Вторник , 13 апреля 2021
Главная / Волос / Легкая химия на средние волосы: Страница не найдена – Фото Прически

Легкая химия на средние волосы: Страница не найдена – Фото Прически

Содержание

Химическая завивка крупными локонами на средние волосы

Какой бы утонченной ни была девушка, хрупкость в структуре волос для нее персона нон грата. А все потому, что копна кудрей не только выглядит благородно, невинно и романтично, но и транслирует миру о здоровье и красоте своей хозяйки. Что касается длины, то стрижка, завершающаяся в области плеч, — отличный вариант для прядей, не избалованных особым вниманием со стороны своей владелицы. Добавить женственности поможет химическая завивка крупными локонами на средние волосы, фото которой заявляет: искусственные мелкие кудряшки «а-ля барашек» канули в лету! Теперь благородные изгибы прядей трудно уличить в ненатуральности.
Те, кто решился на кудряшки, должны понимать: без подготовки и дополнительного ухода за волосами тут не обойтись. Любое вмешательство в природные особенности влечет последствия. О чем идет речь?

Как изменят прическу крупные локоны на средних волосах

Даже профессионально выполненная химическая завивка крупными локонами на средние волосы, — фото это ярко демонстрирует, — нуждается в повседневном уходе. Ведь блеск и гладкость локонов – следствие заботы, а не сопутствующий эффект от их формирования.

Крупные кудри – это не готовая прическа, а отличная база для создания повседневных образов. Чтобы быть готовой к перевоплощению, а в последствие и к поддержанию полученного в салоне эффекта, следует знать следующее:

1. Определиться с длиной прядей важно еще до химической завивки: крупные локоны скрадут порядка 2-6 см.
2. Габаритные завитки не терпят редких волос: форма-то держаться будет, да предательски просвечивающаяся лысина не даст насладиться полученным эффектом.
3. Мега объем после крупной химической завивки ждать не стоит: это прерогатива мелких кудряшек.
4. Быть яркой и останавливать взгляды прохожих на себе за счет насыщенного цвета локонов и сформированных в салоне кудрей не получится: либо то, либо другое! Химический состав существенно сказывается на созданном искусственно тоне.
5. Он же влияет и на то, как долго можно щеголять в новом образе: чем менее средство травматично для шевелюры, тем короче будет эффект.

6. На результат может сказаться и внутреннее состояние: психоэмоциональный, гормональный факторы и тут сыграют свою роль.
7. Сделать химическую завивку и забыть о волосах надолго не удастся: с их ростом понадобиться коррекция. В среднем, посещать парикмахера придется раз в полгода.
8. Если тип волос не жирный, то завивка может обернуться сухими, тусклыми и ломкими локонами. Это потребует дополнительной заботы в виде увлажняющих средств и процедур.
9. Химическая завивка крупными локонами на средние волосы выглядит очень естественно, но над этим эффектом все же придется потрудиться: специальные укладочные средства для завитков помогут избежать схожести с одуванчиком и придадут крупным кудрям гладкость и блеск.

Химическая завивка на средние волосы — фото до и после

Насколько ухоженно смотрится химическая завивка на средние волосы, фото до и после поможет оценить.

Эффект, достигнутый в стенах салона, возможно продлить и в домашних условиях: стимулировать питание головы будет перцовая настойка, а яично-репейная смесь восстановит сами пряди. Салонные процедуры, покупные маски, бальзамы, мягкие шампуни – вот то, что не даст шевелюре превратиться в подобие мочалки.

Как  осуществить завивку крупными локонами на средние волосы

Милую прическу, усыпанную крупными завитками, мастера создают, проходя следующие этапы.

Этап   1. Подготовить волосы, вымыв их специальным глубоко очищающим шампунем.
Этап   2. Разделить голову на зоны и накрутить еще влажные пряди на крупные бигуди.
Этап 3. Нанести состав на зафиксированные пряди, который полностью их пропитывает. Средство разрушает на молекулярном уровне связи между клетками волоса, из-за чего его чешуйки раскрываются. В таком состоянии формировать пряди можно как угодно. Насколько упругим будет локон, зависит от времени воздействия химии, но не более 24 минут.

Этап  4. Тщательно промыть зафиксированные волосы.
Этап 5. Нанести фиксатор по отдельности на каждую закрученную прядь. Выждать 5 минут. Проделать то же самое на уже распущенных волосах. На этом этапе чешуйки возвращаются на прежнее место, плотно смыкаясь. Правильное выполнение процедуры фиксации – залог стойкого эффекта локонов.
Этап  6. Хорошо промыть волосы для полного удаления средства.
Этап  7. При высушивании используется насадка диффузор. Мусс, пенка или что-либо еще на этом этапе не используются.

По завершении процедуры действие химической завивки продолжается еще 36 часов. Именно поэтому парикмахеры советуют в этот период голову не мыть.

Как по-разному получается завивка крупные локоны на средние волосы, фото поможет представить себе конечный результат. Причем эффект зависит как от выбранного химического состава, так и от способа закручивания прядей.

