Закони відбивання світла

- падаючий і відбитий промені, а також перпендикуляр до межі двох середовищ, проведений із точки падіння променя, лежать в одній площині;

- кут падіння дорівнює куту відбивання.

Падаючий та відбитий промінь оборотні.

Закони відбивання можна використовувати для побудови зображення у плоскому дзеркалі.

Дзеркальну відбиваючу поверхню називають плоским дзеркалом, якщо пучок паралельних променів, який падає на неї, після відбивання залишається паралельним.

Зображення предмета в плоскому дзеркалі уявне, пряме, однакове за розміром із предметом, розташоване на такій же відстані від дзеркала за ним, як і сам предмет перед дзеркалом.

Закони заломлення світла

- падаючий і заломлений промені, а також перпендикуляр до межі двох середовищ, проведений із точки падіння променя, лежать в одній площині;

- відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення для даних двох середовищ є сталою величиною, залежною від оптичних властивостей цих середовищ.

Цю сталу величину називають показником заломлення. Він показує, у скільки разів відрізняється швидкість світла у першому і другому середовищах.

Абсолютний показник заломлення – це величина, яка показує, у скільки разів швидкість світла в даному середовищі менша, ніж швидкість світла у вакуумі.

Якщо швидкість поширення світла в першому середовищі більша за швидкість поширення в другому, то кут падіння більший за кут заломлення; якщо швидкість поширення світла в першому середовищі менша, ніж швидкість поширення в другому, то кут падіння менший за кут заломлення.

Билет № 48

Лінзою називають прозоре тіло, обмежене з обох боків сферичними поверхнями (одна з поверхонь може бути плоскою).

Розрізняють такі лінзи : а - двовипукла, б - плоско-опукла, в - двоввігнута, г - плоско-ввігнута, д - опукло-ввігнута, е - схематичне зображення збиральної та розсіювальної лінз.

Якщо товщина лінзи значна і менша від радіуса її кривизни, то таку лінзу називають тонкою. Якщо паралельний пучок променів, що падають на поверхню лінзи, лінза збирає в одній точці (фокусі), то її називають збиральною.

Якщо ж паралельний пучок променів, який падає на лінзу, лінза розсіює, то її називають розсіювальною.

Основними правилами побудови забраження.що формується лінзою,є :

1. Промінь,паралельний головній оптичній вісі,після заломлення проходить через головний фокус лінзи.

2. Промінь,що проходить через головний фокус після заломлення,йде паралельно головній оптичній вісі лінзи.

3. Промінь,що проходить через центр лінзи,не змінює свого напряму.

Лінзи є універсальним оптичним елементом більшості оптичних систем. Традиційне застосування лінз: біноклі, телескопи, оптичні приціли, теодоліти, мікроскопи і фотовідеотехніка. Поодинокі збираючі лінзи використовуються як збільшувальні стекла. Інша важлива сфера застосування лінз офтальмологія, де без них неможливе виправлення недоліків зору - короткозорості, далекозорості, неправильної акомодації, астигматизму і інших захворювань. Лінзи використовують в таких пристосуваннях, як окуляри і контактні лінзи.

У радіоастрономії і радарах часто використовуються діелектричні лінзи, що збирають потік радіохвиль в приймальну антену, або фокусуючи на цілі.

У конструкції плутонієвих ядерних бомб для перетворення сферичної ударної хвилі застосовувалися лінзові системи, виготовлені з вибухівки з різною швидкістю детонації (тобто з різним коефіцієнтом заломлення).

Билет № 49

Дисперсія світла — залежність показника заломлення (або діелектричної проникності) середовища від частоти світла. Внаслідок зміни показника заломлення змінюється також довжина хвилі.

,

де   - хвильове число,   - довжина хвилі,   - показник заломлення,   - циклічна частота, c - швидкість світла.

Інтерфере́нція  — явище накладання двох або більше когерентних світлових хвиль в результаті чого в одних місцях спостерігається підсилення результуючої хвилі (інтерференційний максимум), а в інших місцях послаблення (інтерференційний мінімум).

