แน่นอน, คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีคุณสมบัติพื้นฐานของคลื่นครบถ้วน

พวกเขาเชื่อฟัง กฎแห่งการสะท้อนคลื่น:

มุมตกกระทบ เท่ากับมุมการสะท้อนกลับเมื่อผ่านจากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่ง พวกเขาจะหักเหและเชื่อฟัง กฎการหักเหของแสงคลื่น: อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมการหักเหเป็นค่าคงที่สำหรับตัวกลางที่กำหนดสองตัวและเท่ากับอัตราส่วนของความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวกลางที่หนึ่งต่อความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวกลาง สื่อที่สองและถูกเรียกว่า ดัชนีการหักเหของแสงสภาพแวดล้อมที่สองสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมแรก

ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น การเบี่ยงเบนทิศทางของการแพร่กระจายจากเส้นตรง สังเกตได้ที่ขอบของสิ่งกีดขวางหรือเมื่อผ่านรู คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถ การรบกวน.การรบกวนคือความสามารถของคลื่นที่สอดคล้องกันในการทับซ้อนกัน ซึ่งเป็นผลให้คลื่นในบางสถานที่เสริมกำลังซึ่งกันและกัน และในสถานที่อื่นคลื่นจะยกเลิกซึ่งกันและกัน (คลื่นต่อเนื่องกันคือคลื่นที่มีความถี่และเฟสการสั่นเท่ากัน) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็มี การกระจายตัว,นั่นคือเมื่อดัชนีการหักเหของตัวกลางสำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความถี่ของมัน การทดลองการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านระบบตะแกรงสองอันแสดงให้เห็นว่าคลื่นเหล่านี้เป็นแนวขวาง

เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจาย พาหะของแรงดันไฟฟ้า อีและการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B จะตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่นและตั้งฉากซึ่งกันและกัน (รูปที่ 32)

โอกาส การประยุกต์ใช้จริงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับการสร้างการสื่อสารโดยไม่ต้องใช้สายไฟถูกสาธิตเมื่อวันที่ 7 พฤษภาคม พ.ศ. 2438 โดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย A. Popov วันนี้ถือเป็นวันเกิดของวิทยุ ในการดำเนินการสื่อสารทางวิทยุ จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีความเป็นไปได้ในการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นในวงจรที่ประกอบด้วยขดลวดและตัวเก็บประจุ สนามแม่เหล็กกระแสสลับจะสัมพันธ์กับขดลวด และการไฟฟ้ากระแสสลับ สนามไฟฟ้า- กระจุกตัวอยู่ระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุ วงจรดังกล่าวเรียกว่า ปิด(รูปที่ 33 ก) วงจรออสซิลโลสโคปแบบปิดในทางปฏิบัติแล้วจะไม่แผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกสู่พื้นที่โดยรอบ หากวงจรประกอบด้วยคอยล์และตัวเก็บประจุแบบแบนสองแผ่น ยิ่งมุมที่แผ่นเหล่านี้ถูกปรับใช้มากขึ้น สนามแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะโผล่ออกมาสู่พื้นที่โดยรอบอย่างอิสระมากขึ้น (รูปที่ 33, ข)กรณีจำกัดของวงจรออสซิลลาทอรีแบบเปิดคือการถอดแผ่นออกไปยังปลายด้านตรงข้ามของขดลวด ระบบดังกล่าวเรียกว่า วงจรการสั่นแบบเปิด(รูปที่ 33, ค) ในความเป็นจริงวงจรประกอบด้วยขดลวดและสายยาว - เสาอากาศ

พลังงานของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมา (โดยใช้เครื่องกำเนิดของการสั่นแบบต่อเนื่อง) โดยมีแอมพลิจูดของการสั่นของกระแสเท่ากันในเสาอากาศจะเป็นสัดส่วนกับกำลังที่สี่ของความถี่การสั่น ที่ความถี่หลายสิบ ร้อย หรือหลายพันเฮิรตซ์ ความเข้มของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้านั้นน้อยมาก ดังนั้นในการสื่อสารทางวิทยุและโทรทัศน์จึงใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ตั้งแต่หลายแสนเฮิรตซ์ถึงหลายร้อยเมกะเฮิรตซ์

เมื่อส่งสัญญาณคำพูด เพลง และสัญญาณเสียงอื่น ๆ ผ่านวิทยุ ให้ใช้ ชนิดที่แตกต่างกันการปรับการสั่นความถี่สูง (พาหะ) สาระสำคัญของการปรับอยู่ในความจริงที่ว่าการสั่นความถี่สูงที่สร้างโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปตามกฎของความถี่ต่ำ นี่เป็นหนึ่งในหลักการของการส่งสัญญาณวิทยุ หลักการอีกประการหนึ่งคือกระบวนการย้อนกลับ - การตรวจจับเมื่อรับสัญญาณวิทยุจำเป็นต้องกรองการสั่นสะเทือนของเสียงความถี่ต่ำออกจากสัญญาณมอดูเลตที่ได้รับจากเสาอากาศของเครื่องรับ

ด้วยความช่วยเหลือของคลื่นวิทยุ ไม่เพียงแต่ส่งสัญญาณเสียงในระยะไกลเท่านั้น แต่ยังส่งภาพของวัตถุด้วย เรดาร์มีบทบาทสำคัญในกองทัพเรือ การบิน และอวกาศสมัยใหม่ เรดาร์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการสะท้อนของคลื่นจากตัวนำไฟฟ้า (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะสะท้อนจากพื้นผิวของอิเล็กทริกเพียงเล็กน้อย แต่สะท้อนจากพื้นผิวโลหะเกือบทั้งหมด)

แสงสว่าง- เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่ 63 10 14 - 8 10 14 Hz ซึ่งรับรู้ด้วยตามนุษย์ เช่น ความยาวคลื่นในช่วง 380 - 770 นาโนเมตร

แสงมีคุณสมบัติทั้งหมดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า: การสะท้อน การหักเห การรบกวน การเลี้ยวเบน โพลาไรซ์แสงสามารถสร้างแรงกดดันต่อสาร ถูกตัวกลางดูดกลืน และทำให้เกิดโฟโตอิเล็กทริก มันมี ความเร็วสุดท้ายการแพร่กระจายในสุญญากาศคือ 300,000 กม./วินาที และในตัวกลางความเร็วจะลดลง

ชัดเจนที่สุด คุณสมบัติของคลื่นแสงถูกตรวจพบในปรากฏการณ์ของการรบกวนและการเลี้ยวเบน . การรบกวนแสงคือการกระจายเชิงพื้นที่ของฟลักซ์แสงเมื่อมีการวางคลื่นแสงที่ต่อเนื่องกันสองคลื่น (หรือหลายคลื่น) ซ้อนทับกัน ส่งผลให้มีความเข้มข้นสูงสุดในบางสถานที่และมีความเข้มน้อยที่สุดในสถานที่อื่น ๆ (รูปแบบการรบกวน) การรบกวนของแสงอธิบายสีของฟองสบู่และฟิล์มน้ำมันบางๆ บนน้ำ แม้ว่าสารละลายสบู่และน้ำมันจะไม่มีสีก็ตาม คลื่นแสงจะสะท้อนบางส่วนจากพื้นผิวของฟิล์มบางๆ แล้วส่งผ่านเข้าไปบางส่วน ที่ขอบเขตฟิล์มชั้นที่สอง การสะท้อนบางส่วนของคลื่นจะเกิดขึ้นอีกครั้ง (รูปที่ 34) คลื่นแสงที่สะท้อนจากแผ่นฟิล์มบางสองพื้นผิวเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันแต่ใช้เส้นทางต่างกัน มีความแตกต่างจังหวะ ฉัน,ผลคูณของจำนวนความยาวคลื่นจำนวนเต็ม ล. = 2kแล/2.

