نور سفید به عنوان یک موج الکترومغناطیسی شامل. نور مانند یک موج الکترومغناطیسی است. سرعت نور. تداخل نور: تجربه یانگ. رنگ های فیلم نازک

نور نوعی انرژی است که با چشم انسان قابل مشاهده است که از حرکت ذرات باردار ساطع می شود.

نور خورشید نقش مهمی در زندگی حیات وحش دارد. برای رشد گیاه ضروری است. گیاهان انرژی نور خورشید را از طریق فرآیند فتوسنتز به شکل شیمیایی تبدیل می کنند. نفت، زغال سنگ و گاز طبیعیبقایای گیاهانی هستند که میلیون ها سال پیش می زیسته اند. می توان گفت که این انرژی نور خورشید تبدیل شده است.

دانشمندان از طریق آزمایشات نشان داده اند که نور در مواقعی مانند یک ذره و در مواقعی مانند یک موج رفتار می کند. در سال 1900 نظریه کوانتومماکس پلانک دو دیدگاه دانشمندان را در مورد جهان ترکیب کرد. و در فیزیک مدرننور به صورت عرضی در نظر گرفته می شود امواج الکترومغناطیسی, فرد قابل مشاهدهکه توسط کوانتوم های نور (فوتون ها) ساطع می شوند - ذراتی که جرم ندارند و با سرعت حرکت می کنند.

ویژگی های نور

مانند هر موج، نور را می توان با طول (λ)، فرکانس (υ) و سرعت انتشار در هر محیط (v) مشخص کرد. رابطه بین این مقادیر با فرمول نشان داده می شود:

نور مرئی در محدوده طول موج قرار دارد تابش الکترومغناطیسیاز m (به ترتیب صعودی طول موج: بنفش، آبی، سبز، زرد، نارنجی، قرمز). فرکانس موج نور به رنگ آن بستگی دارد.

هنگامی که یک موج نور از خلاء به یک محیط می رسد، طول و سرعت انتشار آن کاهش می یابد، فرکانس موج نور بدون تغییر باقی می ماند:

n ضریب شکست محیط است، c سرعت نور در خلاء است.

باید به خاطر داشت که سرعت نور:

• در خلاء یک ثابت جهانی در تمام سیستم های گزارش دهی است.
• در یک محیط همیشه کمتر از سرعت نور در خلاء است.
• بستگی به محیطی دارد که از آن عبور می کند.
• در خلاء همیشه از سرعت هر ذره ای با جرم بیشتر است.

ماهیت موجی نور

ماهیت موجی نور ابتدا از طریق آزمایش های پراش و تداخل نشان داده شد. مانند همه امواج الکترومغناطیسی، نور می تواند از خلاء عبور کند و منعکس و منکس شود. ماهیت عرضی نور با پدیده قطبش ثابت می شود.

دخالت

امواج نوری که اختلاف فاز ثابت و فرکانس یکسانی دارند، هنگامی که موج حاصل تقویت یا ضعیف می شود، اثر تداخلی قابل مشاهده ایجاد می کنند.

اسحاق نیوتن یکی از اولین دانشمندانی بود که پدیده تداخل را بررسی کرد. در او آزمایش معروف"حلقه های نیوتن" او یک عدسی محدب با شعاع انحنای زیاد را با یک صفحه شیشه ای تخت وصل کرد. اگر این را در نظر بگیریم سیستم نوریاز طریق منعکس شده است نور خورشید، یک سری از نور متحدالمرکز و دایره های تیره به شدت رنگی از نور مشاهده می شود. حلقه ها به دلیل وجود لایه نازکی از هوا بین لنز و صفحه ظاهر می شوند. نور منعکس شده از سطوح بالا و پایین شیشه تداخل ایجاد می کند و حداکثر تداخل را به صورت نور و حداقل را به صورت حلقه های تیره ایجاد می کند.

انکسار

پراش خم شدن موج نور به دور موانع است. این پدیده زمانی قابل مشاهده است که اندازه مانع با طول موج قابل مقایسه باشد. اگر جسم بسیار بزرگتر از طول موج منبع نور باشد، این پدیده تقریباً نامحسوس است.

نتیجه پراش متناوب نوارهای رنگی و تیره دایره های روشن یا متحدالمرکز است. این اثر نوری در نتیجه این واقعیت رخ می دهد که امواجی که در اطراف مانع می چرخند، تداخل دارند. این تصویر نور منعکس شده از سطح سی دی را نشان می دهد.

