Monokromatični val: definicija, značilnosti, dolžina

Danes se bomo pogovarjali o bistvu takega fenomena optike kot monokromatskega vala. Podrobneje bomo podrobneje preučili lastnosti svetlobnih nihanj in elektromagnetne lestvice.

Svetloba, veter, morje, pesek

Te štiri komponente so idealni recept za dober počitek. Ampak zdaj ne gre za poletne počitnice, temveč o fiziki. Svetloba, veter, površina vode in peska imajo eno skupno stvar - nihanje. veter poseben primer: nihanja niso gor in dol - ampak sprememba gostote tipa "vakuumsko koncentracije." In ko se človek počuti na njegov obraz dotika svetlobe vetrič, je bolj gosto zrak iz zemeljske atmosfere nagiba k bolj razredčena stanje, pada odvečno težo na področju nižjem tlaku.

Z morjem in peskom je vse lažje. Vibracije medija so vidne, enaka površina niha v vesolju. Kos papirja, ki se vrže v morje ali reko, se bo dvignil in padel v odsotnosti toka, vendar ne bo mogel pluti do obale.

Elektromagnetne oscilacije, vključno z monokromatskim svetlobnim valom, oscilirajo v vesolju na enak način. Toda poleg smeri razmnoževanja, ko se giblje skozi vesolje, kvant svetlobe ustvarja vektor amplitude, valovni vektor in vektor električnih in magnetnih poljskih jakosti. Vsi so trdno določeni koti glede na druge in nihajo skupaj z valovno sprednjo stranjo. Torej, monokromatični val je celoten paket energije z veliko lastnostmi, ki se na različne načine razširjajo v vesolju.

Lastnosti elektromagnetnega sevanja kot snovi: masa in zagon

Na začetku dvajsetega stoletja so morali znanstveniki priznati, da imajo vsi elementarni delci lastnosti valovanja in lastnosti materialnega delca. Poskusi na pritisk svetlobe, ki je izdelal ruskega znanstvenika Lebedeva, dokazano: svetloba lahko prenaša zagon, kar pomeni, da ima maso. Toda kateri koli vodnik bo pojasnil, da je masa fotona v mirovanju nič. Njegova masa je, kot je bilo, "zamazana" v paket energije. Soočanje s snovjo, svetloba spreminja svoje lastnosti (na primer segreje), hkrati pa izgubi svojo individualnost in bistvo.

Lastnosti elektromagnetnega sevanja kot valovi: frekvenca, dolžina, amplituda, faza

Toda za določitev valovne dolžine monokromatična svetloba, je potrebno vedeti le o njegovih lastnostih valov. Te značilnosti vključujejo:

1. Pogostost. Označeno z grškim pismom nu- če je frekvenca linearna, in omega-, če je cikličen. Opredeljen je kot število valov, ki se "prilegajo" za določeno časovno obdobje. To je časovno značilnost elektromagnetnega sevanja.
2. Valovna dolžina. Označeno kot lambda-. Določa razdaljo med identičnimi fazami dveh sosednjih valov, na primer med dvema maksimaloma. To je prostorska značilnost elektromagnetnega sevanja. Frekvenca in valovna dolžina sta nasprotno sorazmerni drug z drugim. To pomeni, da je višja frekvenca, krajša je valovna dolžina.
3. Amplituda. Lahko se imenuje drugače, vendar se pogosteje pojavlja latinski simbol A. To je višina "grba" in "okvare" nihanja. Amplituda je odgovorna za intenzivnost svetlobe: nižja je nihanja, šibka je svetloba.
4. Faza. Ta vrednost, ki jo označuje phi-, smo že omenili. Faza se običajno nanaša na element nihanja, ki se pojavi v izbranem času. Če "ujamemo" en val na maksimalnem sosedu v vzponu in tretjino na neki točki spusta, potem faze teh nihanj ne sovpadajo.

Vse lastnosti valov, razen, morda faz, so tesno povezane z energijo. Čim večja je frekvenca, tem močnejša je amplituda, več energije, ki jo nosi foton. Tako valovna dolžina monokromatskega sevanja prav tako določa njegovo "temperaturo" in jo postavimo na elektromagnetno lestvico.

Lestvica elektromagnetnih valov do vidnega območja

Vse vrste kvantov svetlobe so pogojno razdeljene glede na valovno dolžino. Meje med temi conami so zamegljene, vsak odsek pa je lahko več. V odvisnosti od frekvence elektromagnetna skala vsebuje:

1. Radio in mikrovalovne pečice (3 kHz-300 GHz). Razdeljeni so v mikrovalovne pečice, centimetre, decimetrične, merilne, kratke, srednje, dolge valove.
2. Valovi Terahertz (300 GHz-3 THz).
3. Infrardeči valovi (150 GHz-405 THz). Razdeljeni so na bližnje in daleč infrardeče razdalje.
4. Vidni valovi (405-790 THz). Razdeljeni so v sedem barv: rdeča, oranžna, rumena, zelena, modra, modra, vijolična.

