1).Zjawisko interferencji i dyfrakcji światła . Doświadczenie Younga

Najważniejszym świadectwem istnienia fal i najważniejszą ich własnością jest interferencja. Zasadą, interferencji jest to, że fale przy nałożeniu nie niszczą się wzajemnie, lecz dodają algebraicznie: a+a = A, ale a +b= zero. Gdy dwa ciągi fal spotkają się w pewnym punkcie i nałożą na siebie, ich drgania dodają się. Przypuśćmy, że mamy dwa źródła S₁ i S₂, sprzężone razem tak, że wysyłają fale zgodne ze sobą w fazie. Obserwujmy te fale, gdy dochodzą do odległego obserwatora. .W kierunku na wprost od szczelin ciągi fal mają do przebycia jednakowe drogi i przechodzą zgodne w fazie. Gdy jeden z nich pobudza ośrodek w punkcie P do drgań a—b—a... (gdzie a i b oznaczają przeciwne fazy drgania) drugi czyni tak samo, a—b—a... Rezul­tatem jest. silne A—B—A... Przenieśmy teraz obserwatora do punktu Q, do. którego jeden z ciągów fal ma drogę o 1\2λ dłuższą niż drugi.

Tam jeden ciąg fal pobudza ośrodek do drgań a—b—a..., a drugi pobudza go do drgań b—a—b i dlatego w tym miejscu drgania zanikają.

W 1803 r. Tomasz Young podał przekonujący dowód, „Światło jest falą”. Oświetlał on dwie blisko siebie położone szczeliny światłem pochodzącym z jednego źródła i obserwował światło dochodzące do odległej ściany. Znalazł tam obszary jasne i ciemne, prążki interferencyine tak charakterystyczne dla fal. Biały jasny obszar pojawił się po środku po jego bokach ciemne obszary, a dalej kolejno jasne i ciemne obszary, ale te były już za .

Przy użyciu światła jednobarwnego mającego jednakową długość fali, widoczna jest znaczna liczba jasnych i ciemnych obszarów. Drogi fal od obydwu szczelin do środkowego jasnego prążka są jednakowe, drogi do innych prążków są różne. Tam gdzie różnica dróg wynosiλ.2λ itd. — całkowitą wielokrotność długości fali —tam pojawia się jasny obszar ŚWIATŁO + ŚWIATŁO = WIĘCEJ ŚWIATŁA. Ciemny obszar pojawia się tam, gdzie różnica dróg wynosi 1/2λ 11/2λ itd. nieparzystą ilość połówek długości fali, mamy wtedy ŚWIATLO+ ŚWIATŁO = BRAK ŚWIATŁA. Nazywa się to . „interferencją” chociaż jest to dodawanie się dwóch fal o przeciwnym ruchu, dające w wyniku zero.

Jeśli używamy różnych barw, dają one różne odległości prążków. czerwień większe niż zieleń, zieleń większe niż błękit, wykazując tym samym różnicę długości fal. Jeśli więc używamy białego światła, wtedy dalej leżące prążki są zamazywane przez nakładanie się kolorów.

2). Dyspersja światła

Dyspersja światła, zależność prędkości fazowej światła w danym ośrodku od jego częstości poprzez współczynnik załamania n ośrodka. Obserwowana podczas rozkładu światła białego na barwne widmo towarzyszące załamaniu, dyfrakcji i interferencji.

Gdzie : Prędkość fazowa, prędkość przemieszczania się światła

Częstość, częstotliwość, dla drgania okresowego - liczba okresów drgań w danym przedziale czasu. Jednostką częstości w układzie SI jest 1 herc (Hz) równy jednemu drganiu na sekundę

Załamania współczynnik, n, wielkość charakteryzująca zjawisko załamania fali. Odnosi się zazwyczaj do fali elektromagnetycznej, w szczególności do światła, ale definiuje się go również dla innych fal (np. akustycznych).

Załamanie fali, refrakcja fali, zjawisko zmiany kierunku rozchodzenia się fali (elektromagnetycznej, akustycznej itd.) na granicy dwóch ośrodków, w których dana fala rozchodzi się z odmiennymi prędkościami (co znaczy, że różnią się one między sobą wartościami bezwzględnego współczynnika załamania). Kierunki rozchodzenia się fali załamanej i padającej zawarte są w jednej płaszczyźnie, spełnione jest też prawo Snella (prawo załamania światła).

Załamaniu fali towarzyszy częściowe odbicie fali - oba zjawiska należą do zjawisk optyki geometrycznej (w odróżnieniu od dyfrakcji i interferencji), można je wyjaśnić w oparciu o zasadę Huyghensa-Fresnela.

3).Widma liniowe a model atomu Bohra.

Gdy światło pochodzi od świecącego gazu — jak w przypadku posolonego płomienia lub neonu w reklamowym napisie — użycie siatki dyfrakcyjnej wykazuje, że składa się ono jedynie z kilku barw, w widmie widzimy kilka bardzo wąskich plamek barwnych na czarnym

tle; plamki są tak wąskie, że nazywa się je „liniami”. Sód daje linię żółtą, a właściwie bardzo blisko siebie leżącą parę linii. Neon daje wiele linii. Wodór pobudzony do świecenia daje serię linii:

czerwoną , zielononiebieską , niebieską, floletową, rozmieszczonych w widmie tak, że odległości między nimi wyrażają się pewną prostą zależnością. Rtęć daje parę żółtych linii, bardzo jasną linię zieloną, linię fioletową i inne. Nie ma w jej widmie linii czerwonej — stąd specyficzny kolor światła ulicznych lamp rtęciowych.