ورزشگاه 144

چکیده

سرعت نور.

تداخل نور.

امواج ایستاده

دانش آموز کلاس یازدهم

کورچاگین سرگئی

سن پترزبورگ 1997.

نور یک موج الکترومغناطیسی است.

در قرن هفدهم، دو تئوری نور مطرح شد: موجی و جسمی. نظریه corpuscular1 توسط نیوتن و نظریه موج توسط هویگنس ارائه شد. به گفته هویگنز، نور امواجی است که در یک محیط خاص منتشر می شوند - اتر که تمام فضا را پر می کند. دو نظریه مدت زمان طولانیبه صورت موازی وجود داشته است. وقتی یکی از نظریه ها پدیده ای را توضیح نمی داد، توسط نظریه دیگری توضیح داده می شد. به عنوان مثال، انتشار مستقیم نور که منجر به تشکیل سایه های تیز می شود، بر اساس نظریه موج قابل توضیح نیست. با این حال، در اوایل XIXقرن‌ها، پدیده‌هایی مانند پراش 2 و تداخل 3 کشف شد، که این افکار را به وجود آورد که نظریه موج سرانجام نظریه جسمی را شکست داد. در نیمه دوم قرن نوزدهم، ماکسول نشان داد که نور است مورد خاصامواج الکترومغناطیسی این آثار به عنوان پایه ای برای نظریه الکترومغناطیسی نور عمل کردند. با این حال، در آغاز قرن بیستم، کشف شد که نور هنگام گسیل و جذب، مانند جریانی از ذرات رفتار می کند.

^ سرعت نور

روش های مختلفی برای تعیین سرعت نور وجود دارد: روش های نجومی و آزمایشگاهی.

سرعت نور برای اولین بار توسط دانشمند دانمارکی رومر در سال 1676 با استفاده از روش نجومی اندازه گیری شد. او زمانی را ثبت کرد که بزرگترین قمر مشتری، آیو، در سایه این سیاره عظیم قرار داشت. رومر در لحظه ای که سیاره ما به مشتری نزدیک بود و در لحظه ای که ما کمی (طبق اصطلاحات نجومی) از مشتری دورتر بودیم، اندازه گیری کرد. در مورد اول، فاصله بین شیوع 48 ساعت و 28 دقیقه بود. در مورد دوم، ماهواره 22 دقیقه تاخیر داشت. از این نتیجه به این نتیجه رسید که نور برای پیمودن فاصله از محل مشاهده قبلی تا محل رصد فعلی به 22 دقیقه نیاز دارد. او با دانستن فاصله و تأخیر زمانی آیو، سرعت نور را محاسبه کرد که معلوم شد بسیار زیاد است، حدود 300000 کیلومتر بر ثانیه.

برای اولین بار سرعت نور به روش آزمایشگاهی توسط فیزیکدان فرانسوی فیزو در سال 1849 اندازه گیری شد.او مقدار سرعت نور را برابر با 313000 کیلومتر بر ثانیه به دست آورد.

طبق داده های مدرن، سرعت نور 299792458 m/s ± 1.2 m/s است.

^ تداخل نور.

به دست آوردن تصویری از تداخل امواج نور نسبتاً دشوار است. دلیل این امر این است که امواج نور، منتشر شده است منابع مختلفبا یکدیگر ناسازگار هستند. آنها باید دارای طول موج یکسان و اختلاف فاز ثابت در هر نقطه از فضا باشند. دستیابی به برابری طول موج ها با استفاده از فیلترهای نور دشوار نیست. اما دستیابی به اختلاف فاز ثابت غیرممکن است، زیرا اتم های منابع مختلف به طور مستقل از یکدیگر نور ساطع می کنند.

با این وجود، تداخل نور را می توان مشاهده کرد. به عنوان مثال، سرریز رنگین کمانی رنگ در حباب صابونیا روی یک لایه نازک نفت سفید یا روغن روی آب. دانشمند انگلیسی T. Jung اولین کسی بود که ایده درخشانی را ارائه کرد که رنگ را با اضافه کردن امواج توضیح می‌دهد که یکی از آنها از سطح بیرونی و ¾ دیگر از سطح داخلی منعکس می‌شود. در این حالت تداخل امواج نور رخ می دهد. نتیجه تداخل به زاویه تابش نور روی فیلم، ضخامت و طول موج آن بستگی دارد.

