Электромагнитные изучения. Дисперсия света

1.

Дисперстя света.
Электромагнитные изучения.
Выполнил студент группы
239
Следенко Е.Ю

2.

Дисперсия света
Дисперсия света . Дисперсия светаэто зависимость показателя
преломления света от частоты
колебаний(длинны волны). Это
явление было открыто
экспериментально Ньютоном около
1672 года.

3.

Открытие Ньютона
Открытие Ньютона Благодаря пытливому уму этого выдающегося ученого было
доказано, что белый свет не является основным, и что остальные цвета возникают
вовсе не в результате взаимодействия света и темноты в разных соотношениях.
Ньютон опроверг эти убеждения и показал, что белый свет является составным по
своей структуре, его образуют все цвета светового спектра, называемые
монохроматическими. В результате прохождения светового пучка через призму
разнообразие цветов образуется из-за разложения белого света на составляющие
его волновые потоки. Такие волны с разной частотой и длиной преломляются в
среде по-разному, образуя определенный цвет. Ньютон поставил опыты, которые до
сих пор используются в физике. Например, эксперименты со скрещенными
призмами, с использованием двух призм и зеркала, а также пропускание света через
призмы и перфорированный экран. Теперь нам известно, что разложение света на
цветовой спектр происходит вследствие различной скорости прохождения волн с
разной длиной и частотой сквозь прозрачное вещество. В результате одни волны
выходят из призмы раньше, другие - чуть позже, третьи - еще позже и так далее.
Так и происходит разложение светового потока.

4.

Цветовой спектр
Цветовой спектр Белый свет, доступный для человеческого зрения, –
это совокупность нескольких волн, любая из которых характеризуется
определенной частотой и собственной энергией фотонов. В
соответствии с этим его можно разложить на волны разного цвета.
Каждая из них носит название монохроматической, а определенному
цвету соответствует свой диапазон длины, частоты волн и энергии
фотонов. Другими словами, энергия, излучаемая веществом (или
поглощаемая), распределяется по вышеназванным показателям. Это
объясняет существование светового спектра. Например, зеленый цвет
спектра соответствует частоте, находящейся в диапазоне от 530 до 600
ТГц, а фиолетовый – от 680 до 790 ТГц .

5.

Аномальная дисперсия
В дальнейшем ученые-физики позапрошлого столетия сделали очередное
открытие, касающееся дисперсии. Француз Леру обнаружил, что в некоторых
средах (в частности, в парах йода) зависимость, выражающая явление дисперсии,
нарушается. За изучение этого вопроса взялся живший в Германии физик Кундт .
Для своего исследования он позаимствовал один из методов Ньютона, а именно
опыт с использованием двух скрещенных призм. Разница состояла лишь в том, что
вместо одной из них Кундт применял призматический сосуд с раствором цианина.
Оказалось, что показатель преломления при прохождении света через такие
призмы увеличивается, а не уменьшается, как это происходило в экспериментах
Ньютона с обычными призмами. Немецкий ученый выяснил, что этот парадокс
наблюдается вследствие такого явления, как поглощение света веществом. В
описанном опыте Кундта поглощающей средой выступал раствор цианина, а
дисперсия света для таких случаев была названа аномальной. В современной
физике такой термин практически не используют. На сегодняшний день открытую
Ньютоном нормальную и обнаруженную позже аномальную дисперсию
рассматривают как два явления, относящихся к одному учению и имеющих
общую природу.

6.

Примеры дисперсии
Разложение белого света на цветовой спектр.

7.

Радуга

8.

Мыльные пузыри

9.

Тонкая пленка бензина на
поверхности воды

10.

Применение
Дисперсия используется
В спектральных приборах с дисперсионной призмой, где требуется получить
монохроматическое излучение от источника белого света. В импульсных
твердотельных лазерах, где дисперсионная призма внутри резонатора
используется для перестройки длины волны. Исследование дисперсии света
в различных материалах позволяет изучать их электронную структуру.
Дисперсионный анализ - определение характера зависимости показателя
преломления материала от длины волны.

11.

Спектроскоп
Спектограф

12.

Электромагнитное излучение
Электромагни́тное излуче́ние (электромагнитные
волны) — распространяющееся в пространстве
возмущение (изменение состояния)
электромагнитного поля (то есть, взаимодействующих
друг с другом электрического и магнитного полей).
Среди электромагнитных полей вообще, порожденных
электрическими зарядами и их движением, принято
относить собственно к излучению ту часть
переменных электромагнитных полей, которая
способна распространяться наиболее далеко от своих
источников — движущихся зарядов, затухая наиболее
медленно с расстоянием.

13.

Электромагнитная волна

14.

Характеристики электромагнитного излучения
Основными характеристиками электромагнитного
излучения принято считать частоту, длину волны и
поляризацию.
Описанием свойств и параметров электромагнитного
излучения в целом занимается электродинамика, хотя
свойствами излучения отдельных областей спектра
занимаются определенные более специализированные
разделы физики. К таким более специализированным
разделам относятся оптика (и ее разделы) и радиофизика.
Жестким электромагнитным излучением коротковолнового
конца спектра занимается физика высоких энергий.

15.

