Monochromatická vlna: definice, charakteristika, délka

Dnes budeme hovořit o podstatě takového fenoménu optiky jako monochromatické vlny. Budeme uvažovat podrobně vlastnosti světelných kmitů a elektromagnetické měřítko.

Světlo, vítr, moře, písek

Tyto čtyři komponenty jsou ideální recept na dobrý odpočinek. Ale teď to nebude o letních prázdninách, ale o fyzice. Světlo, vítr, povrch vody a písku mají jednu společnou věc - oscilace. Případ větru je zvláštní: oscilace se nevyskytují nahoru a dolů - spíše tato změna hustoty je typu "zesílení-zhušťování". A když člověk cítí nádech světlého větru na obličeji, tato hustá část vzduchové atmosféry Země má tendenci mít spíše slabý stav, přičemž nadbytečnou hmotnost klesá do oblasti s nižším tlakem.

S mořem a pískem je vše jednodušší. Vibrace média jsou viditelné, stejná plocha kolísá ve vesmíru. Kousek papíru hozený v moři nebo řece se zvedne a spadne v nepřítomnosti proudu, ale nebude schopen plavit na břeh.

Elektromagnetické oscilace, včetně monochromatické světelné vlny, oscilují ve vesmíru stejným způsobem. Ale kromě směru šíření, když se pohybuje prostorem, kvantum světla generuje vektor amplitudy, vektor vlny a vektor intenzity elektrického a magnetického pole. Všechny mají pevně definované úhly vůči sobě navzájem a kolísají spolu s vlnovou frontou. Takže monochromatická vlna je celý balík energie s mnoha vlastnostmi, které se v prostoru šíří různými způsoby.

Vlastnosti elektromagnetického záření jako látky: hmotnost a hybnost

Na počátku dvacátého století vědci museli přiznat, že všechny elementární částice mají jak vlastnosti vlny, tak charakteristiky hmotné částice. Experimenty na tlak světla, který produkoval ruský vědec Lebeděv, dokázal: světlo může přenášet hybnost, což znamená, že má maso. Ale každý průvodce vysvětlí, že hmotnost fotonu v klidu je nula. Její hmotnost je, jakoby byla, rozmazána do balíku energie. Tváří v tvář látce, světlo mění své vlastnosti (například ohřívá) a zároveň ztrácí svou individualitu a podstatu.

Vlastnosti elektromagnetického záření jako vln: frekvence, délka, amplituda, fáze

Ale pro stanovení vlnové délky monochromatické světlo, je třeba pouze vědět o jeho vlnových vlastnostech. Mezi tyto vlastnosti patří:

1. Frekvence. Označeno řeckým dopisem nu-li frekvence lineární, a omega-, pokud je cyklický. Definuje se jako počet vln, které se "hodí" po určité časové období. Toto je časová charakteristika elektromagnetického záření.
2. Vlnová délka. Indikováno jako lambda-. Určuje vzdálenost mezi identickými fázemi dvou sousedních vln, například mezi dvěma maximami. Toto je prostorová charakteristika elektromagnetického záření. Frekvence a vlnová délka jsou navzájem nepřímo úměrné. To znamená, že čím je frekvence vyšší, tím kratší je vlnová délka.
3. Amplituda. Může být označen jiným způsobem, ale častěji se vyskytuje latinský symbol A. To je výška "hrbolu" a "selhání" oscilace. Amplituda je zodpovědná za intenzitu světla: čím nižší je oscilace, tím slabší je světlo.
4. Fáze. Tato hodnota, kterou označuje phi-, již jsme se zmínili. Fáze obvykle odkazuje na prvek kmitání, který se vyskytuje ve zvoleném čase. Pokud jsme "chytili" jednu vlnu maximálně sousedící na vzestupu a třetí v určitém bodě sestupu, pak se fáze těchto kmitů neshodují.

Všechny vlastnosti vlny, s výjimkou fází, jsou úzce spjaty s energií. Čím vyšší je frekvence, tím silnější je amplituda, tím více energie foton nese. Tak, vlnová délka monochromatického záření také určuje jeho "teplotu" a místo na elektromagnetické měřítko.

Měřítko elektromagnetických vln do viditelného rozsahu

Všechny druhy kvant světla jsou podmíněně rozděleny podle vlnové délky. Hranice mezi těmito zónami jsou rozmazané, každá sekce může sestávat z několika dalších. V závislosti na frekvenci obsahuje elektromagnetická stupnice:

1. Rádio a mikrovlny (3 kHz-300 GHz). Jsou rozděleny na mikrovlny, centimetry, decimetrické, metrické, krátké, střední, dlouhé vlny.
2. Terahertzovy vlny (300 GHz-3 THz).
3. Infračervené vlny (150 GHz-405 THz). Jsou rozděleny do blízkých a daleko infračervených rozsahů.
4. Viditelné vlny (405-790 THz). Jsou rozděleny do sedmi barev: červené, oranžové, žluté, zelené, modré, modré, fialové.

