Природа света. Основные характеристики света

Согласно современным представлениям свет обладает кор-пускулярно-волновым дуализмом, т.е. представляет собой поток частиц электромагнитного поля, фотонов, которые следует рас-сматривать как частицы, имеющие волновые свойства.

В явлениях, связанных с распространением света (интер-ференция, дифракция, поляризация и др.), свет проявляет волно-вую природу, т.е. является частным случаем электромагнитной волны. В таких явлениях как поглощение, рассеяние, фотоэффект, эффект Комптона свет проявляет свойства частиц.

Являясь электромагнитной волной, свет описывается уравнениями

,

т.е. свет характеризуется вектором электрического поля и вектором магнитного поля . Световая волна является плоско-поперечной, т.к. колебания векторов и происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях, перпендикулярно направлению распространения волны.

Рис. 1

Основные характеристики света:

-частота колебаний векторов и , -длина волны.

Оптическое излучение лежит в диапазоне м ( ). Этот диапазон мы делим на следующие участки:

Излучение в пределах м ( ), действуя на глаз, вызывает ощущение света и называется видимым излучением.

Более короткое, ниже м, -УФ–излучение.

Более длинное, м, -ИК–излучение.

Излучение, имеющее одну и ту же длину волны, называется монохроматическим (например, красное, синее и др.). Излучение, состоящее из волн различной длины волны, называется сложным и в зависимости от состава вызывает в глазе различные цветовые ощущения. Излучение Солнца содержит весь диапазон электромагнитных волн. Видимая часть излучения Солнца называется белым светом.

Поляризация света

Если говорить о плоских волнах вообще, то следует отметить, что в случае, когда плоскость колебаний непрерывно меняется, а амплитуда колебаний остается постоянной, то такую волну называют естественной (рис. 2а).

Если колебания происходят только в одной плоскости, то такую волну называют полностью линейно-поляризованной или просто поляризованной (рис 2б).

Если же колебания происходят в разных плоскостях, но в од-ной из них амплитуда больше, чем в других плоскостях, то такая волна называется частично поляризованной (рис. 2в).

Мы рассматриваем световую волну, в которой присутствуют электрическая и магнитная составляющие. Все изменения, проис-ходящие с вектором , сопровождаются аналогичными синхрон-ными изменениями вектора . Поэтому для простоты изложения мы будем говорить только о векторе . Этот вектор называют световым вектором, т.к. только электрическая составляющая световой волны действует на рецепторы, вызывая ощущение света.

Элементарным излучателем света является атом, в котором электрон испускает плоскополяризованную волну (рис.1) в единичном акте испускания. При этом испускается “цуг” волн протяженностью 3 м. Затем атом излучает новый “цуг” волн. За время между этими двумя актами испускания атом успевает повернуться в пространстве в разных направлениях и поэтому “цуги” волн излучаются также в разных направлениях. Кроме того, атомов в источнике света бесконечное множество, значит и плоскостей колебаний будет бесконечное множество. Следова-тельно, световая волна является естественной.

Световая волна может быть и частично поляризованной. Частичная поляризация происходит при отражении, преломлении и рассеянии света.

Это связано с тем, что вторичные волны,

излучаемые атомами под воздействием падающего света, распространяются в различ-ных направлениях. Поэтому в отраженной и преломленной волнах наблюдаются колеба-ния с амплитудой наибольшей в одном направлении. Т.о. граница раздела сред–диэлектрикявляется поляризатором.

Рис. 3