Способы создания завивки волос средней длины в формате крупных локонов

Локоны, слегка прикрывающие плечи, оставляют достаточно места для экспериментов. Такой длины хватит и на создание объема при помощи химии у корней, и на обычный способ с применением большего диаметра коклюшек, и на вертикальный. Применение разного диаметра бигуди придаст образу более естественный вид. Меньшее время воздействия химической завивки на волосы позволит создать легкую волну. А средняя длина даст возможность получившимся локонам сохранять заданную форму надолго.

Карвинг

Впрочем, на продолжительность существенно влияет и выбранное средство для химической завивки. Эффект долговременной укладки создает карвинг. Накрученные на специальные бигуди-карверы, — а для создания крупных завитков на их модели с большим диаметром, — они придадут прядям у корней объем или же пустят по всей длине легкую волну.

Габаритные локоны можно создать и с использованием бумерангов соответствующего размера. Заявлено, что воздействие такой завивки на сами пряди и кожу головы наносит минимальный вред. Полученная легкая волна усилит свой эффект от специализированных средств для укладки или же сойдет на нет при воздействии на нее утюжка.


Хотя карвинг имеет достаточно положительных сторон, многочисленные отзывы пестрят и таким же количеством жалоб. Большая часть среди них – это обеспокоенность состоянием волос и кожи головы после проведения закручивания. Тусклые, ломкие, сухие, электризующиеся пряди по окончанию процедуры создания крупных локонов требуют к себе большего внимания и материальных вложений.

Да, за полученный объем приходится платить изменением привычной системы ухода за волосами: ухаживающие, моющие и укладочные средства — для кудрявых волос, сушка – без фена, механическое воздействие сводится теперь к минимальному — даже при вытирании головы полотенцем, а расческа с редкими зубьями – единственная помощница в борьбе с распутыванием прядей. Применение масел в домашних условиях будет способствовать питанию поврежденных локонов.
Как выглядит легкая завивка на средние волосы, фото помогут оценить эффект прежде, чем вы согласитесь на нее.

Естественные волны не дадут усомниться в их природе, только если пряди будут обеспечены должным уходом. Прически с челкой при карвинг укладке требуют особого к себе внимания. Важно подобрать диаметр карверов под стать прямым передним прядям или же подвергнуть их грамотной обработке.

Биохимическая завивка на средние волосы

Химическая завивка на средние волосы в зависимости от состава подразделяется на кислотную, щелочную и нейтральную. Названия расположены по мере воздействия на структуру волос. Соответственно, самый жесткий локон получается с применением первого способа и далее по уменьшению агрессивности по отношении к природным структурам. Как выглядят различные химические завивки на средние волосы, фото помогут сравнить результаты и решить, на что решиться именно вам.

Среди перечисленных выше вариантов создания крупных кудрей при помощи химии отдельно идет аминокислотный состав (биозавивка). За счет своих ингредиентов, исключающих тиогликолевую кислоту и аммиак, считается, что она не вредит здоровью шевелюры и выполнима на любых волосах, в том числе и на средних. Среди плюсов от ее применения еще и отсутствие резкого контраста между отросшими волосами и завитыми. Иллюзия густых волос продлится до полугода. Однако отзывы поклонниц локонов говорят о том, что сухость так же сопровождает и этот вариант химии.

При уходе с помощью тщательно подобранных средств крупная завивка на средние волосы, фото показывает, будет смотреться блестяще. Как дополнительный бонус, применение аминокислотного состава сокращает в последствие время укладки и частоту мытья головы.


Такая завивка на волосы средней длины также имеет много вариантов состава: протеины шелка придадут прядям гладкость, специально подобранные ингредиенты в Японском средстве направлены на сохранение влаги в самой структуре, что должно предотвращать их ломкость и тусклость, а Ниагара помимо аминокислот дополнена и D-пантенолом, что способствует восстановлению и росту локонов.

Таким образом, крупная химическая завивка на средние волосы оформит их в благородные и естественные завитки, потребовав взамен должный уход в виде увлажняющих и восстанавливающих масок, снижения физического воздействия и пересмотра линейки используемых средств для укладки. Ведь за все, как известно, нужно платить. Не слишком ли высока цена пышной копны? Решать только вам.

Химическая завивка волос в Москве

Если вам нужна мелкая или крупная вертикальная химия по низкой цене, обратитесь к исполнителям платформы Юду. Наши специалисты выполнят качественную лёгкую завивку волос с использованием современных технологий и средств. Мастера придадут вашим волосам желаемую форму, здоровый блеск и объем.

Завивка любых волос

Выбранный исполнитель подберёт индивидуальное средство для завивки с эффектом гофре или зигзаг с учётом структуры волос. Специалист накрутит пряди на спиральные бигуди разного диаметра. После окончания завивки на кончики волос исполнитель нанесёт закрепляющий состав.

При выполнении классической вертикальной завивки мастера используют препараты с наиболее щадящим воздействием на структуру волос. Специалисты профессионально и недорого выполняют завивку на волосы любой длины, в том числе на удлинённое каре и короткие волосы.

Вы можете заказать химическую завивку локонов на любые волосы:

  • мелированные
  • осветлённые
  • окрашенные

Мастера используют только качественные средства для долговременной завивки, чтобы предотвратить пересушивание, выпадение и сечение волос. Комбинированная завивка, придающая прикорневой объем, стоит недорого и выполняется на дому.

