanıyor.
15. Görünür ışık sadece bir kısımdır elektromanyetik spektrum gözlerimizin gördüğü. LED lambaların bu kadar ekonomik olmasının nedeni budur. Akkor lambaların aksine, LED lambalar yalnızca görünür ışık yayar.
16. ateşböcekleri içinden soğuk bir parıltı yayar kimyasal reaksiyon%100 verimlilikle. Bilim insanları, enerji açısından daha verimli LED'ler yaratmak için ateşböceklerini taklit etmeye çalışıyor.
17. Gözlerimizin ışığı nasıl algıladığını incelemek, Isaac Newton göz yuvasına iğne soktu. Işığın dışarıdan mı, yoksa içeriden gelen bir şeyin sonucu mu olduğunu anlamaya çalıştı. (Cevap: Gözlerdeki çubuklar belirli frekanslara tepki verdiği için her iki varsayım da doğrudur).
18. Keşke Güneş aniden sona erdi 8 dakika 17 saniye daha olsaydı Dünya'daki hiç kimse bunu fark edemezdi. Bu, gereken süredir güneş ışığı Dünya'ya ulaşmak için. Ama endişelenmeyin, Güneş'in 5 milyar yıllık yakıtı daha kaldı.
Işığın doğasına ilişkin ilk bilimsel hipotezler 17. yüzyılda dile getirildi. Bu zamana kadar ışığın iki dikkate değer özelliği keşfedilmişti: homojen bir ortamda yayılmanın düzlüğü ve ışık ışınlarının yayılmasının bağımsızlığı. bir ışık ışınının diğer bir ışık ışınının yayılması üzerinde etkisinin olmaması.
I. Newton 1672'de ışığın tanecikli doğasını öne sürdü. Işığın dalga teorisini geliştiren Newton'un çağdaşları R. Hooke ve H. Huygens, ışığın parçacık teorisine karşı çıktılar.
Işık hızı. Işığın doğasına ilişkin çalışmalarda ilk büyük ilerleme ışık hızının ölçülmesiydi.
Işık hızını ölçmenin en basit yolu, ışık sinyalinin bilinen bir mesafeyi kat etmesi için geçen süreyi ölçmektir.
Ancak bu tür deneyleri gerçekleştirme girişimleri başarısızlıkla sonuçlandı; aynadan birkaç kilometre uzakta bile ışıkta herhangi bir gecikme tespit edilemedi.
İlk kez ışığın hızı astronomik yöntem kullanılarak deneysel olarak belirlendi. Danimarkalı bilim adamı Olaf Roemer (1644-1710), 1676'da. Dünya ile Jüpiter gezegeni arasındaki mesafe, Güneş etrafındaki dönüşleri nedeniyle değiştiğinde, Jüpiter'in uydusu Io'nun gölgesinin ortaya çıkma sıklığının değiştiğini keşfetti. Dünya'nın Jüpiter'e göre Güneş'in diğer tarafında olması durumunda, Io uydusu Jüpiter'in arkasından hesaplamalara göre olması gerekenden 22 dakika daha geç çıkıyor. Ancak uydular gezegenlerin yörüngesinde eşit bir şekilde dönüyor ve bu nedenle bu gecikme açıkça görülüyor. Roemer, Dünya ile Jüpiter arasındaki mesafe arttıkça Jüpiter'in uydusunun ortaya çıkmasının gecikmesinin nedeninin ışığın sonlu hızı olduğunu tahmin etti. Böylece ışığın hızını tespit edebildi.
light'un tanımı
Işık gözle görülmeyen elektromanyetik radyasyondur. Işık bir yüzeye çarptığında görünür hale gelir. Renkler farklı uzunluklardaki dalgalardan oluşur. Tüm renkler bir araya gelerek beyaz ışığı oluşturur. Kırıldığında ışık huzmesi Bir prizma veya su damlasında gökkuşağı gibi tüm renk spektrumu görünür hale gelir. Göz, ötesinde ultraviyole (UV) ve kızılötesi (IR) ışığın bulunduğu, 380 - 780 nm arasındaki görünür ışık aralığını algılar.
Işık teorisinin ortaya çıkışı
17. yüzyılda iki ışık teorisi ortaya çıktı: dalga ve parçacık. Parçacık teorisi Newton tarafından ve dalga teorisi Huygens tarafından önerildi. Huygens'in fikirlerine göre ışık, tüm uzayı dolduran özel bir ortamda, eterde yayılan bir dalgadır. İki teori uzun süre paralel olarak varlığını sürdürdü. Teorilerden birine göre bir olguyu açıklamak imkansızsa, diğerine göre bu olgu açıklanabilir. Bu iki teorinin bu kadar uzun süre birbirine paralel olarak var olmasının nedeni budur.
