ВЗАЄМОДІЯ СВІТЛА З РЕЧОВИНОЮ.
Квантові властивості світла
Світло випромінюється і поглинається речовиною у вигляді суворо визначених порцій енергії - світлові кванти - фотони. Фотони - елементарні частинки світла. Принципова відмінність фотона від мікрочастинок - відсутність маси спокою, тому гальмування (поглинання) фотона обов'язково пов'язано з перетворенням кванта світла в інший вид енергії і припиненням самостійного існування.
Енергія світла прямо пов'язана з частотою. Кількісний зв'язок між корпускулярним властивостями E і хвильової характеристикою випромінювання встановлює формула Планка: чим коротше довжина хвилі, тим більшу енергію вона несе.
Корпускулярні властивості світла виявляються в процесах люмінесценції, спектрах поглинання і випускання (флуоресценції), явище фотоефекту.
Взаємодія світла з речовинами - це взаємодія світлового електромагнітного поля, що коливається з високою частотою, з електронами, атомами і молекулами речовин, що знаходяться в цьому полі. Найбільш повно така взаємодія описує квантова механіка.
Однак багато світлові явища можуть бути описані з позицій класичної фізики. Світло поводиться, як електромагнітна хвиля тільки при поширенні через непоглощающіх середовища. В інших випадках світловий потік представляється, як потік частинок - фотонів.
Швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі:
з = 2,99792458 · 108 м / с = 3 · 108 м / сек
Швидкість поширення електромагнітних хвиль в вакуумі є однією з фундаментальних фізичних констант.
Швидкість поширення електромагнітної хвилі через речовину конечна і залежить від електричних і магнітних властивостей речовини.
Чим більше діелектрична або магнітна проникність речовини, тим з меншою швидкістю поширюється світло в цій речовині.
На межі розділу двох прозорих середовищ світло може частково вплинути так, що частина світлової енергії буде поширюватися після відображення за новим напрямком, решта пройде через кордон і буде поширюватися в другому середовищі
Закон відбиття світла: падаючий і відбитий промені, а також перпендикуляр до межі поділу двох середовищ, відновлений в точці падіння променя, лежать в одній площині (площина падіння). Кут відбиття дорівнює куту падіння.
Закон заломлення світла: падаючий і заломлений промені, а також перпендикуляр до межі поділу двох середовищ, відновлений в точці падіння променя, лежать в одній площині.
Ставлення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина, постійна для двох даних середовищ:
Постійну величину n називають відносним показником заломлення другого середовища відносно першого. Показник заломлення середовища щодо вакууму називають абсолютним показником заломлення.
Відносний показник заломлення двох середовищ дорівнює відношенню їх абсолютних показників заломлення:
Закони відбивання і заломлення знаходять пояснення в хвильової фізики. Згідно хвильовим уявленням, переломлення є наслідком зміни швидкості поширення хвиль при переході з одного середовища в іншу. Фізичний сенс показника заломлення - це відношення швидкості поширення хвиль в першому середовищі до швидкості їх поширення в другій середовищі.
При переході світла з оптично більш щільного середовища в оптично менш щільну n2 Явище повного внутрішнього відображення знаходить застосування в багатьох оптичних приладах. Найбільш цікавим і практично важливим застосуванням є створення волоконних світловодів, які представляють собою тонкі (від декількох мікрометрів до міліметрів) довільно вигнуті нитки з оптично прозорого матеріалу (скло, кварц). Світло, що потрапляє на торець світловода, може поширюватися по ньому на великі відстані за рахунок повного внутрішнього відбиття від бічних поверхонь. Науково-технічний напрям, що займається розробкою і застосуванням оптичних світловодів, називається волоконної оптикою. Згідно молекулярної теорії світла, під дією електромагнітного поля світлової хвилі в молекулах середовища відбувається зміщення сполучних пар зовнішніх (оптичних) електронів в сторону більш електронегативного атома. Цей зсув приводить до розбіжностей центрів позитивних і негативних зарядів, тобто молекули поляризуються і набувають характеру диполів. Диполі здійснюють вимушені коливання з частотою, рівній частоті падаючої світлової хвилі. Крім того, дані диполі є джерелами вторинних сферичних хвиль. Якщо середовище однорідний і ізотропний (властивості середовища однакові у всіх напрямках) і падаюча світлова хвиля плоска, то через інтерференції її з усіма вторинними хвилями, випромінюваними диполями середовища, виходить плоска результуюча хвиля, яка поширюється в відповідно до законів заломлення і віддзеркалення світла. Так як поширення світла в заломлюючої середовищі пов'язано з поляризуемостью її молекул, то різні сполуки, середовища і речовини мають різну здатність заломлення.Схожі статті