Vidni spekter se imenuje ravno zato, ker ga lahko človeško oko zaznava. Infrardeča svetloba prenaša toploto in radijski valovi ostanejo v stiku.

Meritev elektromagnetnih valov po vidnem območju

Ampak sevanja, ki se nahajajo v elektromagnetni lestvici izven vidnega, je smrtno nevarna za ljudi in druga živa bitja:

1. Ultravijolični valovi (7,5 * 10¹⁴ - 3 * 10¹⁶ Hz). Razdeljeni so na bližnje, srednje, daleč, ekstremne (vakuumske) spektre.
2. Rentgenski valovi (2 * 10¹⁵ - 6 * 10¹⁹ Hz). Imajo tudi ime "Rays X", saj se v angleški jezikovni literaturi ta del elektromagnetne skale enostavno imenuje "rentgenski žarki". Razdeljeni so v mehke in trde spektre.
3. Gamma sevanje (sovpada z rentgenskim spektrom). Lahko je tudi oznaka z grškim črko "gama-sevanje". Od metode rentgenskega spektra se razlikuje po metodi priprave. Čeprav imajo gama žarki večjo energijo kot rentgenski žarki.

Človeštvo je našlo aplikacije za te vrste svetlobe. Običajno se pri elektromagnetnem sevanju šteje vidna, IR in UV-območje. Toda v resnici je monokromatska svetloba z valovno dolžino, ki ustreza rentgenskemu in celo gama sevanju. Preprosto pod umetnimi pogoji je zelo težko dobiti takšno sinhronizacijo za te valove.

Viri elektromagnetnega sevanja

Najpogostejši generatorji elektromagnetnega sevanja v vesolju so zvezde. Masa neverjetno stisnjenega plina v svojih močnih črevesjih ustvarja energijo v svoji čisti obliki - kvanti svetlobe. Sonce izžareva v vseh spektrih, toda na srečo ima Zemlja atmosfero. Vse življenje varuje pred škodljivimi valovi z visoko in izjemno visoko energijo.

Ampak ne mislite, da je le Sonce dostopno človeštvu. Svetloba zvezd je tudi elektromagnetno sevanje. Včasih kozmos povzroča gama-bliskavice takšne sile, da ti fotoni dosežejo površino do površine našega planeta. Na srečo je rojstvo supernove precej daleč od Zemlje. V nasprotnem primeru bi bili vsi živi do globine kilometra od površine sterilni.

Toda ljudje so luknjasta bitja. Prebivalci so prodirali na podlagi proizvodnje kvantov in jih dali v svojo službo. Nekateri - zlasti drugi - po naključju. Človeštvo lahko sprejema obsevanje vseh vrst: od gama žarkov v jedrskih reaktorjih do dodatnih dolgih valov za radijsko komunikacijo.

Monokromatsko elektromagnetno sevanje

Zdaj se približujemo glavnemu problemu. Torej, če imajo vse nihanja elektromagnetnega polja iz istega vira enake valovne dolžine, potem je to monokromatični val. V idealnem primeru bi moral biti izvor takšne svetlobe en dovoljen prehod. Toda v praksi monokromatična svetloba se imenuje žarek z zelo ozkim razponom valovnih dolžin. V takih primerih se pravi, da je valovna dolžina monokromatske svetlobe enaka najverjetnejši vrednosti vseh prejetih, to je najpogosteje naletenih fotonov v žarek. Vir takega svetlobnega toka je laser. Noben naravni generator (na primer, Sonce) ne more "prisiliti" svoje atome enako radiirati.

Uporaba monokromatskih svetlobnih tokov

Število laserskih aplikacij je neizmerljivo. Povsod so bili koristni.

Proizvodnja, medicine, biologije, geologije, geografije, arheologije v sodobnem svetu, bi bilo drugače, ne da bi laserji. Najpogosteje pa to napravo uporabljajo znanstveniki. Najbolj zanimiv primer je, ko je dvobarvni val običajno incident na površini materiala pa so jih raziskali. V tem primeru, prozorni kristali razkrivajo vso svojo heterogenost in če ima snov nekaj nelinearnih lastnosti, npr spreminja lomni količnik, izhod dobljenega praktično art. Pravokotno na smer bo žarek svetlobe pomaga pri določanju napako neprozornih površin, za razliko od leče, na področja ali ravni refleksija svetlobe.