Почему выгодно заказывать услуги на Юду

Квалифицированные специалисты Юду используют комплексный подход к завивке волос — укрепление, лечение и защиту волос от корней до кончиков. Профессионалы Юду не только сделают на ваших волосах мягкие волны, но и расскажут о правилах ухода за долгосрочной завивкой.

Преимущества обращения к исполнителям Юду:

  • быстрый ответ на заявку
  • безопасное проведение процедуры
  • выгодная стоимость услуги

Заказ помощи исполнителей

Если вам нужны мелкие или крупные кудри, оформите заказ на этой странице. Опишите вашу задачу — вскоре вы получите предложения исполнителей Юду. Выберите подходящего мастера, чтобы вертикальная химическая завивка была сделана профессионально. Специалист приедет на дом в удобное для вас время.

Химическая завивка (химия) волос — Салон Смирнова

Как известно, все женщины с кудрями мечтают о прямых волосах. Напротив, те, кто обладает прямыми волосами, грезят, о кудрях и завитках. Каждый мечтает о том, чего не имеет. Но никто не станет отрицать, что женщина с кудрями смотрится эффектно, она похожа на богиню, вышедшую из пены морской. Завитки придают женственности, мягкости.

В настоящее время салоны предлагают массу вариантов обладательницам прямых волос обзавестись кудрями. Это, прежде всего, химическая завивка. То есть, сделать химию на волосы – значит изменить их структуру для того, чтобы создавать локоны и завитки. Кстати, можно сделать легкую химию на волосы. Ведь средства теперь намного мягче, чем были раньше.

Обладательницы волос разной длины могут не беспокоиться, в салоне «SmirnovaRus» могут сделать легкую химию на средние волосы, химию на длинные волосы.

Описание процедуры «Химия для волос»

Для тех, кто задумывается, как сделать химию волос в домашних условиях, стоит подумать о том, что для этого должны быть созданы все условия. Ведь сделать легкую химию волос – это химическое воздействие на волосы. В «SmirnovaRus, используются составы А’Энергия с фруктовыми кислотами компании Elgon, которые отличаются тем, что являются щадящими по отношению к волосам.

Сделать химию на длинные волосы немного сложнее, так как состава потребуется больше. А значит, и воздействие также будет больше.

Величина локонов – вот то, что может заинтересовать женщин. Вы можете самостоятельно выбрать форму локона, которая напрямую будет зависеть от размера, бигуди. Лёгкая химия на средние волосы или легкая химия на длинные волосы, в том или ином случае, это разные локоны. Единственное, что их объединяет, это надежность и долговечность.

Плюсы химической завивки

Те, кто задаются вопросом, сколько стоит сделать химию волос, должен быть готов к тому, что наряду с некоторыми недостатками, есть и существенные плюсы.

  • Долговечность. Завивка будет держаться до нескольких месяцев.
  • Существенная экономия времени на укладку волос.
  • Применение щадящих препаратов для завивки, что делает ее еще и ухаживающей за волосами.
  • Решение проблемы тонких волос.

Химия на длинные волосы по цене в «SmirnovaRus», значительно иже, нежели в других салонах. Однако, в качестве она не уступает, а, напротив, выигрывает.

Завитки кудрявых волос напоминают виражи времени, на которых крутится человек. Может быть, поэтому они еще больше добавляют шарма своей обладательнице.

Узнать стоимость наших услуг, а также записаться к мастеру Вы можете по телефону: 8 (916) 636-63-81

Наши работы Вы можете посмотреть в разделе Фотогалерея.

Стоимость

Хим.завивка на короткие волосы 2 000,00р.
Хим.завивка на средние волосы 2 500,00р.
Хим.завивка на длинные волосы 2 900,00р.

Биозавивка волос, что это такое, цена, фото до и после, на короткие, средние и длинные волосы, отзывы в салоне Марлен в Новосибирске

Проходит процедура биозавивки в несколько этапов. Предварительно необходимо тщательно вымыть голову с шампунем, после просушить полотенцем. Далее волосы накручивают на бигуди нужного размера и обрабатывают средством для завивки. Время экспозиции средства зависит от особенностей волоса и желаемого результата. Затем средство для биозавивки смывается, наносится фиксатор, средство для восстановления волос. Последним этапом является укладка.

Стоит лишь сделать биозавивку волос в салоне, и Вы получите результат, который продлится от трех месяцев до полугода.

Чтобы эффект от проведенной процедуры продержался как можно дольше, необходимо придерживаться несложных правил. В течение двух суток после завивки стоит воздержаться от мытья головы, а в последующем пользоваться шампунем для кудрявых волос, использовать расческу с редкими зубьями, сушить голову естественным способом, без применения фена, красить волосы не ранее, чем по истечении трех недель.

Главные достоинства процедуры очевидны:

  • мягкое, бережное воздействие на шевелюру;
  • большой выбор препаратов и бигуди, которые можно применять для биозавивки;
  • разнообразие техник накручивания и укладки;
  • красивая прическа на каждый день с минимальными усилиями;
  • лечебный эффект, восстановление волосков изнутри;
  • дополнительное питание локонов витаминами, аминокислотами и другими компонентами;
  • отсутствие необходимости состригать волосы — выпрямляясь, они выглядят естественно;
  • возможность применения на окрашенные, осветленные пряди;
  • придание прическе дополнительного объема.