Viditelné spektrum je tzv. Přesně proto, že lidské oko je schopno to vnímat. Infračervené světlo nese teplo a rádiové vlny zůstávají v kontaktu.

Rozsah elektromagnetických vln po viditelném rozsahu

Ale záření, které se nachází na elektromagnetickém měřítku za viditelným, je smrtelně nebezpečné pro lidi a jiné živé bytosti:

1. Ultrafialové vlny (7,5 * 10^{14. místo} - 3 * 10¹⁶ Hz). Jsou rozděleny na blízké, střední, daleko, extrémní (vakuové) spektra.
2. Rentgenové vlny (2 * 10¹⁵ - 6 * 10¹⁹ Hz). Mají také název "Rays X", protože v angličtině se tato část elektromagnetické škály jednoduše označuje jako "rentgenové záření". Jsou rozděleny do měkkých a tvrdých spekter.
3. Gama záření (shoduje se s rentgenovým spektrem). Může existovat také označení s řeckým písmem - "záření gama". Od spektra rentgenového záření se liší metodou přípravy. I když gama paprsky mohou mít vyšší energii než rentgenové záření.

Lidstvo našlo uplatnění v těchto typech světla. Obvykle se při zvažování elektromagnetického záření rozumí viditelný, IR a UV rozsah. Ve skutečnosti však existuje monochromatické světlo s vlnovou délkou odpovídající rentgenovému a dokonce gama záření. Jednoduše za umělých podmínek je pro tyto vlny velmi obtížné získat takovou synchronizaci.

Zdroje elektromagnetického záření

Nejběžnějšími generátory elektromagnetického záření ve vesmíru jsou hvězdy. Ve svém mocném útrobu vytváří masa neuvěřitelně stlačeného plynu energii v čisté formě - kvantové světla. Slunce vyzařuje ve všech spektrech, ale naštěstí má Země atmosféru. Chrání všechen život před škodlivými vlnami s vysokou a extrémně vysokou energií.

Ale nemyslete si, že pouze Slunce je přístupné lidstvu. Světlo hvězd je také elektromagnetickým zářením. Někdy vesmír způsobuje gama záblesky takové síly, že tyto fotony dosáhnou povrchu až k povrchu naší planety. Naštěstí je zrod supernovů daleko od Země. Jinak by všichni žijící do hloubky kilometru od povrchu byli sterilní.

Lidé jsou však mazanými tvory. Projeli základem výroby kvant a dali je do služby. Někteří - zejména jiní - náhodou. Lidstvo může dostat radiaci jakéhokoli rozsahu: od gama paprsků v jaderných reaktorech až po extra dlouhé vlny pro radiovou komunikaci.

Monochromatické elektromagnetické záření

Nyní se blížíme k hlavnímu problému. Takže pokud všechny kmity elektromagnetického pole ze stejného zdroje mají stejnou vlnovou délku, je to monochromatická vlna. V ideálním případě by měl být zdroj takového světla jeden povolený přechod. V praxi se však monochromatické světlo nazývá paprskem s velmi úzkým rozsahem vlnových délek. V takových případech se říká, že vlnová délka monochromatického světla se rovná nejpravděpodobnější hodnotě všech přijatých, tj. Nejčastěji se vyskytujících fotonů v paprsku. Zdrojem takového světelného toku je laser. Žádný přirozený generátor (například Slunce) nemůže "vynucovat" své atomy, aby vyzařovaly stejně.

Aplikace monochromatických světelných toků

Počet laserových aplikací je nevyčíslitelný. Byly užitečné všude.

Produkce, medicína, biologie, geologie, geografie, archeologie v moderním světě by byly bez lasery odlišné. Ale nejčastěji toto zařízení používá vědci. Nejzajímavějším případem je, že monochromatická vlna normálně dopadá na povrch studované látky. V tomto případě průhledné krystaly odhalují všechny jejich nehomogenity a pokud látka má některé nelineární vlastnosti, například mění index lomu světla, pak je výstup prakticky uměleckými díly. Kolmý směr světla pomůže zjistit chyby neprůhledných povrchů, rozdíl mezi čočkami z koule nebo úrovně odraz světla.