Дифра́кція - явище, що виникає при поширенні хвиль (наприклад, світлових і звукових хвиль). Суть цього явища полягає в тому, що хвиля здатна огинати перешкоди. Це зумовлює те, що хвильовий рух спостерігається в області за перешкодою, куди хвиля не може потрапити прямо. Явище пояснюється інтерференцією хвиль на краях непрозорих об'єктів або неоднорідностях між різними середовищами на шляху поширення хвилі. Прикладом може бути виникнення кольорових світлових смуг в області тіні від краю непрозорого екрана.

Дифракція добре проявляється тоді, коли розмір перешкоди на шляху хвилі порівняний з її довжиною або менший.

Дифракція акустична — відхилення від прямолінійого поширення звукових хвиль.

Билет № 50

Інфрачерво́не випромі́нювання — оптичне випромінювання з довжиною хвилі більшою, ніж у видимого випромінювання, що відповідає довжині хвилі, більшій від приблизно 750 нм.

Одним із застосувань інфрачервоного випромінювання є прилади нічного бачення, що реєструють теплове випромінювання предметів оточення і перетворюють його у видиме зображення. У військовій техніці інфрачервоні промені використовуються також для наведення ракет на теплове випромінювання літаків і гелікоптерів.

Інфрачервоні діоди і фотодіоди використовуються в пультах дистанційного управління, системах автоматики, охоронних системах і т.д. Вони не відволікають увагу людини в силу своєї невидимості.

Інфрачервоні випромінювачі застосовують у промисловості для сушіння лакофарбових поверхонь

Крім того, останнім часом інфрачервоне випромінювання дедалі частіше починають застосовувати для обігріву приміщень та вуличних просторів. Інфрачервоні обігрівачі використовуються для організації додаткового або основного опалення у приміщеннях (будинках, квартирах, офісах і т.п.), а так само для локального обігріву вуличного простору (вуличні кафе, альтанки, веранди).

Ультрафіолетове випромінювання  скорочено УФ-випромінювання або ультрафіолет — невидиме оком людиниелектромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між видимим і рентгенівським випромінюваннями в межах довжин хвиль 400-10 нм.

Вивчення спектрів випромінювання, поглинання і відбиття в УФ-області дозволяє визначати електронну структуру атомів, іонів, молекул, а також твердих тіл. УФ-спектри Сонця, зірок та ін. несуть інформацію про фізичні процеси, що відбуваються в гарячих областях цих космічних об'єктів. На фотоефекті, що викликається УФ-випромінюванням, заснована фотоелектронна спектроскопія. УФ-випромінювання може порушувати хімічні зв'язки в молекулах, внаслідок чого можуть відбуватися різні хімічні реакції (окислення, відновлення, розклад, полімеризація). Люмінесценція під дією УФ-випромінювання використовується при створенні люмінесцентних ламп, фарб, що світяться, в люмінесцентному аналізі і люмінесцентній дефектоскопії. Ультрафіолетове випромінювання застосовується в криміналістиці для встановлення ідентичності фарбників, автентичності документів тощо. В мистецтвознавстві дозволяє знайти на картинах не видимі оком сліди реставрацій . Здатність багатьох речовин до вибіркового поглинання ультрафіолетового випромінювання використовується для виявлення в атмосфері шкідливих домішок, а також в ультрафіолетовій мікроскопії.

Рентге́нівське випромі́нювання, пулюївське випромінювання або Х-промені  — короткохвильове електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 10 нм до 0.01 нм. В електромагнітному спектрі діапазон частот рентгенівського випромінювання лежить між ультрафіолетом та гамма-променями^.

Використовується у науці, техніці, медицині. Рентгенівське випромінювання змінює деякі характеристики гірських порід, наприклад, підвищує їхелектропровідність. Короткочасне опромінення кристалів кам’яної солі знижує їхнє внутрішнє тертя.

