Корпускулярно-волновые характеристики света. Квантование энергии. Фотоэффект и его объяснение 3
Принцип обратимости хим реакций. Мнение хим равновесия. Термодинамические способы управления хим процессами 10
Геологические оболочки Земли: черта хим состава и телесных особенностей 12
Вариант № 128 14
Перечень литературы 15
Выдержка
Уже в древности наметились 3 главных подхода к решению вопросца о природе света. Эти 3 подхода в следующем оформились в две соперничающие теории – корпускулярную и волновую теории света.
Усмиряющее большая часть старых философов и экспертов разглядывало свет как некоторые лучи, объединяющие блестящее тело и человечий глаз. При этом одни из их считали, что лучи исходят из глаз человека, они как бы ощупывают осматриваемый объект. Данная крапинка зрения имела огромное количество последователей, посреди которых был Эвклид. Формулируя 1-ый закон геометрической оптики, закон прямолинейного распространения света, Эвклид писал: “Испускаемые очами лучи распространяются сообразно прямому пути”. Такового же взора придерживался Птолемей и почти все остальные эксперты и философы.
Но позднее, уже в средние века, такое понятие о природе света утрачивает родное смысл. Все не в такой мере делается экспертов, последующих сиим взорам. И к истоку XVII в. эту точку зрения разрешено полагать уже позабытой.
Остальные, напротив, считали, что лучи испускаются светящимся телом и, достигая человечного глаза, несут на себе след светящегося предмета. Таковой точки зрения придерживались атомисты Демокрит, Эпикур, Лукреций.
Крайняя крапинка зрения на природу света уже позднее, в XVII в. , оформилась в корпускулярную концепцию света, сообразно которой свет имеется поток каких-либо частиц, испускаемых светящимся телом.
3-я крапинка зрения на природу света была высказана Аристотелем. Он разглядывал свет как распространяющееся в пространстве(в среде)действие либо перемещение. Мировоззрение Аристотеля в его время не достаточно кто делил. Однако в предстоящем, снова же в XVII в. , его крапинка зрения получила формирование и положила правило волновой теории света.
К середине XVII века накопились факты, какие пихали научную мысль за пределы геометрической оптики. Одним из первых экспертов, подтолкнувшим научную мысль к теории волновой природы света, был богемский грамотей Марци. Его работы популярны не лишь в области оптики, однако еще и в области механики и даже медицины. В 1648 им беспрепятственно явление дисперсии света.
В XVII в. в связи с развитием оптики вопросец о природе света стал активизировать все более значительный и более значительный энтузиазм. При этом равномерно проистекает образование 2-ух противоположных теорий света: корпускулярной и волновой. Для развития корпускулярной теории света была наиболее благосклонная грунт. Вправду, для геометрической оптики понятие о том, что свет имеется поток особенных частиц, было полностью натуральным. Прямолинейное распределение света, а еще законы отображения и преломления отлично объяснялись с точки зрения данной теории.
Сплошное понятие о строении вещества еще не вступало в возражение с корпускулярной теорией света. В то время в базе взоров на здание вещества лежала атомистика. Все тела состоят из атомов. Меж атомами есть порожнее место. В частности, тогда считали, что межпланетное место является порожним. В нем и распространяется свет от небесных тел в облике потоков световых частиц. Потому полностью несомненно, что в XVII в. было немало физиков, какие придерживались корпускулярной теории света. В это же время затевает рскручиваться и понятие о волновой природе света. Родоначальником волновой теории света разрешено полагать Декарта.
Осмотренные в предоставленном разделе явления- изливание чёрного тела, фотоэффекта, результат Комптона- служат подтверждением квантовых( корпускулярных)представлений о свете как о потоке фотонов. С иной стороны, такие явления, как интерференция, микродифракция и поляризация света, внушительно подтверждают волновую(электромагнитную)природу света. В конце концов, влияние и преломление света объясняются как волновой, этак и квантовой теориями. Таковым образом, электромагнитное изливание открывает необычное целостность, казалось бы, взаимоисключающих свойств- непрерывных( волны)и дискретных( фотоны), какие обоюдно дополняют друг друга.
Наиболее детализированное обсуждение оптических явлений приводит к выводу, что характеристики непрерывности, соответствующие для электромагнитного поля световой волны, не следует противополагать свойствам дискретности, соответствующим для фотона. Свет, владея сразу корпускулярными и волновыми качествами, открывает определённые закономерности в их проявлении. Этак, волновые характеристики света появляются в закономерностях его распространения, интерференции, дифракции, поляризации, а корпускулярные – в действиях взаимодействия света с веществом. Чем более длина волны, тем не в такой мере энергия и импульс фотона и тем сложнее обнаруживаются квантовые характеристики света(с сиим соединено, к примеру, наличие красноватой рубежа фотоэффекта). Напротив, чем не в такой мере длина волны, тем более энергия и импульс фотона и тем сложнее находится волновые характеристики(к примеру, волновые характеристики(микродифракция)рентгеновского излучения выявлены только опосля внедрения в качестве дифракционной решётки кристаллов).
