Разрешающая способность спектрального прибора характеризуется возможностью раздельного наблюдения двух спектральных линий, имеющих близкие длины волн λ1 и λ2.
Разрешающая способность дифракционной решетки:
A =
Можно показать, что:
A = = Nm .
N – число штрихов решетки
m- порядок наблюдаемого спектра
Высокую разрешающую способность имеют дифракционные решетки с большим числом штрихов N при наблюдениях спектров высокого порядка m > 1
Опыт показывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через некоторые кристаллы, например, исландского шпата, зависит от взаимной ориентации двух кристаллов.
При одинаковой ориентации кристаллов свет проходит через второй кристалл без ослабления.
Если же второй кристалл повернут на 90°, то свет через него не проходит.
Происходит явление поляризации, т. е. кристалл пропускает только такие волны, в которых колебания вектора напряженности электрического поля совершаются в одной плоскости, плоскости поляризации.
Явление поляризации доказывает волновую природу света и поперечность световых волн.
Световая волна – поперечная и основная характеризующая ее векторная величина совершает колебания в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Основной характеристикой световой волны является электрический вектор Е, поэтому его называют световым вектором.
Плоскостью колебаний называют плоскость, в которой колеблется световой вектор.
Эта плоскость колебаний для каждого излучающего заряда не может быть произвольной, она определяется направлением распространения волны и вектором ускорения заряда.
Плоскость, в которой совершает колебания вектор индукции магнитного поля В, называют плоскостью поляризации(для описания степени поляризации достаточно задать плоскость колебаний).
Свет, у которого световой вектор колеблется беспорядочно одновременно во всех направлениях, перпендикулярных лучу, называется естественным или неполяризованным.
Поляризатор – устройство, выделяющее одно из всех направлений колебаний вектора Е.
Свет, у которого направление колебаний вектора Е строго фиксировано, называется линейно-поляризованным.
Под поляризацией света понимают выделение из естественного света световых колебаний с определенным направлением.
Поляризатором может служить пластина турмалина, вырезанная из кристалла параллельно его оптической оси.
Действие турмалиновой пластинки заключается в том, что она пропускает колебания, электрический вектор которых параллелен оптической оси (колебания, вектор которых перпендикулярен оптической оси, почти полностью поглощаются.
Зависимость показателя поглощения вещества от направления колебаний вектора Е называется дихроизмом.
Устройство, которое позволяет выяснить, какова плоскость колебаний света, называется анализатором, который ничем по конструкции не отличается от поляризатора (разница в функциях).
Поляризаторы и анализаторы называют поляроидами.
Если плоскость колебаний электрического вектора совпадет с оптической осью поляризатора, то наблюдатель увидит свет, в противном случае свет полностью поглощается кристаллом.
Оптически активные вещества – это вещества, проходя через которые у света происходит поворот плоскости, зависящий от концентрации этого вещества в растворе.
Монохроматическая волна
Дисперсия света
Призма Ньютона
Объяснение механизма дисперсии света - электромагнитной волны
Нормальная дисперсия
Спектр
Разложение сложного цвета в спектр
Спектроскоп
В вакууме электромагнитные волны разных частот распространяются с одной и той же скоростью с = 3*108 м/с. В среде же скорость распространения волн разных частот различна.
Монохроматическая волна – электромагнитная волна определенной постоянной частоты.
Монохроматические волны разных частот распространяются в среде с различными скоростями.
Дисперсия света – зависимость скорости света в веществе от частоты волны.
Явление зависимости показателя преломления вещества от частоты света называется дисперсией света.
Различным скоростям распространения вол соответствуют различные абсолютные показатели преломления среды n = c/v.
Показатель преломления связан со скоростью света в среде, следовательно, скорость света в среде зависит от длины волны. Это явление и называют дисперсией света.
Эта зависимость была подтверждена в 1666 г. Исааком Ньютоном, направившем пучок солнечного света на стеклянную призму. Солнечный свет не является монохроматичным, он содержит электромагнитные волны разных частот. За призмой наблюдалось разложение белого цвета в цветной спектр (7 цветов радуги)
Узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную призму разлагается на пучки света разного цвета от фиолетового до красного, при этом наибольшее отклонение к основанию призмы имеют лучи фиолетового цвета.
Объясняется разложение белого света тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, а показатель преломления света зависит от длины его волны.
С возрастанием частоты света показатель преломления вещества увеличивается.
Абсолютный показатель преломления уменьшается с увеличением длины световой волны.(λ = c / v)
Наибольшее значение показатель преломления имеет для фиолетового света, наименьшее — для красного. Это приводит к тому, что сильнее всего будет преломляться фиолетовый свет и слабее всего —красный.
Объяснение явления дисперсии
Рассмотрим распространение света в прозрачной среде. Под действием напряженности электрического поля Е1 световой волны валентные электроны атомов среды начинают совершать вынужденные гармонические колебания с частотой, равной частоте колебаний вектора Е1.
