De ljus Det är en elektromagnetisk våg som kan fångas av synen. Det utgör en del av det elektromagnetiska spektrumet: det som kallas synligt ljus. Under åren har olika teorier föreslagits för att förklara dess natur.
Till exempel var tron att ljus bestod av en ström av partiklar som sänds ut av föremål eller av observatörens ögon länge. Denna tro från araberna och de antika grekerna delades av Isaac Newton (1642-1727) för att förklara ljusfenomenen..
Även om Newton misstänkte att ljus hade vågkvaliteter och Christian Huygens (1629-1695) lyckades förklara brytning och reflektion med en vågteori, var tron på ljus som en partikel utbredd bland alla forskare fram till början av 1800-talet..
I början av det århundradet demonstrerade den engelska fysikern Thomas Young utan tvekan att ljusstrålar kan störa varandra, precis som mekaniska vågor gör i strängar..
Det kan bara betyda att ljuset var en våg och inte en partikel, även om ingen visste vilken typ av våg det var förrän 1873 hävdade James Clerk Maxwell att ljus var en elektromagnetisk våg..
Med stöd av Heinrich Hertz experimentella resultat 1887 fastställdes ljusets vågkaraktär som ett vetenskapligt faktum..
Men i början av 1900-talet framkom nya bevis om ljusets korpuskulära natur. Denna natur finns i emissions- och absorptionsfenomen, där ljusenergi transporteras i paket som kallas "fotoner".
Eftersom ljus fortplantas som en våg och interagerar med materien som en partikel, så erkänns för närvarande en dubbel natur i ljus: vågpartikel.
Artikelindex
Det är uppenbart att ljusets natur är dubbelt och sprids som en elektromagnetisk våg vars energi kommer i fotoner.
Dessa, som inte har någon massa, rör sig i vakuum med en konstant hastighet på 300 000 km / s. Det är den kända ljushastigheten i vakuum, men ljuset kan färdas genom andra medier, om än med olika hastigheter.
När fotonerna når våra ögon aktiveras sensorerna som detekterar närvaron av ljus. Informationen överförs till hjärnan och tolkas där.
När en källa sänder ut ett stort antal fotoner ser vi det som en ljus källa. Om det tvärtom avger få, tolkas det som en ogenomskinlig källa. Varje foton har en viss energi, som hjärnan tolkar som en färg. Till exempel är blå fotoner mer energiska än röda fotoner.
Varje källa sänder vanligtvis fotoner av olika energier, därifrån kommer färgen den ses med.
Om inget annat avger fotoner med en enda typ av energi kallas det monokromatiskt ljus. Lasern är ett bra exempel på monokromatiskt ljus. Slutligen kallas distributionen av fotoner i en källa spektrum.
En våg kännetecknas också av att ha en viss våglängd. Som vi har sagt hör ljus till det elektromagnetiska spektrumet, som täcker ett extremt brett spektrum av våglängder, från radiovågor till gammastrålar. Följande bild visar hur ett triangulärt prisma sprider en stråle av vitt ljus. Ljuset är uppdelat i långa (röda) och korta (blå) våglängder.
Där i mitten är det smala bandet av våglängder som kallas det synliga spektrumet, som går från 400 nanometer (nm) till 700 nm..
Ljus har dubbelt, våg- och partikelbeteende som undersökt. Ljus sprider sig på samma sätt som en elektromagnetisk våg, och som sådan kan den transportera energi. Men när ljus interagerar med materia beter det sig som en stråle av partiklar som kallas fotoner..
1802 visade fysikern Thomas Young (1773-1829) att ljus hade ett beteende undulerande med dubbla slits experiment.
På detta sätt kunde han producera maximal och minimal störning på en skärm. Detta beteende är typiskt för vågor och därför kunde Young visa att ljus var en våg och kunde också mäta dess våglängd.