^ امواج ایستاده

متوجه شدیم که اگر یک سر طناب با فرکانس درست انتخاب شده تاب بخورد (انتهای دیگر آن ثابت باشد)، آنگاه یک موج پیوسته به انتهای ثابت می رود که سپس با از دست دادن یک نیمه موج منعکس می شود. تداخل موج تابشی و منعکس شده منجر به ایجاد موجی می شود که به نظر می رسد ساکن باشد. پایداری این موج شرایط زیر را برآورده می کند:

L=nl/2، l=u/n، L=nu/n،

جایی که L ¾ طول طناب است. n ¾ 1،2،3، و غیره؛ u ¾ سرعت انتشار موج که به کشش طناب بستگی دارد.

امواج ایستاده در تمام اجسامی که قادر به نوسان هستند برانگیخته می شوند.

تشکیل امواج ایستاده یک پدیده رزونانسی است که در فرکانس های تشدید یا طبیعی بدن رخ می دهد. نقاطی که تداخل در آنها لغو می شود، گره و نقاطی که تداخل افزایش می یابد، آنتی گره نامیده می شوند.

نور ¾ موج الکترومغناطیسی…………………………………………..2

سرعت نور………………………………………………………2

تداخل نور……………………………………………….3

امواج ایستاده…………………………………………………………………………………………………………………………………

فیزیک 11 (G.Ya. Myakishev B.B. Lukhovtsev)

فیزیک 10 (N.M. Shakhmaev S.N. Shakhmaev)

یادداشت های پشتیبانی و وظایف تست (G.D. Luppov)

1 کلمه لاتین "corpuscle" که به روسی ترجمه شده است به معنای "ذره" است.

2 گرد کردن موانع با نور.

3 پدیده تقویت یا تضعیف نور هنگام روی هم قرار دادن پرتوهای نور.

4 خود رومر ارزش 215000 کیلومتر بر ثانیه را دریافت کرد.

5 امواج با طول یکسان و اختلاف فاز ثابت را همدوس می گویند.

6 تنها استثناء منابع نور کوانتومی ¾ لیزر هستند.

7 افزودن دو موج، که در نتیجه آن یک تقویت پایدار یا تضعیف ارتعاشات نور حاصل در نقاط مختلف فضا وجود دارد.

از تئوری میدان الکترومغناطیسی، توسعه یافته توسط J. Maxwell، به دنبال آن: امواج الکترومغناطیسی با سرعت نور منتشر می شوند - 300000 کیلومتر در ثانیه، که این امواج عرضی هستند، درست مانند امواج نور. ماکسول پیشنهاد کرد که نور یک موج الکترومغناطیسی است. بعداً این پیش بینی به طور تجربی تأیید شد.

مانند امواج الکترومغناطیسی، انتشار نور از قوانین یکسانی پیروی می کند:

قانون انتشار مستقیم نور. در یک محیط همگن شفاف، نور در خطوط مستقیم حرکت می کند. این قانون چگونگی وقوع خورشید گرفتگی و ماه گرفتگی را توضیح می دهد.

هنگامی که نور روی سطح مشترک بین دو محیط می افتد، بخشی از نور به محیط اول منعکس می شود و بخشی از آن در صورت شفاف بودن به محیط دوم عبور می کند، در حالی که جهت انتشار آن تغییر می کند، یعنی منکس می شود.

تداخل نور

فرض کنید که دو موج نوری تک رنگ که روی یکدیگر قرار گرفته اند، نوسانات هم جهت را در نقطه خاصی از فضا تحریک می کنند: x 1 \u003d A 1 cos (t +  1) و x 2 \u003d A 2 cos (t +  2). زیر ایکسشدت E الکتریکی را درک کنید یا H مغناطیسی میدان های موجی؛ بردارهای E و H در صفحات متقابل عمود بر هم نوسان می کنند (به بند 162 مراجعه کنید). قدرت میدان های الکتریکی و مغناطیسی از اصل برهم نهی تبعیت می کند (به بند 80 و 110 مراجعه کنید). دامنه نوسان حاصل در یک نقطه داده شده A 2 \u003d A 2 l + A 2 2 + 2A 1 A 2 cos ( 2 - 1) (نگاه کنید به 144.2)). از آنجایی که امواج منسجم هستند، پس cos( 2 -  1) دارای مقدار ثابتی در زمان است (اما برای هر نقطه در فضا مقدار خود را دارد)، بنابراین شدت موج حاصل (1 ~ A 2)

