Val val monocrom: definiție, caracteristici, lungime

Astăzi vom vorbi despre esența unui astfel de fenomen de optică, ca un val monocromatic. Vom analiza în detaliu proprietățile oscilațiilor luminoase și scala electromagnetică.

Lumină, vânt, mare, nisip

Aceste patru componente sunt o rețetă ideală pentru o odihnă bună. Dar acum nu va fi vorba despre vacanțe de vară, ci despre fizică. Lumina, vântul, suprafața apei și a nisipului au un lucru în comun - oscilații. Cazul vântului este special: oscilațiile nu apar în sus și în jos - mai degrabă, această schimbare a densității este de tip "rărire-îngroșare". Iar când o persoană simte atingerea unei brize ușoare pe fața lui, această parte densă a atmosferei de aer a Pământului tinde să ia o stare mai redusă, scăzând masa excesivă în zona de presiune mai mică.

Cu mare și nisip totul este mai ușor. Vibrațiile mediului sunt vizibile, aceeași suprafață oscilează în spațiu. O bucată de hârtie aruncată în mare sau în râu se va ridica și va cădea în absența curentului, dar nu va putea naviga spre țărm.

Oscilațiile electromagnetice, inclusiv o undă luminoasă monocromatică, oscilează în același spațiu. Dar, pe lângă direcția de propagare, atunci când se deplasează prin spațiu, un cuantic de lumină generează un vector de amplitudine, un vector de undă și un vector de intensitate a câmpului electric și magnetic. Toți au unghiuri rigid definite între ele și fluctuează împreună cu frontul undei. Deci un val monocrom este un întreg pachet de energie cu multe proprietăți care se răspândesc în spațiu în moduri diferite.

Proprietățile radiației electromagnetice ca substanță: masă și moment

La începutul secolului al XX-lea, oamenii de știință au trebuit să admită că orice particule elementare posedă atât proprietățile unei valuri, cât și caracteristicile unei particule materiale. Experimente pe presiunea luminii, care a produs omul de știință rus Lebedev, sa dovedit: lumina poate transmite impuls, ceea ce înseamnă că are o masă. Dar orice ghid va explica faptul că masa fotonului în repaus este zero. Masa lui este, ca atare, "smirgata" intr-un pachet de energie. În fața unei substanțe, lumina își schimbă proprietățile (de exemplu, se încălzește) și, în același timp, își pierde individualitatea și esența.

Proprietățile radiației electromagnetice ca valuri: frecvență, lungime, amplitudine, fază

Dar pentru a determina lungimea de undă lumină monocromatică, este necesar doar să știm despre proprietățile valului. Aceste caracteristici includ:

1. Frecvența. Denunțată prin scrisoarea greacă nu - dacă frecvența este liniară, și omega-, dacă este ciclic. Este definit ca numărul de valuri care se potrivesc pentru o anumită perioadă de timp. Aceasta este o caracteristică de timp a radiației electromagnetice.
2. Lungimea de undă. Indicat ca lambda-. Determină distanța dintre fazele identice ale două valuri vecine, de exemplu între două maxime. Aceasta este o caracteristică spațială a radiației electromagnetice. Frecvența și lungimea de undă sunt invers proporționale între ele. Adică, cu cât frecvența este mai mare, cu atât lungimea de undă este mai mică.
3. Amplitudinea. Poate fi desemnat diferit, dar mai des se întâlnește simbolul latin A. Aceasta este înălțimea "cocoșului" și "eșecul" oscilației. Amplitudinea este responsabilă de intensitatea luminii: cu cât oscilația este mai mică, cu atât lumina este mai slabă.
4. Faza. Această valoare, care este notată cu phi-, am menționat deja. Faza se referă de obicei la elementul de oscilație care apare la momentul selectat. Dacă am "prins" un val la un maxim învecinat în creștere și o treime într-un anumit punct de coborâre, atunci fazele acestor oscilații nu coincid.

Toate proprietățile valurilor, cu excepția, probabil, fazelor, sunt strâns legate de energie. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât amplitudinea este mai puternică, cu atât energia fotonului este mai mare. Astfel, lungimea de undă a radiației monocromatice determină, de asemenea, "temperatura" și locul acesteia pe scala electromagnetică.

Scara undelor electromagnetice până la domeniul vizibil

Toate tipurile de cantitati de lumina sunt impartite conditional in functie de lungimea de unda. Limitele dintre aceste zone sunt neclară, fiecare secțiune poate fi alcătuită din mai multe. În funcție de frecvență, scara electromagnetică conține:

1. Radio și microunde (3 kHz-300 GHz). Acestea sunt subdivizate în microunde, centimetri, decimetrice, metri, scurte, medii, lungi.
2. Undele Terahertz (300 GHz-3 THz).
3. Valurile infraroșii (150 GHz-405 THz). Acestea sunt subdivizate în intervalele apropiate și foarte infraroșii.
4. Valuri vizibile (405-790 THz). Ele sunt împărțite în șapte culori: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, albastru, violet.