Den andra aspekten av ljus är den av partikel, representerad av energipaket som kallas fotoner, som rör sig i vakuum med hastigheten c = 3 x 108 m / s och har ingen massa. Men de har energi OCH:
E = hf
Och också storleksmoment:
p = E / c
Var h är Plancks konstant, vars värde är 6,63 x 10-3. 4 Joule andra och F är frekvensen för vågen. Kombinera dessa uttryck:
p = hf / c
Och sedan våglängden λ och frekvens är relaterade till c = λ.f, resterna:
p = h / λ → λ = h / p
När man studerar ljusets beteende finns det två viktiga principer att tänka på: Huygens princip och Fermats princip. Huygens princip säger att:
Varje punkt på vågfronten beter sig som en punktkälla, som i sin tur producerar sekundära sfäriska vågor.
Varför sfäriska vågor? Om vi antar att mediet är homogent, sprider sig ljuset från en punktkälla i alla riktningar lika. Vi kan föreställa oss att ljus sprids i mitten av en stor sfär med strålarna jämnt fördelade. Den som observerar detta ljus uppfattar att det färdas i en rak linje mot hans öga och rör sig vinkelrätt mot vågfronten.
Om ljusstrålarna kommer från en mycket avlägsen källa, till exempel solen, är vågfronten platt och strålarna är parallella. Detta är vad approximationen av geometrisk optik.
Fermats princip säger att:
En ljusstråle som går mellan två punkter följer den väg som kräver minimaltid.
Denna princip har sitt namn till den franska matematikern Pierre de Fermat (1601-1665), som först grundade den 1662.
Enligt denna princip sprids ljus i ett homogent medium med konstant hastighet, därför har det en enhetlig rätlinjig rörelse och dess bana är en rak linje..
Ljus rör sig som en elektromagnetisk våg. Både det elektriska fältet och magnetfältet genererar varandra och utgör kopplade vågor som är i fas och är vinkelräta mot varandra och mot utbredningsriktningen..
I allmänhet kan en våg som sprids i rymden beskrivas i termer av vågfront. Detta är en uppsättning punkter som har samma amplitud och fas. Att känna till vågfrontens läge vid ett givet ögonblick, kan någon efterföljande plats vara känd enligt Huygens princip.
Ljusets vågbeteende framgår tydligt av två viktiga fenomen som uppstår under dess förökning: diffraktion och störningar. I diffraktion, Vågor, oavsett om det är vatten, ljud eller ljus, förvrängs när de passerar genom öppningar, går runt hinder eller går runt hörnen.
Om bländaren är stor jämfört med våglängden är förvrängningen inte särskilt stor, men om bländaren är liten märks förändringen i vågform mer. Diffraktion är en exklusiv egenskap hos vågor, så när ljus uppvisar diffraktion vet vi att det har vågbeteende.
För sin del interferens av ljus uppstår när de elektromagnetiska vågorna som komponerar dem överlappar varandra. På så sätt läggs de till vektorellt och detta kan ge upphov till två typer av störningar:
-Konstruktivt när intensiteten för den resulterande vågen är större än komponenternas intensitet.
-Destruktiv om intensiteten är mindre än komponenten.
Ljusvåginterferens uppstår när vågorna är monokromatiska och upprätthåller samma fasskillnad hela tiden. Det här kallas sammanhang. Ett ljus som detta kan till exempel komma från en laser. Vanliga källor som glödlampor producerar inte sammanhängande ljus eftersom ljuset som sänds ut av miljontals atomer i glödtråden förändras ständigt..
Men om en ogenomskinlig nyans med två små öppningar nära varandra placeras på samma glödlampa, fungerar ljuset som kommer ut ur varje spår som en sammanhängande källa..
Slutligen, när svängningarna i det elektromagnetiska fältet är i samma riktning, Polarisering. Naturligt ljus är inte polariserat, eftersom det består av många komponenter, var och en oscillerande i olika riktningar.
I början av 1800-talet var den engelska fysikern Thomas Young den första som fick sammanhängande ljus med en vanlig ljuskälla..
I sitt berömda dubbel-slits-experiment passerade han ljus genom en slits i en ogenomskinlig skärm. Enligt Huygens-principen genereras två sekundära källor som i sin tur passerar genom en andra ogenomskinlig skärm med två slitsar.