در نقاطی از فضا که cos ( 2 -  1) > 0، شدت I > I 1 + I 2، که در آن cos( 2 -  1) < آه شدت من< I 1 +I 2 . Следовательно, при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение شار نورانی، در بعضی جاها حداکثر شدت و در بعضی جاها حداقل شدت ایجاد می شود. این پدیده تداخل نور نامیده می شود.

برای امواج ناهمدوس، تفاوت ( 2 -  1) به طور مداوم تغییر می کند، بنابراین مقدار میانگین زمانی cos( 2 - 1) صفر است و شدت موج حاصل در همه جا یکسان است و برای I 1 = I 2 برابر 2I 1 است (برای امواج منسجم در این شرایطدر حداکثر I = 4I 1 در حداقل I = 0).

چگونه می توان شرایط لازم برای وقوع تداخل امواج نور را ایجاد کرد؟ برای به دست آوردن امواج نوری منسجم از روش تقسیم موج ساطع شده از یک منبع به دو قسمت استفاده می شود که پس از عبور از امواج مختلف. مسیرهای نوریبر روی یکدیگر قرار می گیرند و یک الگوی تداخل مشاهده می شود.

اجازه دهید جداسازی به دو موج منسجم در نقطه مشخصی O رخ دهد . به نقطه م،که در آن یک الگوی تداخل مشاهده می شود، یک موج در محیطی با ضریب شکست n 2 مسیر s 1 گذشت , دوم - در محیطی با ضریب شکست n 2 - مسیر s 2 . اگر در نقطه Oفاز نوسان برابر با t است , سپس در نقطه مموج اول نوسان А 1 cos (t - s 1 / v 1) را تحریک می کند. , موج دوم - نوسان A 2 cos (t - s 2 / v 2) , که در آن v 1 = c/n 1، v 2 = c/n 2 - به ترتیب سرعت فاز موج اول و دوم. اختلاف فاز نوسانات برانگیخته شده توسط امواج در یک نقطه م،برابر است با

(با در نظر گرفتن اینکه /s = 2v/s = 2 0 که  0 طول موج در خلاء است). حاصلضرب طول هندسی s مسیر یک موج نور در یک محیط معین توسط ضریب شکست n این محیط را طول مسیر نوری L می نامند. , a  \u003d L 2 - L 1 - تفاوت طول نوری مسیرهایی که امواج طی می کنند - اختلاف مسیر نوری نامیده می شود. اگر اختلاف مسیر نوری برابر با یک عدد صحیح طول موج در خلاء باشد

سپس  = ± 2m , مهر دو موج در یک فاز رخ خواهند داد. بنابراین، (172.2) شرط حداکثر تداخل است.

اگر تفاوت مسیر نوری

سپس  = ±(2m + 1) , و نوسانات برانگیخته در نقطه مهر دو موج در پادفاز رخ خواهند داد. بنابراین، (172.3) شرط حداقل تداخل است.

کاربردهای تداخل نور

پدیده تداخل به دلیل ماهیت موجی نور است. قوانین کمی آن به طول موج Do بستگی دارد.بنابراین از این پدیده برای تایید ماهیت موجی نور و اندازه گیری طول موج (طیف سنجی تداخلی) استفاده می شود.

همچنین از پدیده تداخل برای بهبود کیفیت دستگاه های نوری (پوشش نوری) و به دست آوردن پوشش هایی با بازتاب بالا استفاده می شود. عبور نور از هر سطح انکسار عدسی، به عنوان مثال، از طریق رابط شیشه-هوا، با انعکاس 4٪ از شار فرودی همراه است (هنگامی که بدنه شکست شیشه را نشان می دهد 1.5 ). مانند لنزهای مدرنحاوی تعداد زیادی ازعدسی ها، پس تعداد بازتاب ها در آنها زیاد است و بنابراین تلفات شار نور نیز زیاد است. بنابراین، شدت نور عبوری کاهش می یابد و درخشندگی ابزار نوریکاهش می دهد. علاوه بر این، انعکاس از سطوح عدسی منجر به شعله ور شدن می شود که اغلب (به عنوان مثال، در تجهیزات نظامی) موقعیت ساز را آشکار می کند.

