Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Борьба концепций в процессе становления и развития науки о свете

ю
оценку ученых и стала новым, блестящим экспериментальным подтверждением
теории Максвелла. В.  Томсон,  например,  узнав  о  результатах  опытов
Лебедева, в беседе с К.А, Тимирязевым сказал: «Вы, может быть,  знаете,
что я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая светового давления, и
вот ваш Лебедев заставил меня сдаться  перед  его  опытами».  Ф.  Пашен
писал Лебедеву: «Я считаю Ваш результат одним из  важнейших  достижений
физики за последние годы».
  К впечатляющим словам  этих  физиков  можно  добавить  еще  то,  что
доказательство  существования   светового   давления   имело   огромное
философское и мировоззренческое значение. Ведь из  факта  существования
давления электромагнитных волн следовал очень важный вывод о  том,  что
они  обладают  механическим  импульсом,  а  значит,  и  массой.   Итак,
электромагнитное  поле  обладает   импульсом   и   массой,   т.е.   оно
материально, значит, материя существует не только в форме вещества,  но
и в форме поля.

                                ПОЛЯРИЗАЦИЯ.

  В свободно распространяющихся электромагнитных волнах происходят как
электрические, так и магнитные колебания. Колебания  всегда  направлены
строго перпендикулярно лучу, указывающему  направление  распространения
волны.  В  свою  очередь  векторы  электрического  и  магнитного  полей
перпендикулярны  друг  другу.  Таким  образом,  электромагнитные  волны
являются  волнами   поперечными.   Во   всех   случаях   первоначальное
направление колебаний  сохраняется  неизменным  для  всего  цуга  волн.
Образно выражаясь, электрическая компонента волны как  бы  «прибита»  к
стенке, которая перемещается в пространстве параллельно самой  себе  со
скоростью света.  Ввиду  наличия  строго  определенного  и  неизменного
направления колебаний такие  волны  называют  линейно  поляризованными.
Однако говорить о поляризации имеет  смысл  лишь  в  случае  поперечных
волн. Например, в воздушных звуковых волнах, где частицы движутся  лишь
вдоль  направления  распространения,  возможно  лишь  одно-единственное
направление колебаний.
  Сегодня ясен механизм возникновения поперечных волн  и  связанное  с
ним явление поляризации, но раньше все это представляло очень серьезную
проблему. Особенно долго ученые ломали голову над явлением  поляризации
света, и только открытия Максвелла и  Герца  дали  ему  соответствующее
объяснение. Причина  заложена  в  природе  любого  реального  источника
света. Начиная с Солнца  и  заканчивая  современными  ртутными  лампами
высокого  давления,  все  без  исключения  источники   света   содержат
бесчисленное  множество  совершенно  беспорядочно   колеблющихся   друг
относительно друга  атомов.  Согласно  изложенной  выше  теории,  свет,
излучаемый каждым отдельным атомом, строго поляризован. Однако в  целом
направления векторов поляризации  света  от  всех  атомов  определяется
чисто случайными причинами и потому не имеют  выделенной  ориентации  в
пространстве. В плоскости, перпендикулярной лучу, они образуют  друг  с
другом всевозможные углы. Таким образом, луч  можно  уподобить  нити  ,
состоящей из множества свитых волнистых волокон.
  Если мы хотим поляризовать световой луч, мы должны внести порядок  в
этот хаос. Для нити с этой целью можно было  бы  использовать  гребень;
для доказательства наличия поляризации исследуемых  им волн Генрих Герц
использовал решетку из параллельных проволочек. Если,  как  это  теперь
общепринято,  под   направлением   поляризации   понимать   направление
колебаний именно электрического вектора  волны,  то  волна  лишь  тогда
пройдет  сквозь  решетку,  если  колебания  происходят  перпендикулярно
проволочкам; в противном случае волна отразится.
  В настоящее время для исследования света применяется преимущественно
поляризованные  фильтры.  По  строению  составляющих  их  молекул   они
принадлежат к группе так называемых веществ с двойным  лучепреломлением
(к их числу относятся,  например,  естественные  кристаллы  исландского
шпата, кварца и др.). принцип действия этих фильтров  основан  на  том,
что произвольно ориентированный вектор колебаний в световой волне можно
разложить   на   две    взаимно    перпендикулярные    компоненты.    В
двоякопреломляющем кристалле каждая из  двух  взаимно  перпендикулярных
компонент имеет свой показатель преломления, а  следовательно,  и  свою
скорость распространения. В некоторых веществах  (в  частности,  в  уже
упоминавшихся фильтрах)  одна  из  компонент  полностью  поглощается  и
пропускается   лишь   вторая,   которая   оказывается   таким   образом
поляризованной в строго определенном направлении.
  При входе в кристалл оба компоненты  находятся  в  одинаковой  фазе,
однако по мере  продвижения  по  кристаллу  они  все  более  сдвигаются
относительно друг друга. Выйдя  с  противоположной  стороны  кристалла,
волны снова приобретают прежнюю дину, соответствующую  воздуху,  однако
возникший сдвиг фаз сохраняется. Таким  образом,  совершенно  незаметно
для человеческого глаза свет внутри кристалла существенно изменяется.
  В любой точке луча  две  взаимно  перпендикулярные  компоненты  дают
результирующую.
  Несмотря на такое серьезное отличие от  обычного  света,  циркулярно
поляризованный свет при  прохождении  через  кристалл  не  обнаруживает
никаких особенностей. Вектор электрической  напряженности  вращается  с
частотой света, то есть с такой скоростью, что  заметить  это  вращение
простым глазом невозможно.

