Свет представляет в физической оптике электромагнитное излучение, которое может восприниматься человеческим глазом.
В более широком смысле свет понимается как любое оптическое излучение, то есть такое, длины волн которого находятся в диапазоне с приблизительными границами от единиц нанометров до десятых долей миллиметра. В данном случае в понятие «свет» также включены ультрафиолетовое и инфракрасное излучения.
Характеристика света
В качестве одной из субъективных характеристик света выступает цвет, определяемый для монохроматического излучения частотой света, а для сложного - его спектральным составом.
Свет способен распространяться даже в вакууме. При этом наличие вещества воздействует на скорость распространения света. Свет на границе сред испытывает преломление (отражение). Распространяясь в некой среде, свет может поглощаться и рассеиваться веществом. Оптические свойства среды характеризует показатель преломления, действительная часть которого выражена отношением фазовой скорости света в вакууме к такой скорости в данной среде.
В изотропных средах распространение света будет зависеть от направления (в общих случаях, - от координаты и времени). Показатель преломления является скалярной функцией. В анизотропных средах он представляется в качестве тензора.
Оптическая дисперсия представляет зависимость показателя преломления от длины волны света. Такая зависимость приводит к распространению света разнодлиновых волн в среде с различной скоростью. Благодаря этому становится возможным разложение немонохроматического (например, белого) света в спектр.
Подобно любой электромагнитной волне, свет будет обладать свойством поляризации (то есть он может быть поляризованным). У света, линейно поляризованного, имеется определенная плоскость поляризации, где будут осуществляться колебания электромагнитной волны.
У эллиптически поляризованного света электрический вектор будет вращаться по часовой стрелке или же против нее. Это, в свою очередь, будет зависеть непосредственно от направления поляризации
Неполяризованный свет представляет собой совокупность световых волн со случайной поляризацией. Поляризованный свет также может выделяться из неполяризованного пропусканием через поляризатор.
Некоторые среды обладают способностью к вращению плоскостью поляризации проходящего света. Угол поворота при этом будет зависеть от концентрации оптически активного вещества. Такое явление, в частности, используется в поляриметрическом анализе веществ (например, для измерения концентрации в растворе сахара).
Интенсивность света количественно характеризуется фотометрическими величинами нескольких видов. Главные из них это световые и энергетические величины. Световые величины выражаются в единицах мощности или энергии, а также производных от них. К энергетическим величинам относятся в частности:
- энергия и сила излучения;
- энергетическая яркость, светимость и облучение.
Каждой энергетической величине соответствует в виде аналога световая фотометрическая величина. Световые величины могут отличаться от энергетических тем, что свет оцениваются по его способности вызывать зрительные ощущения. Световые аналоги это:
- световая энергия;
- поток света;
- яркость;
- освещенность.
Интерференция света
Впервые такое явление, как интерференция, было обнаружено учеными Р. Бойлем, Р. Гуком и Гримальди. Впервые Гримальди связал явление интерференции с идеей о волновых свойствах света.
В 1801 году Т. Юнг ввел принцип суперпозиции и на основании этого дал детальное объяснении этого явления с помощью термина «интерференция».
Также ученый провел демонстрационный эксперимент, в котором наблюдал интерференции света, получив данное явление от двух щелевых источников света (в 1802 г.). Позднее опыт Юнга стал классическим.
Интерференция конструктивна в ситуации, когда итоговая разница между пройденными данными лучами путями на поверхности пленки составит полуцелое число длин волн в ней:
Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
То есть
Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Дифракция света
В явлении дифракции важное значение имеют исходные размеры области волнового поля, подверженной значительной трансформации в ситуации, когда элементы структуры волнового поля можно сравнить с длиной волны или они окажутся меньше ее по размеру.
Например, волновой пучок, ограниченный в пространстве, обладает свойством расхождения в пространстве по мере его распространения даже в пределах однородной среды. Такое явление невозможно описать законами геометрической оптики. Оно относится к дифракционным явлениям:
- дифракционная расходимость,
- расплывание волнового пучка.
Исходное ограничение в пространстве волнового поля и его определенная структура могут возникать не только за счет наличия отражающих или поглощающих элементов, но и при порождении (излучении, генерации) этого волнового поля.
Одним из примеров дифракции является дифракция света на ультразвуке в жидкости. При таком эксперименте берется оптически прозрачная ванночка в форме прямоугольного параллелепипеда. В этой ванночке находится оптически-прозрачная жидкость, а на частоте ультразвука возбуждается стоячая волна.
Плотность воды в ее узлах будет ниже. Как следствие, окажется ниже ее оптическая плотность. При таких условиях ванночка с водой выступит для световой волны фазовой дифракционной решеткой. На этой решетке дифракция осуществляется в виде изменения фазовой структуры волны. Это явление можно наблюдать в оптический микроскоп, благодаря методу фазового контраста (метод темного поля).
Как пример, рассмотрим дифракционную картину, которая возникает в момент прохождения света сквозь щель в непрозрачном экране. Мы определяем интенсивность света в зависимости от угла. Для записи исходного уравнения применяем принцип Гюйгенса. Вдали от разреза запишем формулу:
Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Расстояние от щели будет определяться как:
Рисунок 4. Формулы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