Взаимозависимость меж двойственными корпускулярно-волновыми качествами света разрешено разъяснить, ежели применять, как это делает квантовая оптика, статистический подъезд к рассмотрению закономерностей рассмотрения света. К примеру, микродифракция света на щели состоит в том, что при прохождении света чрез щель проистекает переназначение фотонов в пространстве. Этак как возможность попадания фотонов в разные точки экрана неодинакова, то и появляется дифракционная головка. Освещённость экрана пропорциональна вероятности попадания фотонов на штуку площади экрана. С иной стороны, сообразно волновой теории, освещённость пропорциональна квадрату амплитуды световой волны той же точке экрана. Следственно, квадрат амплитуды световой волны в предоставленной точке места является меркой вероятности попадания фотонов в данную точку.
Волновые характеристики света.
1. 1 Дисперсия.
Ньютон обратился к изучению цветов, наблюдаемых при преломлении света, в связи с попытками улучшения телескопов. Устремляясь заполучить линзы может быть лучшего свойства, Ньютон удостоверился, что основным недочетом изображений является присутствие окрашенных краёв. Изучая окрашивание при преломлении, Ньютон сделал свои наибольшие оптические открытия.
Суть открытий Ньютона поясняется последующими опытами(рис. 1)свет от фонаря озаряет узенькое отверстие S(щель). При поддержке линзы L изваяние щели выходит на экране MN в облике недлинного белоснежного прямоугольника S`.
Поместив на пути призму P, ребро которой синхронно щели, обнаружим, что изваяние щели сместится и перевоплотится в окрашенную полоску, переходы цветов, в которой от красноватого к фиолетовому аналогичны наблюдаемым в радуге.
Это радужное изваяние Ньютон именовал диапазоном.
Ежели закрыть щель цветным стеклом, т. е. ежели ориентировать на призму заместо белоснежного света многоцветный, изваяние щели сведется к цветному прямоугольнику, располагающему на соответственном месте диапазона, т. е. в зависимости от цвета свет станет отклоняться на разные углы от начального изображения S`. Описанное надзора указывает, что лучи различного цвета разно преломляются призмой.
Это принципиальное мнение Ньютон испытал почти всеми опытами. Важный из их состоял в определении и показателя преломления лучей разного цвета, выделенных из диапазона. Для данной цели в экране MN, на котором выходит диапазон, прорезалось отверстие; перемещая экран, разрешено было отпустить чрез отверстие узенький пучок лучей такого либо другого цвета. Таковой метод выделения однородных лучей наиболее безупречен, чем различение при поддержке цветного стекла. Эксперименты нашли, что таковой назначенный пучок, преломляясь во 2-ой призме, уже не растягивает полоску. Такому пучку подходит установленный показатель преломления, смысл которого зависит от цвета выделенного пучка.
Описанные эксперименты демонстрируют, что для узенького цветного пучка, выделенного из диапазона, показатель преломления владеет полностью определенное смысл, тогда как преломление белоснежного света разрешено лишь примерно обрисовать одним каким то ролью этого показателя. Сравнивая такие надзора,
Ньютон сделал вывод, что есть обыкновенные цвета, не разлагающиеся при прохождении чрез призму, и трудные, представляющие совокупа обычных, имеющих различные характеристики преломления. В частности, ясный свет имеется таковая совокупа цветов, которая при поддержке призмы разлагается, давая спектральное изваяние щели.
Таковым образом, в главных опытах Ньютона содержались 2 принципиальных открытия: 1)Свет разного цвета характеризуется разными показателями преломления в предоставленном веществе(дисперсия). 2)Белоснежный краска имеется совокупа обычных цветов.
Мы знаем в настоящее время, что различным цветам подходят разные длины световых волн. Потому 1-ое изобретение Ньютона разрешено сконструировать последующим образом: Показатель преломления вещества зависит от длины световой волны. Традиционно он возрастает сообразно мерке убавления длины волны.
1. 2 Микродифракция.
У световой волны не проистекает конфигурации геометрической формы фронта при распространении в однородной среде. Но ежели распределение света исполняется в разнородной среде, в которой, к примеру, находятся не прозрачные экраны, области места со сравнимо резким конфигурацией показателя преломления и т. п. , то наблюдается искривление фронта волны. В этом случае проистекает переназначение интенсивности световой волны в пространстве. При освещении, к примеру, непрозрачных экранов точечным родником света на границе тени, в каком месте сообразно законам геометрической оптики обязан был бы проскочить скачкообразный переход от тени к свету, наблюдается разряд тёмных и ясных полос, дробь света просачивается в область геометрической тени. Эти явления относятся к дифракции света.
