Монохромна вълна: определение, характеристики, дължина

Днес ще говорим за същността на такъв феномен на оптиката като монохромна вълна. Ще разгледаме подробно свойствата на светлинните трептения и електромагнитната скала.

Светлина, вятър, море, пясък

Тези четири компонента са идеална рецепта за добра почивка. Но сега няма да е за лятната ваканция, а за физиката. Светлината, вятърът, повърхността на водата и пясъците имат едно общо нещо - колебания. приключване специален случай: колебания не са нагоре и надолу - а промяна в плътността на типа "вакуумна концентрация." И когато човек се чувства на лицето му докосване лек морски бриз, че е по-плътен въздух от атмосферата на Земята се стреми да заеме по-езотеричен състояние, отпадане на наднорменото тегло в областта на по-ниско налягане.

С морето и пясъка всичко е по-лесно. Вибрациите на средата са видими, същата повърхност се колебае в пространството. Лист хартия, хвърлена в морето или реката, ще се издигне и падне в отсъствие на ток, но няма да може да плава до брега.

Електромагнитните трептения, включително и монохромната светлинна вълна, се колебаят в пространството по същия начин. Но в допълнение към посоката на размножаване, когато се движи в космоса, квантова светлина генерира вектор на амплитуда, вълнов вектор и вектор на силата на електрическото и магнитното поле. Всички те имат твърдо определени ъгли по отношение един към друг и се колебаят заедно с вълната фронт. Така че една монохромна вълна е цяла пакет от енергия с много свойства, които се разпространяват в космоса по различни начини.

Свойства на електромагнитната радиация като вещество: маса и импулс

В началото на ХХ век учените трябваше да признаят, че всички елементарни частици притежават както свойствата на вълната, така и характеристиките на материалните частици. Експерименти на налягане на светлината, който произвежда руския учен Лебедев, се оказа, че светлината може да предава инерция, което означава, че тя има маса. Но всяко ръководство ще обясни, че масата на фотона в покой е нула. Масата му е "измазана" в пакет от енергия. С лице към веществото, светлината променя своите свойства (например се нагрява) и в същото време губи своята индивидуалност и същност.

Свойства на електромагнитното излъчване като вълни: честота, дължина, амплитуда, фаза

Но за да се определи дължината на вълната монохромна светлина, е необходимо само да се знае за свойствата на вълната. Тези характеристики включват:

1. Честота. Обозначено с гръцкото писмо nu - ако честотата е линейна, и омега-, ако е циклично. Тя се определя като броят на вълните, които "пасват" за определен период от време. Това е характеристика на времето за електромагнитно излъчване.
2. Дължина на вълната. Показва се като ламбда. Определя разстоянието между идентични фази на две съседни вълни, например между две максимуми. Това е пространствена характеристика на електромагнитното излъчване. Честотата и дължината на вълната са обратно пропорционални един на друг. Тоест, колкото по-висока е честотата, толкова по-къса е дължината на вълната.
3. Амплитудата. Тя може да бъде обозначена по различен начин, но по-често се среща символът А. Това е височината на "гърба" и "неуспеха" на трептенията. Амплитудата е причина за интензивността на светлината: колкото по-ниско е трептенето, толкова по-слаба е светлината.
4. Фаза. Тази стойност, която се обозначава с phi-, вече споменахме. Фазата обикновено се отнася до елемента на трептене, който се появява в избраното време. Ако "уловихме" една вълна на максимален съсед във възход и трета в някакъв момент на спускане, тогава фазите на тези трептения не съвпадат.

Всички свойства на вълната, с изключение на евентуалните фази, са тясно свързани с енергията. Колкото по-висока е честотата, толкова по-силна е амплитудата, толкова повече енергия носи фотонът. По този начин дължината на вълната на монохромното лъчение също определя нейната "температура" и мястото на електромагнитната скала.

Мащаб на електромагнитните вълни до видимия диапазон

Всички видове кванти на светлината условно се разделят според дължината на вълната. Границите между тези зони са замъглени, всеки участък може да се състои от още няколко. В зависимост от честотата, електромагнитната скала съдържа:

1. Радио и микровълни (3 kHz-300 GHz). Те са подразделени на микровълни, сантиметри, дециметрични, метрични, къси, средни, дълги вълни.
2. Терахерски вълни (300 GHz-3 THz).
3. Инфрачервени вълни (150 GHz-405 THz). Те са подразделени в близките и далечни инфрачервени диапазони.
4. Видими вълни (405-790 THz). Те се подразделят на седем цвята: червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, синьо, лилаво.

