Активний та реактивний опори

Акти́вний о́пір (резиста́нс)— частина повного опору електричного кола змінного струму, яка поглинає електричну енергію і визначається вживаною потужністю P та струмом I в колі за формулою

В електричних колах, які не мають електроємності, активний опір більший за опір постійному струмові внаслідок поверхневого ефекту та магнітних витрат.

Активний опір змінного струму завжди трохи більше опору постійного струму.

Цепояснюється тим, що змінний струм частково витісняється від центру провідника до зовнішньої поверхні (поверхневий ефект або скін-ефект). Це призводить до неповного використання перерізу провідника – він ніби зменшується, а, отже, опір провідника збільшується.

Реакти́вний о́пір (реактанс англ. reactance) величина, що характеризує опір що надається змінному струму електричною ємністю і індуктивністю кола (її ділянки).

Змінний струм на відміну від постійного струму проходить через конденсатор. Але струм у конденсаторі, так званий струм зміщення, максимальний не тоді, коли до конденсатора прикладена найбільша напруга, а тоді, коли напруга найшвидше змінюється (при збільшенні частоти струм у колі збільшується).

Для опису опору цих елементів змінному струму вводиться залежна від частоти величина - реактивний опір X.

Для індуктивності L

.

Для ємності C

.

 

Коливальний контур.

Колива́льний ко́нтур — система, що складається з послідовно з’єднаних конденсатора ємністю С, котушки індуктивністю Л, провідника з омічним опором Р, в якій можуть збуджуватись електричні коливання.

В загальному випадку активний опір R включає не тільки активні опори провідників, а й опір, зв'язаний з витратами на випромінювання, що виникає внаслідок відкритості конденсатора та індуктивності.

У випадку, коли активний опір малий, і ним можна знехтувати, коливальний контур називаю LC-контуром.

В ланку коливального контура можна добавити перемикач для аналізу процесу накопичення зарядів на ємності.

Період – час, протягом якого в коливальному контурі відбувається один повний цикл змін і контур повертається в початковий стан.

Власні електричні коливання – які відбуваються внаслідок процесів у самому коливальному контурі без зовнішніх впливів і втрат енергії. Циклічна частота: w=1/LC; період, частота

157. Векторна діаграма - графічне зображення мінливих за законом синуса (косинуса) величин і співвідношень між ними за допомогою спрямованих відрізків - векторів. Векторні діаграми широко застосовуються в електротехніці, акустиці, оптиці, теорії коливань і так далі. Гармонійне (тобто синусоидальное) коливання може бути представлено графічно у вигляді проекції на деяку вісь (зазвичай беруть вісь координат Оx) вектора, що обертається з постійною кутовою швидкістю ω. Довжина вектора відповідає амплітуді, кут повороту щодо осі (Ox) - фазі. Сума (або різниця) двох і більше коливань на векторній діаграмі представлена ​​при цьому (геометричної) сумою (або різницею) векторів цих коливань. Миттєве значення шуканої величини визначається при цьому проекцією вектора суми на вісь Оx, амплітуда - довжиною цього вектора, а фаза - кутом його повороту щодо Ox Векторні діаграми можна вважати варіантом (і ілюстрацією) подання коливань у вигляді комплексних чисел. При такому зіставленні вісь Ox відповідає осі дійсних чисел, а вісь Oy - осі чисто уявних чисел (позитивний одиничний вектор уздовж якої є уявна одиниця). Тоді вектор довжиною A, що обертається в комплексній площині з постійною кутовий швидкістю ω з початковим кутом φ0 запишеться як комплексне число: , а його дійсна частина - є гармонійне коливання з циклічною частотою ω і початковою фазою φ0.

Хоча, як видно вже з вищесказаного, векторні діаграми і комплексне уявлення коливань найтіснішим чином пов'язані і по суті являють собою варіанти або різні сторони одного і того ж методу, вони, тим не менш, володіють своїми особливостями і можуть застосовуватися і окремо.

 

158. Електромагнітні хвилі та їх взаємодія з речовиною.

Електромагнітна хвиля — процес розповсюдження електромагнітної взаємодії в просторі. Електромагнітні хвилі описуються загальними для електромагнітних явищ рівняннями Максвелла. Навіть у випадку відсутності у просторі електричних зарядів і струмів рівняння Максвелла мають відмінні від нуля розв'язки. Ці розв'язки описують електромагнітні хвилі. У вакуумі електромагнітна хвиля розповсюджується із швидкістю, яка називається швидкістю світла. Швидкість світла є фундаментальною фізичною константою, яка позначається латинською літерою c. Згідно із основним постулатом теорії відносності швидкість світла є максимально можливою швидкістю передачі інформації чи руху тіла. Ця швидкість становить 299 792 458 м/с.

Електромагнітна хвиля характеризується частотою. Розрізняють лінійну частоту ν й циклічну частоту ω = 2πν. В залежності від частоти електромагнітні хвилі належать до одного із спектральних діапазонів.

Іншою характеристикою електромагнітної хвилі є хвильовий вектор . Хвильовий вектор визначає напрямок розповсюдження електромагнітної хвилі, а також її довжину. Абсолютне значення хви льового вектора називають хвильовим числом.

Електромагнітні хвилі із однаковою частотою й хвильовим вектором можуть розрізнятися фазою.

У порожнечі вектори напруженості електричного й магнітного полів електомагнітної хвилі обов'язково перпендикулярні до напрямку розповсюдження хвилі. Такі хвилі називаються поперечними хвилями. Математично це описується рівняннями та. Крім того, напруженості елекричного й магнітного полів перпендикулярні одна до одної й завжди в будь-якій точці простору рівні за абсолютною величиною: E = H [1]. Якщо вибрати систему координат таким чином, щоб вісь z збігалася з напрямком поширення електромагнітної хвилі, існуватимуть дві різні можливості для напрямків векторів напруженості електричного поля. Якщо електичне поле направлене вздовж осі x, то магнітне поле буде направлене вздовж осі y, і навпаки. Ці дві різні можливості не виключають одна одну й відповідають двом різним поляризаціям. Детальніше це питання розбирається в статті Поляризація електромагнітної хвилі. Електромагнітне поле є формою матерії, через яку здійснюється взаємодія між електрично зарядженими частинками. Поняття поля (електричного та магнітного) ввів М. Фарадей у 1830 р. Згідно з цими уявленнями, заряджені частинки або струми створюють в усіх точках оточуючого їх простору особливий стан — поле, яке діє на всяку іншу заряджену частинку або струм, вміщені в довільну точку цього простору. Отже, поле заряджених електричних частинок або струмів зосереджене в усіх точках простору, що їх оточує. У кожній такій точці електромагнітне поле характеризується енергією, імпульсом тощо.

