Ασυνάρτητες πηγές

Το φως είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που μπορεί να ανιχνεύσει το ανθρώπινο μάτι. Στη δεκαετία του 1870, ο Maxwell εξήγησε ότι τα ηλεκτρικά πεδία σε συνδυασμό με μαγνητικά πεδία παράγουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Αυτά τα κύματα δεν απαιτούσαν κανένα μέσο για τη διάδοση. Το φως εμφανίζει συμπεριφορά σωματιδίων και κυμάτων. Το φως παρουσιάζει ένα φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ως απόδειξη της σωματιδιακής του φύσης. Το φως ως κύμα επιβεβαιώθηκε από το πείραμα διπλής σχισμής του Young.

Οι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες μπορούν να περιγραφούν από τους ακόλουθους τρεις παράγοντες:συχνότητα, μήκος κύματος και ενέργεια.

Ο αριθμός των φορών που μια κορυφή διέρχεται από ένα σημείο ανά δευτερόλεπτο ονομάζεται συχνότητα (s-1 ή Hz).

Η απόσταση μεταξύ 2 κορυφών είναι γνωστή ως μήκος κύματος (m).

Όσον αφορά την ενέργεια, χρησιμοποιείται μια μονάδα που ονομάζεται ηλεκτρον βολτ, eV. Ορίζεται ως η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να μετακινηθεί ένα ηλεκτρόνιο μέσω του δυναμικού 1 V.

Ιδιότητες φωτός

Το ορατό φως είναι ένα μικρό μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, το οποίο είναι βασικά όλες οι μορφές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Άλλα παραδείγματα ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών είναι οι υπεριώδεις ακτίνες, τα ραδιοκύματα, οι υπέρυθρες ακτινοβολίες, τα μικροκύματα κ.λπ. Αυτά τα κύματα δεν απαιτούν κανένα μέσο για να διαδοθούν. Αυτά αποτελούνται από αμοιβαία κάθετα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, τα οποία, με τη σειρά τους, είναι κάθετα προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Όλα κινούνται με την ίδια ταχύτητα στο κενό, c =3,00 x 108 m/s. Η σχέση μπορεί να χαρακτηριστεί από τη συχνότητα, v , και το μήκος κύματος, λ, από τη σχέση c =v λ.

Η ακόλουθη σχέση μπορεί να δώσει την ενέργεια των ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών:

E =hv =h(c/λ), όπου h είναι η σταθερά του Planck.

Με βάση τη συχνότητα ή την ενέργεια, μπορούμε να τακτοποιήσουμε τις επτά ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες με τη μορφή ενός φάσματος:

Ραδιοκύματα <μικροκύματα <υπέρυθρες ακτινοβολίες <ορατό φως <υπεριώδεις ακτινοβολίες <ακτίνες Χ <ακτίνες γ.

Όσον αφορά τη συχνότητα και την ενέργεια, τα ραδιοκύματα έχουν ελάχιστη ενέργεια και συχνότητα, ενώ οι ακτίνες γ έχουν την υψηλότερη ενέργεια και συχνότητα.

Όσον αφορά το μήκος κύματος, τα ραδιοκύματα έχουν τα μεγαλύτερα μήκη κύματος, ενώ οι ακτίνες γ έχουν τα μικρότερα μήκη κύματος. Έτσι, το φάσμα θα είναι ως εξής:

Ραδιοκύματα> μικροκύματα> υπέρυθρες ακτινοβολίες> ορατό φως> υπεριώδεις ακτινοβολίες> ακτίνες Χ> ακτίνες γ.

Φασματοσκοπία

Η φασματοσκοπία αναφέρεται σε πολλές τεχνικές που χρησιμοποιούν ακτινοβολία για τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τη δομή και τις ιδιότητες της ύλης. Η βασική αρχή κάθε τεχνικής φασματοσκοπίας είναι να εκπέμπει μια δέσμη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε ένα δείγμα και να παρατηρεί την απόκρισή του σε αυτό το ερέθισμα. Η απόκριση στη συνέχεια καταγράφεται ως συνάρτηση του μήκους κύματος της ακτινοβολίας. Ένα τέτοιο διάγραμμα αναφέρεται ως φάσμα.

Το φως αποτελείται από διαφορετικά μήκη κύματος και συχνότητες. Κάθε στοιχείο στον περιοδικό πίνακα έχει ένα μοναδικό φάσμα φωτός ανάλογα με τη συχνότητα του φωτός που εκπέμπει ή απορροφά.

Έτσι, μπορούμε να ταξινομήσουμε γενικά τα φάσματα σε δύο τύπους:φάσματα εκπομπής και φάσματα απορρόφησης.

