Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Концентрируя солнечные лучи с помощью большого зеркала 1 (рис. 152) на поверхности какого-нибудь прием- 179 ника 2, можно обеспечить его нагревание до высокой температуры. !1ействие света может обнаруживаться и в некоторых э л е к т р н ч е с к н х я в л е н и я х. Как уже упоминалось в томе [[, 9 9, освещение металлической поверхности может Рис. 152. Схема устройства тепловой солнечной машины: ! — зеркало, 2 — приемник вызвать вырывание из нее электронов (фотпоэффекпт). С помощью определенных устройств можно без труда наблюдать электрический ток, возникающий под действием света. На рис.
153 представлена схема одного из таких устройств, называемого фотоэлементпои. Если бы можно было покрыть крышу небольшого дома веществом, используемым в таком фотоэлементе, то в ясный солнечный день удалось бы за счет световой энергии полуРис. 15З. Фотоэлемент с алек.
чать электрический ток мощтрической схемой: ! — фотозле- ноетыо НЕСКОЛько киЛоватт. мент, 2 — гальванометр Наконец, важно отметить, что набл1одается и непосредственное механическое действие света.Оно проявляется в д а в л е н и и с в е т а на поверхность тела, отражающего или поглощающего свет. Придавая этому телу вид легкого подвижного крылышка, удалось обнару- 1ЗО жить поворот этого крылышка под действием падающего на него света. Этот замечательный опыт был впервые произведен П, Н, Лебедевым в Москве (1900 г.).
Подсчет показывает, что в ясный день свет Солнца, падающий на зеркальную поверхность размером 1 и', действует на нее с силой всего лишь около 4 мкН, В настоящее время разработаны новые источники когерентного излучения очень высокой интенсивности — лазеры, с которыми при концентрации энергии на малую поверхность можно получить световое давление 10' атм (см.
~ 205). Таким образом, свет может производить весьма разнообразные действия; все онн свидетельствуют о наличии энергии в световом излучении, превращение которой и обнаруживается во всех описанных явлениях. Из перечисленных примеров видно, сколь разнообразны могут быть действия света. Однако роль света как непосредственного источника энергии сравнительно невелика: двигатели, основанные на нагревании под действием света, играют очень малую роль, а двигатели, построенные на основе фотоэффекта,— еще дело будущего, хотя опыты и показывают, что возможно изготовление фотоэлементов (с использованием полупроводников германия и кремния), способных превращать до 15'о падающей на них энергии света непосредственно в энергию электрического тока (солнечные батареи). Правда, вся энергия, которую мы используем на Земле, практически имеет своим первоисточником световую энергию или энергию излучения Солнца, но использование ее происходит путем сложных превращений через посредство топлива, накапливающегося под действием солнечного излучения в растениях и сжигаемого в тепловых машинах, а также через посредство водяных н ветряных двигателей и т.
д. В большинстве же применений света главную роль играет не количество приносимой им энергии, а его специальные особенности. Лля выяснения природы световых явлений надо обратиться к опыту. 6 66. Интерференция света. Цвета тонких пленок. Все, конечно, неоднократно любовались красивыми переливамн цветов на поверхности весенних луж. Многие, вероятно, замечали, что такие же цветные полосы обнаруживаются па реке вблизи судов, когда на воде появляются пятна нефти или масла. Во всех этих явлениях обращает на себя внимание прихотливое расположение цветных полос и особенно их и е р е л и в ы, т. е. смена цветов при повороте головы наблюдателя.
Явление сходно с игрой цветов на мыльных пузырях и, действительно, тождественно ему по своей физической природе. Его нетрудно воспроизвести в классе, пустив капельку керосина или скипидара на поверхность воды в кювете, освещенной проекционным фонарем. Разнообразие цветов в описанных картинах явно связано с тем обстоятельством, что мы производим наблюдение в б е л о м свете. Поставим на пути света какое-нибудь цветное стекло, и мы убедимся, что вместо цветных полос буду г наблюдаться полосы одного цвета, большей нлн меньпкй яркости, разделенные темными промежутками. Форма и расположение полос при этом не изменяютса. Так, например, если мы применим зеленое стекло, то полосы, имевшие при освещении белым светом зеленый тон, останутся практически неизменными, а красные полосы сделаются черными.