برای حذف این کمبودهاانجام به اصطلاح روشنایی اپتیکبرای انجام این کار، لایه‌های نازکی با ضریب شکست کمتر از مواد لنز روی سطوح آزاد لنز اعمال می‌شود. هنگامی که نور از لایه هوا-فیلم و رابط فیلم-شیشه منعکس می شود، تداخل پرتوهای همدوس 1 و 2 اینچ رخ می دهد (شکل 253).

لایه AR

ضخامت فیلم دو ضریب شکست شیشه nc و فیلم n را می توان طوری انتخاب کرد که امواج منعکس شده از هر دو سطح فیلم یکدیگر را خنثی کنند. برای انجام این کار، دامنه آنها باید برابر باشد و اختلاف مسیر نوری برابر با - باشد (نگاه کنید به (172.3)). محاسبه نشان می دهد که دامنه پرتوهای منعکس شده برابر است اگر

(175.1)

از آنجایی که n با، n و ضریب شکست هوا n 0 شرایط nc > n > n 0 را برآورده می کند، سپس از دست دادن نیم موج در هر دو سطح رخ می دهد. از این رو شرط حداقل (فرض کنید نور به طور معمول فرود می آید، یعنی I = 0)

جایی که nd- ضخامت فیلم نوری. پس معمولا m = 0 را بگیرید

بنابراین، اگر شرط (175.1) برآورده شود و ضخامت نوری فیلم برابر با  0/4 باشد، در نتیجه تداخل، پرتوهای منعکس شده خاموش می شوند. از آنجایی که دستیابی به خاموش کردن همزمان برای همه طول موج ها غیرممکن است، این کار معمولاً برای طول موجی که بیشترین حساسیت به چشم را دارد  0  0.55 میکرومتر انجام می شود. بنابراین، لنزهای با اپتیک پوشش داده شده دارای رنگ آبی مایل به قرمز هستند.

ایجاد پوشش های بسیار بازتابنده تنها بر اساس امکان پذیر شد تداخل چند مسیره. برخلاف تداخل دو پرتو، که تا کنون در نظر گرفته‌ایم، تداخل چند مسیره زمانی اتفاق می‌افتد که تعداد زیادی از پرتوهای نور منسجم روی هم قرار گیرند. توزیع شدت در الگوی تداخل به طور قابل توجهی متفاوت است. حداکثر تداخل بسیار باریک تر و روشن تر از زمانی است که دو پرتو نور منسجم روی هم قرار می گیرند. بنابراین، دامنه حاصل از نوسانات نور با همان دامنه در حداکثر شدت، که در آن جمع در همان فاز، در N رخ می دهد. بار بیشتر، و شدت در N 2 برابر بیشتر از یک پرتو (N تعداد پرتوهای مزاحم است). توجه داشته باشید که برای یافتن دامنه به دست آمده استفاده از آن راحت است روش گرافیکی، با استفاده از روش بردار دامنه چرخشی (به § 140 مراجعه کنید). تداخل چند مسیره در یک توری پراش انجام می شود (به بند 180 مراجعه کنید).

تداخل چند مسیری را می توان در انجام داد سیستم چند لایهفیلم های درهم با شاخص های مختلفشکست (اما با ضخامت نوری یکسان، برابر با  0/4)، بر روی یک سطح بازتابنده رسوب می کند (شکل 254). می توان نشان داد که در رابط فیلم (بین دو لایه ZnS با ضریب شکست بالا n 1 یک فیلم کرایولیت با ضریب شکست کمتر n2 وجود دارد) تعداد زیادی پرتوهای مزاحم بازتابی ایجاد می شود که با ضخامت نوری لایه ها  0/4 متقابلاً تقویت می شود، یعنی ضریب انعکاس افزایش می یابد. ویژگی مشخصهچنین سیستم بسیار انعکاسی این است که در یک منطقه طیفی بسیار باریک عمل می کند، و چه نسبت بیشترانعکاس، هر چه این ناحیه باریکتر باشد. به عنوان مثال، یک سیستم از هفت فیلم برای یک منطقه 0.5 میکرومتر بازتابی برابر با   96٪ (با ضریب عبور 3.5٪ و ضریب جذب <0,5%). Подобные отражатели применяются в лазерной технике, а также используются для создания интерференционных светофильтров (узкополосных оптических фильтров).

