7.1: Природа світла

Last updated
Save as PDF

Page ID: 26575

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

з різними формами променистої або переданої енергії, таких як енергія, пов'язана з видимим світлом, яке ми виявляємо очима, інфрачервоне випромінювання, яке ми відчуваємо як тепло, що викликає сонячні опіки, і рентгенівські промені, які виробляють зображення наших зубів або кісток. Всі ці форми променистої енергії повинні бути вам знайомі. Ми починаємо наше обговорення розвитку нашої нинішньої атомної моделі з опису властивостей хвиль і різних форм електромагнітного випромінювання. це періодичне коливання, яке передає енергію через простір. Той, хто побував на пляжі або впустив камінь в калюжу, спостерігав хвилі, що подорожують по воді (рис.\(\PageIndex{1}\)). Ці хвилі утворюються, коли вітер, камінь або якесь інше порушення, наприклад, що проходить човен, передає енергію воді, змушуючи поверхню коливатися вгору і вниз, коли енергія рухається назовні від своєї точки походження. Коли проходить певну точку на поверхні води, все, що плаває там, рухається вгору і вниз. —між середніми точками двох піків, наприклад, або двома коритами - це (\(λ\), мала грецька лямбда). Довжини хвиль описуються одиницею відстані, як правило, метрів. The (\( u\), в нижньому регістрі грецької nu) a - це кількість коливань, які проходять певну точку за заданий проміжок часу. Звичайними одиницями є коливання в секунду (1/s = s), що в системі СІ називається герц (Гц). визначається як половина висоти піку до корита; у міру збільшення амплітуди a з заданою частотою зростає і його енергія. Як ви можете бачити на малюнку\(\PageIndex{2}\), дві хвилі можуть мати однакову амплітуду, але різну довжину хвиль і навпаки. Відстань, пройдена за одиницю часу, - це його швидкість (\(v\)), яка зазвичай вимірюється в метрах в секунду (м/с). Швидкість a дорівнює добутку його довжини хвилі та частоти:}}\ праворуч)\ left (\ dfrac {\ cancel {\ text {}}} {\ text {second}}\ right) &=\ dfrac {\ text {meters}}\ label {6.1.1b}\ end {вирівняти}\] (вода). На відміну від цього, енергія, яка передається або випромінюється через простір у вигляді періодичних коливань електричного та магнітного полів, відома як. (Малюнок\(\PageIndex{3}\)). Деякі форми електромагнітного випромінювання показані на малюнку\(\PageIndex{4}\). У вакуумі всі форми електромагнітного випромінювання - будь то мікрохвильові хвилі, видиме світло чи гамма-промені - рухаються зі швидкістю світла (), яка виявляється фізичною постійною зі значенням 2,99792458 × 10 м/с (близько 3,00 × 10 м/с або 1,86 × 10 мі/с). Це приблизно в мільйон разів швидше, ніж швидкість звуку., З довжинами хвиль ≤ 400 нм, має достатньо енергії, щоб завдати серйозної шкоди нашій шкірі у вигляді сонячних опіків. Оскільки атмосфера поглинає сонячне світло з довжинами хвиль менше 350 нм, це захищає нас від руйнівного впливу високоенергетичного ультрафіолетового випромінювання. вимагає розуміння властивостей хвиль та електромагнітного випромінювання. А - періодичне коливання, за допомогою якого енергія передається через простір. Всі хвилі є, повторюючись регулярно і в просторі, і в часі. Хвилі характеризуються декількома взаємопов'язаними властивостями: (\(λ\)), відстань між послідовними хвилями; (\( u\)), кількістю хвиль, які проходять фіксовану точку за одиницю часу; (\(v\)), швидкість, з якою поширюється через простір; і, величина коливання про середнє положення. Швидкість a дорівнює добутку його довжини хвилі і частоти. складається з двох перпендикулярних хвиль, однієї електричної і однієї магнітної, що поширюються на (\(c\)). Електромагнітне випромінювання - це променева енергія, яка включає радіохвилі, мікрохвилі, видиме світло, рентгенівські промені та гамма-промені, які відрізняються своїми частотами і довжинами хвиль.