Електромагнітне поле може існувати і вільно, незалежно від джерел, які його створили, у вигляді електромагнітних хвиль. У 1865 р. Дж. Максвелл теоретично показав, що електромагнітні коливання за своєю внутрішньою природою мають властивість поширюватись у просторі зі швидкістю світла.

А в середині 60-х років ХІХ ст. Максвелл, працюючи над експерементальними результатами (дослідження явища електромагнітної індукції) Фарадея, дійшов висновку, що в природі існує зворотній процес - змінне електричне поле викликає появу змінного магнітного поля (вихрового). Отже, магнітне поле може створюватися не тільки електричним струмом - рухомими зарядами, але й змінним електричним полем, так як це зображено

 

159. Фігури Ліссажу.

Фігури Ліссажу — замкнуті траєкторії, що прокреслюються точкою, що здійснює одночасно два гармонійних коливання у двох взаємно перпендикулярних напрямках. Вперше вивчені французьким ученим Ж. Ліссажу. Вид фігур залежить від співвідношення між періодами (частотами), фазами і амплітудами обох коливань. У найпростішому випадку (за рівності обох періодів) фігури являють собою еліпси, які при різниці фаз 0 або π вироджуються у відрізки прямих, а при різниці фаз π/2 і рівності амплітуд перетворюються в коло. Фігури Ліссажу вписуються в прямокутник, центр якого збігається з початком координат, а сторони паралельні осям координат і розташовані по обидва боки від них на відстанях, рівних амплітудами коливань.

 

160.. Вимушені колива ння. Явище резонансу

Електричний опір реального коливального контуру не дорівнює 0, тому вільні електричні коливання в контурі поступово затухають. Щоб одержати незатухаючі коливання треба ззовні підводити в коливальний контур енергію, яка компенсує втрати на виділення тепла та на випромінювання електромагнітних хвиль. При цьому виникають вимушені електричні коливання. Для їх реалізації потрібна періодична дія на коливальний контур. Це можна здійснити, якщо увімкнути послідовно з елементами контуру змінну ЕРС.

Вимушене коливання є гармонічним. Амплітуда вимушених коливань, які встановилися, та зсув фаз між зміщенням і зміною зовнішньої ЕРС залежать від різниці квадратів частот, а також від коефіцієнта затухання коливального контуру. Амплітуда зміни заряду вимушених коливнь залежить також від амплітуди змінної ЕРС.

Резонанс – явище збудження інтенсивних електричних коливань під дією зовнішньої змінної ЕРС з частотою, яка дорівнює або є близькою до власної частоти коливального контуру

Уся техніка радіоприймання ґрунтується на резонансі. Щоб радіоприймач вибірково реагував на електромагнітні хвилі, треба досягти збігання частоти власних коливань коливального контуру радіоприймача з частотою електромагнітних хвиль.

 

161. Відкритий коливальний контур.

Відкритий коливальний контур випромінює електромагнітні хвилі, оскільки в процесі коливань у контурі електрони рухаються з прискоренням.

 

При збудженні у відкритому коливальному контурі коливань із великою амплітудою навколо контуру виникають поля E і B, пов’язані із зарядами і струмом у контурі. Змінні поля E і B індукують відповідно поля B i E. Далі поля E і B, взаємно індукуючи одне одного, утворюють вільне електромагнітне поле. Електромагнітні хвилі — це поперечні хвилі.

 

В ипромінювання електромагнітних хвиль

Щоб добути електромагнітні хвилі, Герц скористався простим пристроєм, який тепер називається вібратором Герца. Цей пристрій є відкритим коливальним контуром.

До відкритого контура можна перейти від закритого, якщо поступово розсувати пластини конденсатора, зменшуючи їх площу і одночасно зменшувати кількість витків котушки. Врешті матимемо просто прямий провід. Це і є відкритий коливальний контур. Ємність і індуктивність вібратора Герца малі. Тому частота коливань досить велика.
У відкритому контурі заряди не зосереджені на кінцях, а розміщені по всьому провіднику. Струм у даний момент часу в усіх перерізах провідника має однаковий напрям, але сила струму в різних перерізах провідника не однакова. На кінцях вона дорівнює нулю, а посередині досягає максимального значення. Створювані окремими ділянками вібратора електричні й магнітні поля не компенсуються на великих відстанях од вібратора.Коливання в контурі будуть затухаючими з двох причин: по-перше, внаслідок наявності активного опору; по-друге, через те, що вібратор випромінює електромагнітні хвилі й втрачає при цьому енергію.

Електромагнітна енергія, яка випромінюється дипольним осцилятором за одиницю часу крізь одиницю поверхні визначається векторм П. тому інтенсивність випромінювання дипольного осцилятора залежить від напряму випромінювання за законом синус квадрат альфа і зменшується обернено пропорційно квадратові відстані до точки спостереження. Для фіксації електромагнітних хвиль герц використовував різні типи резонаторів. Найпростішим є простий відкритий резонатор. Для виявлення випромінювання вібратора використовують малопотужну електричну лампочку, яка може переміщуватись уздовж резонатора. За допомогою вібратора можна показати що ел-магн хвиля є поляризованою лінійно і буде різною інтенсивність прийомного сигналу при повороті резонатора навколо осі. Електромагн́ітне випром́інювання — взаємопов'язані коливання електричного (Е) i магнітного (B) полів, що утворюють електромагнітне поле. Розповсюдження випромінювання здійснюється за допомогою електромагнітних хвиль. Електромагнітне випромінювання являє собою потік фотонів, який тільки при великій їх (фотонів) кількості можна розглядати як неперервний процес.

 

162. Рівняння електромагнітної поля.

Електромагнітне поле не потребує для себе якого-небудь носія типа твердого, рідкого або газоподібного тіла, воно само є матеріальним полем і може поширювати обурення у вакуумі і з кінцевою швидкістю.

Проте вона унаслідок своєї внутрішньої противоречивості нагадувала Максвеллу Вавилонську башту. Відмовившись від деяких законів, зберігши і обобщив інші, наділивши кожну математичну операцію фізичним сенсом і в той же час давши кожній фізичній величині чітку математичну характеристику, Максвелл прийшов до свого знаменитого рівнянням електромагнітного поля:

де Е — вектор напруженості електричного поля; D — вектор електричної індукції; B — вектор магнітної індукції; Н — вектор напруженості магнітного поля; р — щільність заряду; j — струм зсуву.