پدیده تداخل در ابزارهای اندازه گیری بسیار دقیقی به نام تداخل سنج نیز استفاده می شود. همه تداخل سنج ها بر اساس یک اصل هستند و فقط در طراحی متفاوت هستند. روی انجیر 255 نمودار ساده شده تداخل سنج مایکلسون را نشان می دهد.

نور تک رنگ از منبع S با زاویه 45 درجه روی صفحه موازی صفحه Р 1 می افتد . طرف رکورد دور از اس , نقره ای و نیمه شفاف، تیر را به دو قسمت تقسیم می کند: تیر 1 (که از لایه نقره منعکس می شود) و تیر 2 (از وتو می گذرد). پرتو 1 از آینه M 1 منعکس می شود و با بازگشت دوباره از صفحه P 1 (پرتو l ") عبور می کند. پرتو 2 به آینه M 2 می رود، از آن منعکس می شود، برمی گردد و از صفحه R1 منعکس می شود. (پرتو 2). از آنجایی که اولین پرتو از صفحه P 1 عبور می کند دو بار، سپس برای جبران اختلاف مسیر حاصل، یک صفحه P 2 در مسیر تیر دوم قرار می گیرد (دقیقا مشابه P 1 , فقط با یک لایه نقره پوشانده نشده است).

تیرها 1 و 2" منسجم هستند؛ بنابراین تداخلی مشاهده خواهد شد که نتیجه آن بستگی به اختلاف مسیر نوری پرتو 1 از نقطه O دارد. به آینه M 1 و پرتو 2 از نقطه O به آینه M 2 . هنگامی که یکی از آینه ها به فاصله 0/4  حرکت می کند، اختلاف بین مسیرهای هر دو پرتو 2/0  افزایش می یابد و روشنایی میدان بینایی تغییر می کند. بنابراین، با تغییر جزئی الگوی تداخل، می توان تغییر مکان کوچک یکی از آینه ها را قضاوت کرد و از تداخل سنج Michelson برای اندازه گیری دقیق (حدود 10-7 متر) طول ها (اندازه گیری طول اجسام، طول موج نور) استفاده کرد. ، تغییرات طول بدن با تغییرات دما (دیلاتومتر تداخلی)) .

فیزیکدان روسی V.P. Linnik (1889-1984) از اصل تداخل سنج Michelson برای ایجاد یک microinterferometer (ترکیبی از یک تداخل سنج و یک میکروسکوپ) برای کنترل سطح پرداخت استفاده کرد.

تداخل سنج ها دستگاه های نوری بسیار حساسی هستند که به شما این امکان را می دهند تا تغییرات جزئی در ضریب شکست اجسام شفاف (گازها، مایعات و جامدات) را بسته به فشار، دما، ناخالصی ها و غیره تعیین کنید. چنین تداخل سنج هایی را شکست سنج تداخلی می نامند. در مسیر تیرهای تداخلی دو کووت یکسان با طول وجود دارد لکه یکی از آنها مثلاً با گازی با ضریب شکست معلوم (n 0) و دیگری با ضریب شکست ناشناخته (n z) پر شده است. تفاوت مسیر نوری اضافی که بین پرتوهای مزاحم ایجاد شده است  \u003d (n z - n 0) ل. تغییر در تفاوت مسیر منجر به تغییر در حاشیه های تداخل می شود. این تغییر را می توان با مقدار مشخص کرد

جایی که m 0 نشان می دهد که الگوی تداخل با کدام قسمت از عرض حاشیه تداخل تغییر کرده است. اندازه گیری مقدار m 0 با معلوم ل، m 0 و ، می توانید n z را محاسبه کنید یا n z - n 0 را تغییر دهید. به عنوان مثال، هنگامی که الگوی تداخل به اندازه 1/5 از حاشیه در جابجا می شود ل\u003d 10 سانتی متر و  \u003d 0.5 میکرون (n z - n 0) \u003d 10 -6، یعنی. انکسارسنج های تداخلی به شما این امکان را می دهند که تغییر ضریب شکست را با دقت بسیار بالا (تا 1/1,000,000) اندازه گیری کنید.

