7.1:
빛의 파장
43,806 Views
•
•
빛의 본질은 고대부터 문의의 대상이되어 왔다. 17세기에 아이작 뉴턴은 렌즈와 프리즘실험을 수행했으며, 백색광이 무지개의 개별 색상으로 구성되어 있음을 보여줄 수 있었습니다. 뉴턴은 뉴턴의 운동 법칙에 따라 고속으로 이동하는 매우 작은 입자의 스트림으로 빛이 구성된 빛의 “코퍼스큘러” 보기 측면에서 광학 연구 결과를 설명했습니다.
크리스티아안 휴이겐스와 같은 17세기에 다른 사람들은 반사와 굴절과 같은 광학 현상이 모든 공간에 스며들 것으로 생각되는 “발광 에테르”라는 매체를 통해 고속으로 이동하는 파도처럼 빛의 관점에서 똑같이 잘 설명될 수 있음을 보여주었습니다. 19세기 초, 토마스 영은 좁고 밀접하게 간격이 있는 슬릿을 통과하는 빛이 뉴턴 입자의 관점에서 설명할 수 없는 간섭 패턴을 생성하지만 파도 측면에서 쉽게 설명할 수 있음을 보여주었습니다. 19세기 후반, 제임스 서기 맥스웰이 전자기 방사선 이론을 개발하고 빛이 광활한 전자파 스펙트럼의 눈에 보이는 부분임을 보여 준 후, 빛의 입자 보기는 철저히 불신하게 되었습니다.
19 세기 말까지 과학자들은 물리적 우주를 뉴턴의 운동 법칙에 따라 움직이는 입자로 구성된 물질과 맥스웰의 방정식에 의해 지배되는 파도로 구성된 전자기 방사선이라는 두 개의 별도 영역으로 대략 간주했습니다. 오늘날, 이 도메인은 고전 역학 및 고전 전기 역학 (또는 고전적인 전기 기주의)로 불립니다. 이 프레임 워크 내에서 설명 할 수없는 몇 가지 물리적 현상이 있었지만, 당시 과학자들은이 프레임 워크의 전반적인 건전성에 너무 확신하여 궁극적으로이 프레임 워크 내에서 어떻게 든 해결 될 수수께끼 역설로 이러한 수차를 보았습니다. 이러한 역설은 입자와 파도를 파입자 이중성이라는 근본적인 수준에서 밀접하게 연결하는 현대적 프레임워크로 이어졌으며, 이는 고전적 관점을 대체했습니다.
가시광선과 다른 형태의 전자기 방사선은 원자와 분자 내의 전자 에너지를 추론하는 데 사용할 수 있기 때문에 화학에 중요한 역할을합니다. 현대 기술의 대부분은 전자기 방사선을 기반으로합니다. 예를 들어, 휴대 전화의 전파, 치과 의사가 사용하는 X 선, 전자 레인지에서 음식을 요리하는 데 사용되는 에너지, 뜨거운 물체의 복사 열 및 TV 화면의 빛은 모두 파도 같은 행동을 나타내는 전자기 방사선의 형태입니다.
파도
파도는 우주의 한 지점에서 다른 지점으로 에너지를 수송할 수 있는 진동 또는 주기적인 움직임입니다. 파도의 일반적인 예는 우리 주변에 있습니다. 밧줄의 끝을 흔들어 로프의 다른 쪽 끝으로 에너지를 전송, 연못에 조약돌을 떨어 뜨리면 파도가 수면을 따라 바깥쪽으로 파급되고, 번개 가닥과 함께 공기의 확장은 몇 마일 동안 바깥쪽으로 이동할 수있는 음파 (천둥)를 생성합니다. 이러한 각 경우, 운동 에너지는 물질(로프, 물 또는 공기)을 통해 전달되는 반면, 문제는 본질적으로 제자리에 남아 있습니다.
파도는 물질을 통해 여행제한 될 필요가 없습니다. 맥스웰이 보여주듯이 전자파는 수직 자기장으로 단계적으로 진동하는 전기장으로 구성되며, 둘 다 이동 방향에 수직입니다. 이 파도는 2.998 × 10 8m/s, 빛의 속도(c로 표시)의 일정한 속도로 진공을 통과할 수 있습니다.
전자기 방사선의 형태를 포함하여 모든 파도는 파장 (λ,소문자 그리스어 문자 람다로 표시), 주파수 (θ,소문자 그리스어 문자 nu에 의해 표시), 및 진폭을 특징으로한다.
파장은 파도에서 두 개의 연속 피크 또는 쓰루 사이의 거리입니다 (SI 시스템에서 미터로 측정). 전자파는 피코미터(10-12m)에 킬로미터(103m)의 거대한 범위 파장에 속하는 파장을 관찰하였다. 주파수는 지정된 시간(SI 시스템에서 몇 초 만에 측정)에서 지정된 공간을 통과하는 파주기 의 수입니다. 사이클은 하나의 완전한 파장에 해당합니다. 초당 사이클로 표현되는 주파수 단위[s-1]는헤르츠(Hz)입니다. 이 장치의 일반적인 배수는 메가 헤르츠 (1 MHz = 1 × 106 Hz) 및 기가 헤르츠 (1 GHz = 1 × 109 Hz)입니다.
진폭은 파도변위의 크기에 해당하며, 이는 봉우리와 쓰루 사이의 절반 높이에 해당합니다. 진폭은 빛의 밝기인 파도의 강도와 관련이 있으며 소리의 경우 음량입니다. 파장의 파장(λ)과주파수(λ)의생성물은, 파의속도이다. 따라서, 진공에서 전자기 방사선의 경우, 속도는 기본 상수, c와동일하다 :
파장 및 주파수는 반대로 비례합니다: 파장이 증가함에 따라 주파수가 감소합니다. 전자기 스펙트럼은 모든 유형의 전자기 방사선의 범위입니다.