                         10. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА.

  Несмотря на блестящие успехи электродинамики  Максвелла-  Герца,   в
конце прошлого столетия оставалась  неразрешенной  еще  одна  проблема.
Речь  идет  об  излучении,  испускаемом  нагретым  телом,  -  мы  можем
наблюдать его, например находясь возле горячей  печи  или  раскаленного
куска железа не останавливаясь на частностях, связанных  со  свойствами
материалов,  рассмотрим  тепловое  излучение  черного  тела.  Под  этим
термином понимают тело, полностью поглощающее все длины волн  падающего
на него излучения. Однако черное тело  обладает  также  способностью  к
самостоятельному излучению. Как и любое другое тело (и даже  в  большей
степени), оно испускает в окружающее  пространство  непрерывный  спектр
волн, определяемый температурой тела. Абсолютно  черное  тело  обладает
также наибольшей по сравнению со  всеми  другими  телами  излучательной
способностью.
  Полная энергия излучения черного тела зависит прежде  всего  от  его
температуры. Однако, не останавливаясь на этом, мы  поставим  следующий
вопрос:   каким   образом   при   данной   температуре   распределяется
интенсивность излучения черного тела между волнами различной длины? Это
можно исследовать с помощью спектрального  прибора,  который  разлагает
излучение на отдельные линии. Излучение в каждой узкой области  спектра
направляют на чувствительный приемник  и  измеряют  его  интенсивность.
Оказывается, что каждая область длин волн характеризуется  определенной
интенсивностью, причем для каждой температуры наблюдается  свое  особое
распределение.   Графически   оно   выглядит    как    колоколообразная
асимметричная кривая и напоминает картину распределения молекул газа по
скоростям. Сходство между кривыми столь  велико,  что  следует  ожидать
аналогии и в формулах, описывающих эти кривые.
  К этой мысли пришли два английских ученых –  Джон  В.  Рэлей  (1842-
1919) и Джеймс Джинс (1877-1946). Они рассмотрели ящик кубической формы
с  «зеркальными»  внутренними  стенками,  в  который  через   отверстие
впускается небольшое количество лучистой  энергии  любой  длины  волны.
Внутри ящика это излучение начинает «метаться», отражаясь то  от  одной
стенки; при этом возникают стоячие электромагнитные  волны.  С  помощью
дополнительного «хитрого трюка» подобный  мысленный  эксперимент  можно
сделать очень  интересным,  если  поместить  в  ящик  Джинса  небольшой
кусочек угля, который практически является  абсолютно  черным  телом  и
поэтому  жадно  поглощает  падающее  на  него   излучение,   а   затем,
нагреваясь, излучает сам.  Излучение  этого  уголька  состоит  из  волн
различной  длины;  в  конце  концов  устанавливается  равновесие  между
волнами, допустимыми в кубическом ящике,  и  излучением  черного  тела,
моделируемого кусочком угля.
  Какие же длины волн могут «существовать» в ящике? Какую энергию  они
несут?
  Но  когда  Рэлей  и  Джинс  вычислили   энергию,   приходящуюся   на
определенный  интервал  частот,  они  получили  неожиданный  результат:
плотность энергии излучения полости должна  возрастать  пропорционально
квадрату частоты. Но в этом случае заключенная в ящике  Джинса  энергия
должна была бы почти полностью сосредоточиться в коротковолновой  части
спектра. Тогда любая комнатная печь, которая с физической точки  зрения
достаточно  точно  моделируется  ящиком  Джинса,  была  бы  накопителем
смертоносного  коротковолнового  излучения.   Мимолетного   взгляда   в
приоткрытую   дверцу   печи   было   бы   достаточно,   чтобы   излишне
любознательный отправился бы к  праотцам:  он  попал  бы  под  действие
опасных  для  жизини  ультрафиолетовых,  рентгеновских  и   ?-   лучей.
Разумеется, подобный этому вывод резко  противоречит  всему  жизненному
опыту. Он и по сей день носит название «ультрафиолетовой катастрофы»  и
служит напоминанием о фиаско, которое потерпела  наука,  признававшаяся
всеми физиками того времени совершенно непоколебимой.
  Но вот положение изменилось: это произошло после того достопамятного
дня 14 декабря 1900 г., когда Макс Планк выступил на собрании Немецкого
общества выдвинул совершенно новую  идею.  Он  рассматривал  внутренние
стенки  излучающей  полости  как  содержащие   бесчисленное   множество
крошечных «осцилляторов», которые действуют  как  источники  излучения.
Однако в отличие, например
Пред.678
скачать работу

Борьба концепций в процессе становления и развития науки о свете

 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