Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Досвід Юнга


Перегляд цього шаблону

План:


Введення

Досвід Юнга - експеримент, проведений Томасом Юнгом і став експериментальним доказом хвильової теорії світла. Результати експерименту були опубліковані в 1803 році.

У досвіді пучок світла направляється на непрозорий екран-ширму з двома паралельними прорізами, позаду якого встановлюється проекційний екран. Цей досвід демонструє інтерференцію світла, що є доказом хвильової теорії. Особливість прорізів в тому, що їх ширина приблизно дорівнює довжині хвилі випромінюваного світла. Нижче розглядається вплив ширини прорізів на інтерференцію.

Якщо виходити з того, що світло складається з частинок (корпускулярна теорія світла), то на проекційному екрані можна було б побачити тільки дві паралельні смуги світла, що пройшли через прорізи ширми. Між ними проекційний екран залишався б практично неосвітленим.

З іншого боку, якщо припустити, що світло являє собою поширюються хвилі (хвильова теорія світла), то, згідно принципом Гюйгенса, кожна проріз є джерелом вторинних хвиль.

Якщо вторинні хвилі досягнуть лінії в середині проекційного екрану, що знаходиться на рівному віддаленні від прорізів, синхронно і в одній фазі, то на серединній лінії екрану їх амплітуди додадуться, що створить максимум яскравості. Тобто, максимум яскравості виявиться там, де згідно нової теорії, яскравість повинна бути практично нульовий. Корпускулярна теорія світла є невірною, коли прорізи досить тонкі, створюючи тим самим інтерференцію.

На певному віддаленні від центральної лінії, навпаки, хвилі виявляться в протифазі - їх амплітуди компенсуються, що створить мінімум яскравості (темна смуга). У міру подальшого віддалення від середньої лінії яскравість періодично змінюється, зростаючи до максимуму і знову убуваючи.

На проекційному екрані виходить цілий ряд чергуються інтерференційних смуг, що і було продемонстровано Томасом Юнгом.


1. Інтерференція і квантова теорія

Кожне подія, як наприклад проходження світла від джерела S до точки M на екрані через отвір S_1 може бути представлена ​​у вигляді вектора \ Vec {V} _1.

Для того, щоб знати ймовірність того, що світло дійде з джерела S до точки M, потрібно брати до уваги всі можливі шляхи світла з точки S до точки М. У квантовій механіці цей принцип є фундаментальним. Для отримання ймовірності P того, що світло дійде з точки S до точки М, використовується наступна аксіома квантової механіки:

P = | \ phi_1 + \ phi_2 | ^ 2

де:

  • \ Phi_1 - Доходять до точки М, в одній фазі, то вектори \ Vec {V} _1 і \ Vec {V} _2 є ідентичними. Сума цих двох векторів не є нульовою. Отже, ймовірність того, що точка М буде висвітлена не дорівнює нулю. У цьому випадку ця ймовірність максимальна.
P = | 2 \ phi_1 | ^ 2 = 4 | \ phi_1 | ^ 2
  • Якщо дві хвилі, з S_1 і S_2 доходять до точки М в протифазі, то вектори \ Vec {V} _1 і \ Vec {V} _2 мають різні напрямки. Сума цих двох векторів є нульовий. Отже, ймовірність того, що точка М буде освітлена дорівнює нулю.
P = | \ phi_1-\ phi_1 | ^ 2 = 0


Зміна фази подібно обертанню векторів. Сума двох векторів змінюється від нуля, до максимуму 2 V_1 .


2. Експеримент з точковим джерелом світла

Досвід Юнга

Нехай S - точкове джерело світла, розташований перед екраном з двома паралельними прорізами S_1 і S_2 , А - дистанція між прорізами, і D - дистанція між екраном з прорізами і проекційним екраном.
Точка М на екрані має для початку одну координату x - дистанцію між М і ортогональною проекцією S на екрані.

Існування інтерференцій залежить від різниці оптичної довжини між першим і другим шляхом. Нехай М - точка екрану, на яку падають одночасно два промені з S_1 і S_2 . Записавши \ Delta - Різницю оптичної довжини шляхів, маємо наступне співвідношення:

\ Delta = (S_2M) - (S_1M) \,

де:

  • (S_1M) - Оптична довжина шляху від джерела S_1 до точки М на екрані.
  • (S_2M) - Оптична довжина шляху від джерела S_2 до тієї ж точки на екрані.


Якщо a << D і x << D, то різниця оптичної довжини шляху в середовищі, з показником заломлення n, приймає спрощене вираз:

\ Delta = \ frac {nax} {D}

В повітрі (при звичайних умовах) n \ approx 1 . Вираз \ Delta приймає вид:

\ Delta \ approx \ frac {ax} {D}


Освітленість - Е в точці М пов'язана з різницею оптичної довжини шляхів наступним співвідношенням:

E = 2E_0 \ left [1 + cos \ left (\ frac {2 \ pi \ delta (M)} {\ lambda} \ right) \ right]
Освітленість екрана

де:

  • E_0 освітленість, створена першою або другою прорізом;
  • \ Lambda - довжина хвилі світла, випромінюваного джерелами S_1 і S_2 .


Освітленість періодично змінюється від нуля до 4E_0 , Що свідчить про інтерференції світла.

Яскраві смуги на екрані з'являються, коли \ Delta = p \ lambda \, , Де p \ in \ mathbb {N}.

Темні смуги на екрані з'являються, коли \ Delta = \ frac {2p +1} {2} \ lambda.


3. Умови для інтерференцій

3.1. Когерентність джерела світла

3.2. Вплив ширини прорізів

Інтерференції з'являються на екрані, коли ширина прорізів близька до довжини хвилі випромінюваного монохроматичного світла. Коли ширина прорізів збільшується, освітленість екрана зменшується і інтерференції зникають.


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Модуль Юнга
План Юнга
Досвід
Досвід
Досвід взаємодії
Досвід Фізо
Досвід Майкельсона
Релігійний досвід
Психоделічний досвід
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru