ΗΦΥΣΗΤΟΥΦΩΤΟΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΒΑΣΙΣΜΕΝΗ ΣΤΗΝ ΥΛΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΚΔΟΣΗ 1 ΣΥΓΓΡΑΦΗ : Χ. ΦΑΝΙΔΗΣ

Transcript

1 ΗΦΥΣΗΤΟΥΦΩΤΟΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΒΑΣΙΣΜΕΝΗ ΣΤΗΝ ΥΛΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΚΔΟΣΗ 1 ΣΥΓΓΡΑΦΗ : Χ. ΦΑΝΙΔΗΣ -CDFAN@SCH.GR ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 1

2 ΘΕΩΡΙΕΣ ΤΩΝ ΑΡΧΑΙΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΓΙΑ ΤΟ ΦΩΣ «Γιατί επέτρεψαν (οι θεοί) στην ανόθευτη φωτιά που βρίσκεται μέσα μας, και είναι αδελφή της άλλης, να ρέει δια μέσου των ματιών, λεία και πυκνή.. Όταν λοιπόν υπάρχει ολόγυρα φως της ημέρας, τότε το ρεύμα της όρασής μας βγαίνει από τα μάτια και, καθώς το όμοιο έλκεται από το όμοιο, συνενώνεται με το έξω φως.» Πλάτωνας Τίμαιος ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 2

3 ΘΕΩΡΙΕΣ ΤΩΝ ΑΡΧΑΙΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΓΙΑ ΤΟ ΦΩΣ Ο Εμπεδοκλής θεωρούσε ότι το φώς ταξιδεύει και μάλιστα με μεγάλη ταχύτητα. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 3

4 ΘΕΩΡΙΕΣ ΤΩΝ ΑΡΧΑΙΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΓΙΑ ΤΟ ΦΩΣ «Εάν όμως ο οφθαλμός ήτο πυρ, καθώς λέγει ο Εμπεδοκλής και εγράφη εν τω Τιμαίω, και εάν εγίνετο η όρασις, διότι το φως εξέρχεται εκ του οφθαλμού ως έκ τινός φανού, διατί η όρασις δεν βλέπει και εις το σκότος; Το να λέγη τις, ως ο Τίμαιος, ότι το φως σβύννεται εις το σκότος, αφού εξέλθη εκ του όμματος, είναι παντελής κενολογία. Διότι τί σημαίνει απόσβεσις φωτός; Το θερμόν και το ξηρόν αληθώς μηδενίζονται διά του ψυχρού και του υγρού, καθώς φαίνεται εις το πυρ τωνανημμένωνανθράκωνκαιειςτηνφλόγα. Αλλά ούτε το έν, ούτε το άλλο εκ των στοιχείων τούτων φαίνεται ότι υπάρχει εις το φως. Εάν δε υπάρχη μεν, αλλά ένεκα της σμικρότητός του διαφεύγη την αντίληψιν μας, έπρεπε κατά την ημέραν, όταν βρέχη, να σβύννεται το φως, κατά τους παγετούς δε να γίνηται περισσότερον σκότος.» Αριστοτέλης «Μικρά Φυσικά Περί αισθήσεως και αισθητών». ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 4

5 ΤΟ ΦΩΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΥ ΒΟΗΘΗΣΑΝ ΣΤΗΝ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΦΥΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΠΕΡΙΘΛΑΣΗ ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΑΥΤΩΝ: ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 5

6 ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 6

7 ΑΝΑΚΛΑΣΗ Κατοπτρική και διάχυτη ανάκλαση ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 7

8 ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 8

9 ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 9

10 ΔΙΑΘΛΑΣΗ (ΑΝΤΙΚΑΤΟΠΤΡΙΣΜΟΣ) ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 10

11 ΠΕΡΙΘΛΑΣΗ Περίθλαση από την κόψη ξυραφιού Περίθλαση από μία πολύ μικρή σχισμή ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 11

