Развитие представлений о природе света. Фотометрические величины: световой поток, сила света, освещенность, светимость и яркость света.

Световые волны и их основные свойства, скорость света, световой вектор. Интенсивность световых волн.

СВЕТОВАЯ ВОЛНА - электромагнитная волна видимого диапазона длин волн.Частота световой волны (или набор частот) определяет "цвет". Энергия, переносимая световой волной, пропорциональна квадрату ее амплитуды.

Основные своиства СВЕТОВОЙ волны, отличающие её от волн вообще - это, во-первых, то, что это ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ волна, то, что она поперечная, и, следовательно, обладает поляризацией, ну и дипазон частот (длин волн), который и определяет, что она световая, а не радио и не рентген:-). Кроме того, её свойством является постоянная скорость распространения в вакууме (с), зависимость скорости от свойств вещества и от частоты (дисперсия), особое выражение для энергии-импульса (вектор Пойнтинга)­

Основные свойства ВОЛН ВООБЩЕ - интерференция, диффракция, отражение, преломление....впрочем преломление - это следствие зависимости скорости от свойств среды.

Ско́рость све́та в вакууме — абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме

СВЕТОВОЙ ВЕКТОР - вектор плотности светового потока, определяет величину и направление переноса световой энергии. Абс. величина С. в.- отношение световой энергии, переносимой через площадку, перпендику­лярную направлению переноса, в единицу времени, к величине этой площадки.Интенсивность световой волны представляет собой среднее значение величины плотности потока энергии переносимого волной

Интерференция света. Условия максимума и минимума. Когерентность и монохроматичность световых волн.

Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерферен­ционной картиной.

Условие максимума: Разность хода волн равна целому числу длин волн (иначе четному числу длин полуволн).

Условие минимума: Разность хода волн равна нечетному числу длин полуволн.

КОГЕРЕНТНОСТЬ (от лат. cohaerentio – связь, сцепление) – согласованное протекание в пространстве и во времени нескольких колебательных или волновых процессов, при котором разность их фаз остается постоянной.Это означает, что волны (звук, свет, волны на поверхности воды и пр.) распростра­няются синхронно, отставая одна от другой на вполне определенную величину. При сложении когерентных колебаний возникает интерференция; амплитуду суммарных колебаний определяет разность фаз. Монохроматичность световых волн означает неизменность во времени их длин и частот колебаний

Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества. Газы, жидкости и твердые тела. Статистический и термодинамический методы исследования.

Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химических веществ.

В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:

· Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов Молекулы химического вещества могут быть простыми и сложными, т.е. состоять из одного или нескольких атомов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы. При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы.

· Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.

· Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало.

Твердые тела

Согласно молекулярно-кинетической теории вещество состоит из мельчайших частиц (молекул, атомов или ионов), стабильность которых поддерживают внутримолекулярные силы. В твердом теле эти силы достаточно велики для того, чтобы удержать молекулы вместе, придавая этому веществу его жесткую форму. Молекулы в твердом теле совершают непрерывное колебательное движение около некоторого среднего положения. Они не перемещаются внутри объема твердого тела. По мере повышения температуры амплитуда колебаний молекул увеличивается, а вместе с тем возрастает число молекул, оторвавшихся от среднего положения, вокруг которого они совершали колебания.

Жидкости

Внутримолекулярные силы в жидкостях меньше, чем в твердом теле, и поэтому жидкости принимают форму сосуда, в котором они находятся. Молекулы жидкостей также совершают колебательные движения, но поскольку они движутся более свободно, чем молекулы твердого тела, то при той же температуре они перемещаются с достаточно большой скоростью и на большие расстояния внутри самой жидкости. Молекулы в жидкостях находятся на больших расстояниях друг от друга, чем в твердом теле.

Газы

В газах внутримолекулярные силы гораздо слабее, чем в твердых телах и жидкостях, и молекулы могут занимать любое свободное место. Молекулы газов движутся беспорядочно с достаточно высокой скоростью, составляющей при нормальных температуре и давлении ~400 м/с. Молекулы в газах при нормальных условиях примерно в 10 раз дальше отстоят друг от друга, чем в двух других состояниях вещества. Следствием интенсивного молекулярного движения является то, то газы очень легко смешиваются

Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Законы поведения огромного числа молекул, являясь статистическими закономерностями, изучаются с помощью статистического метода. Этот метод основан на том, что свойства макроскопической системы в конечном счете определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и усредненными значениями динамических характеристик этих частиц (скорости, энергии и т. д.). Например, температура тела определяется скоростью хаотического движения его молекул, но так как в любой момент времени разные молекулы имеют различные скорости, то она может быть выражена только через среднее значение скорости движения молекул. Нельзя говорить о температуре одной молекулы. Таким образом, макроскопические характеристики тел имеют физический смысл лишь в слу­чае большого числа молекул.