Örneğin; ışığın doğrusal yayılımının keskin gölgelerin oluşmasına yol açması dalga teorisiyle açıklanamaz. Ancak 19. yüzyılın başında kırınım ve girişim gibi olayların keşfedilmesi, dalga teorisinin sonunda parçacık teorisini mağlup ettiği fikrini doğurdu. 19. yüzyılın ikinci yarısında Maxwell şunu gösterdi: özel durum elektromanyetik dalgalar. Bu çalışmalar ışığın elektromanyetik teorisinin temelini oluşturdu.
Ancak 20. yüzyılın başında ışığın yayılıp emildiğinde parçacık akışı gibi davrandığı keşfedildi.
Parçacık teorisi
Yayıcı (parçacık): ışık, parlak bir cisim tarafından yayılan küçük parçacıklardan (parçacıklardan) oluşur. Bu görüş, geometrik optiğin dayandığı ışık yayılımının düzlüğü tarafından destekleniyordu, ancak kırınım ve girişim bu teoriye pek uymuyordu. Dalga teorisinin geldiği yer burasıdır.
Dalga teorisi
Newton genellikle ışığın parçacık teorisinin savunucusu olarak kabul edilir; aslında her zamanki gibi "hipotezler icat etmedi" ve ışığın eterdeki dalgalarla da ilişkilendirilebileceğini hemen kabul etti. 1675'te Kraliyet Cemiyeti'ne sunduğu bir incelemede, ışığın yalnızca eterin titreşimleri olamayacağını, çünkü o zamandan beri örneğin ses gibi kavisli bir borunun içinden geçebileceğini yazıyor. Ancak öte yandan, ışığın yayılmasının eterde titreşimleri harekete geçirdiğini, bunun da kırınım ve diğer dalga etkilerine yol açtığını öne sürüyor. Esasen, her iki yaklaşımın avantaj ve dezavantajlarının açıkça farkında olan Newton, uzlaşmacı bir ışık parçacık-dalga teorisi ortaya koyuyor. Newton, çalışmalarında ışığın fiziksel taşıyıcısı sorununu bir kenara bırakarak ışık olaylarının matematiksel modelini ayrıntılı olarak tanımladı: “Işığın ve renklerin kırılması hakkındaki öğretim, kökeni hakkında herhangi bir hipotez olmaksızın yalnızca ışığın belirli özelliklerini belirlemekten ibarettir. .” Dalga optiği ortaya çıktığında Newton'un modellerini reddetmedi, onları özümsedi ve yeni bir temelde genişletti.
Newton, hipotezlerden hoşlanmamasına rağmen, Optik'in sonuna çözülmemiş sorunların ve bunlara olası yanıtların bir listesini ekledi. Ancak bu yıllarda bunu zaten karşılayabiliyordu - Newton'un Principia'dan sonraki otoritesi tartışılmaz hale geldi ve çok az kişi onu itirazlarla rahatsız etmeye cesaret etti. Bir dizi hipotezin kehanet olduğu ortaya çıktı. Özellikle Newton şunu öngördü:
ışığın yerçekimi alanında sapması;
ışığın polarizasyonu olgusu;
ışık ve maddenin birbirine dönüşümü.
Plan: Işıkla ilgili ilk bilgiler antik dönem.
Geometrik optiğin temellerinin oluşturulması (Öklid,
Arşimet, Ptolemy, Lucretius Carus).
Orta Çağ'da ışık doktrininin gelişimi
(Roger Bacon) ve Rönesans'ta (Leonardo
da Vinci, Porta).
17. yüzyılda ışık öğretisinin gelişimi (Kepler, Hooke,
Huygens, Galileo, Fermi). Yaratılış başladı
dalga optiği ve ilk optik aletler
(Lippershey, Galileo, Leeuwenhoek).
19. yüzyılda optiğin gelişimi. Yaratılış
teorik ve deneysel temeller
dalga optiği (Jung, Fresnel, Stefan,
Boltzmann, Wien, Maxwell, Michelson).
1. Antik dönemde ışıkla ilgili ilk bilgiler. Geometrik optiğin temellerinin oluşturulması (Öklid, Arşimet, Ptolemy, Lucretius Carus).