ด้วยผลต่างเส้นทางที่เป็นผลคูณของคลื่นครึ่งคลื่นจำนวนคี่ ล. = (2k+ 1) แล/2 สังเกตค่าการรบกวนขั้นต่ำ เมื่อเงื่อนไขสูงสุดเป็นที่พอใจสำหรับความยาวคลื่นแสงหนึ่ง คลื่นอื่นจะไม่เป็นไปตามเงื่อนไขนั้น ดังนั้นเมื่อถูกส่องด้วยแสงสีขาว ฟิล์มใสสีบางๆ จึงปรากฏเป็นสี ปรากฏการณ์การรบกวนในฟิล์มบางใช้เพื่อควบคุมคุณภาพการประมวลผลของพื้นผิวเคลือบแสง เมื่อแสงผ่านรูกลมเล็กๆ บนหน้าจอ จะสังเกตเห็นวงแหวนความมืดและวงแหวนสลับกันรอบๆ จุดไฟตรงกลาง หากแสงลอดผ่านช่องแคบๆ ผลที่ได้คือ รูปแบบของแสงสลับกับแถบสีเข้ม

ปรากฏการณ์แสงเบี่ยงเบนไปจากทิศทางการแพร่กระจายเป็นเส้นตรงเมื่อผ่านขอบสิ่งกีดขวางเรียกว่า การเลี้ยวเบนของแสงการเลี้ยวเบนอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าคลื่นแสงที่มาถึงเนื่องจากการโก่งตัวจากจุดต่างๆ ของหลุมไปยังจุดหนึ่งบนหน้าจอรบกวนซึ่งกันและกัน การเลี้ยวเบนของแสงใช้ในอุปกรณ์สเปกตรัมซึ่งมีองค์ประกอบหลักคือตะแกรงการเลี้ยวเบน ตะแกรงเลี้ยวเบนเป็นแผ่นโปร่งใสที่มีระบบแถบทึบแสงขนานวางอยู่บนแผ่น โดยอยู่ห่างจากกันเท่ากัน

ปล่อยให้แสงสีเดียว (ความยาวคลื่นบางช่วง) ตกบนตะแกรง (รูปที่ 35) ผลจากการเลี้ยวเบนในแต่ละช่อง แสงไม่เพียงแต่กระจายไปในทิศทางเดิมเท่านั้น

แต่ยังรวมถึงพื้นที่อื่นๆ ทั้งหมดด้วย หากคุณวางเลนส์รวบรวมไว้ด้านหลังตะแกรง รังสีทั้งหมดจะถูกรวบรวมเป็นแถบเดียวบนหน้าจอในระนาบโฟกัส

รังสีคู่ขนานที่มาจากขอบของรอยแยกที่อยู่ติดกันมีความแตกต่างของเส้นทาง ล= งบาปφที่ไหน ง-ค่าคงที่ของตาข่าย - ระยะห่างระหว่างขอบที่สอดคล้องกันของช่องที่อยู่ติดกันเรียกว่า ยุคขัดแตะ,(φ คือมุมเบี่ยงเบนของรังสีแสงจากตั้งฉากกับระนาบตะแกรง โดยมีค่าความต่างของเส้นทางเท่ากับจำนวนเต็มของความยาวคลื่น งบาปφ = กิโลเล,มีการสังเกตการรบกวนสูงสุดสำหรับความยาวคลื่นที่กำหนด เงื่อนไขการรบกวนสูงสุดเป็นไปตามแต่ละความยาวคลื่นที่มุมการเลี้ยวเบนของตัวเอง φ เป็นผลให้เมื่อผ่านตะแกรงเลี้ยวเบน ลำแสงสีขาวจะสลายตัวเป็นสเปกตรัม มุมการเลี้ยวเบนเป็นสิ่งสำคัญที่สุดสำหรับแสงสีแดง เนื่องจากความยาวคลื่นของแสงสีแดงยาวกว่ามุมอื่น ๆ ทั้งหมดในบริเวณแสงที่มองเห็นได้ ค่าที่น้อยที่สุดของมุมการเลี้ยวเบนของแสงสีม่วง

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าความเข้มของลำแสงที่ส่องผ่านผลึกบางชนิด เช่น สปาร์ไอซ์แลนด์ ขึ้นอยู่กับการวางแนวสัมพัทธ์ของผลึกทั้งสอง เมื่อคริสตัลมีทิศทางเดียวกัน แสงจะส่องผ่านคริสตัลอันที่สองโดยไม่มีการลดทอนลง

ถ้าคริสตัลอันที่สองหมุน 90° แสงก็จะไม่ลอดผ่านเข้าไปได้ มีปรากฏการณ์เกิดขึ้น โพลาไรซ์,นั่นคือคริสตัลจะส่งผ่านเฉพาะคลื่นที่มีการแกว่งของเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าเกิดขึ้นในระนาบเดียวซึ่งก็คือระนาบโพลาไรเซชัน ปรากฏการณ์โพลาไรซ์พิสูจน์ธรรมชาติคลื่นของแสงและธรรมชาติตามขวางของคลื่นแสง

ลำแสงสีขาวขนานแคบๆ เมื่อผ่านปริซึมแก้วจะสลายตัวเป็นลำแสง สีที่แตกต่างในขณะที่รังสีสีม่วงมีความเบี่ยงเบนไปทางฐานของปริซึมมากที่สุด ข้อเท็จจริงที่ว่าการสลายตัวของแสงสีขาวนั้นอธิบายได้ แสงสีขาวประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นต่างกัน และดัชนีการหักเหของแสงขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของมัน ดัชนีการหักเหของแสงสัมพันธ์กับความเร็วของแสงในตัวกลาง ดังนั้น ความเร็วของแสงในตัวกลางจึงขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การกระจายตัวของแสง

จากความบังเอิญของความเร็วที่วัดได้จากการทดลองของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แม็กซ์เวลล์เสนอแนะแสงนั้น - มันเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สมมติฐานนี้ได้รับการยืนยันจากคุณสมบัติของแสง

ตั๋วหมายเลข 22การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ดเกี่ยวกับการกระเจิงของอนุภาคα แบบจำลองนิวเคลียร์ของอะตอม

แผนการตอบสนอง

1. การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด 2. แบบจำลองนิวเคลียร์ของอะตอม

คำว่า "อะตอม" แปลจากภาษากรีกแปลว่า "แบ่งแยกไม่ได้" ภายใต้อะตอม เป็นเวลานานจนถึงต้นศตวรรษที่ 20 หมายถึงอนุภาคที่เล็กที่สุดซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ กลับไปด้านบน ศตวรรษที่ XX วีวิทยาศาสตร์ได้สะสมข้อเท็จจริงมากมายที่บ่งบอกถึงโครงสร้างที่ซับซ้อนของอะตอม

