Monokromatski val: definicija, karakteristike, dužina

Danas ćemo govoriti o bitu takvog fenomena optike, kao monokromatski val. Detaljno ćemo razmotriti svojstva svjetlosnih oscilacija i elektromagnetske ljestvice.

Svjetlost, vjetar, more, pijesak

Ove četiri komponente idealni su recept za dobar odmor. Ali sada se neće baviti ljetnim odmorištem, već o fizici. Svjetlo, vjetar, površina vode i pijeska imaju jednu zajedničku stvar - oscilacije. Slučaj vjetra je poseban: oscilacije se ne pojavljuju gore i dolje, već je ta promjena gustoće tipična za "zadebljanje rijetkosti". A kad osoba osjeti lagani povjetarac na njegovu licu, ovaj gustiji dio atmosferske atmosfere Zemlje ima tendenciju da se zauzima rijetko stanje, ispuštajući višak mase u područje nižeg tlaka.

Uz more i pijesak sve je lakše. Vibracije medija su vidljive, jednaka površina oscilira u prostoru. Dio papira koji se baca u moru ili rijeci će ustati i pasti u nedostatku struje, ali neće moći ploviti na obalu.

Elektromagnetske oscilacije, uključujući monokromatski svjetlosni val, istovremeno osciliraju u prostoru. Ali pored smjera širenja, kada se kreće kroz prostor, kvantna svjetlost stvara vektor amplituda, valni vektor i vektor električnih i magnetskih polja. Svi oni imaju kruto određene kutove u odnosu na svaki drugi i fluktuiraju zajedno s prednjom valom. Tako je monokromatski val cijeli paket energije s mnogim svojstvima koja se šire u svemiru na različite načine.

Svojstva elektromagnetskog zračenja kao tvari: masa i zamah

Početkom dvadesetog stoljeća znanstvenici su morali priznati da sve elementarne čestice posjeduju i svojstva vala i svojstva materijalne čestice. Eksperimentira pritisak svjetlosti, koji je proizveo ruski znanstvenik Lebedev, dokazao: svjetlost može prenijeti zamah, što znači da ima masu. Ali svaki vodič će objasniti da je masa fotona u mirovanju nula. Njegova je misa, kao takva, "zamazana" u paket energije. Suočavanje s tvarima, svjetlo mijenja svojstva (na primjer, zagrijava) i istodobno gubi svoju individualnost i suštinu.

Svojstva elektromagnetskog zračenja kao valova: frekvencija, dužina, amplituda, faza

Ali kako bi se odredila valna duljina monokromatski svjetlo, potrebno je samo znati o svojstvima valova. Ove značajke uključuju:

1. Učestalost. Označeno grčkim pismom nu - ako je frekvencija linearna i omega-, ako je ciklički. Definiran je kao broj valova koji "stane" za određeno vremensko razdoblje. Ovo je vrijeme karakteristično za elektromagnetsko zračenje.
2. Valna duljina. Označeno kao lambda-. Određuje udaljenost između identičnih faza dvaju susjednih valova, na primjer između dva maksimuma. Ovo je prostorna karakteristika elektromagnetskog zračenja. Frekvencija i valna duljina su obrnuto proporcionalne jedna drugoj. To jest, što je frekvencija veća, kraća je valna duljina.
3. Amplituda. Može se odrediti drugačije, ali češće se susreće latinski simbol A. To je visina "grba" i "neuspjeha" oscilacije. Amplituda je odgovorna za intenzitet svjetlosti: što je manja oscilacija, to je slabiji svjetlost.
4. Faza. Ova vrijednost, koju označava phi-, već smo spomenuli. Faza se obično odnosi na element oscilacije koji se javlja u odabranom vremenu. Ako smo "uhvatili" jedan val na maksimalnom susjedstvu u usponu, a treći u nekom trenutku spuštanja, onda se faze ovih oscilacija ne podudaraju.

Sva svojstva vala, osim, možda, faza, usko su povezana s energijom. Što je frekvencija veća, to je jača amplituda, to energija koju foton nosi. Dakle, valna duljina monokromatskog zračenja određuje i svoju "temperaturu" i smjestiti se na elektromagnetsku mjerilu.

Skala elektromagnetskih valova do vidljivog raspona

Sve vrste kvantne svjetlosti uvjetno su podijeljene prema valnoj duljini. Granice između tih zona su zamagljene, svaka sekcija može se sastojati od još nekoliko. Ovisno o frekvenciji, elektromagnetska skala sadrži:

1. Radio i mikrovalovi (3 kHz - 300 GHz). Oni su podijeljeni u mikrovalove, centimetre, desetke, metra, kratke, srednje i duge valove.
2. Terahertz valovi (300 GHz-3 THz).
3. Infracrveni valovi (150 GHz-405 THz). Oni su podijeljeni u bliske i daleko infracrvene raspone.
4. Vidljivi valovi (405-790 THz). Podijeljene su u sedam boja: crvena, narančasta, žuta, zelena, plava, plava, ljubičasta.