 

 

163. Принцип радіозв’язку. Модульований радіосигнал.

Радіозв'яз́ок — різновид зв'язку, у котрому носієм інформації є радіохвилі.

Розповсюдження радіохвиль від джерела до приймача може відбуватися декількома шляхами одночасно. Таке розповсюдження має назву багатопроменевістю. Як наслідок багатопроменевості та зміни параметрів середовища, виникають завмирання (англ. fading) — зміна рівня отримуємого сигналу у часі. При багатопроменевості зміна рівня сигналу відбувається внаслідок інтерференції, тобто у точці прийому електромагнітне поле є сумою зміщених у часі радіохвиль одного й того ж сигналу. Модульований радіосигнал - радіосигнал, що є результатом модуляції. Модуляція по частоті або амплітуді.

 

164. Світлова хвиля. Довжини і частоти хвиль світлового діапазону

Св́ітло — електромагнітні хвилі видимого спектру. До видимого діапазону належать електромагнітні хвилі в інтервалі частот, що сприймаються людським оком (7.5×10¹⁴ — 4×10¹⁴ Гц), тобто з довжиною хвилі від 390 до 750 нанометрів.

Хвильові властивості світла та його взаємодію з речовиною вивчають у спеціальному розділі – фізичній оптиці. Світло поширюється зі скінченою швидкістю. Досліди свідчать, що швидкість світла в різних середовищах дорівнює: де с – швидкість світла у вакуумі, п – абсолютний показник заломлення.

Дисперсія світла – явище залежності швидкості світла, а також і показника заломлення від довжини хвилі (кольору) або від частоти.

Біле світло – це сукупність електромагнітних хвиль з різною довжиною хвилі. Біле світло при проходженні через призму розкладається в спектр. Найменше заломлюються червоні промені, найбільше – фіолетові. Найбільша швидкість у променів червоного кольору, найменша – у променів фіолетового кольору.

Із людських органів чуття найбільше інформації про довкілля дає нам зір. Однак бачити навколишній світ ми можемо тільки тому, що існує світло.

Людина бачить електромагнітні хвилі у видимому діапазоні тому, що має відповідні рецептори, які поглинають світло таких частот, викликаючи при цьому відповідні імпульси в нервовій системі

 

Колір	Діапазон довжин хвиль, нм	Діапазон частот, ТГц
Фіолетовий	380—440	790—680
Синій	440—485	680—620
Блакитний	485—500	620—600
Зелений	500—565	600—530
Жовтий	565—590	530—510
Помаранчевий	590—625	510—480
Червоний	625—740	480—405

 

165.. Енергія світлової хвилі. Вектор Пойтінга.

Взаємодіючи з речовиною, світло розсіюється і поглинається. При переході з одного середовища в інше змінюється швидкість розповсюдження світла, що призводить до заломлення. Поряд із заломленням на границі двох середовищ світло частково відбивається. Заломлення та відбиття світла використовується в різноманітних оптичних приладах: призмах, лінзах, дзеркалах, що дозволяють формувати зображення. Випромінювання і поглинання світла відбувається квантами: фотонами, енергія яких залежить від частоти:

Вектор Пойнтінга або вектор Умова-Пойнтінга - характеристика потоку енергії електромагнітного поля.

Для електромагнітного поля у вакуумі вектор Пойнтінга дорівнює ^[1]

.

Вектор Пойнтінга і густина енергії електромагнітного поля W задовільняють рівняння неперервності

166. Принцип Ферма розповсюдження світлових хвиль.

Закони геометричної оптики: 1. Світло поширюється прямолінійно. 2.
Світлові промені не взаємодіють. 3. Кут відбиття дорівнює куту падіння. 4.
Закон заломлення: n = sin (A)/sin (B), де n-коеф. заломлення, A-кутпадіння, B-кут відбиття.

Принцип Ферма - основний принцип геометричної оптики, який стверджує, що оптична довжина реального променя, що проходить між точками та менша за оптичну довжину будь-якої іншої кривої, яку можна провести між цими двома точками.

,

де n - показник заломлення, мінімальний для реального променя.

Інше формулювання полягає в тому, що промінь обирає таку траєкторію, щоб затратити найменший час на подолання віддалі між двома точками.

Відбивання світла — це зміна напряму світлової хвилі на межі двох середовищ, коли падаючий промінь і відбитий промінь знаходяться в одному середовищі.

Дзеркальне відбивання світла — це відбивання світла від ідеально плоскої поверхні за умови, коли кут відбивання за абсолютним значенням дорівнює куту падіння світлового променя.

Відбивання світла розсіяне (дифузне) — це відбивання світла від поверхні в усіх можливих напрямках. Завдяки цьому відбиванню маємо можливість бачити різні тіла, а також проекції зображення на екрані.

Перший закон відбивання світла: падаючий і відбитий промені лежать в одній площині з перпендикуляром до відбивної поверхні, опущеним у точку падіння променя.

Другий закон відбивання світла: кут відбивання дорівнює куту падіння промен я

Заломлення світла — це зміна напряму поширення світла при його переході через межу поділу двох середовищ.

Перший закон заломлення світла: падаючий і заломлений промінь лежать в одній площині з перпендикуляром, проведеним у точку падіння променя до площини поділу двох середовищ. Другий закон заломлення світла: залежно від того, з якого середовища в яке переходить промінь, кут заломлення має бути меншим або більшим від кута падіння.



167.. Коефіцієнти відбиття та проходження електромагнітних хвиль.

В квантової механіки коефіцієнт проходження і коефіцієнт відбиття використовуються для опису ймовірності проходження та відображення хвиль падаючих на бар'єр. Коефіцієнт проходження являє собою відношення потоків пройшли частинок до потоку падаючих частинок. Він також використовується для опису ймовірності проходження через часток. Коефіцієнт проходження визначається в термінах струму ймовірності j згідно:

де j _i - Струм ймовірності падаючої на бар'єр хвилі і j _t - Струм ймовірності хвилі минулої бар'єр.

Коефіцієнт відбиття R визначається аналогічно як , Де j _r - Струм ймовірності хвилі відбитої від бар'єру. Збереження імовірності, а в даному випадку воно еквівалентно збереженню числа частинок накладає умову на коефіцієнти проходження та відображення T + R = 1

 

167. Коефіцієнти відбиття та проходження електромагнітних хвиль.

Відбиття́м називається повернення випромінювання об'єктом без зміни довжини його хвилі.

Відбиття може бути направленим (дзеркальним), направленно розсіяним і рівномірно розсіяним (рівномірно дифузним).