Рентгенівське випромінювання використовуються для флюорографії, рентгенофлюоресцентного аналізу і в кристалографії для визначення атомарної структури кристалів.

Шкала електромагнітних хвиль – безперервна послідовність частот і довжин хвиль електромагнітних випромінювань.

Інфрачервоне випромінювання на шкалі електромагнітних випромінювань займає місце між радіохвилями та видимим світлом. Усі нагріті тіла випромінюють інфрачервоні промені. Джерелами цих променів є Сонце, лампи розжарювання, електрична дуга, різні газорозрядні лампи. Речовини, прозорі для видимого світла (наприклад, вода) непрозорі для інфрачервоного, і навпаки, непрозорі тіла для видимого світла (наприклад, чорний папір) стають прозорими для інфрачервоного.

Частота, Гц	Довжина хвилі, м	Назва діапазону	Основні джерела збудження
10-3 – 103	3 · 1011 – 3 · 105	Низькочастотні (наддовгі) хвилі	Генератори спеціальних конструкцій; промислові частоти 50–60 Гц; генератори звукових частот до 20 кГц
103 – 1012	3 · 105 – 3 · 10-4	Радіохвилі	Генератори радіочастот до 300 МГц; генератори надвисоких частот
1012 – 4 · 1014	3 · 10-4 – 8 · 10-7	Інфрачервоне випромінювання
4 · 1014 –   8 · 1014	8 · 10-7 – 4 · 10-7	Видиме випромінювання (з довжинами хвиль 800 – 400 нм)	Випромінювання молекул та атомів під час теплових та електричних впливах
8 · 1014 –   3 · 1017	4 · 10-7 – 10-9	Ультрафіолетове випромінювання, м’яке рентгенівське випромінювання	Випромінювання атомів під час опромінення речовини електронами з енергіями до 15 кеВ
3 · 1017 –   3 · 1020	10-9 – 10-12	Рентгенівське випромінювання, гамма-випромінювання	Атомні процеси, що збуджуються електронами з енергіями від 20 кеВ до декількох сотень МеВ
3 · 1020 –   1023	10-12 – 3 · 10-15	Гамма-випромінювання	Ядерні процеси, радіоак-тивні розпади

Билет № 51

Фотоефе́кт — явище «вибивання» світлом електронів із металів.

Розрізняють: зовнішній фотоефект - явище вибивання електронів з поверхні тіла під дією електромагнітного випромінювання; внутрішній фотоефект - явище збільшення електропровідності напівпровідника або діелектрика за рахунок електронів, вирваних з молекул або атомів під дією світла; вентильний фотоефект - збудження ЕРС на межі метал-напівпровідник чи на межі різнорідних напівпровідників.

Щоб вивільнити електрон із металу йому необхідно передати енергію, більшу за роботу виходу.

Теоретичне пояснення явища дав Альберт Ейнштейн, за що отримав Нобелівську премію. Ейнштейн використав гіпотезу Макса Планка про те, що світло випромінюється порціями (квантами) із енергією, пропорційною частоті.

Припустивши, що світло і поглинається такими ж порціями, він зміг пояснити залежність швидкості вибитих електронів від довжини хвилі опромінення.

,

де ν — частота світла, h — стала Планка, m — маса електрона, v — його швидкість, A — робота виходу.

Три закони фотоефекту

1. Кількість фотоелектронів прямо пропорційна інтенсивності світла.

2. Максимальна кінетична енергія фотоелектронів не залежить від інтенсивності світла, кінетична енергія фотоелектронів прямо пропорційна частоті світла.

3. Для кожної речовини існують порогові значення частоти та довжини хвилі світла, які відповідають межі існування фотоефекту; світло з меншою частотою та більшою довжиною хвилі фотоефекту не викликає.

Оскільки це порогове значення завжди ближче до червоного світла, то йому дали назву червона межа фотоефекту.