Колеблющиеся электроны начинают с определенным временем запаздывания излучать вторичные волны той же частоты и напряженности Е2.
Результирующая волна (сумма первичной Е1 и вторичной волн Е2) также запаздывает по сравнению с первичной волной. Чем больше амплитуда вторичной волны, тем больше время запаздывания, тем меньше скорость распространения и больше абсолютный показатель преломления среды.
Амплитуда вторичной волны является амплитудой вынужденных колебаний валентного электрона атома, и согласно формуле A = ││ (см. «Резонанс») зависит от частоты вынуждающей силы ω:
E2 ~
где ω0 – частота собственных колебаний, или (по порядку величины) угловая скорость вращения электрона вокруг ядра
С ростом частоты ω < ω0 знаменатель дроби уменьшается, а амплитуда вторичной волны возрастает. При этом увеличивается время запаздывания, уменьшается скорость распространения волны и возрастает абсолютный показатель преломления.
Такую дисперсию называют нормальной.
При нормальной дисперсии абсолютный показатель преломления среды возрастает с ростом частоты света ( и соответственно убывает с ростом длины волны)
Нагретые тела излучают световые волны со всевозможными частотами от 0,4*1015 до 0,75*1015 Гц. При разложении этого света и наблюдается сплошной спектр. Возникновение сплошного спектра объясняется дисперсией света.
Разложение сложного света при прохождении через призму используется в спектрометрах.
Прибор для разложения сложного света и наблюдения спектров называется спектроскопом. Разложение производится с помощью дифракционной решетки(лучше) или призмы, для исследования ультрафиолетовой области применяется кварцевая оптика.
Спектроскоп состоит из 2 труб: коллиматорной и зрительной, укрепленной на подставке и стеклянной призмы под крышкой.
Спектр можно наблюдать через окуляр, используемый в качестве лупы.
Если источником спектра является разреженный газ, то спектр имеет вид узких линий на черном фоне.
Сжатые газы, жидкости и твердые тела испускают сплошной спектр, где цвета плавно переходят друг в друга.
Природа возникновения спектра объясняется тем, что каждому элементу присущ свой специфический набор излучаемого спектра.
Это свойство позволяет применять спектральный анализ для выявления химического состава вещества.
Явление поглощения света объясняет классическая электронная теория.
Электроны атомов и молекул совершают вынужденные колебания под действием электрического поля с частотой, равной частоте света.
Если частота световой волны приближается к частоте собственных колебаний, то возникает явление резонанса, обуславливающее поглощение света.
Поглощенная энергия может переходить в другие виды, в частности, она может превращаться в энергию хаотического, теплового движения частиц вещества.
ИЗМЕРЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ, ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА, ДЛИНЫ ВОЛНЫ СВЕТА
ФОТОМЕТРИЯ .СВЕТОВОЙ ПОТОК. ОСВЕЩЕННОСТЬ
Потоком излучения называется средняя мощность излучения за время, значительно большее периода электромагнитных колебаний:
Фе = = P
Единица измерения – Вт(Ватт)
Поверхностная плотность потока излучения равна отношению потока излучения к площади поверхности, через которую проходит этот поток:
Ie = = =
Часто эту величину называют облученностью и обозначают Ee.
Термин поверхностная плотность потока излучения аналогичен термину интенсивность волны, или в астрономии –светимость:
Ie = ωсрc
Единица измерения - Вт/м2
Фотометрические величины:
Световой поток –мощность оптического излучения, оцениваемая по вызываемому им световому ощущению.
Обозначение - ΦV – световой поток.
Единица измерения –Лм (люмен)
Сила света Iv –отношение светового потока к телесному углу Ω, внутри которого этот поток распространяется:
IV =
Единица измерения силы света – Кд( кандела)
Единица измерения телесного угла – Ст (стерадиан)
ДАТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕЛЕСНОГО УГЛА
Освещенность EV связывает световой поток с площадью той поверхности, на которую этот поток падает.
Освещенность в данной точке поверхности равна отношению светового потока, падающего на элемент поверхности, к площади этого элемента:
EV =
Единица измерения – Лк (люкс)
Измеряется специальными приборами – люксметрами, основанными на фотоэффекте.
Законы Освещенности:
1. Освещенность поверхности, создаваемая точечным источником света, обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника:
2. Освещенность поверхности прямо пропорциональна косинусу угла падения лучей:
EV = E0 cos(φ)
3. Обобщенный закон освещенности:
Освещенность поверхности, создаваемая точечным источником, прямо пропорциональна силе света источника, косинусу угла падения лучей и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до освещаемой поверхности:
EV = cos(φ)
СПЕКТРЫ И СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
Спектр излучения (или поглощения) — это набор волн определенных частот, которые излучает (или поглощает) атом данного вещества.
Спектры бывают сплошные, линейчатые и полосатые.
Сплошные спектры излучают все вещества, находящиеся в твердом или жидком состоянии.