Коефіцієнт відбиття ϕ (фі) дорівнює відношенню потоку випромінювання, що відбивається поверхнею, до потоку випромінювання, що падає на поверхню. Для розрахунку коефіцієнта відбиття у разі дзеркального відбиття використовують формули Френеля.

Показник заломлення світла — це безрозмірна фізична величина, що характеризує оптичну густину даного середовища відносно іншого. Позначається буквою n.

Відносний показник заломлення другого середовища відносно першого — це відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення для двох даних середовищ.

Це стала величина, що залежить лише від оптичних властивостей цих середовищ.

Абсолютний показник заломлення світла є відношенням синуса кута падіння променя у вакуумі (або повітрі) до синуса кута заломлення променя в даному однорідному середовищі.

де c — швидкість світла у вакуумі; v₂ — швидкість світла в середовищ

 

168..Фотометрія. Сила світла, освітленість, світимість - визначення та одиниці виміру.

Фотометрія — розділ оптики, у якому розглядаються енергетичні характеристики світла в процесах його випромінювання, поширення та взаємодії із середовищем.

Світловий потік створюється джерелом світла. Фізична величина, що характеризує світіння джерела світла в певному напрямку, називається силою світла.

Якщо джерело випромінює видиме світло рівномірно в усі боки, то сила світла обчислюється за формулою:

І= Ф/4π, де Ф — повний світловий потік, що його випускає джерело; п — стала величина, яка приблизно дорівнює 3,14. За одиницю сили світла в Міжнародній системі одиниць (СІ) взято кандел у (кд)

Фізична величина, яка чисельно дорівнює світловому потоку, що падає на одиницю освітленої поверхні, називається освітленістю.
Освітленість позначається символом Е та визначається за формулою: Е=Ф/S, де Ф — світловий потік; S — площа поверхні, на яку падає світловий потік.

У СІ за одиницю освітленості взято люкс (лк)
Один люкс — це освітленість такої поверхні, на один квадратний метр якої падає світловий потік, що дорівнює одному люмену:
1 лк = 1 лм/1м²

Світимість - це сумарний потік, який випромінюється одиницею поверхні назовні в усіх напрямках. , M=Ф/А [M]=[лм/м²]. Світимість в точці поверхні, відношення світлового потоку, витікаючого від малого елементу поверхні, який містить дану крапку, до площі цього елементу. Одна з світлових величин. Одиниця С. в системі СІ — люмен на квадратний метр (лм/м ²). Аналогічна величина в системі енергетичних величин називається енергетичною С. і вимірюється в Вт/м-код 2.

 

Геометрична оптика.

Геометри́чна о́птика — розділ оптики, в якому вивчаються закони поширення світлових променів.

Геометрична оптика розглядає світло, абстрагуючись від його хвильової природи. Предмети, які впливають на розповсюдження променів — це прозорі й непрозорі поверхні, дзеркала й лінзи.

Особливий розділ геометричної оптики складає параксіальна оптика, в якій розглядаються світлові промені, які проходять близько до осі циліндричносиметричної системи, наприклад, лінзи.

Важливим оптичним приладом є кришталик людського ока.

Променеве наближення, засноване на законах геометричної оптики, просто, наочно, дає якісне уявлення про процеси поширення в світловодах, дозволяє зробити деякі кількісні оцінки. У геометричній оптиці світлові хвилі зображуються променями, спрямованими по нормалі до хвильової поверхні. В оптично однорідних середовищах промені прямолінійні. При падінні світлової хвилі на плоску межу розділу двох середовищ з різними значеннями відносної діелектричної проникності е (або показника

заломлення n) в загальному випадку з'являються пройшла (переломлена) і відбита хвилі, при цьому передбачається, що обидві середовища не поглинають світло (рис. 7.3). Кути падіння, відбивання і заломлення пов'язані співвідношенням, відомим як закон Снеллиуса

Закон прямолінійного поширення світла. Відповідно до цього закону світло між двома точками в однорідному і ізотропному середовищі (у середовищі, оптичні властивості якої не залежать від положення точки і від напрямку променя) поширюється по прямій, що з'єднує зазначені точки.

Закон прямолінійного поширення світла не застосовується в тих випадках, коли пучок променів проходить крізь діафрагму з дуже малим отвором, край будь-якої діафрагми чи коли на шляху пучка поміщена мала непрозора перешкода. Кут відхилення, викликаний дифракцією, залежить від багатьох факторів.

Закон незалежності поширення світлових пучків. Окремі промені і пучки, зустрічаючись і перетинаючись один з одним, не роблять взаємного впливу. У геометричній оптиці вважають, якщо кілька пучків падають на ту саму площадку чи сходяться в одній крапці, то дії цих пучків складаються. Інтерференцією при цьому зневажають. Явища інтерференції і дифракції необхідно враховувати при аналізі процесу утворення зображення, тому що це дозволяє пояснити розподіл світлової енергії в кухоль розсіювання і судить про якість зображення.

Закон відбивання світла. падаючий і відбитий промені лежать в одній площині з перпендикуляром до відбивної поверхні, опущеним у точку падіння променя Другий закон відбивання світла: кут відбивання дорівнює куту падіння променя

Закон заломлення світла. Промені світла при переході з одного прозорого середовища в інше на межі їх розділу не тільки частково відбиваються, але і заломлюються Добуток показника заломлення середовища на синус кута, утвореного променем з нормаллю, вважається постійним при переході променя з одного середовища в інше, тобто

n sin = n' sin '

Промінь падаючий і промінь заломлений обернені. У тих випадках, коли світло поширюється з більш щільного оптичного середовища в менш щільну (n' < n) при визначених значеннях кутів падіння _m може відбутися явище повного внутрішнього відображення, що полягає в тому, що пучок не проходить в друге середовище, а відбивається від межі їх розділу. Граничне значення кута падіння _m при якому промінь починає ковзати по границі розділу, визначають за формулою:

sin _m = n'/n. (2)

 

 

Принципом Ферма ( 1660 р.), або принцип найменшого оптичного шляху: якщо промінь світла падає з точки А до точки В, то він рухається таким шляхом, для проходження якого потрібно найменший час.

 

170. Тонка лінза. Оптична сила, фокусна відстань, фокальна площина тонкої лінзи.

Опти́чна лі́нза — найпростіший оптичний елемент, виготовлений із прозорого матеріалу, обмежений двома заломлюючими поверхнями, які мають спільну вісь, або взаємно перпендикулярні площини симетрії. Лінзу називають тонкою, якщо її товщина мала порівняно з радіусами сферичних поверхонь, що її обмежують. Сферичні тонкі лінзи бувають опуклі і вгнуті.