 

Термодинамика — раздел физики, изучающий общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями. Термодинамика не рассматривает микропроцессы, которые лежат в основе этих превращений. Этим термодинамический метод отличается от статистического. Термодинамика базируется на двух началах — фундаментальных законах, установленных в результате обобщения опытных данных.

 

Развитие представлений о природе света. Фотометрические величины: световой поток, сила света, освещенность, светимость и яркость света.

Развитие представлений о природе света Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян. По мере изобретения и совершенствования различных оптических приборов (параболического зеркала, микроскопа, зрительной трубы) эти представления развивались и трансформировались. В конце XVII века возникли две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и Х. Гюйгенс).

Согласно корпускулярной теории, свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами. Ньютон считал, что движение световых корпускул подчиняется законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика от плоскости. Преломление света объяснялось изменением скорости корпускул при переходе из одной среды в другую. Для случая преломления света на границе вакуум–среда корпускулярная теория приводила к следующему виду закона преломления:

где c – скорость света в вакууме, υ – скорость распространения света в среде. Так как n > 1, из корпускулярной теории следовало, что скорость света в средах должна быть больше скорости света в вакууме. Ньютон пытался также объяснить появление интерференционных полос, допуская определенн­ую периодичность световых процессов. Таким образом, корпускулярная теория Ньютона содержала в себе элементы волновых представлений.

Важнейшую роль в выяснении природы света сыграло опытное определение его скорости. Начиная с конца XVII века предпринимались неоднократные попытки измерения скорости света различными методами (астрономический метод А. Физо, метод А. Майкельсона). Современная лазерная техника позволяет измерять скорость света с очень высокой точностью на основе независимых измерений длины волны λ и частоты света ν (c = λ · ν). Таким путем было найдено значение превосходящее по точности все ранее полученные значения более чем на два порядка.

Свет играет чрезвычайно важную роль в нашей жизни. Подавляющее количество информации об окружающем мире человек получает с помощью света. Однако, в оптике как разделе физики под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие диапазоны спектра электромагнитного излучения – инфракрасный (ИК) и ультрафиолетовый (УФ). По своим физическим свойством свет принципиально неотличим от электромагнитного излучения других диапазонов – различные участки спектра отличаются друг от друга только длиной волны λ и частотой ν.Видимый свет занимает диапазон приблизительно от 400 нм до 780 нм или от 0,40 мкм до 0,78 мкм.

Электромагнитная теория света позволила объяснить многие оптические явления, такие как интерференция, дифракция, поляризация и т. д. Однако, эта теория не завершила понимание природы света. Уже в начале XX века выяснилось, что эта теория недостаточна для истолкования явлений атомного масштаба, возникающих при взаимодействии света с веществом. Для объяснения таких явлений, как излучение черного тела, фотоэффект, эффект Комптона и др. потребовалось введение квантовых представлений. Наука вновь вернулась к идее корпускул – световых квантов. Тот факт, что свет в одних опытах обнаруживает волновые свойства, а в других – корпускуля­рные, означает, что он имеет сложную двойственную природу, которую принято характеризовать термином корпускулярно-волновой дуализм.

Световой поток – величина, равная световой энергии (оцениваемой по зрительному ощущению), проходящей через заданную поверхность за единицу времени: где W – количество световой энергии, проходящей через заданную поверхность за время t. Единицей светового потока в СИ является люмен (лм).люмены - это считай в градусах. - это когда сферическая волна,а канделы - это для квадратных метров - т.е. волна плоская.

Си́ла све́та —- физическая величина, одна из основных световых фотометрических величин[1]. Характеризует величину световой энергии, переносимой в некотором направлении в единицу времени[2]. Количественно равна отношению светового потока, распространяющегося внутри элементарн­ого телесного угла, к этому углу.

Освещённость — отношение светового потока, падающего на малый участок поверхности, к его площади.

В фотометрии, светимость — это световой поток излучения, испускаемого с малого участка светящейся поверхности единичной площади. Она равна отношению светового потока, исходящего от рассматриваемого малого участка поверхности, к площади этого участка

Я́ркость источника света — это световой поток, посылаемый в данном направлении, деленный на малый (элементарный) телесный угол вблизи этого направления и на проекцию площади источника на плоскость, перпендику­лярную оси наблюдения. Иначе говоря - это отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади её проекции на плоскость, перпендику­лярную оси наблюденя