Противопоказаниями к проведению биозавивки являются беременность и период лактации, менструальный период и прием гормональных средств, сильное нервное перенапряжение, а также аллергическая непереносимость отдельных компонентов применяемых средств.

Салон красоты «Марлен» приглашает Вас сделать биозавивку волос в Новосибирске, либо обратиться за консультацией к нашему парикмахеру-стилисту. Наши мастера в совершенстве владеют техникой проведения процедуры и используют качественные составы для профессионального применения.

Химическая завивка волос всех видов

Химическая завивка позволяет создать чёткие завитки-кудряшки и сохранить этот эффект надолго.

Завивка проводится с помощью коклюшек или бигудей, а также специальных составов, которые проникают в волос и фиксируют завитое положение прядки на срок до полугода.

В нашем салоне химическая завивка волос осуществляется только профессиональными и опытными парикмахерами. Они определят тип и структуру Ваших волос и посоветуют, какой вид химической завивки лучше выбрать именно Вам.

Цена химической завивки напрямую зависит от вида и длины Ваших локонов. Чтобы уточнить, сколько стоит химическая завивка, лучше связаться с нами по контактным телефонам и получить развернутую консультацию.

Виды химической завивки


Мы делаем химию на длинные, средние и короткие волосы одинаково качественно. В нашем салоне можно сделать химическую завивку двух видов — классическую и карвинг. Карвинг считается более безвредной процедурой, так как состав, которым обрабатываются пряди, активен лишь на его поверхности.

Но карвинг может быть неэффективен, если Ваши волосы плохо поддаются завивке, относятся к типу азиатских или очень истончены и ослаблены. В этих случаях применяется классическая химия волос.

Такая химия волос держится дольше, чем карвинг, и не нужно сильно бояться повреждения волос, ведь сейчас используются щадящие препараты, в состав которых добавлены протеины и аминокислоты для оздоровления волос. Сделать химическую завивку можно полностью на все волосы или частично. Например, только на чёлку, или только на концы волос, или прикорневую химическую завивку.

С помощью химической завивки можно создать спиральные, крупные локоны и маленькие частые кудряшки. Всё зависит от размера бигуди, на которые будут накручиваться пряди в процессе, от времени выдержки препаратов и от техники накрутки. Наши опытные мастера создадут для Вас кудри желаемого размера с равномерными переходами по всей длине.

Легкая химия придаст Вашим волосам объёма и визуально добавит густоты. Но нужно помнить, что у этой процедуры есть свои противопоказания: 

  • нельзя делать химию, если Вы беременны
  • во время лактации
  • приема антибиотиков или гормональных препаратов
  • в период менструации
  • не должна делаться на окрашенные хной или сильно выпадающие волосы.

Есть ещё несколько нюансов, о которых Вам расскажет мастер.

Также парикмахеры салона красоты «Красотка» подробно объяснят, как ухаживать за волосами с химической завивкой, ведь привычный базовый уход им уже не подойдёт.

Химическая завивка волос ( вертикальная, лёгкая, спиральная ) цена от 430р

Химическая завивка, карвинг

Красивые кудряшки умиляют нас еще с детства, ведь все сказочные принцессы обязательно имели вьющиеся локоны, создающие прекрасный романтический образ нежной и хрупкой девушки. Копна шелковистых волос вошла в моду с древних времен и прочно закрепилась навека. Чтобы достичь кудрявости женщинам, от природы имеющим ровные волосы, мастерами-парикмахерами была изобретена химическая завивка. Стилисты парикмахерской «Мега Стиль» профессионально сделают химическую завивку волос.

В нашем салоне «Мега Стиль» Вы имеете возможность кроме всего прочего воспользоваться услугами вертикальной химической завивки — технология завивки волос, при которой коклюшки расположены вертикально, и в связи с этим пряди волос накручиваются на них тоже как бы по спирали. Вертикальная химическая завивка процесс очень трудоёмкий и сложный. Мастер использует порой до ста коклюшек, а конкретно процесс химической завивки длится от 3-х до 6-ти часов. Но несмотря на затраченное время результат вертикальной химической завивки оправдывает все ожидания — множество ниспадающих упругих красивых локонов не оставит равнодушной ни одну женщину!

У нас вы так же можете воспользоваться долговременной укладкой, также именуемой карвингом. Это достаточно востребованная и популярная процедура у обладательниц слабых, редких, тонких волос. Данная процедура достаточно близка к завивке волос: под действием состава для завивки волосы подстраиваются под предаваемую им форму и запоминают её. Это может быть все, что угодно: локальная завивка, прикорневой объем, легкая волна и многое другое. Профессионалы-стилисты с многолетним опытом в салоне «Мега Стиль» помогут Вам добиться желаемого результата!

 

Короткая длина волос

Средняя длина волос

Длинные волосы

Xимическая завивка волос + хим. Состав

430р.

510р.

730р.