Центр лінзи називають оптичним центром. Пряма лінія, яка проходить через обидва фокуси лінзи і її центр. перпендикулярно до площини лінзи, називають головною оптичною віссю, а будь-яка інша пряма, яка проходить через центр лінзи - побічною віссю. Дві площини, паралельні головній площині з обох боків лінзи, які проходять через фокуси, називають фокальнимиплощинами. Точки перетину побічних осей з ними називають побічними фокусами. У цих точках збігаються паралельні промені,що утворюють паралельний до даної побічної осі пучок променів.

Відстань від фокуса до оптичного центра називають фокусною відстанню лінзи (F). Фокусна відстань збиральної лінзи є додатною, а розсіювальної - від'ємною. Величину, обернену до фокусної відстані, називають оптичною силоюлінзи D.

 

У системі СІ оптичну силу лінзи вимірюють в діоптріях;

[ D ] = 1/м = 1 дптр.

Якщо d - відстань від предмета до лінзи, то f - відстань від лінзи до зображення на екрані, F - фокусна відстань, то розміщення предмета і його зображення можна визначити за формулою тонкої лінзи:

 

171. Формула тонкої лінзи той, що збирає і той, що розсіюс.

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.

 

Після проходження такої лінзи паралельні промені рівномірно розходяться так, що їх продовження перетинаються в уявній точці - фокусі. У збиральній лінзі фокус буде дійсним, а в розсіювальній - уявним.

Якщо d - відстань від предмета до лінзи, то f - відстань від лінзи до зображення на екрані, F - фокусна відстань, то розміщення предмета і його зображення можна визначити за формулою тонкої лінзи:

.

Користуючись формулою слід враховувати правило знаків:

1) якщо лінза розсіювальна, то величину F беруть зі знаком "-".

2) якщо лінза дає уявне зображення, то і f також беруть з "-".

3) якщо предмет уявний, то і d беруть зі знаком "-".

Якщо h - висота предмета, а H - висота зображення, то можна знайти збільшення лінзи:

.

172. Побудова оптичних зображень за допомогою тонкої лінзи

Побудова зображення у збиральній лінзі. Якщо предмет розміщений на відстані d = 2 F, то його зображення буде дорівнювати за висотою предмету, буде перевернутим і дійсним, знаходитиметься в точці 2 F по інший бік від лінзи.

Якщо предмет знаходиться на відстані d > 2 F, зображення буде зменшеним, перевернутим, дійсним, знаходитиметься в точці між 2 F i F на іншому боці від лінзи

Якщо предмет знаходиться між 2 F i F, зображення буде перевернутим, збільшеним, дійсним, знаходитиметься за 2F по інший бік від лінзи.

 

Якщо предмет знаходиться на відстані d = F, промені виходитимуть з лінзи паралельно до променя, що проходить через оптичний центр, і зображення не буде (рис. 6.29).

 

Якщо предмет знаходиться між фокусом F i оптичним центром лінзи, зображення буде прямим, уявним, збільшеним і знаходиметься по той же бік від лінзи, що і предмет.

 

Побудова зображення в розсіювальній лінзі. Принцип побудови завжди однаковий: така лінза робить зображення зменшеним, прямим і уявним, зображення буде знаходитися по той самий бік, що і предмет.

 

Побудова зображення точки, що знаходиться на головній оптичній осі в збиральній і розсіювальній (рис.6.33) лінзах.

S - точка, яка світиться, S' - її зображення.

 

Таке зображення можна побудувати, якщо показник заломлення лінзи є більшим від показника заломлення середовища, в якому поширюються світлові хвилі. Інакше, якщо середовище є оптично густіше від матеріалу лінзи, то збиральна лінза стане розсіювальною, і, навпаки, двовгнута - збиральною. Якщо, наприклад, у склі є опукла повітряна порожнина, то вона відіграє роль розсіювальної лінзи. Якщо повітряна порожнина двовгнута, то вона діє як збиральна лінза.

Пояснюється це тим, що, наприклад, двоопуклу лінзу можна схематично уявити як сукупність призм. Якщо середовище, що оточує лінзу, є оптично густішим від матеріалу лінзи, то лінза буде розсіювальною, оскільки світлові промені відхиляються від основ призм

 

173.. Інтерференція світла і її умови

Інтерференція - додавання двох світлових хвиль у просторі, внаслідок чого спостерігається стійка в часі картина підсилення або послаблення результуючих світлових коливань у різних точках простору. Зони підсилення називають зонами максимумів, зони послаблення - мінімумів. Щоб положення цих зон було незмінним і картина інтерференції залишалась стійкою в часі, хвилі мають зберігати свої властивості, не змінюючи їх з часом. Якщо ця умова виконана (різниця фаз у хвилях з часом їх частота є однаковою), то хвилі називають когерентними. Математично умови максимум i мінімум можна виразити так:

- умова максимуму;

- умова мінімуму. Застосування інтерференції дуже важливі й широкі. Інтерференцію світла застосовують для визначення довжини хвилі світла, показників заломлення прозорих речовин, вимірювання товщини пластинок, перевірки якості шліфування поверхні, вимірювання малих кутів тощо.

 

174.. Інтерференція світла від двох когерентних джерел.

Світло - це електромагнітна хвиля, тому, якщо в просторі одночасно поширюються дві чи більше хвиль, то в кожній точці хвилі будуть накладатись одна на одну, утворюючи інтерференційну картину. Вона складається із повторюваних мінімумів (min) і максимумів (max) освітленості.

Нехай від джерел S ₁ i S ₂ поширюються дві хвилі, які збігаються в точці А. d ₁ і d ₂ - довжина ходу першої і другої хвиль; D d = d ₁ – d ₂ - різниця ходу.

Якщо в різницю ходу D d вкладається парна кількість півхвиль, то обидві хвилі надійдуть в точку А в однакових фазах і підсилять одна одну - в точці А буде максимальним. Якщо в різницю ходу D d вкладається непарне число півхвиль, то хвилі прийдуть в точку А в протифазах і погасять одна одну - в точці А буде мінімум інтенсивності світла.

Математично умови максимум i мінімум можна виразити так:

- умова максимуму;

- умова мінімуму.

де k = 1, 2, 3,…, n (ціле число); l - довжина хвилі.

