Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Волновая природа света
|
|
Всем наверняка известно, что свет представляет собой электромагнитную волну, иначе говоря - колебания электрического и магнитного полей, которые перпендикулярны к направлению распространения волны.
На рисунке 3 изображена электромагнитная волна. Вектор 
называется волновым вектором, его направление соответствует направлению распространения колебаний.
Рис. 3. Электромагнитная волна
Векторы 
и 
соответствуют напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля, и они изменяются с определённой периодичностью - это и соответствует распространению электромагнитной волны. Поперечность колебаний состоит в том, что волновой вектор перпендикулярен обоим векторам и - схожая картинка получается, если смотреть за тем, как от парохода в стороны расходятся волны Кроме того, векторы и перпендикулярны между собой.
Как и любая волна, электромагнитная волна описывается несколькими важными параметрами: частотой (числом колебаний в единицу времени), периодом (временем, за которое совершается одно колебание), начальной фазой и амплитудой (величиной отклонения значения колеблющейся величины от равновесного). Зная скорость волны, можно определить длину волны - расстояние, которое она проходит за период.
Длина волны является удобной и довольно наглядной характеристикой излучения, и иногда использовать её удобнее, чем частоту; скорость распространения же электромагнитной волны в вакууме нам известна. Согласно специальной теории относительности, эта скорость постоянна, неизменна и равна приблизительно 300000000 (если быть точным, 299792458) метров в секунду для волны с любой частотой. Иначе говоря, радиоволна и гамма-излучение распространяются в вакууме с одинаковой скоростью.
Электромагнитные волны принято различать по частотам или длинам волн, диапазон которых простирается от нескольких километров до 10-10 метра. Охватывая весь этот диапазон взглядом на рисунке 4, можно встретить много довольно знакомых названий.
Рис. 4. Диапазон электромагнитных волн
Стоит заметить, что выделенный на этой шкале диапазон видимого света очень узок - всё, что мы можем наблюдать нашим глазом, имеет длину волны от 400 до 750 нанометров. Всё, что лежит за его пределами, глазом не почувствуешь - ни ультрафиолет, ни инфракрасные лучи и микроволны, хотя иным способом ощутить их присутствие можно. Например, тактильно - лёжа на пляже, можно ощущать, как солнце жарит кожу инфракрасными лучами.
Электромагнитная волна переносит электромагнитные взаимодействия в пространстве и времени. Как происходит перенос взаимодействия между двумя точками?
В одной точке изменилось электромагнитное поле, и эта точка испустила электромагнитную волну (волно-частицу), которая приходит во вторую точку и, поглощаясь в ней, изменяет её состояние. Переносчик взаимодействия в таком случае называется квантом электромагнитного поля, или фотоном.
Таким образом, электромагнитное взаимодействие передаётся квантами электромагнитного поля - фотонами, обладающими свойствами как частицы, так и волны.
Мы рассмотрели, что такое свет, почему он бывает разного цвета и то, что он ведёт себя как волна. Теперь задаём следующий вопрос в нашей цепочке - как свет взаимодействует с веществом?
Вещества вокруг нас состоят из молекул, атомов или ионов, поэтому необходимо понять, как свет ведёт себя, когда сталкивается с ними. Мы разберём это на примере молекул и ионов.
Как принято ныне считать в химии, молекула - система, состоящая из ядер и электронов. Внутри молекулы выделяют электронную и ядерную подсистемы.
Согласно одной из основных аксиом квантовой механики, энергия подсистем не может изменяться непрерывно - она изменяется ступенчато, то есть существует совершенно чёткий набор состояний (называемых также энергетическими уровнями), между которыми система может переходить из одного состояния в другое.
Переход между двумя энергетическими уровнями соответствует строго определённой порции энергии. Как мы уже выяснили, порцией энергии электромагнитного взаимодействия является электромагнитный квант - фотон. Если молекула поглотит фотон, её энергия изменится как раз на величину энергии фотона и она перейдёт с более низкого энергетического уровня на более высокий.
В итоге получается, что молекула способна поглощать фотоны и при поглощении фотонов переходить с одного энергетического уровня на другой.
Фотоны являются электромагнитными волнами, то есть обладают частотой. Раз фотон является волной, то его энергия напрямую связана с его частотой. Чем больше частота фотона (и меньше длина волны), тем большую энергию он несёт.
Наибольшей энергией обладают кванты гамма-излучения, наименьшей - кванты радиоизлучения, которые по традиции называются радиоволнами. Видимый свет обладает немалой по сравнению с радиоволнами энергией, меньшей - инфракрасное излучение и микроволны (СВЧ).
В заключение сформулируем самый важный для нас вывод: молекула поглощает видимый свет, и за счёт этого изменяется её электронное состояние. То, как молекула будет поглощать излучение и какой длиной волны оно будет обладать, зависит от разницы между её электронными энергетическими уровнями, то есть от электронной структуры, а значит, и от структуры вообще. Настало время задать следующий вопрос: что в структуре молекул определяет ширину перехода между электронными уровнями, у каких молекул он больше и у каких меньше?
Date: 2016-11-17; view: 442; Нарушение авторских прав