Фотометрия. Взаимодействие света с веществом.

С точки зрения современной науки свет представляет собой поперечныеэлектромагнитные волны. Это означает, что характеристики переменных электрического и магнитных полей (напряжённость электрического поля и магнитная индукция ), а также направление скорости распространения света взаимно перпендикулярны (см. график).

График поляризованной электромагнитной волны

В вакууме электромагнитные волны распространяются с максимальной скоростью с=300 000 или с= 3·10⁸ .

Скорость распространения электромагнитных волн зависит от электрических и магнитных свойств среды и в любой среде она меньше, чем в вакууме.

Как и для всякого волнового процесса, для света характерны явления интерференции и дифракции. Но только явление поляризации света доказывает поперечность электромагнитных волн.

Длина волны λ связана со скоростью распространения с и частотой ν

В порядке уменьшения длины волны λи увеличения частоты ν электромагнитные волны можно распределить в следующем порядке:

1) радиоволны;

2) инфракрасное излучение (ИК);

3) видимое (человеком) излучение;

4) ультрафиолетовое излучение (УФ);

5) рентгеновское излучение;

6) Гамма – излучение (γ-излучение).

Человек видит в пределах от 760 нм до 380 нм. Это узкий диапазон. Чувствительность глаза к этим длинам волн неодинакова. Наиболее чувствителен он к длине волны 555 нм.

Электромагнитная теория света получила дальнейшее развитие в начале XX века. Немецкий учёный Макс Планк предложил гипотезу:

свет распространяется не непрерывным потоком энергии, а в виде отдельных порций, которые называются фотонами или квантами. Энергия одного кванта света:

W=hν или W=

h=6,62 ^. 10^-34 Дж ^. с – постоянная Планка.

С помощью гипотезы Планка Эйнштейну удалось объяснить явление фотоэффекта. Оно заключается в том, что падающий на металл квант света может выбить из него электрон, если энергия кванта больше работы выхода электрона из этого металла.

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта

или ,

где m – масса электрона, – скорость электрона, - кинетическая энергия выбитого электрона, А_вых – работа выхода электрона из металла.

В левой части равенства – энергия фотона, в правой – энергия выбитого электрона, т.е. это уравнение отражает закон сохранения энергии.

При пропускании белого света сквозь трёхгранную стеклянную призму наблюдается явление дисперсии. Дисперсия является доказательством сложного состава белого света. Белый свет состоит из разных длин волн. Каждая длина волны имеет свой показатель преломления в призме, в результате чего белый свет разделяется на составные цвета. Сильнее всего от первоначального направления отклоняются короткие волны (фиолетовые), меньше всего – длинные (красные)

(см. рис).

На экране получается окрашенная цветная картинка в виде полоски. Это спектр белого света.

Стеклянная призма является главной деталью прибора для изучения спектров, который называется спектроскопом.

Спектры бывают двух видов: спектры излучения и спектры поглощения.

Спектры излучения бывают сплошными, линейчатыми и полосатыми.

В сплошных нет резких границ между разными участками. Линейчатые состоят из цветных светящихся линий, разделённых тёмными промежутками. В полосатых спектрах линии широкие в виде полос.

Сплошные спектры получают от раскалённых твёрдых тел или сплавов. Линейчатые -от ионизированных одноатомных газов. Полосатые спектры – от ионизированных газов со сложными молекулами.