ความก้าวหน้าอย่างมากในการศึกษาโครงสร้างของอะตอมเกิดขึ้นได้ในการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Ernest Rutherford เกี่ยวกับการกระเจิงของอนุภาคอัลฟ่าเมื่อผ่านชั้นบาง ๆ ของสสาร ในการทดลองนี้จะมีลำแสงแคบ α - อนุภาคที่ปล่อยออกมาจากสารกัมมันตภาพรังสีถูกส่งไปยังฟอยล์สีทองบาง ๆ ตะแกรงถูกวางไว้ด้านหลังฟอยล์ ซึ่งสามารถเรืองแสงได้ภายใต้การกระแทกของอนุภาคเร็ว โดยพบว่าส่วนใหญ่ α -อนุภาคเบี่ยงเบนไปจากการแพร่กระจายเชิงเส้นหลังจากผ่านฟอยล์ เช่น กระจาย และบางส่วน α - โดยทั่วไปแล้วอนุภาคจะถูกโยนกลับ กระจัดกระจาย α -อนุภาครัทเทอร์ฟอร์ดอธิบายโดยบอกว่า ประจุบวกไม่กระจายอย่างสม่ำเสมอในลูกบอลที่มีรัศมี 10 -10 เมตรดังที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ แต่มีความเข้มข้นในส่วนกลางของอะตอม - นิวเคลียสของอะตอม เมื่อผ่านเข้าไปใกล้นิวเคลียส α -อนุภาคที่มีประจุบวกจะถูกผลักไส และเมื่อมันกระทบนิวเคลียส มันก็จะถูกเหวี่ยงกลับไปในทิศทางตรงกันข้าม นี่คือลักษณะการทำงานของอนุภาคที่มีประจุเท่ากัน ดังนั้นจึงมีส่วนที่มีประจุบวกตรงกลางของอะตอม ซึ่งมีมวลสำคัญของอะตอมเข้มข้น จากการคำนวณพบว่าในการอธิบายการทดลองจำเป็นต้องใช้รัศมีของนิวเคลียสของอะตอมเท่ากับประมาณ 10 -15 μ .

รัทเทอร์ฟอร์ดเสนอว่าอะตอมมีโครงสร้างเหมือนระบบดาวเคราะห์ สาระสำคัญของแบบจำลองโครงสร้างของอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดมีดังนี้: ในใจกลางของอะตอมจะมีนิวเคลียสที่มีประจุบวกซึ่งมวลทั้งหมดมีความเข้มข้น อิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียสในวงโคจรเป็นวงกลมในระยะทางไกล (เช่นดาวเคราะห์ รอบดวงอาทิตย์) ประจุนิวเคลียร์ตรงกับตัวเลข องค์ประกอบทางเคมีในตารางธาตุ

แบบจำลองดาวเคราะห์โครงสร้างของอะตอมตาม Rutherford ไม่สามารถอธิบายอนุกรมนี้ได้ ข้อเท็จจริงที่ทราบ:

อิเล็กตรอนที่มีประจุจะต้องตกเข้าสู่นิวเคลียสเนื่องจากแรงดึงดูดของคูลอมบ์ และอะตอมเป็นระบบที่เสถียร เมื่อเคลื่อนที่ในวงโคจรเป็นวงกลมใกล้กับนิวเคลียส อิเล็กตรอนในอะตอมจะต้องปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาทุกความถี่ที่เป็นไปได้ นั่นคือ แสงที่ปล่อยออกมาจะต้องมีสเปกตรัมต่อเนื่อง แต่ในทางปฏิบัติผลลัพธ์จะแตกต่างออกไป:

อิเล็กตรอนของอะตอมจะปล่อยแสงออกมาโดยมีสเปกตรัมเป็นเส้น นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก นีลส์ บอร์ เป็นคนแรกที่พยายามแก้ไขข้อขัดแย้งในแบบจำลองนิวเคลียร์ของดาวเคราะห์ในโครงสร้างอะตอม

ตั๋วหมายเลข 23

สมมุติฐานควอนตัมของบอร์ การแผ่รังสีและการดูดกลืนแสงโดยอะตอม การวิเคราะห์สเปกตรัม ผลของโฟโตอิเล็กทริคและกฎของมัน สมการของไอน์สไตน์สำหรับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกและค่าคงที่ของพลังค์ การประยุกต์ใช้เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคในเทคโนโลยี

แผนการตอบสนอง

1. สมมุติฐานแรก 2. สมมุติฐานที่สอง 3. ประเภทของสเปกตรัม

Bohr ใช้ทฤษฎีของเขาอยู่บนพื้นฐานสองข้อ สมมุติฐานแรก: ระบบอะตอมสามารถอยู่ในสถานะคงที่หรือสถานะควอนตัมพิเศษเท่านั้น ซึ่งแต่ละสถานะมีพลังงานในตัวเอง ในสถานะคงที่ อะตอมจะไม่แผ่รังสี

ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอน (เช่น ในอะตอมไฮโดรเจน) สามารถอยู่ในวงโคจรที่มีการกำหนดชัดเจนหลายวงได้ วงโคจรของอิเล็กตรอนแต่ละวงสอดคล้องกับพลังงานจำเพาะมาก

สมมติฐานที่สอง: ในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะนิ่งหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง ควอนตัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกปล่อยออกมาหรือดูดซับ พลังงานของโฟตอนเท่ากับค่าความต่างของพลังงานของอะตอมในสองสถานะ: hv = อี ม –ใช่; ชม.= 6.62 · 10 -34 J s โดยที่ ชม-ค่าคงตัวของพลังค์

เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากวงโคจรใกล้ไปยังวงโคจรที่ไกลกว่า ระบบอะตอมจะดูดซับพลังงานควอนตัม เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากวงโคจรระยะไกลไปยังวงโคจรที่ใกล้กว่าเมื่อเทียบกับนิวเคลียส ระบบอะตอมจะปล่อยพลังงานควอนตัมออกมา

ทฤษฎีของบอร์ทำให้สามารถอธิบายการมีอยู่ของสเปกตรัมเส้นได้

สเปกตรัมการปล่อย(หรือการดูดซับ) คือชุดของคลื่นความถี่หนึ่งที่อะตอมของสารที่กำหนดจะปล่อย (หรือดูดซับ)

มีสเปกตรัม แข็งเรียงรายและ ลาย.

สเปกตรัมต่อเนื่องปล่อยสารทั้งหมดในสถานะของแข็งหรือของเหลว สเปกตรัมต่อเนื่องประกอบด้วยคลื่นทุกความถี่ของแสงที่มองเห็นได้ดังนั้นจึงปรากฏเป็นแถบสีด้วย การเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่นจากสีหนึ่งไปอีกสีหนึ่งตามลำดับดังนี้ แดง ส้ม เหลือง เขียว น้ำเงิน และม่วง (นักล่าทุกคนอยากรู้ว่าไก่ฟ้านั่งอยู่ที่ไหน)