Vidljivi spektar tzv. Upravo zato što ga ljudsko oko može vidjeti. Infracrveno svjetlo nosi toplinu, a radio valovi ostaju u kontaktu.

Ljestvica elektromagnetskih valova nakon vidljivog raspona

Ali zračenje, koje se nalazi na elektromagnetskoj skali iznad vidljivog, smrtno je opasno za ljude i druga živa bića:

1. Ultraljubičasti valovi (7.5 x 10¹⁴ - 3 x 10¹⁶ Hz). Podijeljeni su u bliske, srednje, velike, ekstremne (vakuumske) spektre.
2. Rendgenski valovi (2 x 10¹⁵ - 6 * 10¹⁹ Hz). Oni također imaju naziv "Rays X", budući da se na engleskom jeziku ovaj dio elektromagnetske ljestvice jednostavno naziva "X-zrake". Podijeljeni su u meke i tvrde spektre.
3. Gamma zračenje (poklapa se sa X-ray spektrom). Može se također nalaziti i grčko slovo - "gama zračenje". Razlikuje se od rendgenskog spektra metodom pripravljanja. Iako gama zrake mogu imati veću energiju od X-zraka.

Čovječanstvo je pronašlo aplikacije za ove vrste svjetla. Obično, kada se smatra elektromagnetsko zračenje, smatra se vidljiv IR i UV raspon. Ali u stvarnosti postoji monokromatska svjetlost s valnom duljinom koja odgovara rendgenskoj snimci, pa čak i gama zračenju. Jednostavno pod umjetnim uvjetima, vrlo je teško dobiti takav sinkronizam za te valove.

Izvori elektromagnetskog zračenja

Najčešći generatori elektromagnetskog zračenja u svemiru su zvijezde. U svojim moćnim utrobama, masa nevjerojatno komprimiranog plina generira energiju u čistom obliku - kvantu svjetlosti. Sunce zrači u svim spektrima, ali, na sreću, Zemlja ima atmosferu. Ona štiti cijeli život od štetnih valova visokom i iznimno visokom energijom.

Ali nemojte misliti da je samo Sunce dostupno čovječanstvu. Svjetlost zvijezda je također elektromagnetsko zračenje. Ponekad kozmos izaziva gama bljesku takve sile da ti fotoni dospiju do površine na površinu našeg planeta. Na sreću, rođenje supernove je daleko od Zemlje. Inače, svi živi do dubine od kilometra od površine bili bi sterili.

Ali ljudi su lukavi stvorovi. Oni su prodrli na osnovu proizvodnje kvage i stavili ih u službu. Neki - pogotovo, drugi - slučajno. Čovječanstvo može primiti zračenje bilo kojeg područja: od gama zračenja u nuklearnim reaktorima do izuzetno dugih valova za radio komunikaciju.

Monokromatsko elektromagnetsko zračenje

Sada se približavamo glavnom problemu. Dakle, ako su svi vibracije elektromagnetskog polja iz jednog izvora imaju istu valnu duljinu, to je - monokromatski val. U idealnom slučaju izvor takvog svjetla trebao bi biti dopušteni prijelaz. No, u praksi se monokromatska svjetlost zove greda s vrlo uskom širinom valnih duljina. U takvim slučajevima kažemo da je valna duljina monokromatske svjetlosti je najvjerojatnija vrijednost svih primljenih, koja se najčešće prevladava u fotonskim snopom. Izvor takvog svjetlosnog toka je laser. Nijedan prirodni generator (na primjer, Sunce) ne može "prisiliti" svoje atome da zrače jednako.

Primjena monokromatskih svjetlosnih tokova

Broj laserskih aplikacija je neprocjenjiv. Bilo je korisno posvuda.

Proizvodnja, medicina, biologija, geologija, geografija, arheologija u suvremenom svijetu bi se razlikovali bez lasera. No najčešće ovaj uređaj koriste znanstvenici. Najzanimljiviji slučaj je kada monokromatski val normalno pada na površinu tvari koja se istražuje. U tom slučaju, prozirni kristali otkrivaju svu svoju heterogenost, a ako je tvar ima neke nelinearne karakteristike, na primjer mijenja indeks loma, izlaz dobije praktički umjetnosti. Okomito na smjer zraka svjetlosti će pomoći da se utvrdi pogreška neprozirnih površina, za razliku od leće na opseg ili na razini odraz svjetla.