استفاده از تداخل سنج بسیار متنوع است. علاوه بر موارد فوق، از آنها برای مطالعه کیفیت ساخت قطعات نوری، اندازه گیری زاویه، مطالعه فرآیندهای سریع در جریان هوای اطراف هواپیما و غیره استفاده می شود. مایکلسون با استفاده از تداخل سنج برای اولین بار استاندارد بین المللی یک متر با طول موج نور استاندارد. با کمک تداخل سنج ها، انتشار نور در اجسام متحرک نیز مورد مطالعه قرار گرفت که منجر به تغییرات اساسی در ایده های فضا و زمان شد.

در فیزیک مدرن، نور به عنوان امواج الکترومغناطیسی یا فوتون توصیف می شود.

2.5.1. امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی ترکیبی از میدان های الکتریکی و مغناطیسی هستند. یک بار الکتریکی را در نظر بگیرید. در اطراف خود میدان الکتریکی ایجاد می کند. اگر بار حرکت کند، میدان مغناطیسی ایجاد می کند. از نظر تئوری نشان داده شده و به طور تجربی تأیید شده است که این میدان های الکتریکی و مغناطیسی با هم ترکیب می شوند و اختلالی ایجاد می کنند که در فضا منتشر می شود و به آن موج الکترومغناطیسی می گویند. این موج به خودی خود منتشر می شود زیرا میدان الکتریکی در حال تغییر باعث تغییر در میدان مغناطیسی می شود که سپس باعث تغییر جدید در میدان الکتریکی و ... می شود بنابراین تبادل انرژی دائمی بین میدان های الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد.

هنگامی که یک موج الکترومغناطیسی با ماده برخورد می کند، میدان های الکتریکی و مغناطیسی آن باعث می شود که ذرات باردار آن ماده مانند موج اصلی نوسان کنند. این اجازه می دهد تا انرژی از طریق ماده بدون حرکت خود ماده منتقل شود. تمام امواج الکترومغناطیسی دارای خواص زیر هستند.

آنها توسط بارهای متحرک ایجاد می شوند.

آنها امواج عرضی هستند که در آنها میدان های الکتریکی و مغناطیسی متقابلاً عمود و عمود بر جهت انتشار موج هستند.

آنها برای تکثیر به هیچ ماده ای نیاز ندارند، اما می توانند بدون حرکت دادن ماده از طریق ماده تکثیر شوند.

همه آنها در فضای آزاد با سرعت نسبی یکسانی حرکت می کنند که به آن سرعت نور می گویند.

از نظر کمی، رفتار امواج الکترومغناطیسی با معادلات ماکسول توصیف می‌شود، اما بررسی آنها فراتر از محدوده این کتاب است، جایی که ما بر کاربردهای عملی تمرکز می‌کنیم و نه بر نظریه انتزاعی.

2.5.2. فوتون ها

فوتون ها به عنوان ذرات مجزای انرژی الکترومغناطیسی در نظر گرفته می شوند. پلانک پیشنهاد کرد که انرژی در فوران هایی به نام "کوانتا" منتشر می شود که در آن مقدار انرژی متناسب با فرکانس است. این با فرمول بیان می شود

جایی که ساعت- ثابت پلانک (6.63 x 10 -34 ژول / ثانیه).

کوانتومی نور را فوتون می نامند. فوتون برخی از خواص ذره را دارد زیرا گسسته و متناهی است. با این حال، نور نیز یک موج است، همانطور که می توان آن را در تأثیرات پراش و تداخل مشاهده کرد. بنابراین معلوم می شود که نور هم ذره است و هم موج. این یک تناقض است، زیرا ذره متناهی و گسسته است، در حالی که موج بی نهایت و پیوسته است. فیزیکدانان هر دو نظریه را مکمل یکدیگر می دانند، اما آنها را به طور همزمان به کار نمی برند. این اثر به عنوان دوگانه ذره-موج نور شناخته می شود و هر دو مدل فیزیکی به یک اندازه در توصیف اثرات نوری مختلف معتبر و مفید هستند. جالب است بدانید که در هر دو مدل قطعاتی وجود دارد که با یکدیگر همخوانی ندارند.

