Лекция 2а

. Световые явления.

1. Введение. Фотометрия.

2. Геометрическая оптика.

1. Свет – это электромагнитные волны определенного диапазона длины или частоты (750 нм – красные; 450 - фиолетовые), которые непосредственно может воспринимать человек зрительным анализатором – глазом.

Свет имеет важное значение в жизни человека – основной поток информации, жизнеобеспечение, использование в различных отраслях производства. Рассмотрим физические величины характеризующие свет.

Луч – направление распространения света, фронта световой волны, совпадает с нормалью к фронту волны.

Световой поток, поток лучистой энергии – световая энергия, излучаемая источником или падающая на данную поверхность в единицу времени: W/t = Ф (люмен; лм).

Сила света источника света – световой поток, излучаемый источником света в единице телесного (пространственного) угла: I = Ф/4p (свеча; св.; = Ф = I 4p).

Освещенность – световой поток, пересекающий или падающий на единичную нормальную площадку – Е = Ф/S_o (люкс; лк; Е = I/R²Cosa)/

Яркость источника света – световой поток, излучаемый источником единичной нормальной площадкой в единице телесного угла: В = Ф/S wcosj (стильб).

Светимость – световой поток, излучаемый источником света единичной площадкой по всем направлениям: R = Ф/S (апостильб).

Перечислим виды световых явлений, которыми встречаемся в природе:

- прямолинейное распространение света;

- отражение света;

- преломление света;

- дисперсия света;

- интерференция света;

- дифракция света;

- поляризация света;

- излучение света;

- поглощение света.

Прямолинейное распространение света. Источники света – естественные и искусственные (Солнце, звёзды, Луна...; электролампа, костёр....). В обычных условиях свет распространяется прямолинейно. Это используют в быту, на стройках, этим объясняется наблюдаемые затмения Солнца и Луны, фазы Луны. Скорость света в вакууму и в воздухе скорость 300000 км\с, в других средах несколько меньше. Методы определения скорости света:

- астрономические (О.Рёмер, 1676 г., по наблюдению затмения спутника Юпитера для двух противостояний с Землёй, разность во времени – 22 минуты),

- в условиях на Земле (между двумя горами),

- в лабораториях (опыт Физо – зубчатое колесо).

Отражение света. Законы отражения:

1. Угол падения (между падающим лучом и нормалью) равен углу отражения (между отраженным лучом и нормалью).

2. Луч падающий, отраженный и нормаль лежат в одной плоскости.

Поверхности бывают зеркальные (гладкие) и диффузно отражающие (шероховатые, матовые, неровные).

Зеркала (плоское зеркало, кривое зеркало – сферическое, цилиндрическое, параболическое). Построение в плоских зеркалах (симметричное -равное, прямое, прямое).

Построение в сферических зеркалах (выпуклое, вогнутое; полюс, центр сферы, оптическая ось, фокус зеркала.).

Преломление света. Законы преломления (полное внутреннее отражение, плоскопараллельная пластина, призма, линзы, оптические приборы).

Световые явления.

1. Дисперсия.

2. Интерференция.

3. Дифракция.

4. Поляризация.

Лекция 2б Световые явления (волновая оптика). Излучение. Фотоэффект. Атомная физика. Строение ядра атома

1. Излучение

2. Поглощение

3. Фотоэффект.

1. Излучение идет за счёт перехода электронов в атомах веществ с дальних орбит на более близкие У = hυ. Планк (1900) – излучение и поглощение осуществляется порциями – квантами, заложил дуализм излучения, дуализм электромагнитных волн

Энергия излучения. Тело излучает лучистую, тепловую энергию при любой температуре. Одновременно с излучением протекает и процесс поглощения. Когда они равны наступает тепловое равновесие (Т - постоянная). Твёрдые тела излучают набор длин волн, если разложить в спектр получим сплошной, говорят о суммарном или интегральном излучении твердого тела. Основная характеристика - интегральной светимости, отношение мощности излучения к площади излучаемой поверхности по всем направлениям R =P/S (апостильбы)

При исследовании излучения вводят понятие чёрного тела (полностью поглощает все лучи падающего потока света, всех длин волн). Реально тела проявляют избирательную способность, этим определяется цвет различных тел.

Светимость – мощность излучения с единицы поверхности R - распределение по длинам волн (график).

Закон Стефана-Больцмана. (1879; 1884) R = σT⁴

Закон Вина λ_max = b/T

Поглощение – избирательная способность среды (цвет предметов). Спектр поглощения –Фраунгоферовые линии.

Исследования излучения важно не только с точки зрения энергетических подходов, но и с точки зрения механизма излучения, строения вещества. Развивался специальный метод исследования вещества на основе изучения спектра – спектральный анализ (кроме физического и химического анализа). Это очень эффективный метод и иногда единственно возможный способ (для исследования удаленных тел, малые дозы, нельзя повреждать образцы).

1. Спектры

– излучения, поглощения;

- сплошной (нагретые твердые тела);

- полосатый (жидкости и молекулы);

- линейчатые (атомы, газы).

Спектральный аппарат. Спектральный анализ

2. Действия света.

Воздействия света на вещество состоит прежде всего в сообщении этому веществу энергии, переносимой световой волной, в результате чего могут возникнуть различные эффекты.. Первичным процессом является поглощение света.

- чаще всего поглощаемая световая энергия переходит в тепло, температура поглощаемого тела несколько повышается (примеры);

- после освещения тело становится источником и испускает свет собственной или вынужденной частоты (рассеяние света, флуоресценция, фосфоресценция);

- механическое воздействие – давление света;

- химическое действие (фотохимия, фотография, физиологическое воздействие);

- фотоэффект – электрический эффект.

Фотоэлектрический эффект – испускание (вырывание) электронов с поверхности облучаемых тел под действием света – имеет большое значение в развитии современных теоретических представлений, привело к представлению

Атом в переводе на русский язык означает неделимая частица. Но со временем стали обнаруживаться явления, которые связывали с внутренним строением атомов веществ. В 1887 году был открыт фотоэффект (Г.Герц), затем катодные-рентгеновские лучи (1895, В.Рентген), радиоактивность (1896, А.Беккерель). Учёные стремились выяснить эту ситуацию, строились различные гипотезы, модели атома. В результате проведения специальных экспериментальных опытов (1910-1911, Э.Резерфорд) пришли к выводу, что атом имеет пористую структуру: в середине массивное положительно заряженное ядро. Дальнейшие исследования привели к планетарной модели атома: ядро, состоящее из нуклонов – протонов положительно заряженных и нейтронов нейтральных, которых примерно равны по массе, и электронов, вращающихся вокруг ядра по определенным орбитам. По классической теории электродинамики движущийся с ускорением электрон должен излучать электромагнитные волны и теряя энергию вскоре упасть на ядро. Но в действительности атомы устойчивы. Кризисная ситуация была преодолена выдвижением постулатов (1913, Н.Бор).

e_инд.= -dФ/dt.

Z = Ö R² + (wL – 1/wC)².

N = I_эфU_эф cosj = I_мU_м cosj/2

T=2pÖ LC.

T = 2p/Ö 1/LC – (R/2a)².

Z = Ö R² + (Lw)²

tqj= Lw / R

∮ BS_n ∫Е dS∫

B = F/Il.

F = ВIl sina

dB = (m₀BIdl sina)/4pr²

B = m₀I/2pr.

B= m₀I (sinb₁ + sinb₂)/4pd.

B = m₀Ir²/2(r² + d²)^3/2.

B = m₀I/2r.

F = qVB sina.

Ф = LI

W = LI²/2

Дата добавления: 2014-01-06