ЛЕКЦІЯ.

             Розділ фізики, який розглядає і вивчає світлові явища називається оптикою, а самі ці явища  -  оптичними.Світло, падаючи на предмети, спричинює зорове відчуття, що дає змогу бачити ці предмети; світло проявляє нагрівання поверхонь. Отже світло має енергію і переносить її в просторі. Так як енергію можуть переносити або матеріальні частинки або хвилі, то виникло дві гіпотези про природу світла:

Світло – це  потік найдрібніших частинок, або  світло – потік  хвиль.

На основі  першої  гіпотези Ньютон   створив  корпускулярну ( частинкову ) теорію  світла. За цією теорією світло – це потік частинок – корпускул, що мають    різну форму  і поширюються  в будь-якому  середовищі.

На основі другої гіпотези голландський вчений Х.Гюйгенс створив хвильову теорію світла. За ціє теорією світло представляє собою потік  поперечних    хвиль,   які   поширюються   в  певному  середовищі.

Теорія  Ньютона   називалася   корпускулярною, а Гюйгенса – хвильовою.

Кожна з теорій пояснювала ряд властивостей світла, але кожна мала певні недоліки, так як не могла пояснити деяких понять і явищ. Так корпускулярна теорія не могла пояснити явищ інтерференції і дифракції світла, а хвильва не могла пояснити, як світло поширюється у вакуумі, по скільки поперечна механічна хвиля не може  поширюватись  при  відсутності  середовища.

Суперечність у хвильовій теорії спростував Д. Максвелл. Згідно створеної ним теоріі електромагнітних хвиль і визначення їх швидкості, він висунув гіпотезу, що світло – це теж електромагнітна хвиля. Ця гіпотеза була повністю підтверджена багатьма дослідами. Так виникла електромагнітна  теорія світла.

Випромінювання електромагнітних хвиль відбувається під час вимушених коливань електронів у коливальних контурах. За допомогою електричних коливальних контурів можна дістати електромагнітні хвилі, частота яких досягає 10¹² Гц.  Але чи існують електромагнітні  хвилі  більших  частот?

 Детальне вивчення електромагнітних хвиль показало, що під час коливання атомів і молекул виникають електромагнітні хвилі, частота яких значно перевищує частоту хвиль, які одержують за допомогою коливальних контурів. Ці хвилі дістали назву світлових хвиль. До світлових хвиль належать видимі хвилі, інфрачервоні і ультрафіолетові. Частота  коливань  цих  хвиль  від   10¹²   до   3*10¹⁶  Гц  і   довжиною від 0,3 мм  до 10^-2 мкм. Видимі хвилі мають довжину від 0,4 до 0,77 мкм, а частоту від  4*10¹⁴ Гц до 7,7*10¹⁴ Гц. У цьому інтервалі кожній частоті відповідає свій колір випромінювання. Наприклад, частоті  5,4*10¹⁴  Гц  відповідає зелений колір. За частотою випромінювання, скориставшись електромагнітною теорією,   завжди  можна  знайти  довжину  хвилі  у  вакуумі:

l  =  с / n

При  переході  світлового випромінювання   з   одного   середовища  в  інше, його колір зберігається, бо зберігається  його частота, а довжина хвилі змінюється    внаслідок  зміни  швидкості  поширення світла.

Питання  про   швидкість   поширення світла є  одним з найбільш важливих,    принципових  питань  всієї  фізики.

Оскільки швидкість світла – дуже велика, воно затрачає помітний час лише на подолання великих відстаней. Так  світло іде від Сонця до Землі 8 хвилин.

Перше вимірювання світла у вакуумі здійснив датський астроном О.Ремер у 1676 році під час спостереження  і вивчення  затемнення одного із супутників Юпітера. За одержаними даними Ремер визначив швидкість світла. Одержана величина була близька до 3*10⁸ м/с.

Після цього експерименту швидкість світла вимірювали багато разів і в різних умовах. Одним з найбільш точних вимірювань швидкості світла був дослід, проведений у 1926 році американським фізиком А.Майкельсоном. За результатами свого досліду Майкельсон дістав такий результат:

с  =  (299796 ± 4 ) км /с.

Зараз існують інші, більш точні способи вимірювання швидкості світла, Кілька років тому, скориставшись лазерним випромінюванням, вчені визначили швидкість  світла  з   небаченою   досі   точністю:   с == ( 299792456 ±1,1) м/с.

Відносна похибка цього вимірювання становить 3,5*10^-9.

Так як світло – це електромагнітна хвиля, то швидкість поширення його залежить   від   роду   середовища   і   визначається   формулою:

u  =  1 / Ö m _с e _с. 

Речовини, в яких може поширюватися світло, є діелектриками. Оскільки магнітна   проникність   діелектриків   дуже   мало   відрізняється   від   одиниці, то  m _с  =  m_о; отже,   швидкість   поширення   світла   в   діелектриках визначається   їх  діелектричною  проникністю e . Через те, що e залежить  від  частоти  коливань   вектора Е, швидкість поширення світла в діелектриках також залежить від   частоти   коливань   у   світловому   випромінюванні.

Величина, яка  характеризує   залежність   швидкості   поширення   світла   від   роду   середовища,   називається   оптичною   густиною   середовища    n  і   вимірюється   числовим   значенням   абсолютного   показника  заломлення    середовища

n  =  c / u

Оптична   густина   вакууму   рівна   одиниці. Показник   заломлення повітря   дуже   мало   відрізняється   від   одиниці, тому іноді вважають, що він теж   рівний   одиниці,   а   тоді   швидкість світла у повітрі така сама, як у вакуумі.

Усі тіла, атоми яких створюють видиме випромінювання називаються джерелами світла. Умовно їх можна  поділити  на   групи за способом збудження   частинок,    які    випромінюють   світло.

До першої групи належать температурні джерела світла, в яких свічення виникає за рахунок збудження атомів і молекул хаотичним рухом частинок у тілі при досить  високій температурі. Енергія випромінювання таких джерел світла створюється   за   рахунок   їх   внутрішньої   енергії.

До другої групи належать люмінесцентні джерела світла,  збудження атомів і молекул яких зумовлено не високою температурою, а потоком рухомих частинок, дією зовнішнього електромагнітноговипромінювання або хімічною реакцією. У цьому випадку енергія випромінювання утворюється за рахунок електричної, хімічної абомеханічної енергії, тобто за рахунок енергії яких-небудь зовнішніх джерел.

До третьої  групи належить свічення в речовині, зумовлене ефектом Вавилова – Черенкова.  Це   свічення   виникає   під  час руху електронів у речовині   з   швидкістю, яка   перевищує   швидкість   поширення   світла   в   ній.

Прикладами джерел першої групи є : Сонце, зорі, лампа розжарювання, сірник, що горить і т.д.