Диапазоны электромагнитного
излучения

16.

Электромагнитное излучение
подразделяется на
Радиоволны
Инфракрасное излучение (тепловое)
Видимое излучение (оптическое)
Ультрафиолетовое излучение
Рентгеновское излучение
Гамма излучение

17.

Радиово́лны
Радиово́лны —
электромагнитные волны с
частотами до 3 ТГц,
распространяющиеся в
пространстве без
искусственного волновода.
Радиоволны в
электромагнитном спектре
располагаются от крайне
низкихчастот вплоть до
инфракрасного диапазона.

18.

Инфракрасное излучение
Инфракра́сное излуче́ние —
электромагнитное излучение,
занимающее спектральную
область между красным концом
видимого света (с длиной волны
λ = 0,74 мкм и частотой 430 ТГц)
и микроволновым
радиоизлучением (λ ~ 1—2 мм,
частота 300 ГГц).

19.

Видимое излучение
Ви́димое излуче́ние — электромагнитные
волны, воспринимаемые человеческим
глазом. Чувствительность человеческого
глаза к электромагнитному излучению
зависит от длины волны (частоты)
излучения, при этом максимум
чувствительности приходится на 555 нм
(540 ТГц), в зелёной части спектра.

20.

Ультрафиолетовое излучение
Ультрафиоле́товое
излуче́ние
(ультрафиолетовые лучи,
УФизлучение) —
электромагнитное
излучение, занимающее
спектральный диапазон
между видимым и
рентгеновским излучениями.

21.

Рентгеновское излучение
Рентге́новское излуче́ние —
электромагнитные волны,
энергия фотонов которых
лежит на шкале
электромагнитных волн между
ультрафиолетовым
излучением и
гаммаизлучением.

22.

Гамма излучение
Га́мма-излуче́ние — вид
электромагнитного излучения,
характеризующийся чрезвычайно
малой длиной волны — менее
2·10−10 м — и, вследствие этого,
ярко выраженными
корпускулярными и слабо
выраженными волновыми
свойствами

23.

Особенности электромагнитного излучения разных
диапазонов
Распространение электромагнитных волн, временны́е
зависимости электрического и магнитного полей,
определяющий тип волн (плоские, сферические и др.),
вид поляризации и прочие особенности зависят от
источника излучения и свойств среды.
Электромагнитные излучения различных частот
взаимодействуют с веществом также по-разному.
Процессы излучения и поглощения радиоволнобычно
можно описать с помощью соотношений классической
электродинамики; а вот для
волн оптического диапазона и, тем более, жестких
лучей необходимо учитывать уже их квантовую
природу.

24.

История исследований
Первые волновые теории света (их можно считать старейшими
вариантами теорий электромагнитного излучения) восходят по
меньшей мере к временам Гюйгенса, когда они получили уже и
заметное количественное развитие. В 1678 году Гюйгенс
выпустил «Трактат о свете» — набросок волновой теории света.
В 1800 году английский учёный У. Гершель открыл инфракрасное
излучение.
В 1801 году Риттер открыл ультрафиолетовое излучение.
Существование электромагнитных волн предсказал английский
физик Фарадей в 1832 году.
В 1865 году английский физик Дж. Максвелл завершил
построение теории электромагнитного поля классической
(неквантовой) физики, строго оформив её математически, и на ее
основе получив твердое обоснование существования
электромагнитных волн, а также найдя скорость их
распространения (неплохо совпадавшую с известным тогда
значением скорости света), что позволило ему обосновать и
предположение о том, что свет является электромагнитной
волной.

25.

В 1888 году немецкий физик Герц подтвердил теорию Максвелла
опытным путём.
8 ноября 1895 года Рентген открыл электромагнитное излучение
(получившее впоследствии название рентгеновского) более
коротковолнового диапазона, чем ультрафиолетовое.
В 1900 году Поль Виллард при изучении излучения радия открыл
гамма-излучение.
Начиная с 1905 года Эйнштейн, а затем и Планк публикуют ряд
работ, приведших к формированию понятия фотона, что стало
началом создания квантовой теории электромагнитного
излучения.
Дальнейшие работы по квантовой теории излучения и его
взаимодействия с веществом, приведшие в итоге к
формированию квантовой электродинамики в ее современном
виде, принадлежат ряду ведущих физиков середины XX века,
среди которых можно выделить, применительно именно к
вопросу квантования электромагнитного излучения и его
взаимодействия с веществом, кроме Планка и Эйнштейна, Бозе,
Бора, Гейзенберга, де Бройля, Дирака, Фейнмана, Швингера,
Томонагу.

26.

Электромагнитная безопасность
Излучения электромагнитного диапазона при
определённых уровнях могут оказывать отрицательное
воздействие на организм человека, животных и других
живых существ, а также неблагоприятно влиять на
работу электрических приборов. Различные виды
неионизирующих излучений (электромагнитных
полей, ЭМП) оказывают разное физиологическое
воздействие. На практике выделяют диапазоны
магнитного поля (постоянного и квазипостоянного,
импульсного), ВЧ- и СВЧ-излучений, лазерного
излучения, электрического и магнитного поля
промышленной частоты от высоковольтного
оборудования, СВЧ-излучения и др.