Зрозуміло, що червона межа фотоефекту існує завдяки притягуванню електронів до ядер. Разом з тим, останній закон не можна пояснити на основі уявлення про світло як неперервні плавні коливання у вакуумі-ефірі: такі хвилі мали довго розгойдувати електрони до того моменту, коли швидкість останніх стала б достатньою для відриву від металу.

Билет № 52

У 1900 р. німецький фізик Макс Планк, пояснюючи розподіл енергії теплового випромінювання, висунув гіпотезу, що енергія випромінюється не безперервно, а певними дискретними порціями — квантами. Він вважав, що енергія такого кванта пропорційна частоті випромінювання (є ~ v). Завдяки такому припущенню М. Планк отримав формулу розподілу енергії теплового випромінювання, яка узгоджувалася з експериментальними даними в усьому інтервалі температур — від низьких до високих.

Увівши коефіцієнт пропорційності h, названий сталою Планка, можна обчислити квант енергії:

 ε= hν.

 Фотоэффект был объяснён в 1905 году Альбертом Эйнштейном (за что в 1921 году он, благодаря номинации шведского физика Карла Вильгельма Озеена, получил Нобелевскую премию) на основе гипотезы Макса Планка о квантовой природе света. В работе Эйнштейна содержалась важная новая гипотеза — если Планк в 1900 году предположил, что свет излучается только квантованными порциями, то Эйнштейн уже считал, что свет исуществует только в виде квантованных порций. Из закона сохранения энергии, при представлении света в виде частиц (фотонов), следует формула Эйнштейна для фотоэффекта:

где   — т. н. работа выхода (минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества),   — кинетическая энергиявылетающего электрона,   — частота падающего фотона с энергией  , h — постоянная Планка. Из этой формулы следует существованиекрасной границы фотоэффекта, то есть существование наименьшей частоты, ниже которой энергии фотона уже не достаточно для того, чтобы «выбить» электрон из металла. Суть формулы заключается в том, что энергия фотона расходуется на ионизацию атома вещества и на работу, необходимую для «вырывания» электрона, а остаток переходит в кинетическую энергию электрона.

Завдяки відкриттю фотоефекту стало можливим:

1) звукове кіно;

2) створення різноманітних апаратів, які слідкують за освітленістю вулиць, своєчасно запалюють і гасять бакени на річках, працюють "контролерами" в метро, рахують готову продукцію, контролюють якість обробки деталей;

3) перетворення світлової енергії в електричну за допомогою фотоелементів.

Билет № 53

Світлови́й тиск — тиск, який світло чинить на тіло, в якому поглинається, або від якого відбивається.

Теоретично існування світлового тиску передбачив Максвелл в 1871 році, а експериментально дослідив П. М. Лебедєв у 1900.

Світло складається з фотонів, кожен з яких має імпульс

,

де   — частота,   — зведена стала Планка, c — швидкість світла у вакуумі.

Уперше тиск світла виміряв у 1899 р. російський фізик П. М. Лебедєв за допомогою підвішеної у вакуумі на тонкій кварцовій нитці легкої «крильчатки», одне крильце якої було відбиваючим (дзеркало), інше — поглинаючим (зачорненим).  Тиск світла на відбиваюче крильце був удвічі більшим, ніж на поглинаюче (у першому випадку під час падіння-відбивання перешкода одержує імпульс  , у другому — тільки  ).  Тиск світла в звичайних умовах дуже малий: близько 4,5 мкПа (атмосферний тиск дорівнює 100 кПа). Його вимірювання утруднялося ще й тим, що молекули газів, які ще залишилися у відкачаній колбі, створювали на крильця тиск, набагато більший за тиск світла. Однак Лебедєву вдалося досить точно (як показали пізніше інші дослідники) виміряти тиск світла.

Хімічна дія світла — зміна властивостей речовин під дією світла.

Під дією світла можуть відбуватися хімічні перетворення (фотохімічні реакції). Найважливішими в живій природі є процеси фотосинтезу. У житті людини велику роль відіграє здатність ока сприймати світло. Ще один прояв хімічної дії світла на речовину – це фотографія.