สเปกตรัมเส้นปล่อยสารทั้งหมดในสถานะอะตอมออกมา อะตอมของสสารทั้งหมดจะปล่อยชุดคลื่นที่มีความถี่เฉพาะเจาะจงมากซึ่งมีลักษณะเฉพาะสำหรับพวกมัน เช่นเดียวกับที่แต่ละคนมีลายนิ้วมือส่วนตัวของตัวเอง อะตอมของสสารจึงมีสเปกตรัมของตัวเอง ซึ่งมีลักษณะเฉพาะสำหรับมันเท่านั้น สเปกตรัมการแผ่รังสีของเส้นมีลักษณะเหมือนเส้นสีที่คั่นด้วยช่องว่าง ธรรมชาติของสเปกตรัมเส้นนั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าอะตอมของสสารชนิดใดชนิดหนึ่งมีเพียงสถานะคงที่ของตัวเองซึ่งมีพลังงานลักษณะเฉพาะของตัวเอง ดังนั้นชุดระดับพลังงานคู่ของพวกมันเองที่อะตอมสามารถเปลี่ยนแปลงได้ เช่น อิเล็กตรอนใน อะตอมสามารถเคลื่อนที่จากวงโคจรเฉพาะวงหนึ่งไปยังวงโคจรอื่นที่มีการกำหนดไว้ชัดเจนสำหรับสารเคมีที่กำหนดเท่านั้น

สเปกตรัมลายปล่อยออกมาจากโมเลกุล สเปกตรัมแบบแถบมีลักษณะคล้ายกับสเปกตรัมแบบเส้น เพียงแต่แทนที่จะแยกเป็นเส้นเดี่ยวๆ เท่านั้น จะมีการสังเกตชุดเส้นที่แยกจากกันและรับรู้เป็นแถบแต่ละแถบ

ลักษณะเฉพาะคือสเปกตรัมใดก็ตามที่ปล่อยออกมาจากอะตอมเหล่านี้ สเปกตรัมเดียวกันนี้จะถูกดูดซับ กล่าวคือ สเปกตรัมการเปล่งแสงตามชุดความถี่ที่ปล่อยออกมาจะตรงกับสเปกตรัมการดูดกลืนแสง เนื่องจากอะตอมของสารต่างกันจะสอดคล้องกันเท่านั้น พวกเขาสเปกตรัมก็มีวิธีกำหนดได้ องค์ประกอบทางเคมีสสารโดยการศึกษาสเปกตรัมของพวกมัน วิธีการนี้เรียกว่า การวิเคราะห์สเปกตรัมการวิเคราะห์สเปกตรัมใช้เพื่อตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมีของแร่ฟอสซิลในระหว่างการขุด เพื่อตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมีของดวงดาว บรรยากาศ ดาวเคราะห์ เป็นวิธีการหลักในการตรวจสอบองค์ประกอบของสารในสาขาโลหะวิทยาและวิศวกรรมเครื่องกล ในปี 1900 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Max Planck เสนอสมมติฐาน: แสงถูกปล่อยออกมาและดูดซับในส่วนที่แยกจากกัน - ควอนตัม (หรือโฟตอน) พลังงานของโฟตอนแต่ละอันถูกกำหนดโดยสูตร อี= ชม ν , ที่ไหน ชม-ค่าคงที่ของพลังค์เท่ากับ 6.63 10 -34 J s ν - ความถี่ของแสง สมมติฐานของพลังค์อธิบายปรากฏการณ์หลายประการ: โดยเฉพาะอย่างยิ่งปรากฏการณ์ของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกซึ่งค้นพบในปี พ.ศ. 2430 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Heinrich Hertz และศึกษาการทดลองโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย A.G. Stoletov

เอฟเฟกต์แสง -นี่คือปรากฏการณ์การปล่อยอิเล็กตรอนโดยสสารภายใต้อิทธิพลของแสง

จากการวิจัย ได้มีการกำหนดกฎสามประการของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคขึ้น

1. ความแรงของกระแสอิ่มตัวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของการแผ่รังสีแสงที่ตกกระทบบนพื้นผิวของร่างกาย

2. พลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงกับความถี่ของแสงและขึ้นอยู่กับความเข้มของแสง

3. หากความถี่ของแสงน้อยกว่าความถี่ขั้นต่ำที่กำหนดสำหรับสารที่กำหนด เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคจะไม่เกิดขึ้น

การพึ่งพาโฟโตปัจจุบันกับแรงดันไฟฟ้าแสดงในรูปที่ 36

ทฤษฎีเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกถูกสร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน เอ. ไอน์สไตน์ ในปี 1905 ทฤษฎีของไอน์สไตน์มีพื้นฐานมาจากแนวคิดเกี่ยวกับฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนจากโลหะและแนวคิดเรื่องการแผ่รังสีควอนตัมของแสง ตามทฤษฎีของไอน์สไตน์ เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกมีคำอธิบายดังต่อไปนี้: โดยการดูดซับควอนตัมแสง อิเล็กตรอนจะได้รับพลังงาน hv.เมื่อออกจากโลหะพลังงานของอิเล็กตรอนแต่ละตัวจะลดลงตามจำนวนหนึ่งซึ่งเรียกว่า ฟังก์ชั่นการทำงาน(เอ่อ ออก). ฟังก์ชั่นงานคืองานที่จำเป็นในการเอาอิเล็กตรอนออกจากโลหะ พลังงานสูงสุดของอิเล็กตรอนหลังออกเดินทาง (หากไม่มีการสูญเสียอื่น ๆ ) มีรูปแบบ: mv 2 /2 = hv - เอาต์พุตสมการนี้เรียกว่า สมการของไอน์สไตน์

ถ้า hν< แต่โฟโตอิเล็กทริคจะไม่เกิดขึ้น วิธี, ขอบเอฟเฟกต์ภาพถ่ายสีแดงเท่ากับ ν นาที =เอาท์พุต /ชม

อุปกรณ์ที่ใช้เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคเรียกว่า ตาแมวอุปกรณ์ดังกล่าวที่ง่ายที่สุดคือตาแมวสุญญากาศ ข้อเสียของตาแมวคือ: กระแสต่ำ, ความไวต่ำต่อรังสีคลื่นยาว, ความยากในการผลิต, ความเป็นไปไม่ได้ของการใช้งานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ใช้ในการวัดแสงเพื่อวัดความเข้มของการส่องสว่าง ความสว่าง การส่องสว่าง ในโรงภาพยนตร์เพื่อสร้างเสียง ในโฟโตเทเลกราฟและโฟโต้โฟน ในการจัดการกระบวนการผลิต

มีโฟโตเซลล์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งความเข้มข้นของพาหะในปัจจุบันเปลี่ยนไปภายใต้อิทธิพลของแสง พวกมันถูกใช้ในการควบคุมอัตโนมัติของวงจรไฟฟ้า (เช่นในประตูหมุนของรถไฟใต้ดิน) ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับในฐานะแหล่งกระแสไฟฟ้าที่ไม่หมุนเวียน ในนาฬิกา เครื่องคิดเลขขนาดเล็ก กำลังทดสอบรถยนต์พลังงานแสงอาทิตย์คันแรก ถูกนำมาใช้ พลังงานแสงอาทิตย์บนดาวเทียมโลกเทียม สถานีอัตโนมัติระหว่างดาวเคราะห์และวงโคจร

ปรากฏการณ์ของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคเกี่ยวข้องกับกระบวนการโฟโตเคมีที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแสงในวัสดุถ่ายภาพ

ในฟิสิกส์สมัยใหม่ แสงถูกอธิบายว่าเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือโฟตอน

2.5.1. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับการรวมกันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ลองพิจารณาประจุไฟฟ้าดู มันสร้างสนามไฟฟ้ารอบๆ ตัวมันเอง หากมีประจุเคลื่อนที่ จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก มีการแสดงหลักฐานยืนยันทั้งทางทฤษฎีและเชิงทดลองว่าสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเหล่านี้รวมกันก่อให้เกิดการรบกวนที่แพร่กระจายผ่านอวกาศ และเรียกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นนี้แพร่กระจายได้เองเนื่องจากสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง สนามแม่เหล็กซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใหม่ในสนามไฟฟ้า เป็นต้น จึงมีการแลกเปลี่ยนพลังงานอย่างต่อเนื่องระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระทบกับสสาร สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของมันจะส่งผลให้อนุภาคที่มีประจุของสสารนั้นสั่นในลักษณะเดียวกับในคลื่นดั้งเดิม สิ่งนี้ทำให้พลังงานถูกถ่ายโอนผ่านวัสดุโดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายสสารเอง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้

พวกมันถูกสร้างขึ้นโดยการเคลื่อนย้ายประจุ

พวกเขาคือ คลื่นตามขวางโดยที่สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตั้งฉากกันและตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น

พวกเขาไม่ต้องการวัสดุใด ๆ ในการเผยแพร่ แต่สามารถแพร่กระจายผ่านวัสดุโดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายวัตถุ

พวกมันทั้งหมดเคลื่อนที่ไปในอวกาศด้วยความเร็วสัมพัทธ์เท่ากันซึ่งเรียกว่าความเร็วแสง

สมการของแมกซ์เวลล์อธิบายพฤติกรรมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในเชิงปริมาณ แต่การพิจารณานั้นอยู่นอกเหนือขอบเขตของหนังสือเล่มนี้ ซึ่งเรามุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติมากกว่าทฤษฎีเชิงนามธรรม

2.5.2. โฟตอน

โฟตอนถือเป็นอนุภาคที่ไม่ต่อเนื่องของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า พลังค์เสนอว่าพลังงานถูกปล่อยออกมาในรูปแบบการระเบิดที่เรียกว่า "ควอนตัม" ซึ่งปริมาณพลังงานจะเป็นสัดส่วนกับความถี่ นี่แสดงโดยสูตร

ที่ไหน ชม.- ค่าคงที่ของพลังค์ (6.63 x 10 -34 จูล/วินาที)

ควอนตัมของแสงเรียกว่าโฟตอน โฟตอนมีคุณสมบัติบางอย่างของอนุภาคเนื่องจากมีความไม่ต่อเนื่องและมีขอบเขตจำกัด อย่างไรก็ตาม แสงก็เป็นคลื่นเช่นกัน ดังที่เห็นได้จากผลของการเลี้ยวเบนและการรบกวน ปรากฎว่าแสงเป็นทั้งอนุภาคและคลื่น นี่เป็นความขัดแย้งเนื่องจากอนุภาคมีขอบเขตและไม่ต่อเนื่อง ในขณะที่คลื่นมีความไม่มีที่สิ้นสุดและต่อเนื่องกัน นักฟิสิกส์มองว่าทฤษฎีทั้งสองเป็นส่วนเสริมซึ่งกันและกัน แต่ไม่ได้ใช้พร้อมกัน เอฟเฟกต์นี้เรียกว่าความเป็นคู่ของแสงระหว่างอนุภาคและคลื่น และแบบจำลองทางกายภาพทั้งสองแบบก็มีความถูกต้องเท่าเทียมกันและมีประโยชน์ในการอธิบายเอฟเฟกต์ทางแสงต่างๆ ที่น่าสนใจคือทั้งสองรุ่นมีส่วนที่ไม่สอดคล้องกัน

แสงในรูปของโฟตอนหรือคลื่นเดินทางในอวกาศด้วยความเร็วประมาณ 300,000 กม./วินาที (3 x 10 8 เมตร/วินาที) เอฟเฟกต์หลายอย่างสามารถเข้าใจได้ดีขึ้นโดยการคิดถึงแสงว่าเป็นรังสีที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงระหว่างหรือผ่านส่วนประกอบทางแสง รังสีเปลี่ยนแปลง (สะท้อน หักเห กระจาย ฯลฯ) บนพื้นผิวแสงของอุปกรณ์ พฤติกรรมทางแสงนี้

แสงเป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงานที่มองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ซึ่งปล่อยออกมาจากการเคลื่อนย้ายอนุภาคที่มีประจุ

แสงแดดมีบทบาทสำคัญในชีวิตของสัตว์ป่า จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช พืชแปลงพลังงานจากแสงแดดเป็น รูปแบบทางเคมีโดยผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง น้ำมัน ถ่านหิน และ ก๊าซธรรมชาติเป็นซากพืชที่มีชีวิตอยู่เมื่อล้านปีก่อน เราสามารถพูดได้ว่านี่คือพลังงานของแสงอาทิตย์ที่ถูกแปลง

นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์ผ่านการทดลองแล้วว่าบางครั้งแสงก็มีพฤติกรรมเหมือนอนุภาค และบางครั้งก็เหมือนคลื่น ในปี 1900 ทฤษฎีควอนตัม Max Planck ได้รวมมุมมองทางวิทยาศาสตร์สองประการเกี่ยวกับแสงเข้าด้วยกัน และในฟิสิกส์สมัยใหม่ แสงถือเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวาง บุคคลที่มองเห็นได้ซึ่งปล่อยออกมาจากควอนตัมแสง (โฟตอน) - อนุภาคที่ไม่มีมวลและเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว

ลักษณะของแสง

เช่นเดียวกับคลื่นอื่นๆ แสงสามารถแสดงลักษณะเฉพาะด้วยความยาว (แลมบ์ดา) ความถี่ (υ) และความเร็วของการแพร่กระจายในตัวกลางใดๆ (v) ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเหล่านี้แสดงโดยสูตร:

แสงที่มองเห็นอยู่ในช่วงความยาวคลื่นของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งแต่ m (ตามลำดับความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น: สีม่วง น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม แดง) ความถี่ของคลื่นแสงสัมพันธ์กับสีของมัน

เมื่อคลื่นแสงผ่านจากสุญญากาศไปสู่ตัวกลาง ความยาวและความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นจะลดลง ความถี่ของคลื่นแสงยังคงไม่เปลี่ยนแปลง:

n คือดัชนีการหักเหของตัวกลาง c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ

ต้องจำไว้ว่าความเร็วแสง:

• ในสุญญากาศเป็นค่าคงที่สากลในทุกระบบการรายงาน
• ในตัวกลางจะน้อยกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศเสมอ
• ขึ้นอยู่กับสื่อที่มันผ่านไป
• ในสุญญากาศจะมีค่ามากกว่าความเร็วของอนุภาคใดๆ ที่มีมวลเสมอ

ลักษณะคลื่นของแสง

ธรรมชาติของคลื่นของแสงแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกผ่านการทดลองการเลี้ยวเบนและการรบกวน เช่นเดียวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ แสงสามารถเดินทางผ่านสุญญากาศ สะท้อนและหักเหได้ ธรรมชาติของแสงตามขวางแสดงให้เห็นได้จากปรากฏการณ์โพลาไรเซชัน

การรบกวน

คลื่นแสงที่มีความต่างเฟสคงที่และความถี่เท่ากันจะทำให้เกิดเอฟเฟกต์การรบกวนที่มองเห็นได้เมื่อคลื่นที่เกิดขึ้นนั้นแข็งแกร่งขึ้นหรืออ่อนลง