12 ΠΕΡΙΘΛΑΣΗ Περίθλαση από μία πολύ μικρή οπή (δίσκος Airy). Διάταξη περίθλασης με λέϊζερ. ΟδίσκοςAiry μειώνει την διακριτική ικανότητα στις ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές. Αν η ακτίνα του (πρώτος μαύρος κύκλος) είναι μεγαλύτερη από 2 pixel έχουμε ορατό αποτέλεσμα. /diffraction-photography.htm ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 12

13 ΠΕΡΙΘΛΑΣΗ (ΣΤΟΥΣ ΝΕΩΤΕΡΟΥΣ ΧΡΟΝΟΥΣ) Περίθλαση μετά την αλλ/ση ακτίνων Χ με κρύσταλλικό υλικό Περίθλαση μετά την αλλ/ση δέσμης ηλεκτρονίων με κρύσταλλικό υλικό ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 13

14 ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΟΡΙΣΜΟΙ ΓΩΝΙΩΝ: ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 14

15 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ Ισαάκ Νιούτον "Are all the rays of light very small bodies emitted from shining substances? " Isaac Newton, Opticks ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 15

16 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ Τον Φεβρουάριο του 1672 ο Newton δημοσιεύει άρθρο του στην Βασιλική Εταιρεία με μελέτες στην ανάκλαση και διάθλαση και την απόδειξη ότι το λευκό φως αποτελείται από διαφορετικά χρώματα διαφορετικής διαθλασιμότητας. Το 1673 δημοσιεύει ένα δεύτερο άρθρο που περιέχει μια σωματιδιακή θεωρία του φωτός και την υπόθεση ότι υπάρχει ένα υλικό που λέγεται αιθέρας ο οποίος διαποτίζει τα πάντα. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 16

17 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ Η σωματιδιακή θεωρία εξηγούσε την ανάκλαση και προέβλεπε σωστά ότι η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με την γωνία ανάκλασης. Η σωματιδιακή θεωρία εξηγούσε την διάθλαση αλλά απαιτούσε η ταχύτητα του φωτός να είναι μεγαλύτερη στο νερό από τον αέρα. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 17

18 ΣΕΛΙΔΕΣ ΑΠΟ ΤΟ OPTICKS Πειράματα του Νεύτωνα με διατάξεις πρισμάτων. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 18

19 ΣΕΛΙΔΕΣ ΑΠΟ ΤΟ OPTICKS "The Phaenomena of Colours in refracted or reflected Light are not caused by new modifications of the Light variously impressed, according to the various terminations of the Light and Shadow." ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 19

20 ΣΕΛΙΔΕΣ ΑΠΟ ΤΟ OPTICKS Μελέτη του τρόπου δημιουργίας του ουράνιου τόξου. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 20

21 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ Κρίστιαν Χόιχενς Ολλανδός εφευρέτης, αστρονόμος, μαθηματικός και φυσικός. Μελέτησε (μεταξύ άλλων) τους δακτύλιους του Κρόνου, δημοσίευσε βιβλίο στην θεωρία των πιθανοτήτων, πήρε άδεια ευρεσιτεχνίας για ρολόι τσέπης. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 21

22 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ Το 1678 ανέπτυξε την θεωρία του για το φως και την παρουσίασε στην Γαλλική Ακαδημία Επιστημών. Την δημοσίευσε το 1690 στο Traité de la lumière. Βάσει αυτής το φως διαδίδεται από την πηγή προς τον παρατηρητή μέσω «της κίνησης της ύλης που υπάρχει ανάμεσα σε εμάς και στο φωτοβολούν σώμα». (Ουσιαστικά παραδέχεται την ύπαρξη του αιθέρα). Γιαναερμηνεύσειτηνευθύγραμμηδιάδοσητου φωτός και τα άλλα οπτικά φαινόμενα εισήγαγε την αρχή του Huygens για την διάδοση του φωτός. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 22

