Электромагнитная природа света. Шкала электромагнитных волн.

В начале XIX в. опытным путем была подтверждена справедливость волновых взглядов на природу света. В то время ни о каких волнах, кроме механических, ученые еще не знали. Поэтому считали, что свет, подобно звуку, представляет собой механическую упругую волну.

Мы знаем, что упругие волны могут возникать только в веществе, поскольку именно частицы вещества совершают упругие колебания, распространяющиеся в пространстве (вспомните опыт, доказывающий, что звук не распространяется в вакууме).

Значит, если свет - упругая волна, то для его распространения нужна среда.

Однако свет от звезд доходит до нас через такие области космического пространства, где нет вещества. Учитывая этот факт, сторонники волновых воззрений на природу света выдвинули гипотезу о том, что все мировое пространство заполнено некой невидимой упругой средой, которую они назвали светоносным эфиром(идея о существовании эфира была высказана еще в XVIIв.). Считалось, что именно в этом эфире и распространяется свет.

В то же время предположение о существовании светоносного эфира порождало много противоречий и вопросов. Так, например, в конце второго десятилетия XIX в, было выяснено, что свет является поперечной волной. Известно, что упругие поперечные волны возникают только в твердых телах. Получалось, что светоносный эфир представляет собой твердое тело.

В связи с этим возникал вопрос о том, как планеты и другие небесные тела могут двигаться сквозь твердый эфир, не испытывая при этом никакого сопротивления.

Необходимость в предположении о существовании специальной среды, в которой распространяется свет, отпала во второй половице XIX в., когда Максвелл теоретически доказал возможность существования электромагнитных волн, распространяющихся не только в веществе, но и в вакууме. Согласно теории Максвелла электромагнитные волны, подобно световым, являются поперечными и распространяются в вакууме со скоростью 300 000 км/с, т. е. со скоростью света.

Исходя из того, что световые и электромагнитные волны обладают общими свойствами (поперечность и одна и та же скорость распространения в вакууме), Максвелл предположил, что свет является частным проявлением электромагнитных волн.

Дальнейшее развитие физики подтвердило это предположение. Стало ясно, что видимый свет — это только небольшой диапазон электромагнитных волн с длиной волны от 3,8 · 10^{-7 м до 7,6 · 10-7 м или с частотами от 4,0 · 1014} Гц до 8,0 · 10¹⁴ Гц (рис.).

Тем не менее, представление о том, что в некоторых случаях свет ведет себя аналогично потоку частиц, не потеряло своей актуальности.

К началу XX в. выяснилось, что электродинамика Максвелла не позволяет объяснить некоторые экспериментальные факты. Противоречия между теорией и экспериментальными данными удалось разрешить, только предположив, что свет обладает корпускулярными свойствами. В 1900 г. немецкий физик Макс Планк выдвинул гипотезу, что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями — квантами.Энергия Екаждой порции прямо пропорциональна частоте v излучения:

Е =hν, (1)

где h — коэффициент пропорциональности, получивший название постоянной Планка.

В 1905 г. немецкий физик Альберт Эйнштейн выдвинул идею, согласно которой электромагнитные волны с частотой ν можно рассматривать как поток квантов излучения с энергией Е =hv.

В настоящее время квант электромагнитного излучения называют также фотоном. Фотон- это элементарная частица, являющаяся квантом электромагнитного излучения (в том числе света). Фотон не обладает ни массой, ни зарядом и всегда распространяется со скоростью света.

Таким образом, свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами.

С увеличением частоты электромагнитного излучения в большей степени проявляются его корпускулярные свойства, т. е. свойства, присущие потоку частиц, и в меньшей — волновые. Из всех диапазонов электромагнитных волн наиболее ярко выраженными корпускулярными свойствами обладает гамма-излучение.

3. Лабораторная работа «Измерение влажности воздуха».

Цель: определить влажность в помещении.

Приборы и материалы: гигрометр психрометрический.

Ход работы:

1. Наполнить водой открытое колено трубки, в который опущен фитиль, надетый на резервуар «увлажненного» термометра;

2. Подождите 15 – 20 мин, пока фитиль пропитается влагой, начнется процесс аспирации, т.е. пока прибор войдет в нормальный режим работы;

3. Снимите показания «сухого» и «увлажненного» термометров;

4. Найдите разность показаний термометров;

5. Зная показания «сухого» термометра и разность показаний термометров, по таблице (на лицевой стороне прибора) определите значение относительной влажности воздуха в помещении.

Билет 16