Чим сильніше відрізняються частоти коливань, тим швидше змінюється розміщення максимумів і мінімумів, і стійка інтерференція не спостерігається. Таким чином, для спостереження інтерференційної картини необхідно, щоб хвилі мали однакову частоту (період або довжину хвилі) і незмінну різницю фаз в кожній точці простору, де вони накладаються одна на одну. Такі хвилі називають когерентними. Отже, стійка інтерференційна картина спостерігається лише під час накладання когерентних хвиль. Для одержання когерентних джерел світла вдаються до штучного прийому: розділяють пучок світла від одного джерела на два чи кілька пучків, які йдуть у різних напрямах, а потім знову зводять і накладають один на одного. Якщо ці частини однієї хвилі пройдуть різну відстань, то між ними виникне різниця фаз, обумовлена різницею ходу хвиль, і при накладанні хвиль повинні виникнути інтерференційні явища. Це розділення пучка на два можна здійснити різними способами. Наприклад, за допомогою біпризми. Біпризма - це дві вузькі призми, складені малими основами.

 

175. Інтерференція світла на тонких плівках. Просвітлення оптики

Цікавий випадок інтерференції спостерігав Юнг розглядаючи у відбитому світлі тонкіплівки

 

Одна частина світлового потоку відбивається від верхньої поверхні плівки, а друга - після заломлення від нижньої. Після цього обидва промені збігаються в оці спостерігача. При цьому виникає різниця ходу, що дорівнює подвоєній товщині плівки D d = 2 h. У результаті цього і виникає інтерференційна картина. Якщо освітлюється плівка одним кольором, спостерігається чергування чорних і білих смуг, а якщо білим, то зазвичай кольори веселки.

Інтерференцією світла в тонких плівках пояснюється забарвлення мильних бульбашок і тонких п'ятен з оливи на воді, хоча розчин мила й олива не мають такої гами кольорів. У 1935 р. український учений О.Смакула зробив відкриття – спосіб поліпшення оптичних приладів – «просвітлення оптики». Суть відкриття полягає в тому, що поліровану поверхню скляної лінзи покривають тонким шаром певного матеріалу. Завдяки явищу інтерференції у цій тонкій плівці відбите від полірованої поверхні світло гаситься і більше світла проходить вперед. Таких поверхонь на шляху світла, що проходить через складний прилад, досить багато тому втрата навіть кількох відсотків світла на відбиття на кожній з них привело б до того, що на виході ми вже б нічого не побачили.

 

176. Дисперсія світла. Дослідження Ньютона.

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

Здебільшого показник заломлення зростає при збільшенні частоти. Це зростання називають нормальною дисперсією. Аномальна дисперсія — зменшення показника заломлення при збільшенні частоти — виникає в спектральних областях, близьких до частот інтенсивного поглинання.

 

При нормальній дисперсії червоне світло заломлюється слабше, ніж блакитне.

Середовище реагує на зміну зовнішнього електричного поля зміною наведеної в ньому поляризації. Поляризація виникає завдяки зміщенню зв'язаних зарядів, наприклад, зміщенню електронів відносно ядер атомів. Процеси зміщення не відбуваються миттєво, а вимагають певного часу. Крім того, зміщення можуть бути різними за величиною, й ставати особливо значними тоді, коли частота зміни зовнішнього поля потрапляє в резонанс із коливаннями, характерними для системи. Коли електричне поле світлової хвилі, яка розповсюджується в середовищі, змінюється повільно, середовище встигає повністю відреагувати на зміну поля. Якщо ж електричне поле змінюється дуже швидко, електрони не встигають відслідковувати його зміни. Цим пояснюються різні значення показника заломлення при різних частотах електромагнітних хвиль. Зробивши маленький отвір у віконниці, Ньютон підставив під вузький пучок світла трикутну скляну призму. У ній пучок світла заломився, і на протилежній стіні з’явилася красива кольорова смуга, де в добре знайомому порядку розташувалися всі кольори веселки: червоний, жовтогарячий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий. Цю кольорову смугу Ньютон назвав спектром. З описаного досліду Ньютон зробив важливий висновок: розкладання білого світла в кольоровий спектр означає, що біле світло є складеним, тобто є сумішшю всіх кольорів веселки. Поява кольорового спектра внаслідок проходження білого світла крізь призму спричинена тим, що промені різних кольорів заломлюються в склі по-різному: найбільше заломлюються фіолетові промені, а найменше — червоні. Це означає, що показник заломлювання світла залежить від його кольору. Це явище дисперсії. Якщо ж спрямувати на призму вузький пучок світла певного кольору, то такий пучок не розкладається в спектр, а залишається одноколірним.

 

177. Дифракція світла. Дифракційна ґратка.

Явище огинання хвилями перешкод називають дифракцією. Дифракція призводить, наприклад, до розходження хвилі після проходження через вузький отвір. Дифракція світла зумовлена його хвильовою природою.Розглянемо падіння світла на перешкоду. Світло за перешкодою згідно з засадами геометричної оптики не може проходити за межі геометричної тіні. В дійсності це не так: хвиля проникає у весь простір за перешкодою.Для пояснення прямолінійного поширення світла Х.Гюйгенс запропонував принцип, згідно з яким кожну точку хвильового фронту можна вважати центром вторинних елементарних сферичних хвиль, і хвильовий фронт у будь-який наступний момент часу визначається як огинаюча поверхня цих елементарних фронтів хвиль. Доповнив принцип Гюйгенса Френель твердженням про те, що вторинні хвилі інтерферують між собою. Він показав, що допоміжні вторинні джерела корегентні між собою, оскільки їх фази коливань визначаються збудженням, яке зумовлене дією первинного джерела. За допомогою принципа Гюйгенса-Френеля можна одержати розподіл інтенсивності при поширенні світлових хвиль, на шляху яких наявні перешкоди. Хвиля не поширюється у зворотньому напрямку, тому що при розповсюдженні у просторі, де вже є хвильові збурення, зумовленні прямою хвилею. При інтерференції прямих і вторинних хвиль вони гасять одна одну.Дифракційна ґратка — це пристрій, що має N однакових паралельних щілин, розміщених на рівних відстанях одна від одної в одній або різних площинах. Найчастіше для її виготовлення беруть скляну пластинку і на її поверхні наносять ряд рівновіддалених штрихів. Штрихи на склі дуже розсіюють світло і виконують роль непрозорих проміжків, а смужки скла відіграють роль щілини. Принцип роботи дифракційної ґратки ґрунтується на дифракції світлових хвиль, які взаємодіють з нею, та подальшій інтерференції цих дифрагованих хвиль.