Takie właśnie widma liniowe umożliwiły opracowanie czułej i jednoznacznej metody analitycznej. Każdy pierwiastek, gdy jego atomy są wzbudzone, daje charakterystyczne dla niego linie. Linie każdego pierwiastka, uporządkowane według długości fali, układają się w charakterystyczne serie.

Częstość danej linii można łatwo obliczyć, jeżeli znana jest długość fali:

CZĘSTOŚĆ = PRĘDKOŚĆ/DŁUGOŚĆ FALI

Przyjęło się porządkowanie linii w serie, według częstości, a nie długości fal. Obecnie jesteśmy, nawet z tej tradycji zadowoleni. Częstości każdej serii nie tylko spełniają prostą zależnośc matematyczną ale są we współczesnej teorii „miarą” kwantów ENERGii, tworzących strumień światła.

W ubiegłym stuleciu „widma” liniowe zebrano w serie. Odkryto również zależności, wiążące częstości linii tworzących serię i chociaż niektóre z tych zależności (np. dla wodoru) miały prostą formę mate­matyczną, nie „pasowały” jednak do panujących pojęć o budowie atomu. „Pochodzenie” linii widmowych pozostawało przez długie lata zagadką.

Promienie X mają również widmo ciągłe, podobnie jak białe światło, tylko długości fal są w tym wypadku znacznie mniejsze (około 1000 razy) niż dla fal świetlnych. Na widmo to nakładają się nieliczne ostre „linie” Częstości tych linii, układających się w proste serie, charakteryzują materiał, w którym hamowane są elektrony W lampie rentgenowskiej.

Opierając się na wynikach doświadczeń Rutherforda oraz badań Plancka (czyt. planka) nad widmem promienio­wania, duński fizyk Bohr (czyt. bor) stworzył model budowy atomu (1913 r.), według którego elektrony poruszają się wokół jądra atomowego po pewnych ściśle określonych orbitach kołowych zwanych stacjonar­nymi, przy czym promienie tych orbit są dziesiątki tysięcy razy większe od wymiarów jądra, a każdej z nich odpowiada określona energia znaj­dującego się na niej elektronu. Energia charakterystyczna dla każdej orbity czyli tzw. poziom energetyczny, zależy od jej promienia.

(model atomu Bohra)

4).Dyfrakcja uginanie się fal

Gdy zaobserwujemy drobne fale na wodzie przechodzące przez otwór w barierze. Szeroki otwór (o szerokości dużo większej od λ ) przepuszcza wiązkę fal i widzimy, że fale zdają się poruszać po liniach prostych, obserwujemy je bowiem za otworem po bokach pozostają „spokojne” cienie. Zwężanie otworu wydaje się zwiększać tendencję do rozszerzania się, fale rozchylają się na boki po przejściu przez otwór. Wreszcie bardzo wąski otwór prowadzi do całkowitego rozchylenia się wiązki, fale poruszają się do przodu we wszystkich kierunkach. (W myśl wskazówek Huygensa powinniśmy oczekiwać zjawiska. Fale dobiegające do bariery zmuszają wodę znajdującą w wąskim otworze do poruszania się w górę i na dół, a to powoduje pojawienie się fal kołowych).

Siatki dyfrakcyjne: widma

Siatka dyfrakcyjna- układ szczelin powstały poprzez wykonanie rowków na cieniutkiej płytce szklanej.

Zamiast jednej pary szczelin możemy użyć szeregu równoległych szczelin, umieszczonych w jednakowych odstępach. W ten sposób przepuścimy więcej światła, które tworzy obraz dyfrakcyjny (otrzymany obraz jest ostrzejszy). Aby poszerzyć obraz dyfrakcyjny, odległość pomiędzy szczelinami dajemy dużo mniejszą .Układ takich szczelin — siatka dyfrakcyjna — powstaje przez wykonanie rowków na cieniutkiej płytce szklanej. Rowki takie kreśli diamentowym ostrzem odpowiednia maszyna, zachowująca między nimi stale odległości. Obszary pomiędzy rowkami działają jak przeźroczyste szczeliny.

Gdy wiązkę białego światła przepuścimy przez taką szklaną siatkę dyfrakcyjną, rozszerza ona „prążki Younga” do tego stopnia, że widzimy szęrokie pasmo kolorów (widmo) z każdej strony wąskiego środkowego, jasnego prążka. Dla zebrania składników barwnych, odchylonych w jednym kierunku i zogniskowania ich w jeden obraz szczeliny, stosuje się soczewkę. Obrazem jest ostry wąski prążek dla każdej barwy, jednak przy użyciu białego światła mnóstwo takich obrazów zachodzi na siebie, dając szerokie widmo barw.

W pierwszym widmie po obydwu stronach środkowego prążka (widmie „pierwszego rzędu”) „składniki światła”⁴ przebiegające od każdej z przeźroczystych szczelin, przebiegają drogę o λ dłuższą (lub krótszą) niż składniki od sąsiadujących z nimi szczelin. W następnym widmie („drugiego rzędu”) składniki, pochodzące od dwu sąsiednich szczelin, różnią się długością przebytej drogi o 2λ i znowu przychodzą zgodne w fazie dla danej barwy.

---