Сплошной спектр содержит волны всех частот видимого света и поэтому выглядит как цветная полоса с плавным переходом от одного цвета к другому в таком порядке: Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Синий и Фиолетовый (Каждый Охотник Желает Знать, где Сидит Фазан).
Линейчатые спектры излучают все вещества в атомарном состоянии. Атомы всех веществ излучают свойственные только им наборы волн вполне определенных частот. Как у каждого человека свои личные отпечатки пальцев, так и у атома данного вещества свой, характерный только ему спектр.
Линейчатые спектры излучения выглядят как цветные линии, разделенные промежутками.
Природа линейчатых спектров объясняется тем, что у атомов конкретного вещества существуют только ему свойственные стационарные состояния со своей характерной энергией, а следовательно, и свой набор пар энергетических уровней, которые может менять атом, т.е. электрон в атоме может переходить только с одних определенных орбит на другие, вполне определенные орбиты для данного химического вещества.
Полосатые спектры излучаются молекулами. Выглядят полосатые спектры подобно линейчатым, только вместо отдельных линий наблюдаются отдельные серии линий, воспринимаемые как отдельные полосы.
Характерным является то, что какой спектр излучается данными атомами, такой же и поглощается, т.е. спектры излучения по набору излучаемых частот совпадают со спектрами поглощения.
Поскольку атомам разных веществ соответствуют свойственные только им спектры, то существует способ определения химического состава вещества методом изучения его спектров.
Этот способ называется спектральным анализом.
Природа возникновения спектра объясняется тем, что каждому элементу присущ свой специфический набор излучаемого спектра. Это свойство позволяет применять спектральный анализ для выявления химического состава вещества.
Спектральный анализ применяется для определения химического состава ископаемых руд при добыче полезных ископаемых, для определения химического состава звезд, атмосфер, планет; является основным методом контроля состава вещества в металлургии и машиностроении.
Спектроскопом называется прибор, с помощью которого исследуется спектральный состав света, испускаемого некоторым источником.
Разложение производится с помощью дифракционной решетки(лучше) или призмы, для исследования ультрафиолетовой области применяется кварцевая оптика.
Явление, описываемые теорией относительности называются релятивистскими.
Общая теория относительности описывает взаимосвязь физических процессов, происходящих в ускоренно движущихся друг относительно друга (неинерциальных) системах отсчета.
Специальная теория относительности рассматривает взаимосвязь физических процессов, происходящих только в инерциальных системах отсчета
Первый постулат специальной теории относительности – все законы природы одинаковы в инерциальных системах отсчета
Второй постулат специальной теории относительности – скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета
Скорость света – максимальная скорость распространения любого взаимодействия
Материальные тела не могут иметь скорость большую, чем скорость света
Два события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, не являются одновременными в другой инерциальной системе отсчета.
Порядок следования событий остается неопределенным, зависящим от положения наблюдателя, если промежуток времени между событиями меньше времени, необходимого для распространения света между ними.
Собственное время – время, измеренное наблюдателем движущимся вместе с часами.
Время в подвижной и неподвижной системах отсчета течет с разной скорость.
t =
Релятивистский закон сложения скоростей справедлив при любой скорости движущихся тел:
vx =
vx - скорость тела в неподвижной инерциальной системе отсчета
vx’ - скорость тела в инерциальной системе отсчета, движущейся относительно неподвижной со скоростью v
Масса покоя – масса тела в системе отсчета, относительно которой оно покоится.
Зависимость массы тела от скорости:
m =
Связь массы и энергии
E = mc2
Вещество имеет массу и обладает энергией
Поле имеет энергию и обладает массой
Опыт Майкельсона-Морли и его расхождение с классической теорией.
Независимость скорости света от скорости источника света
Теория относительности Эйнштейна (см.ниже уч.10кл.)
Классическая механика базируется на кинематике, динамике и законах сохранения импульса и энергии. В классической механике были сформулированы основные представления о пространстве, времени и движении.
Наиболее существенное расхождение классической механики с экспериментом было впервые зафиксировано в опытах 1881 г. Альберта Майкельсона и Эдуарда Морли.
ДОБАВИТЬ ОПИСАНИЕ ОПЫТА С ЗЕРКАЛАМИ ИЗ ДРУГОГО ИСТОЧНИКА
В опытах сравнивались скорость распространения света вдоль направления орбитальной скорости Земли вокруг Солнца и перпендикулярном этому направлению. Эти скорости оказались равны.
c = 3*108 м/с – скорость света в вакууме
Согласно классической механике в разных точках орбиты Земли:
v1 = c + v , v2 = c – v, v1 ≠ v2
что противоречило результатам опытов Майкельсона и Морли
Равными оказались и скорости света от диаметрально противоположных точек Солнца. Из-за вращения Солнца одна из этих точек приближается к наблюдателю, вторая – удаляется.
Объяснить это смог Альберт Ейнштейн в Теории относительности.(см.ниже)
Опыт Майкельсона-Морли и его расхождение с классической теорией.(см.выше уч.10кл.)
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54