Det sålunda erhållna ljuset belyste en vägg i ett mörkt rum. Det som sågs var ett mönster bestående av alternerande ljusa och mörka områden. Förekomsten av detta mönster förklaras av fenomenet störningar som beskrivs ovan..
Youngs experiment var mycket viktigt eftersom det avslöjade ljusets vågkaraktär. Därefter har experimentet genomförts med grundläggande partiklar såsom elektroner, neutroner och protoner, med liknande resultat..
När en ljusstråle träffar en yta kan en del av ljuset reflekteras och en del absorberas. Om det är ett transparent medium fortsätter en del av ljuset sig igenom det.
Ytan kan också vara slät, spegellik eller grov och ojämn. Reflektionen som uppstår på en slät yta kallas spegelreflektion, annars är det diffus reflektion eller oregelbunden reflektion. En högpolerad yta, till exempel en spegel, kan reflektera upp till 95% av infallande ljus.
Figuren visar en ljusstråle som rör sig i ett medium, vilket kan vara luft. Incident med vinkel θ1 på en plan spegelyta och reflekteras i vinkel θtvå. Linjen som betecknas som normal är vinkelrät mot ytan.
Både händelsen och den reflekterade strålen och den normala mot den speglande ytan är i samma plan. De forntida grekerna hade redan observerat att infallsvinkeln är lika med reflektionsvinkeln:
θ1 = θtvå
Detta matematiska uttryck är lagen om reflektion av ljus. Men andra vågor som t.ex. ljud kan också reflekteras.
De flesta ytor är grova och därför är reflektionen av ljuset diffus. På detta sätt skickas ljuset som de reflekterar till alla riktningar så att föremål kan ses var som helst.
Eftersom vissa våglängder reflekteras mer än andra har föremål olika färger.
Till exempel reflekterar trädens löv ljus som är ungefär mitt i det synliga spektrumet, vilket motsvarar färgen grön. Resten av de synliga våglängderna absorberas: från ultraviolett nära blått (350-450 nm) och rött ljus (650-700 nm).
Ljusbrekningen uppstår eftersom ljus rör sig i olika hastigheter beroende på mediet. I ett vakuum är ljusets hastighet c = 3 x 108 m / s, men när ljus når ett materialmedium uppstår absorptions- och emissionsprocesser som får energin att minska och därmed hastigheten.
Till exempel, när man rör sig i luft, rör sig ljuset nästan lika med c, men i vatten rör sig ljuset med tre fjärdedelar av en hastighet. c, medan det i glas gör det vid ungefär två tredjedelar av c.
Brytningsindex betecknas n och definieras som kvoten mellan ljusets hastighet i vakuum c och dess hastighet i nämnda medium v:
n = c / v
Brytningsindex är alltid större än 1, eftersom ljusets hastighet i vakuum alltid är större än i ett material. Några typiska värden för n är:
-Luft: 1.0003
-Vatten: 1,33
-Glas: 1,5
-Diamant: 2,42
När en ljusstråle snett träffar gränsen mellan två media, till exempel luft och glas, reflekteras en del av ljuset och en annan del fortsätter sig in i glaset.
I det här fallet genomgår våglängden och hastigheten en variation när de passerar från ett medium till ett annat, men inte frekvensen. Eftersom v = c / n = λ.f och även i tomrummet c = λo. F, då har du:
(λeller.f / n) = λ.f → λ = λeller/ n
Det vill säga att våglängden i ett givet medium alltid är mindre än våglängden i vakuum λo.
Titta på trianglarna som har en vanlig hypotenus i rött. I varje medium mäter hypotenusen λ1/ sen θ1 och λtvå/ sen θtvå eftersom λ och v är proportionella, därför:
λ1/ sen θ1 = λtvå/ sen θtvå
Vad λ = λeller/ n du måste:
(λeller/ n1) / sen θ1 = (λeller/ ntvå) / sen θtvå
Vilket kan uttryckas som:
n1 . sen θ1 = ntvå .sen θtvå
Detta är formeln i Snells lag, till ära för den holländska matematikern Willebrord Snell (1580-1626), som härledde den experimentellt genom att observera ljus som passerar från luft till vatten och glas.