نور به شکل فوتون یا امواج در فضای آزاد با سرعتی در حدود 300000 کیلومتر بر ثانیه (3×108 متر بر ثانیه) حرکت می کند. بسیاری از اثرات را می توان با در نظر گرفتن نور به عنوان پرتوهایی که در خطوط مستقیم بین یا از طریق اجزای نوری حرکت می کنند، بهتر مشاهده کرد. پرتوها بر روی سطوح نوری دستگاه ها تغییر می کنند (بازتاب، شکست، پراکندگی و غیره). این رفتار نوری

بر اساس تئوری موج، نور یک موج الکترومغناطیسی است.

تشعشع مرئی(نور مرئی) - تابش الکترومغناطیسی که مستقیماً توسط چشم انسان درک می شود، با طول موج در محدوده 400 - 750 نانومتر مشخص می شود که مربوط به محدوده فرکانس 0.75 10 15 - 0.4 10 15 هرتز است. تابش نور فرکانس های مختلف توسط یک فرد به عنوان رنگ های مختلف درک می شود.

اشعه مادون قرمز- تشعشعات الکترومغناطیسی که منطقه طیفی بین انتهای قرمز نور مرئی (با طول موج حدود 0.76 میکرون) و گسیل رادیویی موج کوتاه (با طول موج 1-2 میلی متر) را اشغال می کند. تابش مادون قرمز احساس گرما ایجاد می کند، به همین دلیل است که اغلب به عنوان تابش حرارتی شناخته می شود.

اشعه ماوراء بنفش- تابش الکترومغناطیسی نامرئی برای چشم، که منطقه طیفی بین تابش مرئی و اشعه ایکس را در طول موج های 400 تا 10 نانومتر اشغال می کند.

امواج الکترومغناطیسی- نوسانات الکترومغناطیسی (میدان الکترومغناطیسی) که در فضا با سرعت محدود بسته به خواص محیط منتشر می شود (در خلاء - 3∙10 8 m/s). ویژگی های امواج الکترومغناطیسی، قوانین تحریک و انتشار آنها توسط معادلات ماکسول شرح داده شده است. ماهیت انتشار امواج الکترومغناطیسی تحت تأثیر محیطی است که در آن منتشر می شوند. امواج الکترومغناطیسی می توانند انکسار، پراکندگی، پراش، تداخل، بازتاب داخلی کل و سایر پدیده های ذاتی امواج با هر ماهیت را تجربه کنند. در یک محیط همگن و همسانگرد به دور از بارها و جریان هایی که میدان الکترومغناطیسی ایجاد می کنند، معادلات موج برای امواج الکترومغناطیسی (از جمله نور) به شکل زیر است:

که در آن و به ترتیب نفوذپذیری الکتریکی و مغناطیسی محیط هستند، و به ترتیب ثابت الکتریکی و مغناطیسی هستند، و قدرت میدان الکتریکی و مغناطیسی هستند، عملگر لاپلاس است. در یک محیط همسانگرد، سرعت فاز انتشار امواج الکترومغناطیسی برابر است با انتشار امواج الکترومغناطیسی تک رنگ صفحه (نور) با معادلات شرح داده می شود:

kr ; kr (6.35.2)

دامنه نوسانات میدان های الکتریکی و مغناطیسی به ترتیب کجا و هستند، ک بردار موج است، r بردار شعاع نقطه است، - فرکانس دایره ای نوسانات، مرحله اولیه نوسانات در نقطه با مختصات است r= 0. بردارها E و اچ در همان فاز نوسان می کند. یک موج الکترومغناطیسی (نور) عرضی است. بردارها E , اچ , ک متعامد به یکدیگر هستند و یک سه گانه راست از بردارها را تشکیل می دهند. ارزش های آنی و در هر نقطه با رابطه مرتبط هستند با توجه به اینکه میدان الکتریکی اثر فیزیولوژیکی روی چشم دارد، می‌توان معادله یک موج نوری مسطح را که در جهت محور منتشر می‌کند به صورت زیر نوشت:

سرعت نور در خلاء است

. (6.35.4)

نسبت سرعت نور در خلاء به سرعت نور در یک محیط را ضریب شکست مطلق محیط می گویند:

(6.35.5)

هنگام حرکت از یک رسانه به رسانه دیگر، سرعت انتشار و طول موج موج تغییر می کند، فرکانس بدون تغییر باقی می ماند. ضریب شکست نسبی محیط دوم نسبت به اولی نسبت است

که در آن و ضریب شکست مطلق محیط اول و دوم هستند و به ترتیب سرعت نور در محیط اول و دوم هستند.