Вертикальная химическая завивка

 

600р.

700р.

Карвинг (долговременная укладка)

520р.

720р.

820р.

 

 

 

 

 

цены и стоимость в Новосибирске

Основа красивых изящных кудрей на здоровых волосах – это опытный мастер и правильно подобранная технология химической завивки. Качественная услуга во многом зависит от подхода мастера к своей работе. Поэтому обращаясь в салон красоты, тщательно следящий за своей хорошей репутацией, вы обязательно получите прекрасную и безопасную для волос процедуру. Стоимость парикмахерских услуг в таком салоне может в большую сторону отличаться от обычных вариантов. Однако это гарантирует то, что вам не потребуется дополнительное лечение волос после химии или выпрямления.

Сколько стоит химическая завивка в Новосибирске?

Уже на протяжении нескольких десятилетий химия для волос приобретает множество новых поклонниц, желающих на долгое время обзавестись роскошными локонами без вреда для всей шевелюры. И если наши бабушки зачастую получали пересушенные и испорченные волосы, сейчас использование хороших современных составов позволяет укрепить структуру волоса и сделать его более здоровым. В частности этим славится био завивка волос.

Цена на химическую завивку волос во многом зависит от используемых препаратов, исполнения процедуры, длины волос, опытности мастера и уровня салона. В дешевом салоне, использующем некачественные составы, на завивку волос цена будет гораздо ниже, чем в салоне, проводящем биозавивку высокого уровня.

Химическая перманентная завивка

На перманентную химическую завивку стоимость будет ниже, чем на биозавивку. Большое значение имеет и то, что будет ли выполняться химическая завивка дома или в салоне красоты. В первом случае стоимость зачастую оказывается ниже, чем при обращении в профессиональный салон. Однако стоит учесть, что частный мастер не всегда может приобрести действительно качественные косметические средства, способные защитить волосы от повреждений. В салоне красоты вам предложат различные составы, бережно относящиеся к волосам и коже головы. Более точно узнать стоимость вам поможет прейскурант цен на парикмахерские услуги на нашем портале.

Карвинг

Карвинг представляет собой долговременную завивку волос в щадящем режиме. Локоны сохраняют свою форму до двух месяцев. Эта процедура является наиболее безопасной, так как выпрямление завитков происходит незаметно и постепенно. Благодаря своему воздействию карвинг можно делать на волосах любого типа, без опасения за их состояние. Узнать сколько стоит химическая завивка волос в салоне красоты и карвинг, можно изучив предложенные прайсы. Стоимость зависит от длины волосы и используемых составов.

Биозавивка

Этот вид химической завивки заслуживает особого внимания за счет своего деликатного воздействия на кожу головы и волосы. Созданные с помощью биозавивки локоны могут держаться долгое время, впоследствии постепенно распрямляясь и принимая свое первоначальное состояние. Такой способ идеально подходит даже для волос после осветления, так как не сломает их и не пересушит. На биозавивку цены обычно выше, чем на обычную завивку.

Light | Вводная химия

Цели обучения

  1. Опишите свет, указав его частоту и длину волны.
  2. Опишите свет как частицу энергии.

То, что мы называем светом, правильнее называть электромагнитным излучением . Мы знаем из экспериментов, что свет действует как волна. Таким образом, он может быть описан как имеющий частоту и длину волны. Длина волны света — это расстояние между соответствующими точками в двух соседних световых циклах, а частота света — это количество световых циклов, которые проходят через данную точку за одну секунду.Длина волны обычно обозначается λ, строчной греческой буквой , лямбда , а частота представлена ​​ν, строчной греческой буквой nu (хотя это выглядит как римское «vee», на самом деле это греческий эквивалент буквы « ru »). Длина волны имеет единицы длины (метры, сантиметры и т. Д.), А частота имеет единицы в секунду , записывается как s -1 и иногда называется герц (Гц). Рисунок 8.1 «Характеристики световых волн» показывает, как определяются эти две характеристики.

Рисунок 8.1 Характеристики световых волн

Свет действует как волна и может быть описан длиной волны λ и частотой ν.

Одно из свойств волн состоит в том, что их скорость равна длине волны, умноженной на их частоту. Значит, у нас

скорость = λν

Однако для света скорость на самом деле является универсальной константой, когда свет проходит через вакуум (или, в очень хорошем приближении, через воздух). Измеренная скорость света ( c ) в вакууме равна 2.9979 × 10 8 м / с, или примерно 3,00 × 10 8 м / с. Таким образом, имеем

с = λν

Поскольку скорость света постоянна, длина волны и частота света связаны друг с другом: по мере того, как одна увеличивается, другая уменьшается, и наоборот. Мы можем использовать это уравнение, чтобы вычислить, каким должно быть одно свойство света при задании другого свойства.

Пример 1

Какова частота света, если его длина волны 5,55 × 10 −7 м?

Решение

Мы используем уравнение, которое связывает длину волны и частоту света с его скоростью.У нас

3,00 × 10 8 м / с = (5,55 × 10 -7 м) ν

Разделим обе части уравнения на 5,55 × 10 −7 м и получим

ν = 5,41 × 10 14 с -1

Обратите внимание, как единицы m сокращаются, оставляя s в знаменателе. Единица в знаменателе обозначается степенью -1 — с -1 — и читается как «в секунду».