Alternativt är Snells lag skriven i termer av ljusets hastighet i varje medium, med användning av definitionen av brytningsindex: n = c / v:
(CV1) . sen θ1 = (CVtvå) .sen θtvå
vtvå . sen θ1 = v1 .sen θtvå
Som förklarats ovan består ljuset av fotoner med olika energier, och varje energi uppfattas som en färg. Vitt ljus innehåller fotoner av alla energier och kan därför delas upp i olika färgade ljus. Detta är ljusspridningen, som redan hade studerats av Newton.
Newton tog ett optiskt prisma, passerade en stråle av vitt ljus genom det och fick färgade ränder från rött till violett. Denna kant är spektrumet av synligt ljus som ses i figur 2.
Ljusspridning är ett naturfenomen vars skönhet vi beundrar på himlen när regnbågen bildas. Solljus faller på vattendroppar i atmosfären, som fungerar som små prismor lika med Newtons, vilket sprider ljuset.
Den blå färgen som vi ser himlen med är också en följd av spridning. Rik på kväve och syre sprider atmosfären huvudsakligen nyanser av blått och violett, men det mänskliga ögat är mer känsligt för blått och därför ser vi himlen av denna färg.
När solen är lägre vid horisonten, under soluppgång eller solnedgång blir himlen orange tack vare att ljusstrålarna måste passera genom ett tjockare lager av atmosfären. De rödaktiga tonerna av lägre frekvenser samverkar mindre med atmosfärens element och utnyttjar för att nå ytan direkt.
Atmosfärer som är rika på damm och föroreningar, som i vissa stora städer, har gråaktig himmel på grund av spridningen av låga frekvenser.
Ljus har i grunden betraktats som en partikel eller som en våg. Den korpuskulära teorin som Newton försvarade betraktade ljus som en stråle av partiklar. Medan reflektion och brytning kunde förklaras på ett tillfredsställande sätt genom att anta att ljus var en våg, som Huygens hävdade.
Men långt innan dessa anmärkningsvärda forskare hade människor redan spekulerat i ljusets natur. Bland dem kunde den grekiska filosofen Aristoteles inte vara frånvarande. Här är en kort sammanfattning av teorierna om ljus över tiden:
För 2500 år sedan uppgav Aristoteles att ljus uppstod från observatörens ögon, belyste föremål och återvände på något sätt med bilden så att den kunde uppskattas av personen.
Newton trodde att ljuset bestod av små partiklar som sprider sig i en rak linje i alla riktningar. När de når ögonen registrerar de känslan som ljus.
Huygens publicerade ett verk som heter Avhandling av ljus där han föreslog att detta var en störning av miljön som liknar ljudvågor.
Även om experimentet med dubbla slitsar inte lämnade något tvivel om ljusets vågkaraktär spekulerades det mycket av artonhundratalet i vilken typ av våg det var, tills Maxwell i sin elektromagnetiska teori uppgav att ljuset bestod av förökning av ett elektromagnetiskt fält.
Ljus som en elektromagnetisk våg förklarar fenomenen med ljusutbredning som de som beskrivits i föregående avsnitt och är ett begrepp som accepteras av nuvarande fysik, liksom ljusets korpuskulära natur..
Enligt den moderna uppfattningen om ljus består den av masslösa och oladdade partiklar som kallas fotoner. Trots att de inte har massa har de fart och energi, som förklarats ovan. Denna teori förklarar på ett tillfredsställande sätt hur ljus interagerar med materia genom att utbyta energi i diskreta (kvantiserade) mängder..
Förekomsten av kvantiteten av ljus föreslogs av Albert Einstein för att förklara fotoelektrisk effekt upptäcktes av Heinrich Hertz några år tidigare. Den fotoelektriska effekten består av utsläpp av elektroner av ett ämne på vilket någon typ av elektromagnetisk strålning har påverkats, nästan alltid inom området från ultraviolett till synligt ljus..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.