Spectrul vizibil este numit tocmai pentru că ochiul uman este capabil să îl perceapă. Lumina infrarosu transporta caldura, iar undele radio se mentin in contact.

Scara undelor electromagnetice după intervalul vizibil

Dar radiația, situată pe scara electromagnetică dincolo de vizibil, este periculoasă pentru oameni și alte ființe vii:

1. Valuri ultraviolete (7,5 * 10¹⁴ - 3 * 10¹⁶ Hz). Acestea sunt împărțite în spectre apropiate, medii, extreme, extreme (vid).
2. Undele de raze X (2 * 10¹⁵ - 6 * 10¹⁹ Hz). Ei au și numele "Rays X", deoarece în literatura de limbă engleză această secțiune a scalei electromagnetice este pur și simplu denumită "raze X". Acestea sunt împărțite în spectru moale și dur.
3. Gama radiațiilor (coincide cu spectrul de raze X). Poate fi și o denumire cu o scrisoare greacă - "radiația gamma". Acesta diferă de spectrul de raze X prin metoda de preparare. Cu toate că razele gamma pot avea o energie mai mare decât razele X.

Omenirea a găsit aplicații pentru aceste tipuri de lumină. De obicei, atunci când se ia în considerare radiația electromagnetică, se înțelege intervalul vizibil, IR și UV. Dar în realitate există o lumină monocromatică cu o lungime de undă corespunzătoare radiației X și chiar radiației gamma. Pur și simplu în condiții artificiale, este foarte dificil să se obțină un astfel de sincronism pentru aceste valuri.

Surse de radiație electromagnetică

Cele mai comune generatoare de radiații electromagnetice din univers sunt stele. În intestinul lor tare, masa unui gaz incredibil de comprimat generează energie în forma sa pură - cuantele luminii. Soarele radiază în toate spectrele, dar, din fericire, Pământul are o atmosferă. Protejează toată viața de valurile dăunătoare cu energie ridicată și ultra-înaltă.

Dar nu credeți că doar soarele este accesibil omenirii. Lumina stelelor este și radiația electromagnetică. Uneori, cosmosul dă naștere unor gama de străpungeri de forță, astfel încât acești fotoni ating o suprafață până la suprafața planetei noastre. Din fericire, nașterea supernovelor este destul de departe de Pământ. În caz contrar, toți cei care trăiesc la o adâncime de un kilometru de la suprafață ar fi sterili.

Dar oamenii sunt creaturi viclean. Ei au pătruns în baza producției de quanta și au pus în slujba lor. Unii - în special alții - accidental. Omenirea poate primi radiații de orice domeniu: de la razele gamma din reactoarele nucleare până la valurile extra lungi pentru comunicații radio.

Radiații electromagnetice monocromatice

Acum ne apropiem de principala problemă. Deci, dacă toate oscilațiile câmpului electromagnetic din aceeași sursă au aceeași lungime de undă, atunci acesta este un val monocromatic. În cazul ideal, sursa unei astfel de lumini ar trebui să fie o tranziție permisă. Dar, în practică, lumina monocromatică este numită o grindă cu o răspândire foarte mică a lungimilor de undă. În astfel de cazuri, se spune că lungimea de undă a luminii monocromatice este egală cu cea mai probabilă valoare a tuturor celor primite, adică fotonul cel mai frecvent întâlnit într-un fascicul. Sursa unui astfel de flux luminos este un laser. Nici un generator natural (de exemplu, Soarele) nu este capabil să "forțeze" atomii săi să radieze în mod egal.

Aplicarea fluxurilor de lumină monocromatice

Numărul de aplicații laser este incalculabil. Ele erau utile peste tot.

Producția, medicina, biologia, geologia, geografia, arheologia în lumea modernă ar fi diferite fără lasere. Dar cel mai adesea acest dispozitiv este folosit de oameni de știință. Cel mai interesant caz este când o undă monocromatică cade în mod normal pe suprafața substanței studiate. În acest caz, cristalele transparente dezvăluie toate neomogenitățile lor și, dacă substanța posedă anumite proprietăți neliniare, de exemplu, modifică indicele de refracție al luminii, atunci producția este practic opere de artă. Un fascicul de lumină orientat perpendicular va contribui la determinarea erorilor suprafețelor opace, diferența dintre lentilele din sferă sau nivelul reflectarea luminii.