Проверьте себя

Какова длина волны света, если его частота равна 1.55 × 10 10 с −1 ?

Ответ

0,0194 м или 19,4 мм

Light также ведет себя как пакет энергии. Оказывается, для света энергия «пакета» энергии пропорциональна его частоте. (Для большинства волн энергия пропорциональна амплитуде волны или высоте волны.) Математическое уравнение, связывающее энергию ( E ) света с его частотой, составляет

E = hν

, где ν — частота света, а h — постоянная, называемая постоянной Планка.Его значение составляет 6,626 × 10 −34 Дж · с — очень маленькое число, которое является еще одной фундаментальной константой нашей Вселенной, такой как скорость света. Единицы измерения постоянной Планка могут выглядеть необычно, но эти единицы необходимы для того, чтобы алгебра работала.

Пример 2

Что такое энергия света, если его частота равна 1,55 × 10 10 с −1 ?

Решение

Используя формулу энергии света, получаем

E = (6.626 × 10 −34 Дж · с) (1,55 × 10 10 с −1 )

Секунды находятся в числителе и знаменателе, поэтому они сокращаются, оставляя нас с джоулями, единицей энергии. Итак,

E = 1,03 × 10 −23 Дж

Это чрезвычайно небольшое количество энергии, но это только для одной световой волны.

Проверьте себя

Какова частота световой волны, если ее энергия равна 4,156 × 10 −20 Дж?

Ответ

6.27 × 10 13 с −1

Поскольку световая волна ведет себя как маленькая частица энергии, световые волны имеют название типа частицы: фотон. Нередко можно услышать, как свет описывают как фотоны.

Длины волн, частоты и энергии света охватывают широкий диапазон; весь диапазон возможных значений света называется электромагнитным спектром. Мы в основном знакомы с видимым светом, который имеет диапазон длин волн от 400 до 700 нм.Свет может иметь гораздо более длинные и гораздо более короткие длины волн, чем эта, с соответствующими вариациями частоты и энергии. Рисунок 8.2 «Электромагнитный спектр» показывает весь электромагнитный спектр и то, как помечены определенные области спектра. Возможно, вы уже знакомы с некоторыми из этих регионов; все они свет — с разными частотами, длинами волн и энергиями.

Рисунок 8.2 Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр с обозначенными его различными областями.Границы каждого региона являются приблизительными.

Ключевые выводы

  • Свет действует как волна с частотой и длиной волны.
  • Частота и длина волны света связаны постоянной скоростью света.
  • Свет действует как частица энергии, значение которой связано с частотой света.

Упражнения

  1. Опишите характеристики световой волны.

  2. Что характерно для световой частицы?

  3. Какова частота света, если его длина волны равна 7?33 × 10 −5 м?

  4. Какова частота света, если его длина волны 1,226 м?

  5. Какова частота света, если его длина волны 733 нм?

  6. Какова частота света, если его длина волны 8,528 см?

  7. Какова длина волны света, если его частота составляет 8,19 × 10 14 с −1 ?

  8. Какова длина волны света, если его частота равна 3.66 × 10 6 с −1 ?

  9. Какова длина волны света, если его частота 1,009 × 10 6 Гц?

  10. Какова длина волны света, если его частота равна 3.79 × 10 −3 Гц?

  11. Какова энергия фотона, если его частота 5.55 × 10 13 с −1 ?

  12. Какова энергия фотона, если его частота равна 2,06 × 10 18 с −1 ?

  13. Какова энергия фотона, если его длина волны равна 5.88 × 10 −4 м?

  14. Какова энергия фотона, если его длина волны 1.888 × 10 2 м?

Ответы

1.

Свет имеет длину волны и частоту.

3.

4,09 × 10 12 с −1 5.

4,09 × 10 14 с −1 7.

3.66 × 10 −7 м

9.

297 кв.м

11.

3,68 × 10 −20 Дж

13.

3,38 × 10 −22 Дж

Природа света | Безграничная химия

Свойства волн и света

Во многих случаях свойства света можно объяснить как волну, как было показано в эксперименте Юнга с двумя щелями.

Цели обучения

Обсудите, как возникает волновое движение и его измеримые свойства, отметив выводы эксперимента Юнга с двойной щелью.

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • Волновое движение возникает, когда какое-либо периодическое возмущение распространяется через упругую среду.Вариации давления в воздухе, поперечные движения струны гитары или изменения интенсивности локальных электрических и магнитных полей в космосе, известные как электромагнитное излучение, — все это примеры волн.
  • Есть три измеримых свойства волнового движения: амплитуда, длина волны и частота.
  • Окончательным экспериментом стал эксперимент Юнга с двойной щелью, который продемонстрировал, что свет, падающий на две щели на экране, демонстрирует интерференционную картину, характерную для световых волн, а не для частиц.
  • Фаза, связанная с волной, также важна для описания определенных явлений.
  • Скорость волны — произведение длины волны на частоту.
Ключевые термины
  • амплитуда : максимальное значение переменной, достигаемое в любом направлении.
  • волна : форма, которая поочередно изменяется от максимума в двух противоположных направлениях.
  • частота : Количество колебаний в секунду.
  • длина волны : расстояние, пройденное волной за полный период (1 / частота).