1. Φάσματα εκπομπής:Κατά τη διέγερση, δηλαδή κατά τη θέρμανση, τη διέλευση ηλεκτρικής εκκένωσης κ.λπ., ορισμένες ουσίες εκπέμπουν φως. Δίνει φωτεινές (έγχρωμες) γραμμές σε σκούρο φόντο. Μπορεί να είναι συνεχές (όταν το φως που εκπέμπεται από την πηγή είναι λευκό) ή ίσως ασυνεχές (αν το φως που εκπέμπεται είναι έγχρωμο). Αναφέρεται επίσης ως φάσμα γραμμής. Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν φάσματα λευκού φωτός.
2. Φάσματα απορρόφησης:Όταν τα άτομα απορροφούν ενέργεια για να φτάσουν σε υψηλότερα ενεργειακά επίπεδα, παράγονται φάσματα απορρόφησης. Διακρίνονται σκούρες γραμμές στο φωτεινό φόντο. Αυτά είναι πάντα ασυνεχή. Στα παραδείγματα περιλαμβάνονται η φασματοσκοπία UV — ορατής απορρόφησης και η φασματοσκοπία NMR.

Πηγές φώτων

Είδαμε ότι για κάθε τύπο φασματοσκοπίας, πρέπει να εκπέμπουμε μια δέσμη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο δείγμα. Για αυτό, χρειαζόμαστε κάποια πηγή φωτός. Οι πηγές φωτός μπορεί να είναι φυσικές, όπως ο ήλιος και τα αστέρια. Μπορούν επίσης να είναι τεχνητές, σαν λάμπα.

Βασικά, κατηγοριοποιούμε τις πηγές φωτός σε δύο μέρη:Συνεκτικές πηγές και ασυνάρτητες πηγές. Αυτή η ταξινόμηση γίνεται με βάση τις διαφορές φάσης και τις συχνότητες των δύο κυμάτων.

Συνεκτικές πηγές φωτός

Ονομάζουμε δύο πηγές συνεκτικές αν παράγουν δύο κύματα με την ίδια συχνότητα, κυματομορφή και σταθερή διαφορά φάσης. Αυτά τα κύματα μπορούν να παρεμβαίνουν εποικοδομητικά για να δώσουν φωτεινά κρόσσια. Στα παραδείγματα περιλαμβάνονται φώτα λέιζερ.

Ασυνάρτητες πηγές φωτός

Αυτές είναι ακριβώς αντίθετες με τις συνεκτικές πηγές. Δύο πηγές ονομάζουμε ασυνάρτητες πηγές αν παράγουν 2 κύματα που δεν είναι σε φάση και έχουν διαφορετικές συχνότητες και κυματομορφές. Παραδείγματα ασυνάρτητων πηγών είναι οι λαμπτήρες νήματος βολφραμίου, οι λαμπτήρες νατρίου κ.λπ. Μπορούμε λοιπόν να πούμε ότι η έννοια της ασυνάρτητης πηγής είναι μια πηγή που παράγει κύματα που είναι εκτός φάσης μεταξύ τους. Επομένως, αυτά τα κύματα δεν μπορούν να παρεμβαίνουν εποικοδομητικά.

Συμπέρασμα

Το φως είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Έχει διπλή φύση, πράγμα που σημαίνει ότι συμπεριφέρεται και ως σωματίδιο και ως κύμα. Ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες είναι αυτές που δεν χρειάζονται κανένα μέσο για να διαδοθούν και αποτελούνται από αμοιβαία κάθετα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, τα οποία είναι κάθετα στην κατεύθυνση διάδοσης των κυμάτων. Το ορατό φως είναι επίσης μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Αυτές οι ακτίνες έχουν πολλές χρήσεις. Μια τέτοια χρήση είναι στις τεχνικές φασματοσκοπίας. Η βασική αρχή της φασματοσκοπίας βασίζεται στην ακτινοβολία μιας δέσμης φωτός στο δείγμα για να λάβει μια απόκριση. Αυτή η απόκριση καταγράφεται ως συνάρτηση του μήκους κύματος. Η φασματοσκοπία μπορεί να ταξινομηθεί ως φασματοσκοπία απορρόφησης ή εκπομπής. Όταν εκπέμπεται φως κατά τη διέγερση, παράγονται φάσματα εκπομπής. Δείχνουν φωτεινές γραμμές σε σκούρο φόντο. Ένα φάσμα απορρόφησης παράγεται όταν το φως απορροφάται για να φτάσει σε υψηλότερο επίπεδο. Εμφανίζουν σκούρες γραμμές σε φωτεινό φόντο.

Οι πηγές των φώτων που χρησιμοποιούνται μπορεί να είναι συνεκτικές πηγές ή ασυνάρτητες πηγές. Οι συνεκτικές πηγές παράγουν κύματα της ίδιας συχνότητας και έχουν σταθερές διαφορές φάσης. Από την άλλη πλευρά, τα κύματα εκτός φάσης και με διαφορετικές συχνότητες παράγονται από ασυνάρτητες πηγές. Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν φώτα λέιζερ και λαμπτήρες νατρίου, αντίστοιχα.