288

6. PROMIENIOWANIE ELEKTROMAGNETYCZNE

6.1. Optyka. Wstęp do ćwiczeń

Część promieniowania elektromagnetycznego o określonym zakresie długości fal i określonej wartości kwantów energii nazywamy światłem. Promieniowanie elektromagnetyczne obejmuje wiele różnorodnych zjawisk zachodzących w przyrodzie, na przykład promieniowanie kosmiczne i jego oddziaływanie na ekosystem, przekazywanie informacji za pomocą telewizji, radiofonii i intemetu oraz wiele innych zjawisk obserwowanych w życiu codziennym i wykorzystywanych we współczesnej technice.

Dział fizyki - optyka - zajmuje się zjawiskami świetlnymi, zachodzącymi podczas rozchodzenia się światła w przestrzeni i jego oddziaływania z materią.

Aby wyjaśnić przebieg zjawisk świetlnych i poprawnie je opisać należy uwzględnić charakter falowy i charakter kwantowy promieniowania elektromagnetycznego. Zjawisko rozchodzenia się światła oraz oddziaływania światła z materią można opisać za pomocą teorii falowej i teorii kwant^wejr-^

Według teorii falowej rozchodzenie sięgali elektromagnetycznej jesk to przemieszczanie się zaburzeń pola elektromagnetycznego, a więc przemieszczanie się energii w przestrzeni, w czym „pośredniczą” okresowe zmiany pola elektrycznego i magnetycznego, opisane za pomocą wektora natężenia pola elektrycznego E i pola magnetycznego H (lub wektora indukcji magnetycznej B). Wektory E i H są względem siebie prostopadłe i w każdym miejscu fali są prostopadłe do kierunku prędkości rozchodzenia fali, a więc do promienia fali. Fala elektromagnetyczna jest więc/ folą poprzeczną.

Kwantowa teoria promieniowania została zapoczątkowana i opracowana na początku ubiegłego stulecia. Badania zdolności emisyjnej promieniowania cieplnego ciał o różnych temperaturach doprowadziły Maxa Plancka do stwierdzenia, że energia promieniowania jest sumą bardzo małych porcji energii — kwantów energii, zwanych fotonami. Wartość kwantu energii, czyli fotonu jest określona częstotliwością promieniowania v:

energia fotonu = fcv

gdzie:

h — 6,6260755 10“^ J • s jest stałą wyznaczoną doświadczalnie na podstawie badań zjawiska fotoelektrycznego. Stała h_y nazwana stałą Plancka, jest jedną z fundamentalnych stałych fizycznych.

Zgodnie z opisem kwantowym wiązkę światła należy traktować jako zbiór fotonów. Energia wiązki światła to suma najmniejszych porQ energii, czyli kwantów świetlnych h v, a energia każdego kwantu jest o ślona przez częstotliwość promieniowania świetlnego.