Явление станет еще более отчетливым, если в качестве одноцветного (монохроматического) света воспользоваться пламенем горелки, в которое введен кусочек асбеста, смоченный раствором поваренной соли. Такое пламя окрашивается в желтый цвет благодаря излучению паров натрия, входящего в состав соли; цвет этот весьма однороден. Наблюдаемая картина в этом свете будет состоять из ярко-желтых полос, постепенно переходящих в глубоко- черные. Таким образом, картина состоит из чередования светлых полос, посылающих много света в глаз наблюдателя (макснмумы), и темных полос, от которых к набгнодателю совсем не идет свет (минимумы). В описанных опытах мы имеем дело с явлениями, аналогичными тем, которые были описаны в Я 44, 45 и 46 и которые получили название и н т е р ф е р е н ц и и волн.
Там (см. 5 45) указывались условия, при которых наложение двух волн ведет к перераспределению энергии, т. е. кобразованию областей максимумов и минимумов энергии. В наших оптических опытах мы также обнаруживаем п е р ераспределение энергии, в результате которого вместо равномерной освещенности образуются темные области (минимумы) и области повышенной освещенности (макснмумы). тругими словами, в наших опгятах проявилась способность света к интерференции, т.
е, обнаружился в о л н о в о й характер световых явлений. То обстоятельство, что максимум для разных цветов приходится на различные места, показывает, что различным цветам соответствуют различные длины волн (см. З 45). Мы в дальнейшем подробнее познакомимся с интерференционными явлениями в оптике и используем нх для точного определения дли- ны световых волн; пока же ограничимся указанием, что дли- на эта меньше микрометра. а 67. Краткие сведения из истории оптики. Ответ на вопрос о природе световых волн был получен на основании длинного ряда наблюдений над особенностями световых явлений, При этом, как обычно бывает при развитии наших научных воззрений, представление о природе света менялось по мере того, как накапливались новые сведения и данные. Волновые представления о природе света развивались еще в ХтгП веке Х.
Г!ойгенсоы и поддерживались на протяжении Хтг)П века Л. Эйлером, М. В. Ломоносовым и В. Франклином, Однако в течение всего этого периода наиболее обоснованными оставались корпускулярные представления о свете, в соответствии с которыми свет уподоблялся потоку быстро летящих частнчек (И. Ньютон). Лишь в начале Х1Х века трудами О.
Френеля и Т. Юнга была надежно обоснована волновая природа света (см. гл. ХП1 и Х%). При этом волны этн уподоблялись упругим волнам, сходным до известной степени с волнами, обуслбвливающами акустические явления. Однако две важные особенности отличают световые волны от звуковых. Во-первых, свет распространяется через пространство, откуда удален воздух или другая среда, тогда как звук в вакууме распространяться не может (см.
5 33). Распространение света в вакууме можно наблюдать в электрических лампочках накаливания, из баллона которых откачан воздух а). Другим доказательством способности света распространяться в вакууме являются наблюдения света Солнца и звезд, отделенных от нас огромными пространствами, содержащихся в единице объема еще меньше вещества, чем самые совершенные вакуумные приборы. Па современным данным а межзнсздиом пространстве приходится н среднем около одного атома на ! см', тогда как и наиболее тщательно откачанных накуумных приборах заклгочено нс меосе!Оа атомон нли молекул и ! ем . Во-вторых, отличительной особенностью световых волн по сравнению с волнами звуковыми является огромная ско- *) В большинстве современных ламп накаливания баллон после тщательной о~качки вновь наполняется каким-либо химически нсактинным газом, например азотом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