Видимият спектър се нарича точно така, защото човешкото око е в състояние да го възприеме. Инфрачервената светлина носи топлина, а радиовълните поддържат връзка.

Мащабът на електромагнитните вълни след видимия диапазон

Но лъчението, което се намира на електромагнитната скала над видимата, е опасно за хората и другите живи същества:

1. Ултравиолетовите вълни (7,5 * 10¹⁴ - 3 * 10¹⁶ Hz). Те се подразделят на близки, средни, далечни, крайни (вакуумни) спектри.
2. Рентгенови вълни (2 * 10¹⁵ - 6 * 10¹⁹ Hz). Те имат и името "Редове X", тъй като в английската езикова литература този раздел на електромагнитната скала просто се нарича "рентгенови лъчи". Те се подразделят на меки и твърди спектри.
3. Гама излъчване (съвпада с рентгеновия спектър). Може да има и наименование с гръцка буква - "гама-лъчение". Тя се различава от рентгеновия спектър по метода на приготвяне. Въпреки че гама-лъчите могат да имат по-висока енергия от рентгеновите лъчи.

Човечеството е открило приложения за тези видове светлина. Обикновено, когато се разглежда електромагнитно излъчване, се има предвид видимата, IR и UV диапазона. Но в действителност има монохромна светлина с дължина на вълната, съответстваща на рентгеновото и равномерно гама излъчване. Просто при изкуствени условия е много трудно да се получи такъв синхрон за тези вълни.

Източници на електромагнитно излъчване

Най-често срещаните генератори на електромагнитно излъчване във вселената са звездите. В силните си черва масата на невероятно сгъстен газ генерира енергия в чиста форма - кванта на светлината. Слънцето излъчва във всички спектри, но за щастие Земята има атмосфера. Той предпазва целия живот от вредни вълни с висока и ултра-висока енергия.

Но не мислете, че само Слънцето е достъпно за човечеството. Светлината на звездите също е електромагнитно излъчване. Понякога космосът предизвиква гама-миг на такава сила, че тези фотони достигат до повърхността на нашата планета. За щастие раждането на супернови е доста далеч от Земята. В противен случай всички жители на дълбочина един километър от повърхността ще бъдат стерилни.

Но хората са хитри същества. Те проникнаха в основата на производството на кванти и ги поставиха в службата си. Някои - особено другите - случайно. Човечеството може да получава радиация от всякакви граници: от гама лъчи в ядрени реактори до екстремни вълни за радиовръзка.

Монохромно електромагнитно излъчване

Сега се доближаваме до основния проблем. Така че, ако всички колебания на електромагнитното поле от същия източник имат една и съща дължина на вълната, това е монохромна вълна. В идеалния случай източникът на такава светлина трябва да бъде един допустим преход. Но на практика монохромна светлина се нарича лъч с много тясно разпространение на дължини на вълните. В такива случаи се казва, че дължината на вълната на монохромна светлина е равна на най-вероятната стойност на всички получени, т.е. най-често срещаните фотони в лъча. Източникът на такъв светлинен поток е лазер. Никой природен генератор (например Слънцето) не може да "принуди" своите атоми да излъчват еднакво.

Прилагане на монохромни светлинни потоци

Броят на лазерните приложения е неизчистен. Те бяха полезни навсякъде.

Производството, медицината, биологията, геологията, географията, археологията в съвременния свят биха били различни без лазери. Но най-често това устройство се използва от учените. Най-интересният случай е, когато монохромна вълна попада нормално на повърхността на изследваното вещество. В този случай, прозрачни кристали показват цялата си хетерогенност, и ако веществото притежава някои нелинейни свойства, например, промяна на индекса на пречупване, изходът получава практически чл. Един перпендикулярно насочен лъч светлина ще помогне да се определят грешките от непрозрачни повърхности, разликата между лещите от сферата или нивото отражение на светлината.