23 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ Αρχή του Huygens. Υποθέτει ότι μία πηγή φωτός εκπέμπει κύματα. Κάθε σημείο του μετώπου του κύματος αποτελεί δευτερογενή πηγή σφαιρικών κυμάτων. Καθώς αυτά διαδίδονται η εφαπτομένη σε αυτά δημιουργεί το νέο μέτωπο του κύματος. Με την χρήση της αρχής αυτής ήταν δυνατή η ερμηνεία της ανάκλασης, της διάθλασης αλλά και της περίθλασης του φωτός. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 23

24 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ Ερμηνεία ανάκλασης με την αρχή του Huygens. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 24

25 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ Ερμηνεία διάθλασης με την αρχή του Huygens. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 25

26 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ Νιούτον εναντίον Χόιχενς Λόγω του κύρους του Newton η σωματιδιακή θεωρία επεκράτησε της κυματικής του Huygens μέχρι τις αρχές του Τότε εμφανίστηκαν τα πειράματα περίθλασης του Thomas Young και o Fizeau (1849) βρήκε πειραματικά την ταχύτητα του φωτός στο νερό μικρότερη από τον αέρα. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 26

27 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ Γιατρός και φυσικός. Τα πειράματά του για την περίθλαση του φωτός από δύο σχισμές έδωσαν τις πρώτες αποδείξεις για την κυματική φύση του φωτός. Τόμας Γιάνγκ Σύγχρονος του είναι ο Augustin Fresnel ( ) οοποίος έκανε πολλά πειράματα για την συμβολή και την πόλωση του φωτός ερμηνεύοντάς τα με την κυματική θεωρία. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 27

28 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ Περίθλαση ηλιακού φωτός από δύο σχισμές. Κυματικό και σωματιδιακό μοντέλο. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 28

29 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ Περίθλαση από 2 και από 5 σχισμές. Ερμηνεία της περίθλασης με την κυματική φύση του φωτός. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 29

30 ΠΕΡΙΘΛΑΣΗ ΚΑΝΤΟ ΜΟΝΟΣ ΣΟΥ! Περίθλαση φωτός λέιζερ από δύο σχισμές. Περίθλαση φωτός λέιζερ από δύο οπές. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 30

31 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΤΗΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ Τζεϊμς Κλέρκ Μάξγουελ Σκωτσέζος φυσικός. Είναι γνωστός για την εισαγωγή των βασικών αρχών της κινητικής θεωρίας των αερίων (και για τον υπολογισμό της κατανομής των ταχυτήτων των μορίων των αερίων) και για την ηλεκτρομαγνητική του θεωρία. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 31

32 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΤΗΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΟΜάξγουελ κρατώντας τον τροχό των χρωμάτων που εφηύρε Ο Maxwell μελετά τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά φαινόμενα προσπαθώντας να τα εξηγήσει «υποθέτοντας ότι παράγονται από δράσεις που διαδίδονται στο περιβάλλον μέσο όπως και στα διεγερμένα σώματα και πασχίζοντας να εξηγήσω την δράση μεταξύ απομακρυσμένων σωμάτων χωρίς να υποθέσω την ύπαρξη δυνάμεων ικανώνναδράσουνάμεσασε λογικές αποστάσεις». ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 32

33 ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΤΗΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΤΟΥ MAXWELL Το 1861 δημοσιεύει το On Physical Lines of Force. Σε αυτό εμφανίζονται 4 εξισώσεις. Και οι 4 ήταν γνωστές όμως ο Maxwell τις υπολόγισε ξανά και εισήγαγε μία τροποποίηση στο νόμο του Ampere. Οι εξισώσεις αυτές περιγράφουν: Α) Πως τα ηλεκτρικά φορτία παράγουν ηλεκτρικά πεδία (νόμος του Gauss). Β) Γιατί δεν υπάρχουν μαγνητικά μονόπολα. Γ) Πως τα ηλεκτρικά ρεύματα και τα μεταβαλλόμενα ηλεκτρικά πεδία παράγουν μαγνητικά πεδία (νόμος Ampere). Δ) Πως μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία παράγουν ηλεκτρικά πεδία (νόμος επαγωγής Faraday). ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 33

