Εισαγωγή

Παρατηρώντας την αλληλεπίδραση των ατόμων με διάφορες μορφές ακτινοβολούμενης ή μεταδιδόμενης ενέργειας, όπως η ενέργεια που σχετίζεται με το ορατό φως που ανιχνεύουμε με τα μάτια μας, η υπέρυθρη ακτινοβολία που αισθανόμαστε ως θερμότητα, το υπεριώδες φως που προκαλεί ηλιακό έγκαυμα και οι ακτίνες Χ που παράγουν εικόνες των δοντιών ή των οστών μας, οι επιστήμονες ανακάλυψαν πολλά από αυτά που γνωρίζουμε για τη δομή του ατόμου. Θα πρέπει να είστε εξοικειωμένοι με όλους αυτούς τους τύπους ενέργειας ακτινοβολίας. Ξεκινάμε την εξήγησή μας για το πώς δημιουργήθηκε το τρέχον ατομικό μας μοντέλο περιγράφοντας τις ιδιότητες των κυμάτων και τη σωματιδιακή φύση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας .

Φως σαν κύμα

Το φως είναι ένα εγκάρσιο ηλεκτρομαγνητικό κύμα που μπορεί να δει ο μέσος άνθρωπος. Πειράματα περί περίθλασης και παρεμβολής ήταν τα πρώτα που απέδειξαν τον κυματικό χαρακτήρα του φωτός. Το φως, όπως και άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, μπορεί να διασχίσει ένα κενό. Η πόλωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να τονίσει τον εγκάρσιο χαρακτήρα του φωτός.

Το φως, σύμφωνα με τον Christian Huygens, ταξιδεύει σε κύματα. Ο Χάιγκενς ήταν σύγχρονος του Ισαάκ Νεύτωνα. Ωστόσο, ο Ισαάκ Νεύτων πίστευε ότι το φως αποτελείται από σωματίδια πολύ μικρά για να ανιχνευθούν μεμονωμένα. Ο Thomas Young, ένας Άγγλος φυσικός, πειραματίστηκε το 1801 και απέδειξε ότι το φως δρα σαν κύμα. Χρησιμοποίησε δύο λεπτές, παράλληλες σχισμές για να περάσει μια δέσμη φωτός.

Σε μια λευκή οθόνη, εναλλασσόμενες φωτεινές και σκοτεινές ζώνες αναδύθηκαν σε απόσταση από τη σχισμή. Όπως πρότεινε ο Νεύτωνας, εάν το φως σχηματιζόταν από σωματίδια, μόνο δύο φωτεινές ζώνες φωτός θα προβάλλονταν στη λευκή επιφάνεια, συλλογίστηκε ο Young. Οι φωτεινές και οι σκοτεινές ζώνες έδειχναν πώς οι σχισμές προκαλούσαν τα φωτεινά κύματα να παρεμβαίνουν μεταξύ τους. Περιστασιακά, αυτή η παρεμβολή είναι ευεργετική, καθώς τα κύματα φωτός συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα λαμπρό έμπλαστρο. Οι παρεμβολές μπορεί να είναι επιβλαβείς, προκαλώντας τα φωτεινά κύματα να αλληλοεξουδετερώνονται, με αποτέλεσμα σκοτεινά σημεία στην οθόνη.

Το μήκος κύματος ενός κύματος είναι η απόσταση μεταξύ των διαδοχικών κορυφών ή κοιλοτήτων του. Η συχνότητα ενός κύματος είναι ο ρυθμός ταλάντωσής του, ο οποίος μετράται σε 1/s. Το μήκος κύματος και η συχνότητα κάθε κύματος σχετίζονται με την εξίσωση =c/f, όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός και f είναι η συχνότητα και το μήκος κύματος του κύματος.

Το μήκος κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας καθορίζει το χρώμα. Τα μήκη κύματος όλου του ορατού φωτός είναι μεταξύ 400 και 700 nm. Οι άνθρωποι δεν μπορούν να δουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μικρότερα ή μεγαλύτερα μήκη κύματος, ωστόσο υπάρχει και μπορεί να ανιχνευθεί. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τα μήκη κύματος και τους τύπους ακτινοβολίας στα οποία αντιστοιχούν:

1. μερικά cm έως μερικά km =Ραδιοκύματα
2. 1 mm έως 10 cm=Φούρνοι μικροκυμάτων
3. 700 nm έως 1 mm=Υπέρυθρη ακτινοβολία
4. 400 nm έως 700 nm=Ορατό φως
5. 10 nm έως 400 nm=Υπεριώδης ακτινοβολία
6. .01 nm έως 10 nm=Ακτίνες Χ
7. μικρότερο από 0,01 nm=Ακτίνες γάμμα

Αντανάκλαση κυμάτων φωτός

Η αντανάκλαση ή η αναπήδηση της απόφραξης είναι γνωστό ότι συμβαίνει σε όλα τα κύματα. Τα κύματα φωτός μπορούν επίσης να ανακληθούν, γνωστά στους περισσότερους ανθρώπους. Η ανάπτυξη μιας εικόνας προκαλείται από την ανάκλαση των κυμάτων φωτός από μια κατοπτρισμένη επιφάνεια. Μια ιδιότητα της ανάκλασης του κύματος είναι ότι η γωνία στην οποία ένα κύμα φτάνει σε μια επίπεδη ανακλαστική επιφάνεια είναι ίση με τη γωνία στην οποία το κύμα εξέρχεται από την επιφάνεια. Τόσο τα κύματα του νερού όσο και τα ηχητικά κύματα μοιράζονται αυτό το χαρακτηριστικό. Τα φωτεινά κύματα μπορούν επίσης να είναι ορατά. Όπως κάθε άλλο κύμα, το φως ακολουθεί τον κανόνα της ανάκλασης όταν αναπηδά από αντικείμενα.

