ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПЕКТР

Lasers Хэла Хеллмана, является частью серии книг HackerNoon. Вы можете перейти к любой главе этой книги здесь. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПЕКТР

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПЕКТР

Около 85% того, что человек узнает, приходит к нему через его зрение в ответ на свет. Тем не менее, по иронии судьбы, только в конце 17 века он впервые начал понимать, что такое свет на самом деле. Только великий научный гений Исаак Ньютон показал, что так называемый белый свет на самом деле является комбинацией всех цветов радуги. Несколько лет спустя голландский астроном Кристиан Гюйгенс выдвинул идею о том, что свет представляет собой волновое движение, и эта концепция окончательно подтвердилась в 1803 году, когда британский врач Томас Янг гениально продемонстрировал интерференционные эффекты в волнах. Таким образом, наконец стало понятно, что единственная разница между различными цветами света заключается в длине волны.

Ибо свет действительно оказался волновым явлением, в принципе ничем не отличающимся от водяных волн, которые вы видели тысячу раз. Если вы стоите на берегу моря, то легко можете сосчитать, сколько волн приближается к берегу за минуту. Разделите это число на 60, и вы получите частоту волнового движения в привычных единицах — циклах в секунду (cps).

Однако вам придется считать довольно быстро, чтобы сделать это для света. Световые волны вибрируют или колеблются со скоростью примерно 400 миллионов миллионов раз в секунду. Это скорость вибрации волн красного света; фиолетовый возникает из-за вибраций, которые почти в два раза быстрее.

При частотах такой величины обсуждение и обработка данных и измерений обременительны и довольно неудобны. К счастью, есть другой подход. Давайте еще раз посмотрим на наши океанские волны. Мы видим, что в них есть закономерность (до того, как они начнут разбиваться о берег). Расстояние от одного гребня до другого имеет большое значение и называется длиной волны. Волны на воде измеряются в футах, а световые волны в сравнимых единицах записываются в десятимиллионных долях дюйма — опять-таки очень громоздкое число. Поэтому ученые используют метрическую систему и стандартизировали единицу измерения, называемую ангстрем, которая равна стомиллионной части сантиметра (10⁻⁸ см). Таким образом, как показано на рис. 3, диапазон видимого света составляет от фиолетового около 4000 ангстрем до красного около 7000 ангстрем.

Рис. 3. Спектр видимого света находится в диапазоне примерно от 4000 до 7000 ангстрем.

Примерно в то же время, когда определялась длина волны света, немецко-британский астроном Уильям Гершель провел интересный эксперимент. Он поочередно держал термометр в свете различных цветов, рассеиваемом оптической призмой. Когда он переместил термометр от фиолетового к красному, показания температуры возросли — и продолжали расти, когда он перемещал прибор за пределы красной области, где не было видно призматического света.

Таким образом, Гершель открыл инфракрасные лучи (вид теплоты, которую мы получаем от солнца), соседствующие с видимым красным светом, и в то же время нашел, что они были просто продолжением видимого спектра. Вскоре после этого на другом конце полосы видимого света были обнаружены ультрафиолетовые лучи.

С тех пор одним из самых увлекательных движений в науке было постоянное расширение обоих концов спектра излучающих волн. Результат стал называться электромагнитным спектром, который, как мы видим на Рисунок 4 охватывает широкий спектр различных видов излучения. Выше видимого диапазона (более высокие частоты) мы находим ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи, гамма-лучи и некоторые космические лучи; под ним находятся инфракрасное излучение, микроволны и радиоволны. Только небольшая часть всего спектра занята видимой полосой. Еще одним интересным моментом является обратная зависимость между длиной волны и частотой. Когда один поднимается, другой опускается.

Рис. 4. Область видимого света охватывает крошечную часть всего электромагнитного спектра.

Эти многочисленные виды лучей и волн сильно различаются по способу взаимодействия с материей. Но все они — часть одной семьи. Единственная разница между ними, как и в случае с цветами радуги, заключается в длине волны. В некоторых случаях, как мы увидим позже, способ генерации также отличается.

Полоса излучения, простирающаяся от инфракрасных до космических лучей, до сих пор в основном интересовала ученых-физиков. Из-за их высоких частот при выполнении расчетов или измерений эти излучения обычно рассматривают в терминах длины волны. С другой стороны, радио и микроволновые печи больше относятся к сфере инженеров связи и, скорее всего, будут обсуждаться с точки зрения частоты. Таким образом, ваше радио измеряется в килоциклах или тысячах циклов в секунду, тогда как свет описывается как излучение в диапазоне от 4000 до 7000 ангстрем.

Относительная новизна различных излучений заставляет ученых активно изучать их и, по мере накопления информации и опыта, применять их на практике.

О серии книг HackerNoon: мы предлагаем вам самые важные технические, научные и содержательные общедоступные книги.

Эта книга является общественным достоянием. Хэл Хеллман (2021). Лазер. Урбана, Иллинойс: Проект Гутенберг. Проверено в октябре 2022 г. .html

Эта электронная книга предназначена для использования кем угодно и где угодно бесплатно и почти без каких-либо ограничений. Вы можете скопировать ее, отдать или повторно использовать в соответствии с условиями лицензии Project Gutenberg, включенной в данную электронную книгу или на сайте www.gutenberg.org< /a>, расположенный по адресу https://www.gutenberg.org/policy/license.html.