Итак, микродифракция света в узеньком значении - явление огибания светом контура непрозрачных тел и залетание света в область геометрической тени; в широком значении - каждое аномалия при распространении света от законов геометрической оптики.
Определение Зоммерфельда: под дифракцией света соображают каждое аномалия от прямолинейного распространения, ежели оно не может существовать объяснено как итог отображения, преломления либо изгибания световых лучей в средах с постоянно меняющимся показателем преломления.
Ежели в среде имеются мелкие частички(туман)либо показатель преломления приметно изменяется на расстояниях распорядка длины волны, то в данных вариантах молвят о рассеянии света и термин «дифракция» не употребляется.
Распознают 2 вида дифракции света. Уча дифракционную картину в точке надзора, окружающей на окончательном расстоянии от препятствия, мы владеем дело с дифракцией Френеля. Ежели крапинка надзора и родник света размещены от препятствия этак далековато, что лучи, падающие на барьер, и лучи, идущие в точку надзора, разрешено полагать параллельными пучками, то молвят о дифракции в параллельных лучах – дифракции Фраунгофера.
Концепция дифракции разглядывает волновые процессы в тех вариантах, когда на пути распространения волны имеются какие – или препятствия.
С поддержкой теории дифракции решают такие трудности, как охрана от гулов с поддержкой акустических экранов, распределение радиоволн над поверхностью. Земли, служба оптических устройств(этак как изваяние, даваемое объективом, - постоянно дифракционная головка), измерения свойства поверхности, исследование строения вещества и почти все остальные.
1. 3 Поляризация
Явления интерференции и дифракции, послужившие для обоснования волновой природы света, не предоставляют ещё совершенного представления о нраве световых волн.
Новейшие черты раскрывает нам эксперимент над прохождением света чрез кристаллы, в частности чрез турмалин.
Поймем две однообразные прямоугольные пластинки турмалина, вырезанные этак, что одна из сторон прямоугольника совпадает с определенным курсом снутри кристалла, носящим заглавие оптической оси. Наложим одну пластинку на иную этак, чтоб оси их совпадали сообразно течению, и пропустим чрез сложенную пару пластинок узенький пучок света от фонаря либо солнца. Этак как турмалин представляет собой кристалл коричнево – зеленоватого цвета, то отпечаток прошедшего пучка на экране представится в облике тёмно – зеленоватого пятнышка.
Начнем повертывать одну из пластинок кругом пучка, оставляя вторую неподвижной. Мы обнаружим, что отпечаток пучка делается меньше, и когда доска повернётся на 900, он совершенно пропадет. При предстоящем вращении пластинки временный пучок снова начнет увеличиваться и дойдет по бывшей интенсивности, когда доска повернется на 1800, т. е. когда оптические оси пластинок снова расположатся синхронно. При предстоящем вращении турмалина пучок снова слабнет. Разрешено разъяснить все наблюдающиеся явления, ежели изготовить последующие выводы. Световые колебания в пучке ориентированы перпендикулярно к полосы распространения света(световые волны поперечны).
Турмалин способен впускать световые колебания лишь в том случае, когда они ориентированы определенным образом сравнительно его оси.
В свете фонаря( солнца)представлены поперечные колебания хоть какого направленности и кроме того в схожей доле, этак что ни одно направленность не является предпочтительным.
Вывод 3 разъясняет, отчего натуральный свет в схожей ступени проходит чрез турмалин при хоть какой его ориентации, желая турмалин, сообразно выводу 2, способен впускать световые колебания лишь определенного направленности.
Изучение натурального света чрез турмалин приводит к тому, что из поперечных колебаний отбираются лишь те, какие имеют все шансы пропускаться турмалином. Потому свет, минувший чрез турмалин, станет изображать собой совокупа поперечных колебаний 1-го направленности, определяемого ориентацией оси турмалина. Таковой свет мы станем именовать линейно поляризованным, а плоскость, содержащую направленность колебаний и ось светового пучка, - плоскостью поляризации.
Сейчас делается понятным эксперимент с прохождением света чрез две поочередно установленные пластинки турмалина. 1-ая доска поляризует временный чрез неё пучок света, оставляя в нем колебания лишь 1-го направленности. Эти колебания имеют все шансы войти чрез 2-ой турмалин вполне лишь в том случае, когда направленность их совпадает с курсом колебаний, пропускаемых вторым турмалином, т. е. когда его ось параллельна оси главного. Ежели же направленность колебаний в поляризованном свете перпендикулярно к течению колебаний, пропускаемых вторым турмалином, то свет станет вполне задержан. Ежели направленность колебаний в поляризованном свете сочиняет заостренный угол с курсом, пропускаемым турмалином, то колебания будут пропущены только отчасти.