В этом разделе мы сосредоточимся на волновых свойствах света. Позже вы узнаете о дуальности волна / частица (как свет ведет себя как волна и как частица одновременно), здесь мы обсудим волновую природу света и экспериментальные эффекты этого поведения.

Введение в волновое движение

Волновое движение возникает, когда в среде распространяется какое-либо периодическое возмущение.Вариации давления в воздухе, поперечные движения вдоль струны гитары или изменения интенсивности локальных электрических и магнитных полей в пространстве, которые составляют электромагнитное излучение, — все это типичные примеры волнового движения. Для каждой среды существует характерная скорость распространения возмущения.

Синусоидальная волна : На этом изображении показана анатомия синусоидальной кривой: вершина — это пик каждой волны, а впадина — это впадина; амплитуда — это расстояние между гребнем и осью абсцисс; а длина волны — это расстояние между двумя гребнями (или двумя впадинами).

Есть три измеряемых свойства волнового движения: амплитуда, длина волны и частота (количество колебаний в секунду). Связь между длиной волны λ (по-гречески лямбда ) и частотой волны ν (по-гречески nu ) определяется скоростью распространения v , так что

[латекс] v = \ nu \ lambda [/ латекс]

Для света это уравнение принимает вид

[латекс] \ nu = \ frac {c} {\ lambda} [/ латекс]

где c — скорость света, 2.998 x 10 8 м / с.

При использовании этих уравнений для определения длины волны, частоты или скорости путем манипулирования уравнением важно отметить, что длины волн выражаются в единицах длины, таких как метры, сантиметры, нанометры и т. Д .; а частота обычно выражается в мегагерцах или герцах (s –1 ).

Пример

Какова длина волны музыкальной ноты A = 440 Гц, когда она распространяется в воздухе со скоростью звука 343 м / с?

λ = v (343 м / с) / v (440 с – 1) = 0.780 м

Эксперимент Юнга с двумя щелями

Эксперимент Юнга с двойной щелью : Если бы свет был чисто частицей, он не демонстрировал бы интерференционную картину, показанную здесь.

В начале 19 века английский ученый Томас Янг провел знаменитый эксперимент с двумя щелями (также известный как эксперимент Юнга), который продемонстрировал, что луч света, когда он разделен на два, а затем рекомбинирован, будет проявлять интерференционные эффекты, которые могут можно только объяснить, если предположить, что свет — это волновое возмущение.Если бы свет состоял строго из обычных или классических частиц, и эти частицы выстреливали по прямой линии через щель и позволяли попадать на экран с другой стороны, мы бы ожидали увидеть узор, соответствующий размеру и форме щели. Однако, когда этот эксперимент с одной щелью фактически выполняется, узор на экране представляет собой дифракционный узор, в котором распространяется свет. Чем меньше щель, тем больше угол раскрытия.

Точно так же, если бы свет состоял исключительно из классических частиц и мы освещали две параллельные щели, ожидаемый узор на экране был бы просто суммой двух узоров с одной щелью.На самом деле, однако, картина меняется на серию чередующихся светлых и темных полос. Когда Томас Янг впервые продемонстрировал это явление, он указал, что свет состоит из волн, поскольку распределение яркости можно объяснить попеременно аддитивной и вычитающей интерференцией волновых фронтов. Эксперимент Янга, проведенный в начале 1800-х годов, сыграл жизненно важную роль в принятии волновой теории света, заменив корпускулярную теорию света, предложенную Исааком Ньютоном, которая была общепринятой моделью распространения света в 17-18 веках.Почти столетие спустя, в 1905 году, исследование фотоэлектрического эффекта, получившее Нобелевскую премию Альберта Эйнштейна, продемонстрировало, что при определенных условиях свет может вести себя так, как будто он состоит из дискретных частиц. Эти, казалось бы, противоречивые открытия заставили выйти за рамки классической физики и принять во внимание квантовую природу света.

Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр — это диапазон всех возможных частот электромагнитного излучения.

Цели обучения

Вычислить частоту или энергию фотона, определить три физических свойства электромагнитных волн

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • Электромагнитный спектр включает обычные режимы, такие как ультрафиолетовый, видимый, микроволновый и радиоволны.
  • Электромагнитные волны обычно описываются одним из следующих трех физических свойств: частотой (f), длиной волны (λ) или интенсивностью (I). Кванты света обычно описываются частотой (f), длиной волны (λ) или энергией фотона (E).Спектр можно упорядочить по частоте или длине волны.
  • Электромагнитное излучение по-разному взаимодействует с веществом в разных частях спектра. Типы взаимодействия могут варьироваться от электронного возбуждения до молекулярной вибрации в зависимости от различных типов излучения, таких как ультрафиолетовое, рентгеновское, микроволны и инфракрасное излучение.
Ключевые термины
  • гамма-излучение : Электромагнитное излучение высокой частоты и, следовательно, высокой энергии на фотон.
  • спектр : Диапазон цветов, представляющий свет (электромагнитное излучение) смежных частот; отсюда электромагнитный спектр, видимый спектр, ультрафиолетовый спектр и т. д.
  • фотон : Квант света и другой электромагнитной энергии, рассматриваемый как дискретная частица, имеющая нулевую массу покоя, отсутствие электрического заряда и неопределенно долгое время жизни.