Отже, якщо на гратку буде падати біле світло, то воно буде розкладатися граткою у спектр. До основних характеристик дифракційних граток відносять роздільну здатність та період гратки.. Розсіювальна здатність гратки: R= λ/ Δλ=mN, де N – число штрихів гратки.Період гратки – величина що дорівнює відстані між двома сусідніми щілинами: , де a – ширина непрозорої ділянки; D – ширина щілини; N – кількість штрихів на відрізку l.

 

178. Елементи квантової фізики. Принцип невизначеності

До кінця 19-го сторіччя атом вважали неподільним. Однак відкриття цілого ряду нових фізичних явищ поставили це ствердження під сумнів. На початку 20-го сторіччя було висунуто кілька моделей будови атома. При допомозі цих моделей вчені пробували пояснити ряд незрозумілих експериментальних фактів - лінійність спектрів випромінювання газів при високій температурі, електричну нейтральність і стійкість атомів. Першу спробу побудувати теорію будови атома в межах класичної фізики зробив у 1903 р. англійський фізик Д.Томсон. За гіпотезою Томсона атом уявлявся у вигляді сфери, яка рівномірно заповнена позитивним зарядом, в середині якої містяться електрони. Проте ця модель була неспроможна пояснити спектральні закономірності атомів. За цією гіпотезою число ліній у спектрі не повинно було перевищувати число електронів в атомі, тоді як в дійсності навіть у спектрі атома водню число ліній перевищувало 30. Резерфорду описати ядерну модель атома в центрі атома міститься позитивно заряджене ядро атома, розміри якого мають величину порядку 10-15м, навколо ядра по замкнутих орбітах в об ємі сфери радіусом порядку 10-10м обертаються електрони, причому їх кількість дорівнює порядковому номеру елемента. В такому вигляді ядерна модель атома зберегла своє значення і до нашого часу, хоч і зазнала багатьох уточнень. На кожний рухомий електрон в атомі діє доцентрова сила ядра, яка дорівнює кулонівській силі притягання електрона до ядра. Ця сила забезпечує стійкий орбітальний рух електрона в атомі, подібно орбітальному руху планет в сонячній системі. Однак планетарна модель атома незабаром виявилась неприйнятною. Дійсно, електрони рухаючись в атомі з доцентровими прискореннями, згідно теорії Максвелла повинні випромінювати енергію у вигляді електромагнітних хвиль, що робить атоми не стійкими. Насправді атоми досить стійкі і при невисоких температурах енергії не випромінюють і не поглинають. В той же час при високих температурах будь-які атоми, перебуваючи у газоподібному стані, випромінюють електромагнітні хвилі у вигляді лінійчатих спектрів. Вихід із затруднень знайшов датський фізик Нільс Бор. В основу нової моделі атома була покладена планетарна модель Резерфорда. Бор висунув припущення, що рух електронів в атомі, випромінювання і поглинання атомами електромагнітних хвиль підпорядковуються не класичним законам, а квантовим. Ці закони Бор сформулював у вигляді наступних постулатів 1Електрони, які рухаються в атомі на окремих стаціонарних рівнях, не випромінюють і не поглинають електромагнітних хвиль. В стаціонарних станах атома електрони рухаються вздовж колових орбіт, які мають дискретні значення моменту імпульсу. murn n, 1.1 де m - маса електрона u - rn - n n 2p h 2p. 2. При переході електрона з однієї стаціонарної орбіти на іншу випромінюється або поглинається квант енергії hn En2 - En1, 1.2 який дорівнює різниці енергій двох стаціонарних рівнів атома. Зміст формули 1.2 має принципове значення. Він виражає два нових фундаментальних ствердження а енергетичний cспектр атома дискретний б частоти атомного випромінювання пов язані з атомними рівнями.

На початку 1927 року практично одночасно відбулися дві важливі події. Гейзен-берг здогадався, що поняття "хвиля" и "частинка" стосовно квантових об'єктів можна застосовувати строго тільки порізно й виразив цей здогад кількісно у вигляді співвідношення невизначеностей. Бор запропонував загальний принцип додатковості, окремим випадком якого було співвідношення невизначеностей Гейзенберга..Аналізуючи можливості вимірювання координати й імпульсу квантового об'єкта (наприклад, електрона), Гейзенберг стверджував: неможливо одночасно і до того ж точно виміряти координату й імпульс. Беручи до уваги формулу де Бройля

це означає: не можна одночасно й у той же час точно визначити положення х атомного об'єкта й довжину його хвилі X. Отже, одночасне використання понять "частинка" й "хвиля" є обмеженим. Чисельно таке обмеження виражає нерівність — співвідношення невизначеностей: . Обмеження, які встановлює співвідношення невизначеностей, є незмінним законом природи і ніяк не пов'язані з недосконалістю наших приладів. Елементи квантової фізики. Принцип невизначеності.

Ква́нтова меха́ніка — фундаментальна фізична теорія, що в описі мікроскопічних об'єктів розширює, уточнює і поєднує результати класичної механіки і класичної електродинаміки. Ця теорія є базою для фізики твердого тіла, квантову хімію та фізику елементарних частинок. Термін «квантова» пов'язаний з дискретними порціями, які теорія присвоює певним фізичним величинам, наприклад, енергії електромагнітної хвилі.

Принцип невизначеності є фундаментальним положенням квантової механіки, яке стверджує, що принципово неможливо одночасно виміряти з довільною точністю координати та імпульси квантового об'єкта. Це твердження справедливе не тільки щодо вимірювання, а й до теоретичної побудови квантового стану системи. Неможливо побудувати такий квантовий стан, в якому система одночасно характеризувалася б точними значеннями координати та імпульсу. Принцип невизначеності був сформульований у 1927 німецьким фізиком Вернером Гейзенбергом.

 

179. Взаємодія світла з речовиною. Поглинання та випромінювання

Взаємодія речовинита світла в середовищі за класичною теорією відбувається так: падаюче випромінювання збуджує атоми середовища, викликаючи вторинне вимушене випромінювання осциляторів атома, якими є валентні (зовнішні) електрони. Ці електрони ще називаються оптичними. Вторинне випромінювання оптичних електронів когерентне між собою і з первинним випромінюванням. При накладанні вони інтерферують, утворюючи прохідну хвилю, яка розповсюджується в напрямку первинної, а її фазова швидкість залежить від частоти, яка може бути як більше так і менше величини фазової швидкості первинної. При проходженні світла в оптично неоднорідному середовищі виникає розсіювання світла, як результат накладання первинного та вторинного випромінювань.

