Зависимость между длиной световой волны и частотой электромагнитных колебаний

 

Часть физики, рассматривающую световые явления, называют оптикой (от греческого “оптикос” - зрительный), а сами световые явления называют оптическими.

Голландский ученый Гюйгенс создал волновую теорию света, а Максвелл выдвинул гипотезу об электромагнитной природе света, которая и была подтверждена многими опытами. Согласно этой теории всякое световое излучение является электромагнитными волнами. К видимому световому излучению относятся электромагнитные волны с частотой излучения от Гц (красный) до Гц (фиолетовый). В этом интервале каждой частоте соответствует свой цвет излучения.

Длина световой волны всегда может быть вычислена по формуле: .

в вакууме

400 нм – фиолетовый цвет

760 нм – красный цвет

Наиболее точный результат измерения скорости света в воздухе механическими способами получил американец Майкельсон.

 

Источник света

 

 

Приемник света (труба)

 

Рисунок 1. Метод измерения скорости света по Майкельсону

 

На центробежной машине (рисунок 1) был установлен барабан с зеркальными гранями, число которых обозначим К. Три зеркала размещались так, чтобы через приемник света можно было отчетливо видеть свет от источника света. Расстояние от барабана до зеркала З₁ составляло 35,4263 км, и было тщательно измерено с точностью до 1 см. Если барабан начинали вращать, изображение исчезало. С постепенным увеличением скорости вращения барабана при некотором числе оборотов n в минуту наблюдатель снова отчетливо видел изображение источника света. Это означало, что пока свет шел между зеркалами, барабан успевал повернуться ровно на 1 грань. Тогда время поворота В результате Майкельсон установил, что скорость света в вакууме С=299796 ± 4 км/с.

Наиболее точное на сегодня экспериментально полученное значение скорости света в вакууме: С = 299 792 456,2±0,2 м/с.

Скорость распространения электромагнитных волн в какой-либо среде зависит от свойств окружающей среды и выражается:

, в вакууме: .

Величину, характеризующую зависимость скорости распространения света от рода среды, называется оптической плотностью среды. Она измеряется численным значением абсолютного показателя преломления среды .

Для воздуха n=1,003, т.е. можно считать, что скорость света в воздухе почти равна скорости света в вакууме.

Поскольку при попадании света из вакуума в любую другую среду скорость света уменьшается, а частота (цвет) остается постоянной, то значит длина волны света тоже уменьшается.

 

Световой поток, сила света, освещенность, яркость

 

Лучистый поток, создающий у людей световое ощущение, выражать в ваттах очень неудобно, т.к. человеческий глаз обладает разным световым восприятием различных длин волн (вспомните светофор). Лучше всего воспринимается оранжевый цвет. Поэтому для оценки действия излучения на глаз человека пользуются понятием световой поток.

Световым потоком Ф называют ту часть потока излучения, которая вызывает в глазу ощущение света и оценивается по световому ощущению.

Величину, характеризующую зависимость светового потока от направления излучения, называется силой света J.

где Ω - телесный угол.

В системе СИ единица силы света является шестой основной единицей и называется кандела (латинский - свеча) (кд).

1 кандела – 1/60 часть силы света, создаваемой 1 см² плоской поверхности платины при температуре ее затвердевания (2046 К) по направлению перпендикуляра к этой поверхности.

Единица измерения светового потока:

Ф = 1кд ср=1 лм (люмен). Здесь ср – стерадиан – телесный угол. 1 люмен соответствует лучистому потоку в 0,00161 Вт при λ=555 нм (зеленый).

Т.к. полный телесный угол содержит 4π стерадиан, то полный поток, испускаемый точечным источником света:

При равномерном распределении падающего на поверхность светового потока величину светового потока, проходящего через единицу поверхности, называют освещенностью.

; [ ]=1 лм/1 м²=1 лк (люкс) (от латинского - свет).

Яркостью называют отношение: ; [ ]=1 kд/1 м²=1 нт (нит). нт – наименьшая яркость, на которую реагирует глаз человека, при 10⁵ нт в глазу возникают болезненные ощущения.

 

Принцип Гюйгенса.