Διάθλαση Φωτεινών Κυμάτων

Λέγεται ότι τα κύματα διαθλώνται καθώς περνούν από ένα μέσο σε ένα άλλο. Όταν ένα μέτωπο κύματος διασχίζει το όριο μεταξύ δύο μέσων, η κατεύθυνση της διαδρομής αλλάζει απότομα. το μονοπάτι είναι «λυγισμένο». Τόσο οι εννοιολογικές όσο και οι μαθηματικές προσεγγίσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να εξηγήσουν τη συμπεριφορά διάθλασης κύματος. Πρώτον, η κατεύθυνση "κάμψης" καθορίζεται από τις σχετικές ταχύτητες των δύο μέσων.

Οι ταχύτητες κύματος στα δύο μέσα και οι γωνίες στις οποίες το κύμα προσεγγίζει και απομακρύνεται από το όριο χρησιμοποιούνται σε αυτές τις εξισώσεις. Όπως κάθε άλλο κύμα, το φως διαθλάται όταν ταξιδεύει από το ένα μέσο στο άλλο. Στην πραγματικότητα, μια μελέτη της διάθλασης φωτός αποκαλύπτει ότι η διαθλαστική συμπεριφορά του διέπεται από τους ίδιους εννοιολογικούς και μαθηματικούς κανόνες που ρυθμίζουν τη διαθλαστική συμπεριφορά άλλων κυμάτων όπως το νερό και ο ήχος.

Θεωρία Φωτεινών Κυμάτων

Στις περισσότερες περιπτώσεις, το φως ταξινομείται ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα επειδή δρα σαν κύμα και αποτελείται από ηλεκτρικές και μαγνητικές δυνάμεις. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία ταλαντώνονται κάθετα στη διάδοση των κυμάτων και είναι επίσης κάθετα μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα, αναφέρονται ως εγκάρσια κύματα. Ακολουθούν ορισμένες σημαντικές πτυχές του φωτός:

• Το φως έχει σταθερή ταχύτητα, πράγμα που σημαίνει ότι δεν θα αλλάξει ποτέ από μόνο του.
• Σε ένα δευτερόλεπτο, μια δέσμη φωτός μπορεί να ταξιδέψει γύρω από τη Γη 7,5 φορές.
• Τα κύματα φωτός, όπως σχεδόν όλα τα άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, κινούνται με ταχύτητα 3,0 x 108 m/s.
• Η απόσταση που διανύουν τα φωτεινά κύματα σε ένα έτος μετριέται σε έτη φωτός.
• Πρέπει να λάβουμε υπόψη μια ημιτονοειδή κυματομορφή όταν ασχολούμαστε με κύματα φωτός.
• Η φωτεινότητα, ή η ένταση του φωτός, εκφράζεται με πλάτος και εξαρτάται από την απόσταση και την ποσότητα του φωτός που παράγεται από την πηγή.
• Οι αυλοί είναι μονάδες μέτρησης για την ποσότητα φωτός που εκπέμπεται από μια πηγή.
• Τα κύματα φωτός έχουν μικρότερο μήκος κύματος από τα υπέρυθρα κύματα.

Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία

Η κυκλική ταλάντωση των υλικών στα κύματα του νερού μεταδίδει ενέργεια μέσω του χώρου (το νερό). Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, από την άλλη πλευρά, είναι ενέργεια που μεταφέρεται ή ακτινοβολείται μέσω του χώρου με τη μορφή περιοδικών ταλαντώσεων ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε ορισμένες μορφές. Όλα τα είδη σωματιδιακής φύσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας , συμπεριλαμβανομένων των μικροκυμάτων, του ορατού φωτός και των ακτίνων γάμμα, ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός (c) στο κενό, το οποίο αποδεικνύεται ότι είναι μια θεμελιώδης φυσική σταθερά.

Συμπέρασμα

Η μελέτη της ηλεκτρικής δομής των ατόμων απαιτεί γνώση της κυματικής και σωματιδιακής φύσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ιδιότητες. Ένα κύμα είναι μια περιοδική ταλάντωση που μεταδίδει ενέργεια και ταξιδεύει στο διάστημα. Όλα τα κύματα είναι περιοδικά, δηλαδή επαναλαμβάνονται στον χώρο και στο χρόνο. Το μήκος κύματος, η απόσταση μεταξύ των αντίστοιχων σημείων δύο διαδοχικών κυμάτων. συχνότητα (u), ο αριθμός των κυμάτων που περνούν ένα σταθερό σημείο ανά μονάδα χρόνου· ταχύτητα (v), ο ρυθμός με τον οποίο το κύμα διαδίδεται στο διάστημα. και το πλάτος, το μέγεθος της ταλάντωσης γύρω από τη μέση θέση, είναι όλες αλληλένδετες ιδιότητες των κυμάτων. Το γινόμενο του μήκους κύματος και της συχνότητας ενός κύματος καθορίζει την ταχύτητά του.