ไอแซก นิวตันเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกๆ ที่ศึกษาปรากฏการณ์การรบกวน ในการทดลองวงแหวนของนิวตันอันโด่งดังของเขา เขาได้เชื่อมต่อเลนส์นูนที่มีรัศมีความโค้งมากเข้ากับแผ่นกระจกแบน หากเราพิจารณาระบบแสงนี้ผ่านการสะท้อนกลับ แสงแดดจะสังเกตเห็นชุดของแสงที่มีศูนย์กลางรวมและวงกลมแสงที่มีสีเข้มมาก วงแหวนปรากฏขึ้นเนื่องจากมีชั้นอากาศบางๆ ระหว่างเลนส์กับเพลต แสงที่สะท้อนจากพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของกระจกจะรบกวนและก่อให้เกิดการรบกวนสูงสุดในรูปแบบของวงแหวนแสงและน้อยที่สุดในรูปแบบของวงแหวนสีเข้ม

การเลี้ยวเบน

การเลี้ยวเบนคือการโค้งงอของคลื่นแสงรอบๆ สิ่งกีดขวาง ปรากฏการณ์นี้สามารถสังเกตได้เมื่อขนาดของสิ่งกีดขวางเทียบได้กับความยาวคลื่น หากวัตถุมีมาก อีกต่อไปคลื่นจากแหล่งกำเนิดแสงปรากฏการณ์นี้แทบจะมองไม่เห็น

ผลของการเลี้ยวเบนคือการสลับแถบสีและสีเข้มของแสงหรือวงกลมที่มีศูนย์กลางร่วมกัน เอฟเฟกต์แสงนี้เกิดขึ้นจากการที่คลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวางมารบกวน ภาพนี้เกิดจากแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวของคอมแพคดิสก์

ในกรณีของกระแสคงที่หรือการกระจายประจุที่เปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ ตามเวลา ข้อสรุปจากสมการของแมกซ์เวลล์แทบไม่แตกต่างจากข้อสรุปจากสมการไฟฟ้าและแม่เหล็กที่มีอยู่ก่อนที่แมกซ์เวลล์จะแนะนำกระแสการกระจัด อย่างไรก็ตาม หากกระแสหรือประจุเปลี่ยนแปลงตามเวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากกระแสหรือประจุเปลี่ยนแปลงเร็วมาก เช่น ในกรณีของลูกบอลสองลูก เช่น ที่ประจุพุ่งจากลูกบอลหนึ่งไปยังอีกลูกบอลหนึ่ง (รูปที่ 351) สมการของแมกซ์เวลล์จะให้คำตอบที่ไม่ มีอยู่มาก่อน

พิจารณาสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแส (เช่น ไหลผ่านเส้นลวด) ทีนี้ลองจินตนาการว่าโซ่ขาด เมื่อกระแสลดลง สนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดก็จะลดลงด้วย ดังนั้นสนามไฟฟ้าจึงเกิดความตื่นเต้น (ตามกฎของฟาราเดย์ สนามแม่เหล็กสลับจะกระตุ้นสนามไฟฟ้า) เมื่ออัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กลดลง สนามไฟฟ้าจะเริ่มลดลง ตามแนวคิดก่อนแมกซ์เวลเลียน ไม่มีสิ่งอื่นใดเกิดขึ้น: สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะหายไปเมื่อกระแสไปที่ศูนย์ เนื่องจากเชื่อกันว่าสนามไฟฟ้ากระแสสลับไม่มีผลกระทบใดๆ

อย่างไรก็ตาม จากทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ พบว่าสนามไฟฟ้าที่ตกลงมากระตุ้นสนามแม่เหล็กในลักษณะเดียวกับที่สนามแม่เหล็กที่ตกลงมากระตุ้นสนามไฟฟ้า และสนามเหล่านี้รวมกันในลักษณะที่เมื่อสนามใดสนามหนึ่งลดลง อีกสนามหนึ่งจะปรากฏขึ้น

ห่างจากแหล่งกำเนิดเล็กน้อย และผลที่ตามมาคือแรงกระตุ้นทั้งหมดเคลื่อนผ่านอวกาศโดยรวม หากค่าของ B เท่ากับค่าของ E และเวกเตอร์ทั้งสองนี้ตั้งฉากกัน ดังนั้นจากสมการของแมกซ์เวลล์ตามนี้ แรงกระตุ้นจะต้องแพร่กระจายในอวกาศด้วยความเร็วที่แน่นอน

แรงกระตุ้นนี้มีคุณสมบัติทั้งหมดที่เราแสดงลักษณะการเคลื่อนที่ของคลื่นก่อนหน้านี้ ถ้าเราไม่มี แต่มีแรงกระตุ้นมากมายเกิดขึ้น เช่น จากการสั่น ค่าไฟฟ้าระหว่างลูกบอลสองลูก ความยาวคลื่นที่แน่นอนสามารถเชื่อมโยงกับชุดพัลส์ดังกล่าวได้ กล่าวคือ ระยะห่างระหว่างสันเขาที่อยู่ติดกัน พัลส์แพร่กระจายจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งเหมือนกับคลื่น และสิ่งที่สำคัญเป็นพิเศษคือการปฏิบัติตามหลักการหลัก กล่าวคือ หลักการของการซ้อนทับ เนื่องจากสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมีคุณสมบัติเสริม ดังนั้นการเคลื่อนที่ของพัลส์ไฟฟ้าและแม่เหล็กจึงมีลักษณะเฉพาะด้วยคุณสมบัติของคลื่น

ให้เราพิจารณาระบบดาวเคราะห์ของอนุภาคที่มีประจุอีกครั้ง (รูปที่ 352) ตามทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ อนุภาคที่มีประจุ (โดยเฉพาะอิเล็กตรอน) เคลื่อนที่ในวงโคจรเป็นวงกลม (เช่นเดียวกับอนุภาคใดๆ ที่มีความเร่ง) จะกระตุ้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ความถี่ของคลื่นนี้เท่ากับความถี่ของการหมุนวงโคจรของอิเล็กตรอน การใช้ค่าตัวเลขที่ได้รับใน Chap 19 เราพบ

จากความสัมพันธ์ระหว่างความถี่และความยาวคลื่นที่เรามี

ผลที่ตามมา

ตัวอย่างเช่น สมมติว่าความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นคือ cm/s แล้ว

นี่คือความยาวคลื่น รังสีอัลตราไวโอเลตกล่าวคือรังสีที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงสีม่วง (ความยาวคลื่นต่ำสุดของแสงที่ตามองเห็นจะอยู่ในช่วงเซนติเมตร)

ระบบดาวเคราะห์ของอนุภาคที่มีประจุปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา กล่าวคือ มันสูญเสียพลังงาน (คลื่นนำพลังงานติดตัวไปด้วย เนื่องจากพวกมันสามารถทำงานบนประจุที่อยู่ไกลจากแหล่งกำเนิดได้) ดังนั้นเพื่อการดำรงอยู่อย่างมั่นคง พลังงานเพิ่มเติมจะต้อง ถูกสูบเข้ามาจากภายนอก

เมื่อแมกซ์เวลล์ตระหนักว่าสมการของเขาทำให้เกิดผลเช่นนั้นได้ เขาจึงคำนวณความเร็วที่คลื่นจะต้องเดินทางผ่านอวกาศ เขาเขียนว่า:

“ความเร็วของการแกว่งของคลื่นตามขวางในตัวกลางสมมุติของเรา ซึ่งคำนวณจากการทดลองทางแม่เหล็กไฟฟ้าของ Kohlrausch และ Weber นั้นเกิดขึ้นพร้อมกันกับความเร็วแสงที่คำนวณจากการทดลองทางแสงของ Fizeau พอดี ซึ่งเราแทบจะไม่สามารถปฏิเสธข้อสรุปที่ว่าแสงประกอบด้วยการแกว่งตามขวางของ สื่อเดียวกันซึ่งทำให้เกิดไฟฟ้าและ ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็ก» .