34 ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΤΗΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΤΟΥ MAXWELL Στην μελέτη που αναφέραμε υπολογίζει μέσω των εξισώσεών του την ταχύτητα του ηλεκτρομαγνητικού κύματος και την βρίσκει ίση με την ταχύτητα του φωτός. Έτσι συμπεραίνει ότι και το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Οι εξισώσεις του Maxwell σε σύγχρονη γραφή (με διαφορικό λογισμό) ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 34

35 ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΤΟΥ MAXWELL Υπολογισμός «τουρυθμούδιάδοσηςv των εγκαρσίων ταλαντώσεων» από τον Maxwell. Το Ε είχε υπολογιστεί και από τους Kohlrausch και Weber. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 35

36 ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΚΥΜΑ Εγκάρσιο ηλεκτρομαγνητικό κύμα Για την ταχύτητα διάδοσης c ισχύει c = λ.f όπου λ το μήκος κύματος του Η/Μ κύματος και f η συχνότητα του. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 36

37 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΠΟΔΕΙΞΗ ΤΗΣ ΥΠΑΡΞΗΣ ΤΩΝ Η/Μ ΚΥΜΑΤΩΝ Heinrich Rudolf Hertz Αναπαράσταση της διάταξης που χρησιμοποίησε ο Hertz το 1888 και απέδειξε την ύπαρξη των Η/Μκυμάτων ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 37

38 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΠΟΔΕΙΞΗ ΤΗΣ ΥΠΑΡΞΗΣ ΤΩΝ Η/Μ ΚΥΜΑΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 38

39 ΕΝΑ «ΜΑΥΡΟ» ΣΩΜΑ ΠΟΥ ΑΛΛΑΞΕ ΤΗΝ ΡΟΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΕΛΑΝ (ΜΑΥΡΟ) ΣΩΜΑ (π.χ. ΗΟΠΗΕΝΟΣ ΚΛΙΒΑΝΟΥ) Όσο ένα σώμα θερμαίνεται τόσο εκπέμπει φως σε μεγαλύτερες συχνότητες ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 39

40 ΕΝΑ «ΜΑΥΡΟ» ΣΩΜΑ ΠΟΥ ΑΛΛΑΞΕ ΤΗΝ ΡΟΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Χρησιμοποιώντας Θερμοδυναμική και κλασσική Η/Μαγνητική θεωρία οι Kirchoff, Rayleigh, Jeans, Wien είχαν ερμηνεύσει την συμπεριφορά του μέλανος σώματος ΕΚΤΟΣ ΑΠΟ ΤΗΝ.. Φασματική κατανομή ισχύος ανά μονάδα επιφανείας για την εκπεμπόμενη ακτινοβολία από μέλαν σώμα. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 40

41 ΕΝΑ «ΜΑΥΡΟ» ΣΩΜΑ ΠΟΥ ΑΛΛΑΞΕ ΤΗΝ ΡΟΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Πειραματική και θεωρητικά υπολογισμένη από τους Raleigh και Jeans(με κλασσική θεωρία) φασματική κατανομή ισχύος ανά μονάδα επιφανείας για την εκπεμπόμενη ακτινοβολία από μέλαν σώμα. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 41

42 Η «ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ» ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ Max Planck όπου h = 6, J.s η σταθερά Planck Στις 14/12 του 1900 παρουσίασε μια θεωρία που ερμήνευε την πειραματική κατανομή της ισχύος/επιφάνεια για το μ.σ. Χρησιμοποιώντας την έννοια της εντροπίας και θεωρώντας το κάθε μόριο του μ.σ. ως ταλαντωτή που μπορεί να πάρει διακριτές τιμές ενέργειας E = nhf n = 1, 2, 3 Υπολόγισε την ορθή κατανομή ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 42

