35. Світло як електромагнітна хвиля, інтерференція світлових хвиль.

Електромагнітні хвилі характеризуються дуже широким діапазоном довжин хвиль: від крихітних часток метра (10^-14 м) до десятків і сотень тисяч кілометрів. Електромагнітні хвилі, які відповідають різним ділянкам цього діапазону, можна одержати у різний спосіб. Крім спільних властивостей (відбивання, заломлення, інтерференції, дифракції) електромагнітні хвилі мають також індивідуальні властивості. Виходячи з цього, весь діапазон електромагнітних хвиль підрозділяють на окремі ділянки і зображують у вигляді шкали — від радіохвиль до -променів.

Електромагнітні хвилі, дія яких на сітківку ока людини створює здорові відчуття, називаються видимим світлом.

На відміну від звукових коливань, які сприймає людське вухо, видиме світло характеризується дуже вузьким діапазоном: від 780 нм (довгохвильова межа червоного світла) до 400 нм (коротко-хвильова межа фіолетового світла).

Оскільки межі діапазону звукових хвиль прийнято характеризувати частотами ( ), то слід навести для порівняння у частотах і межі світлового діапазону: .

З боку довгих хвиль до ділянки видимого світла прилягає ділянка інфрачервоного випромінювання. Це невидиме випромінювання порівняно малої енергії, що має дуже слабку проникну здатність і чинить теплову дію на речовини.

З боку коротких хвиль до ділянки видимого світла прилягає ділянка ультрафіолетового випромінювання. Також невидиме випромінювання що чинить хімічну дію на речовини.

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).

Інтерференція світла

Явище інтерференції використовується, наприклад, в радіотехніці і акустиці для створення складних антен. Особливо велике значення інтерференція має в оптиці, вона лежить в основі оптичної та акустичної голографії.

36. Дифракція світлових хвиль, дифракційна решітка.

Дифракція - явище, що виникає при поширенні хвиль. Суть цього явища полягає в тому, що хвиля здатна огинати перешкоди. Це зумовлює те, що хвильовий рух спостерігається в області за перешкодою, куди хвиля не може потрапити прямо. Явище пояснюється інтерференцією хвиль на краях непрозорих об'єктів або неоднорідностях між різними середовищами на шляху поширення хвилі. Прикладом може бути виникнення кольорових світлових смуг в області тіні від краю непрозорого екрана.

Дифракція добре проявляється тоді, коли розмір перешкоди на шляху хвилі порівняний з її довжиною або менший.

Дифракційна решітка - оптичний елемент з періодичною структурою, здатний впливати на поширення світлових хвиль так, що енергія хвилі, яка пройшла через решітку, зосереджується в певних напрямках. Напрямки поширення цих пучків залежать від періоду ґратки та довжини світлових хвиль, тобто дифракційна решітка працює як дисперсійний елемент. Монохроматичний світловий пучок, що падає на решітку, теж розділиться на декілька пучків, які поширюються в різних напрямках.

Найпростіша дифракційна решітка - тонка скляна пластинка, на поверхні якої нанесені прямолінійні паралельні рівновіддалені штрихи, ширина та відстань між якими сумірні з довжиною хвилі світла.

Принцип роботи дифракційної ґратки ґрунтується на дифракції світлових хвиль, які взаємодіють з нею.

37. Поляризація і дисперсія світла, спектри Поляризація світла Світлову хвилю графічно зображають двома взаємно перпендикулярними сину-соїдами. Цей графік відповідає елементарній хвилі, тобто хвилі, яку випромінював би один збуджений атом в одному акті випромінювання. При цьому вектор коливається вздовж однієї прямої (OZ) у двох напрямках у межах єдиної площини (XOZ), а вектор — уздовж OY в межах XOY. У більшості оптичних явищ основну роль відіграє електричне поле світлової хвилі, то ж можна розглядати тільки коливання вектора («світлового вектора»). Світловий промінь елементарної (по-одинокої) хвилі в принципі поляризований. Але макроджерела світла (реальні джерела) складаються з величезного числа частинок-випромінювачів. Крім того, просторова орієнтація векторів в різні моменти актів випромінювання окремою частинкою хаотична. Отже, в загальному випромінюванні напрямки в кожний момент часу випадкові, непередбачувані. Тому природне світло неполяризоване. Його можна перетворити на поляризоване пропусканням через прозорі природні монокристали (такі як ісландський шпат, турмалін) або через штучні поляризатори (поляроїди). Можна схематично зобразити природний (а) і поляризований (б) промені; у центрі кружечок — слід перетину променя OX із площиною рисунку: Явище поляризації світла є одним із доказів поперечності світлової хвилі. 

Дисперсія світла — залежність показника заломлення (або діелектричної проникності) середовища від частоти світла. Внаслідок зміни показника заломлення змінюється також довжина хвилі.

,

де - хвильове число, - довжина хвилі, - показник заломлення, - циклічна частота, c - швидкість світла.

Відношення

називають фазовою швидкістю.

Один з найбільш наочних прикладів дисперсії - розкладання білого світла при проходженні його через призму (досвід Ньютона). Сутністю явища дисперсії є неоднакова швидкість поширення променів світла c різною довжиною хвилі в прозорому речовині - оптичної середовищі (тоді як у вакуумі швидкість світла завжди однакова, незалежно від довжини хвилі і отже кольору). Звичайно чим більше частота хвилі, тим більше показник заломлення середовища і менше її швидкість світла в ній:

-у червоного кольору максимальна швидкість в середовищі і мінімальна ступінь заломлення,

-у фіолетового кольору мінімальна швидкість світла в середовищі і максимальний ступінь заломлення.

Спектр — послідовність монохроматичних випромінювань, кожному з яких відповідає певна довжина хвилі електромагнітного коливання.

У безперервному спектрі представлені хвилі всіх довжин. У спектрі немає розривів, і на екрані спектрографа можна бачити суцільну різнобарвну смугу.

Безперервні (або суцільні) спектри дають тіла, що перебувають у твердому або рідкому стані, а також сильно стиснені гази. Для одержання безперервного спектра потрібно нагріти тіло до високої температури.

Характер безперервного спектра й сам факт його існування визначаються не тільки властивостями окремих випромінюючих атомів, але й у сильному ступені залежать від взаємодії атомів один з одним.

Безперервний спектр дає також високотемпературна плазма. Електромагнітні хвилі випромінюються плазмою в основному при зіткненні електронів з іонами.

При розкладанні білого світла призмою в безперервний спектр кольорів у ньому поступово переходять один в іншій.