Zaten MÖ 3. yüzyılda. e. geliştirdi geometrik optik, temel bilgilerÜnlü Öklid'in (MÖ 300) eserlerinde ortaya konulanlar.
BC), öncüllerin ampirik verilerini özetliyor
(“optik” ve “katoptrik” çalışır). Platon'un ardından Öklid
Optik ışınlar teorisini paylaşır. Bu ışınlar düz çizgilerdir.
Bir nesnenin görünürlüğü, gözden olduğu gibi, uzaktan da görülebilmesinden kaynaklanmaktadır.
köşelerde, oluşumu olan ışınların bir çizgisi vardır.
nesnenin sınırına teğet olarak yönlendirilir. Büyüklük
Nesne açısal görünümden belirlenir.
“Optik”te doğrusallık yasası ilk kez oluşturuldu
ışığın yayılması.
Öklid'in Catoptrics'i yansıma olgusunu tartışıyor
Sveta. Işığın yansıması yasası burada formüle edilmiştir. Bu yasa
hem düz hem de küresel aynalara uygulanabilir. Efsane onu Arşimet'e atfediyor
Roma filosunun yakılması
içbükey aynalar. Eskiler biliyordu
lenslerin etkisi, daha doğrusu cam olanların etkisi
toplar. Böylece oyun yazarı Aristophanes,
Sokrates'in çağdaşı, tavsiyelerde bulunuyor
borçlunun borcunu eritmesi
balmumu üzerine yazılmış taahhüt
tablet, yangın çıkarıcı yardımıyla
bardak Ptolemy (MÖ 19.-160. yüzyıl) keşfedildi
(disk) kullanarak ışığın kırılması
enstrüman, ancak kırılma yasasını bulamadı.
Lucretius Carus (MÖ 94-51)
“Şeylerin Doğası Üzerine” şiiri ışığı şu şekilde yorumluyor:
bazı malzeme substratı. Biz onun içindeyiz
parçacık doğanın bir prototipini buluyoruz
Sveta.
Şiirden hukuka aşina olduğu açıktır.
ışık yansımaları:
“... her şeyin nesnelerden sıçramasına neden oluyor
doğa ve aynı şekilde geri yansıtılır
Düşerken açı."
2. Orta Çağ'da (Roger Bacon) ve Rönesans'ta (Leonardo da Vinci, Porta) ışık doktrininin gelişimi.
Orta Çağ'da optik hiçbir gelişme göstermedi.ışık olgularına ilişkin ifadeler ve gözlemler hariç
Roger Bacon'un 13. yüzyıla kadar uzanan eserlerinde.
Roger Bacon gökkuşağının oluşumunu kırılmayla açıkladı
yağmur damlaları; Az görenlerin başvurmasını tavsiye ettim
göze dışbükey bir mercek.
Rönesans döneminde (XV-XVI yüzyıllar) önemli bir katkı
Optik, Leonardo da Vinci tarafından geliştirildi. Bunu ilk o tespit etti
göz temelde bir kamera obscuraya benzer. O açıkladı
iki gözle stereoskopik görüş. O sahip
Dalga hareketi hakkında ilk fikirler.
3. 17. yüzyılda ışık öğretisinin gelişimi (Kepler, Hooke, Huygens, Galileo, Fermi). Dalga optiğinin başlangıcının ve ilk optik aletlerin yaratılması (Lippe
3. 17. yüzyılda ışık öğretisinin gelişimi (Kepler, Hooke, Huygens,Galileo, Fermi). Dalga optiğinin başlangıcının yaratılması ve
İlk optik aletler (Lippershey, Galileo,
Leeuwenhoek).
17. yüzyılda optik olağanüstü bir gelişme yaşadı. İLE
yüzyılın sonuna gelindiğinde gelişmiş ve güçlü bir endüstriye dönüştü
mekanik ile birlikte fizik bilimi, teslim edildi
teorik bilgiler için tek güvenilir materyal
genellemeler.
Bu dönemde teorik bir mücadele ortaya çıktı.
Işığın doğası hakkında soru.
Optiğin en parlak dönemi yöntemlerin geliştirilmesiyle başladı
bileme optik gözlük ve büyüteç tüplerini arıyorum. 1608 yılında Hollandalı Lippershey
için patent başvurusu
tespit kapsamı.
Galileo (1564-1642), trompeti duyunca,
bunun mümkün olduğunu düşünmeye başladım
cihaz ve bağımsız olarak
şimdi boru denilen şeyi yaptı
Celile. Dürbünlerde kullanılır.