“ฉันได้รับสมการของฉันในขณะที่อาศัยอยู่ในต่างจังหวัด และไม่สงสัยว่าความเร็วการแพร่กระจายของเอฟเฟกต์แม่เหล็กจะใกล้เคียงกับความเร็วแสง ดังนั้นฉันคิดว่าฉันมีเหตุผลทุกประการที่จะพิจารณาตัวกลางที่เป็นแม่เหล็กและตัวเรืองแสงเป็นตัวกลางเดียวกัน …”.

[มันยากกว่ามากสำหรับแม็กซ์เวลล์ที่จะได้ผลงานอันโด่งดังของเขามากกว่าที่เราคิด เพื่อความสะดวก เราได้นำตัวอักษร c มาใช้ ซึ่งหมายถึงความเร็วของแสง เพื่อเชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กกับสนามไฟฟ้าที่มันตื่นเต้น โดยแทนที่ตัวเลขที่ค่อนข้างกำหนดเองด้วยปริมาณ จากนั้น เราก็ใช้ปริมาณ c เดียวกันเพื่ออธิบาย ความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กกับกระแสน้ำและตัวแปรที่กระตุ้นสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า. ตามกฎของแอมแปร์ การไหลเวียนของสนามแม่เหล็กที่วัดได้จะต้องเป็นสัดส่วนกับค่าที่วัดได้ของกระแสที่ไหลผ่านพื้นผิว ปรากฎว่าเป็นเช่นนั้น

โดยตัวเลขในระบบ CGS นำมาจากการวัดจริงของสนามแม่เหล็กและกระแสที่ไหลผ่านพื้นผิว เมื่อแมกซ์เวลล์พิจารณาสมการเหล่านี้ร่วมกันและพบคำตอบที่สอดคล้องกับการแพร่กระจายของพัลส์รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

เขาได้รับอีกจำนวนหนึ่งจากตัวเลขที่วัดได้เหล่านี้ ซึ่งให้ความเร็วของการแพร่กระจายของแรงกระตุ้นนี้ และตัวเลขนี้กลายเป็นประมาณ cm/s แต่ตัวเลข cm/s คือค่าที่วัดได้ของความเร็วแสง นั่นคือเหตุผลที่แม็กซ์เวลล์ระบุพัลส์รังสีด้วยตัวแสงเอง เขาเขียน:

“...เรามีเหตุผลที่ดีที่จะสรุปได้ว่าตัวแสง (รวมถึงความร้อนจากการแผ่รังสีและการแผ่รังสีอื่นๆ) เป็นการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปของคลื่นที่แพร่กระจายผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าตามกฎของแม่เหล็กไฟฟ้า”

รูปที่. 353 รูปนี้แสดงคำตอบของสมการของแมกซ์เวลล์ที่สอดคล้องกับคลื่นที่แพร่กระจายในสุญญากาศด้วยความเร็วแสง เวกเตอร์ E และ B ตั้งฉากกันและมีขนาดเท่ากัน เป็นไปได้ทั้งพัลส์และสารละลายคาบที่สอดคล้องกับคลื่นตามความยาวที่กำหนด สุญญากาศเป็นสื่อที่ไม่มีการกระจายตัว กล่าวคือ ในนั้นคลื่นคาบทั้งหมดจะแพร่กระจายด้วยความเร็วเท่ากัน

มีความประหลาดใจโดยทั่วไป แต่ก็มีข้อสงสัยเช่นกัน ดังนั้นจดหมายฉบับหนึ่งถึง Maxwell กล่าวว่า:

“ข้อตกลงระหว่างความเร็วแสงที่สังเกตได้กับความเร็วของการสั่นตามขวางในตัวกลางที่คุณคำนวณนั้นดูเหมือนจะเป็นผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม สำหรับฉันแล้วดูเหมือนว่าผลลัพธ์ดังกล่าวไม่เป็นที่พึงปรารถนาจนกว่าคุณจะโน้มน้าวผู้คนเมื่อใดก็ตาม ไฟฟ้าอนุภาคแถวเล็กๆ บีบระหว่างล้อหมุนสองแถว"

หลังจากที่แสงถูกระบุด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า [สีที่ต่างกันสอดคล้องกับความถี่ที่ต่างกัน (รูปที่ 354) หรือความยาวคลื่นของการแผ่รังสี โดยที่แสงที่ตามองเห็นประกอบขึ้นเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของสเปกตรัมเต็มสเปกตรัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า] และเนื่องจากอันตรกิริยาของไฟฟ้าและ รู้จักสนามแม่เหล็กที่มีอนุภาคมีประจุ (สูตรลอเรนซ์) เป็นครั้งแรกที่เป็นไปได้ที่จะสร้างทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ของแสงกับสสาร (ถ้าเราคิดว่าสื่อประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุ) ตัวอย่างเช่น หลังจากการตีพิมพ์ผลงานของ Maxwell Lorentz และ Fitzgerald พยายามแสดงความคล้ายคลึงกันระหว่างพฤติกรรมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับพฤติกรรมของแสงระหว่างการสะท้อนและการหักเหของแสง โดยคำนวณกรณีของการส่งผ่าน

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าข้ามขอบเขตของสื่อทั้งสอง ปรากฎว่าพฤติกรรมของคลื่นนี้เกิดขึ้นพร้อมกับพฤติกรรมของแสงที่สังเกตได้

แม้ว่าแม็กซ์เวลล์จะล้มเหลวในการระบุตัวตนก็ตาม รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยแสง การค้นพบนี้ยังคงมีความสำคัญอย่างยิ่ง หากต้องการดูสิ่งนี้ โปรดจำไว้ว่าสนามไฟฟ้าสามารถทำงานได้โดยมีประจุหนึ่งตัว ผลที่ตามมา ประจุที่สั่น ณ จุดหนึ่งในอวกาศทำให้เกิดพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสามารถแพร่กระจายไปยังระยะทางที่ต้องการจากประจุที่กำลังเคลื่อนที่และสนามไฟฟ้าที่สามารถทำงานกับประจุอื่นที่นั่นได้

รูปที่. 354. สเปกตรัมของการสั่นสะเทือนทางแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีเอกซ์ แสงที่มองเห็น คลื่นวิทยุ ฯลฯ ล้วนเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นต่างกัน แสงที่มองเห็นแตกต่างจาก "มองไม่เห็น" เพียงแต่ว่าแสงที่ตามนุษย์ไม่รับรู้เท่านั้น

มีน้ำไหลผ่านใต้สะพานไม่มากนักนับตั้งแต่ครั้งแรกที่สามารถส่งผ่านสายไฟได้ พลังงานไฟฟ้าเพื่อทำงานให้ห่างจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟ ตอนนี้แม็กซ์เวลล์เสนอให้ส่งพลังงานในระยะทางไกลโดยไม่ต้องใช้สายไฟใด ๆ ซึ่งสามารถทำงานบนวัตถุที่มีประจุที่อยู่ห่างไกลได้ นอกจากนี้ ด้วยการใช้การเปลี่ยนแปลงที่ควบคุมได้ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้สามารถส่งข้อมูลที่สามารถถอดรหัสได้อย่างง่ายดาย ณ จุดที่อยู่ห่างไกล ข้อสรุปนี้ไม่สามารถทำได้ แต่มีผลกระทบเชิงปฏิบัติที่สำคัญ

โรงยิม 144

เรียงความ

ความเร็วแสง.