Квантовые характеристики света.
2. 1 Фотоэффект.
Догадка Палка о квантах послужила основой для разъяснения явления фотоэлектрического эффекта, раскрытого в 1887г. германским физиком Генрихом Герцем. Явление фотоэффекта находится при освещении цинковой пластинки, объединенной со стержнем электрометра. Ежели пластинке и стержню передан позитивный заряд, то электрометр не разряжается при освещении пластинки.
При известии пластинке отрицательного электрического заряда электрометр разряжается, как лишь на пластинку угождает ультрафиолетовое изливание.
Этот эксперимент обосновывает, что с поверхности железной пластинки под действием света имеют все шансы избавляться отрицательные электрические заряды. Обмеривание заряда и массы частиц, вырываемых светом, показало, что эти частички – электроны. Фотоэффекты посещают нескольких видов: наружный и врождённый фотоэффект, вентильный фотоэффект и разряд остальных эффектов. Наружным фотоэффектом именуют явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света. Внутренним фотоэффектом именуют возникновение вольных электронов и дырок в полупроводнике в итоге разрыва связей меж атомами за счет энергии света, падающего на полупроводник. Вентильным фотоэффектом именуют происхождение под действием света электродвижущей силы в системе, содержащей контакт 2-ух разных полупроводников либо полупроводника и сплава.
Более много корпускулярные характеристики света появляются в эффекте Комптона. Южноамериканский физик А. Комптон(1892-1962), изучая в 1923 г. Рассеяние монохроматического рентгеновского излучения веществами с лёгкими атомами(парафин, бор), нашел, что в составе растерянного излучения наравне с излучением начальной длины волны наблюдается еще наиболее длинноволновое изливание.
Эффектом Комптона именуется упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения(рентгеновского и гамма-излучений)на свободных( либо слабосвязанных)электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны. Этот результат не укладывается в рамки волновой теории, сообразно которой длина волны при рассеянии переменяться не обязана: под действием периодического поля световой волны электрон колеблется с частотой поля и потому излучает рассеянные волны той же частоты.
Разъяснение эффекта Комптона дано на базе квантовых представлений о природе света. Ежели полагать, как это делает квантовая концепция, что изливание владеет корпускулярную природу.
Результат Комптона наблюдается не лишь на электронах, однако и на остальных заряженных частичках, к примеру протонах, но в следствии большущий массы протона его отдача «просматривается» только при рассеянии фотонов чрезвычайно больших энергий.
Как результат Комптона, этак и фотоэффект на базе квантовых представлений обусловлены взаимодействием фотонов с электронами. В главном случае фотон рассеивается, во втором- поглощается. Рассеяние проистекает при содействии фотона со вольными электронами, а фотоэффект – со связанными электронами. Разрешено представить, что при столкновении фотона со вольными электронами не может случится поглощения фотона, этак как это располагаться в противоречии с законами хранения импульса и энергии. Потому при содействии фотонов со вольными электронами может отслеживаться лишь их рассеяние,. т. е. результат Комптона.
Итак, свет корпускулярен в том значении, что его энергия, импульс, толпа и спин локализованы в фотонах, а не размыты в пространстве, однако не в том, что фотон может находиться в предоставленном буквально определенном месте места. Свет ведет себя как волна в том значении, что распределение и расположение фотонов в пространстве носят вполне возможный нрав: возможность такого, что фотон располагаться в предоставленной точке определяется квадратом амплитуды в данной точке. Однако вероятностный(волновой)нрав распределения фотонов в пространстве не значит, что фотон в любой момент времени располагаться в некий одной точке.
Таковым образом, свет соединяет в себе беспрерывность волн и раздельность частиц. Ежели учтем, что фотоны есть лишь при движении(со скоростью с), то прибываем к выводу, что свету сразу присущи как волновые, этак и корпускулярные характеристики. Однако в неких явлениях при определенных критериях главную роль играют либо волновые, либо корпускулярные характеристики и свет разрешено разглядывать либо как волну, либо как частички(корпускулы).
Принцип обратимости хим реакций. Мнение хим равновесия. Термодинамические способы управления хим процессами
Изюминка обратимых реакций состоит в том, что сообразно мерке скопления товаров реакции растет прыть обратной реакции. Ежели они сравняются, то начинается равновесное положение. Для реакции
Литература
1)А. А. Детлаф Б. М. Яворский «Курс физики» изд. «Верховная школа» 2000 г.
2)Т. И. Трофимова «Курс физики» изд. «Верховная школа» 2001 г.
3)Х. Кухлинг «Справочник сообразно физике» изд. «Мир» 1982 г.
4)Горелов А. А. Концепции современного естествознания. - М. , 1998.
Уже в древности наметились три основных подхода к решению вопроса о природе света. Эти три подхода в последующем оформились в две конкурирующие теории – корпуск