Поглинання світла

При проходженні світла через середовище частина його енергії переходить у внутрішню енергію (нагрівання тіла), або енергію вторинного випромінювання (фотолюмінісценція), що має інший спектральний склад. Це явище називається поглинанням світла і воно описується законом Бугера-Ламберта

Розсіювання світла

Явище зміни напрямку поширення світла у середовищі називається розсіюванням світла. Це явище виникає при збудженні дипольних моментів оптичних електронів атомів, молекул або іонів оптично неоднорідних середовищ падаючим випромінюванням.

Розсіювання в каламутних середовищах на частинках, розміри яких менше довжини хвилі l, називається розсіюванням Тиндаля. При проходженні через певну товщу такої речовини в спектрі розсіювання переважає довгохвильова складова і речовина здається червонуватою.

Постулати Бора — сформульовані данським фізиком Нільсом Бором основні положення будови атома, що враховують квантований характер енергії, випромінюваної електронами.

1. Атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних, або квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія E_n. У стаціонарному стані атом енергію не випромінює.

2. У стаціонарному стані атома електрон, рухаючись по круговій орбіті із прискоренням, не випромінює світла, повинен мати дискретні (квантовані) значення моменту імпульсу

3. Перехід атома з одного стаціонарного стану в інший супроводжується випромінюванням чи поглинанням фотонів, енергію яких h ν визначають за формулою:

h ν _kn = E_k − E_n,

де k і n - цілі числа (номери стаціонарних станів), якщо E_k > E_n фотон з частотою ν _kn випромінюється, якщо E_k < E_n - поглинається.

 

Поглинаючи світло, атом переходить із стаціонарного стану з меншою енергією в стаціонарний стан з більшою енергією. Усі стаціонарні стани, крім одного, є умовно стаціонарними. Нескінченно довго кожен атом може знаходитись лише в стаціонарному стані з мінімальним запасом енергії. Цей стан атома називається основним, всі інші - збудженими.

Виходячи з постулатів Бора, можна пояснити процес поглинання і випромінювання енергії атомами. Якщо атом поглинає енергію, то при цьому він переходить у збуджений стан. Його електрон може підніматися на вищу орбіту. Якщо існують вакансії для електрона ближче до ядра, то з часом електрон займає їх, переходячи на більш низький енергетичний рівень. Енергія, яка при цьому вивільняється, випромінюється атомом у вигляді кванта світла.

 

180. Серії випромінювання, квантування енергії.

Спектр випромінювання розбивається на серії. Найбільш короткохвильова з цих серій позначається літерою K, а окремі лінії в цій серії грецькими літерами. Так, К-серія складається із трьох ліній K_α, K_β, K_γ. Наступні серії позначаються літерами L, M та N. K-серія зумовлена переходами на оболонки, найближчі до ядра атома. Окремі лінії в K-серії зумовлені переходами із різних зовнішніх електронних оболонок.

Квантува́ння — дія, перетворення якоїсь величини з неперервною шкалою значень на величину з дискретною шкалою значень (напр., К. енергії частинок, К. сигналів). Напр., операція перетворення сигналу, при якій здійснюється його дискретизація за рівнем чи за часом або водночас і за рівнем, і за часом.

В різних галузях цей термін набуває специфічного значення, зокрема див.:

· у квантовій механіці

· в Інформатиці

 

181. Потенціальна яма. Тунельний ефект.

Потенціа́льна я́ма — скінченна область простору, в якій потенціальна енергія частинки менша, ніж зовні.Точка з найнижчим значенням потенціальної енергії називається дном ями.

Якщо повна енергія частинки менша за висоту потенціальної ями, то частинка здійснює в ямі коливання, частота яких визначається формою та розмірами ями.

Точки, де повна енергія частинки дорівнює потенціальній енергії називаються точками повороту. На рисунку праворуч ці точки позначені x ₁ та x ₂.Потенціальна яма утворюється внаслідок існування сил притягання.

Для виходу з ями частинка повинна отримати енергію.

Тунелюва́ння — фізичне явище, яке полягає в тому, що фізичний об'єкт долає потенційний бар'єр, велична якого більша від його кінетичної енергії. Найвідомішим прикладом явища є альфа-розпад. Під час альфа-розпаду заряд ядра атома Z зменшується на дві одиниці, а масове число А — на чотири. Енергія, що виділяється внаслідок альфа-розпаду, розподіляється між альфа-частинкою та ядром атома елемента, що утворюється. Цей процес може супроводжуватися також гамма-випромінюванням.

В квантовій механіці частинки описуються хвильовими функціями, які квадрат модуля яких задає густину ймовірності перебування частники в певній точці простору. Хвильові функції є неперервними функціями координат, а тому в області де кінетична енергія частинки менша за потенціальну (цю область називають класично недоступною областю) спадають до нуля поступово.

 

182. Потенціальний бар’єр.

Потенціальний бар'єр - область простору із збільшеним значенням потенціальної енергії.

Максимальне значення потенціальної енергії в бар'єрі називається висотою бар'єру.

В класичній механіці частка із кінетичною енергією, меншою за висоту бар'єру, не може проникнути в область потенціального бар'єру. Тому цю область часто називають класично забороненою.

Класична частка, налетівши на потенціальний бар'єр, відбивається від нього, якщо її енергія менша за висоту бар'єру. Якщо енергія частки більша за висоту бар'єру, то класична частка вільно проходить "над бар'єром". Квантова частка частково відбиваєтсья навіть тоді, коли її енергія перевищує висоту бар'єру. При певних значеннях енергії це відбиття може бути абсолютним, тобто квантова частка не проникає через бар'єр, навіть маючи достатню енергію.

 

Ефект Комптона.

Комптонівське розсіювання - явище непружного розсіювання фотонів на вільних заряджених частинках, наприклад, електронах.

Ефект Комптона можна пояснити тільки на основі уявлень про корпускулярну природу випромінювання, розглядаючи розсіювання як процес пружного зіткнення рентгенівських фотонів з електронами. Оскільки енергія фотона характеристичного рентгенівського випромінювання значно перевищує енергію зв*язку зовнішнього електрона в атомі, то такий електрон можна вважати практично вільним. Розглянемо пружне зіткнення рентгенівського фотона, енергія якого hυ і імпульсу hυ/с. Оберемо систему координат,в якій електрон до зіткнення з фотоном знаходиться у спокої і має масу m0. Після зіткнення з електроном розсіяний під кутом θ фотон має енергію hυ′ і імпульс hυ′/c, а електрон має енергію mc2 і імпульс mv.

Отже, теоретично одержані дані повністю збігаються з результатами експерименту.Цим самим ефект Комптона не тільки підтверджує фотонну теорію світла, але й доводить справедливість законів збереження енергії та імпульсу при взаємодії фотона з електроном.