43 Η «ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ» ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ Η κβαντισμένη ενέργεια των ταλαντωτών μορίων του μ.σ. έχει σαν αποτέλεσμα η ύλη να εκπέμπει και να απορροφά το φως σε διακριτές τιμές ενεργείας που ο Planck τις ονόμασε κβάντα φωτός (quantum : ποσότητα). Αρχικά ο Planck (και οι υπόλοιποι φυσικοί) δεν κατανόησαν την σημασία της ανακάλυψης. Ο Planck θεωρούσε την εισαγωγή της κβαντισμένης ενέργειας ως μαθηματικό τρύκ και ότι τα κβάντα εμφανίζονται μόνο κατά την διάρκεια της απορρόφησης και της εκπομπής. Τα κβάντα φωτός ονομάστηκαν το 1926 από τον Αμερικανό χημικό G. Lewis φωτόνια. Planck και Einstein ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 43

44 ΤΟ ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ Όταν φως πέφτει στην επιφάνεια μετάλλου εκπέμπονται ηλεκτρόνια. Η κλασσική θεωρία δεν μπορούσε να εξηγήσει γιατί η κινητική ενέργεια των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων ήταν ανεξάρτητη από την ένταση του φωτός, αλλά εξαρτάτο γραμμικά από την συχνότητα του προσπίπτοντος φωτός. Το 1905 Ο Einstein θεωρώντας ότι το φώς αποτελείται από κβάντα ενέργειας Ε = h.f κατάφερε να ερμηνεύσει το φωτοηλεκτρικό Συσκευή μελέτης φαινόμενο. φωτοηλεκτρικού φαινομένου. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 44

45 ΤΟ ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ Ο Millikan το 1916 επιβεβαίωσε πειραματικά την θεωρία του Einstein και υπολόγισε την σταθερά του Planck. Einstein, Planck, Millikan και von Laue. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 45

46 ΘΕΩΡΙΕΣ ΓΙΑ ΤΟ ΦΩΤΟΝΙΟ 1) Σωματίδιο ενέργειας E=h.f, ορμής hf/c, και σπίν h/2π.δεν μπορεί να ερμηνεύσει την διάθλαση και την περίθλαση από δύο σχισμές. 2) Μαθηματικές ανωμαλίες σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (Einstein, Grommer 1927) 3) Κυματόδεμα (wavepacket). Για να είναι συμπαγές όσο ένα σωματίδιο πρέπει να περιέχει άπειρα μήκη κύματος. Δεν είναι σταθερό αλλά διασπάται αμέσως. 4) Κβαντική ηλεκτροδυναμική θεώρηση. ( ΚΗΔ - θεωρία αλληλεπιδράσεων στην οποία το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης δεν είναι μονοσήμαντο αλλά εξαρτάται από το τι μετράμε.) Σε αυτή το φωτόνιο είναι το σωματίδιο αλληλεπίδρασης και δεν μπορεί να πάρει συγκεκριμένη μορφή. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 46

47 ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΛΟΙΠΟΝ ΤΟ ΦΩΤΟΝΙΟ; «Όλα αυτά τα 50 χρόνια συνειδητής σκέψης δεν με έφεραν πιο κοντά στην απάντηση της ερώτησης «Τι είναι τα κβάντα φωτός;». Φυσικά σήμερα κάθε κατεργαράκος πιστεύει ότι ξέρει την απάντηση αλλά κάνει λάθος». A. Einstein γράμμα στον Besso ΚΑΙ ΤΟ ΦΩΣ; ΚΥΜΑ Η ΦΩΤΟΝΙΟ; Σαν απομεινάρι της περιόδου δεχόμαστε σήμερα (για διδακτικούς λόγους) την διπλή υπόσταση του φωτός. Η φυσική πραγματικότητα σε μικροσκοπικό επίπεδο δεν μπορεί να γίνει αντιληπτή από τις αισθήσεις όπως η μακροσκοπική πραγματικότητα. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 47