การรบกวนของแสง

คลื่นนิ่ง.

นักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 11

คอร์ชากิน เซอร์เกย์

เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก 1997

แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ในศตวรรษที่ 17 มีทฤษฎีสองทฤษฎีเกี่ยวกับแสงเกิดขึ้น: คลื่นและทฤษฎีเกี่ยวกับคอร์ปัสคูลาร์ นิวตันเป็นผู้เสนอทฤษฎีเกี่ยวกับร่างกาย และทฤษฎีคลื่นโดยฮอยเกนส์ ตามแนวคิดของไฮเกนส์ แสงคือคลื่นที่แพร่กระจายในตัวกลางพิเศษ - อีเทอร์ ซึ่งเติมเต็มพื้นที่ทั้งหมด ทั้งสองทฤษฎีนี้มีคู่ขนานกันมาเป็นเวลานาน เมื่อทฤษฎีใดทฤษฎีหนึ่งไม่ได้อธิบายปรากฏการณ์ ทฤษฎีอื่นก็อธิบายได้ ตัวอย่างเช่น การแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรงซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของเงาที่แหลมคม ไม่สามารถอธิบายได้ตามทฤษฎีคลื่น อย่างไรก็ตามใน ต้น XIXศตวรรษ ปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การเลี้ยวเบนและการแทรกสอดถูกค้นพบ ซึ่งก่อให้เกิดความคิดที่ว่าในที่สุดทฤษฎีคลื่นก็เอาชนะทฤษฎีเกี่ยวกับคอร์ปัสสตีฟได้ในที่สุด ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 แมกซ์เวลล์ได้แสดงให้เห็นว่ามีแสงสว่าง กรณีพิเศษคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า งานเหล่านี้เป็นรากฐานสำหรับทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแสง อย่างไรก็ตาม ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 มีการค้นพบว่าเมื่อแสงถูกปล่อยออกมาและดูดซับ แสงจะมีพฤติกรรมเหมือนกระแสอนุภาค

ความเร็วแสง.

มีหลายวิธีในการกำหนดความเร็วแสง: วิธีทางดาราศาสตร์และห้องปฏิบัติการ

ความเร็วแสงถูกวัดครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Roemer ในปี 1676 โดยใช้วิธีทางดาราศาสตร์ เขาจับเวลาช่วงเวลาที่ดวงจันทร์ Io ดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวพฤหัสอยู่ภายใต้เงาของดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ดวงนี้ โรเมอร์ทำการตรวจวัดในขณะที่โลกของเราอยู่ใกล้ดาวพฤหัสบดีมากที่สุด และในขณะที่เราอยู่ห่างจากดาวพฤหัสเล็กน้อย (ในทางดาราศาสตร์) ในกรณีแรก ช่วงเวลาระหว่างการระบาดคือ 48 ชั่วโมง 28 นาที ในกรณีที่สอง ดาวเทียมมาช้าไป 22 นาที จากนี้สรุปได้ว่าแสงต้องใช้เวลา 22 นาทีเพื่อเดินทางเป็นระยะทางจากการสังเกตครั้งก่อนถึงการสังเกตปัจจุบัน เมื่อทราบระยะทางและเวลาหน่วงของไอโอ เขาจึงคำนวณความเร็วแสงซึ่งกลายเป็นความเร็วมหาศาลประมาณ 300,000 กม./วินาที

เป็นครั้งแรกที่มีความเร็วแสง วิธีห้องปฏิบัติการฟิโซ นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสสามารถวัดค่านี้ได้ในปี พ.ศ. 2392 เขาได้ค่าความเร็วแสงเท่ากับ 313,000 กม./วินาที

จากข้อมูลสมัยใหม่ ความเร็วแสงคือ 299,792,458 m/s ±1.2 m/s

การรบกวนของแสง

การได้ภาพการรบกวนของคลื่นแสงค่อนข้างยาก สาเหตุก็คือคลื่นแสงที่ปล่อยออกมา แหล่งต่างๆ,ไม่สอดคล้องกัน. ต้องมีความยาวคลื่นเท่ากันและมีความต่างเฟสคงที่ที่จุดใดก็ได้ในอวกาศ ความเท่าเทียมกันของความยาวคลื่นทำได้ง่ายโดยใช้ฟิลเตอร์แสง แต่เป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุความแตกต่างของเฟสคงที่ เนื่องจากอะตอมจากแหล่งต่างๆ ปล่อยแสงอย่างเป็นอิสระจากกัน

อย่างไรก็ตามสามารถสังเกตการรบกวนของแสงได้ ยกตัวอย่างสายรุ้งสีรุ้งบน ฟองสบู่หรือบนแผ่นฟิล์มบางๆ ของน้ำมันก๊าด หรือน้ำมันบนน้ำ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ที. จุง เป็นคนแรกที่ค้นพบแนวคิดอันยอดเยี่ยมที่ว่าสีนั้นอธิบายได้ด้วยการเพิ่มคลื่น ซึ่งคลื่นหนึ่งสะท้อนจากพื้นผิวด้านนอก และอีกสีหนึ่ง 3/4 มาจากคลื่นด้านใน ในกรณีนี้เกิดการรบกวนของคลื่นแสง ผลของการรบกวนขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบของแสงบนฟิล์ม ความหนา และความยาวคลื่น

คลื่นนิ่ง.

สังเกตว่าหากคุณแกว่งปลายด้านหนึ่งของเชือกด้วยความถี่ที่เลือกอย่างถูกต้อง (ปลายอีกด้านหนึ่งได้รับการแก้ไขแล้ว) คลื่นที่ต่อเนื่องจะวิ่งไปยังปลายเชือกคงที่ ซึ่งจะสะท้อนกลับพร้อมกับการสูญเสียครึ่งคลื่น การรบกวนระหว่างเหตุการณ์กับคลื่นสะท้อนจะส่งผลให้คลื่นนิ่งหยุดนิ่ง ความเสถียรของคลื่นนี้เป็นไปตามเงื่อนไข:

L=nl/2, l=u/n, L=nu/n,

โดยที่ L ความยาวของเชือก; n 3 1,2,3 ฯลฯ u คือ ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น ซึ่งขึ้นอยู่กับความตึงของเชือก

คลื่นนิ่งจะตื่นเต้นในทุกส่วนที่สามารถแกว่งไปมาได้

การก่อตัวของคลื่นนิ่งเป็นปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ที่เกิดขึ้นที่ความถี่เรโซแนนซ์หรือธรรมชาติของร่างกาย จุดที่สัญญาณรบกวนถูกยกเลิกเรียกว่าโหนด และจุดที่สัญญาณรบกวนเพิ่มขึ้นเรียกว่าแอนติโหนด

การเพิ่มของคลื่นสองลูก ซึ่งเป็นผลมาจากการสั่นของแสงที่เกิดขึ้นที่จุดต่างๆ ในอวกาศ ทำให้แรงขึ้นหรือลดลงตามเวลาที่ยั่งยืน