4. 19. yüzyılda optiğin gelişimi. Dalga optiğinin teorik ve deneysel temellerinin oluşturulması (Jung, Fresnel, Stefan, Boltzmann, Wien, Maxwell,
Michelson).19. yüzyılda ışık öğretisinin gelişmesine büyük katkılar sağlandı.
bilim adamları Jung ve Boltzmann, . Gelin onların çalışmalarına bir göz atalım.
Young Thomas (1773-1829) - İngiliz bilim adamı,
dalga optiğinin yaratıcıları, Kraliyet üyesi
toplum ve sekreteri (1802-1829). 2 yaşında okumaya başladı
olağanüstü bir anı keşfetmek. 4 yaşındayken ezbere biliyordum
birçok kişinin eseri İngiliz şairleri 8-9 yaşlarında ustalaştı
dönüş becerileri, çeşitli fiziksel hazırlanmış
14 yaşında diferansiyel aletlerle tanıştı
Matematik (Newton'a göre), birçok dil okudu. Şurada okudu:
Londra Üniversitesi, Edinburgh ve Gettyn,
Önce tıp okudum, sonra özellikle fizikle ilgilenmeye başladım.
optik ve akustik. AB son yıllar hayatla meşgul
Bir Mısır sözlüğünün derlenmesi. 1793'te gözün uyum sağlaması olgusunu bir değişiklikle açıkladı.
merceğin eğriliği
2. 1800 yılında ışık teorisini savundu.
3. 1801'de ışığın ve halkanın girişimi olgusunu açıkladı.
Newton.
4. 1803'te “müdahale” terimini ortaya attı.
5. 1803 yılında ışığın ışıktan kırınımını açıklamaya çalıştı.
ince iplik, onu girişimle birleştiriyor.
6. Bir ışık ışınının daha yoğun bir maddeden yansıdığını gösterdi.
yüzeyde yarım dalga kaybı vardır.
7. Ölçülen dalga boyları farklı renkler, uzunluğa sahip
kırmızı dalgalar 0,7 mikron, menekşe için ise 0,42'dir.
8. Işığın ve radyant ısının olduğu fikrini ifade etti (1807)
Birbirlerinden yalnızca dalga boyu bakımından farklılık gösterirler.
9. 1817'de enine ışık dalgaları fikrini ortaya attı. Boltzmann Ludwig (1844-1906) - Avusturyalı fizikçi - teorisyen,
Avusturya üyesi ve ilgili üye. Petersburg Bilimler Akademisi.
1866'da gaz moleküllerinin dağılma yasasını ortaya attı.
hızlar (Boltzmann istatistikleri).
1872'de kinetik enerjinin temel denklemini türetti.
gaz:
p=2n m0 ˂v˃/2
3
nerede ˂v˃ – ortalama hız moleküller, m0- moleküler kütle, moleküllerin konsantrasyonu (birim hacim başına molekül sayısı)
gaz).
1872'de 2. prensibin istatistiksel doğasını kanıtladı.
termodinamik, termal hipotezin tutarsızlığını gösterdi
Evrenin ölümü.
İlk kez termodinamiğin ilkelerini çalışmaya uyguladı. J. Maxwell'in ışık basıncıyla ilgili hipotezini şu şekilde kullanıyorum:
1884 teorik olarak termal radyasyon yasasını keşfetti:
4
E=ßT, erken (1879'da) deneysel olarak belirlendi
Stefan (Stefan-Boltzmann yasası).
1884'te termodinamik değerlendirmelerden şu sonucu çıkardı:
hafif basıncın varlığı.
Atom teorisini savundu.
Boltzmann'daki orantı katsayısı adını almıştır.
denklem:
p=knT,
-23
-1
1,380662*10'a eşit
J*K, sabit olarak adlandırılır
Boltzmann fizikteki en önemli sabitlerden biridir.
Enerji birimleri cinsinden ifade edilen sıcaklık oranı
(joule), derece cinsinden ifade edilen aynı sıcaklığa kadar
Kelvin:
k=2/3*m(0) (v)*2/2/T
Sorular:
1.2.
3.
4.
5.
Ay'da dağların varlığını kim keşfetti?
depresyonlar mı?
Lucretius Cara'nın şiirinin adı nedir?
Hangi dönemde önemli katkılarda bulunmuştur?
Leonardo da Vinci optiği geliştirdi mi?
1803'te Young Thomas tarafından hangi terim kullanıldı?
Mikroskobu kim ve hangi yılda icat etti?