Диапазон электромагнитного спектра

Электромагнитный спектр — это диапазон всех возможных частот электромагнитного излучения.Электромагнитный спектр объекта имеет другое значение: это характерное распределение электромагнитного излучения, испускаемого или поглощаемого этим конкретным объектом.

Свойства электромагнитного спектра : Длины волн в различных областях электромагнитного спектра показаны вместе с приблизительным представителем размера длины волны.

Электромагнитный спектр простирается от нижних частот, используемых для современной радиосвязи, до гамма-излучения на коротковолновой (высокочастотной) стороне, охватывая длины волн от тысяч километров до доли размера атома.Предел для длинных волн — это размер самой Вселенной, в то время как считается, что предел для коротких волн находится в районе планковской длины (1,616 x 10 -35 м), хотя в принципе спектр бесконечен и непрерывен. .

Большая часть электромагнитного спектра используется в науке для спектроскопических и других зондирующих взаимодействий, как способов изучения и определения характеристик материи. В общем, если длина волны электромагнитного излучения аналогична длине волны конкретного объекта (атома, электрона и т. Д.)), то можно исследовать этот объект с помощью этой частоты света. Кроме того, было обнаружено, что излучение из различных частей спектра имеет много других применений в связи и производстве.

Энергия фотона

Электромагнитные волны обычно описываются одним из следующих трех физических свойств: частотой (f) (также иногда обозначаемой греческой буквой nu, ν), длиной волны (λ) или энергией фотона (E). Частоты, наблюдаемые в астрономии, варьируются от 2 до 2.4 × 10 23 Гц (гамма-лучи 1 ГэВ) вплоть до локальной плазменной частоты ионизированной межзвездной среды (~ 1 кГц). Длина волны обратно пропорциональна частоте волны; следовательно, гамма-лучи имеют очень короткие длины волн, которые составляют часть размера атомов, тогда как другие длины волн могут быть такими же длинными, как и Вселенная. Энергия фотона прямо пропорциональна частоте волны, поэтому фотоны гамма-излучения имеют самую высокую энергию (около миллиарда электрон-вольт), в то время как радиоволновые фотоны имеют очень низкую энергию (около фемтоэлектронвольт).Эти отношения иллюстрируются следующими уравнениями:

[латекс] f = \ frac {c} {\ lambda} \, \, \, \ text {или} \, \, \, f = \ frac {E} {h} \, \, \, \ text {или} \, \, \, E = \ frac {hc} {\ lambda} [/ latex]

c = 299 792 458 м / с — скорость света в вакууме

h = 6,62606896 (33) × 10 −34 Дж · s = 4,13566733 (10) × 10 −15 эВ · с = постоянная Планка.

Когда электромагнитные волны существуют в среде с веществом, их длина уменьшается. Длины волн электромагнитного излучения, независимо от того, через какую среду они проходят, обычно указываются в терминах длины волны вакуума, хотя это не всегда указывается явно.Обычно электромагнитное излучение классифицируется по длине волны на радиоволны, микроволны, терагерцовое (или субмиллиметровое) излучение, инфракрасное, видимую область, которую мы воспринимаем как свет, ультрафиолет, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Поведение электромагнитного излучения зависит от его длины волны. Когда электромагнитное излучение взаимодействует с отдельными атомами и молекулами, его поведение также зависит от количества энергии, приходящейся на квант (фотон), которое оно несет.

А.2.1. Опишите электромагнитный спектр. IB Chemistry SL — YouTube : На этот раз уравнениями! Число волны = 1 / длина волны в см. Скорость света = длина волны x частота. Энергия = постоянная Планка x частота. Доктор Аткинсон вскоре перешел к ненужным гамма-лучам и улучшил их до дельта-лучей!

Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом

Электромагнитное излучение по-разному взаимодействует с веществом в разных частях спектра. Типы взаимодействия могут быть настолько разными, что кажется оправданным относить к разным видам излучения.В то же время существует континуум, содержащий все эти различных видов электромагнитного излучения. Таким образом, мы говорим о спектре, но разделяем его на основе различных взаимодействий с материей. Ниже приведены области спектра и их основные взаимодействия с веществом:

  • Радио: Коллективные колебания носителей заряда в массивном материале (плазменные колебания). Примером может служить колебание электронов в антенне.
  • Микроволновое излучение через дальний инфракрасный диапазон: колебания плазмы, вращение молекул.
  • Ближний инфракрасный свет: молекулярные колебания, плазменные колебания (только для металлов).
  • Видимый: молекулярное электронное возбуждение (включая молекулы пигмента, обнаруженные в сетчатке глаза человека), плазменные колебания (только для металлов).
  • Ультрафиолет: возбуждение молекулярных и атомных валентных электронов, включая выброс электронов (фотоэлектрический эффект).
  • Рентгеновские лучи: возбуждение и выброс остовных атомных электронов, комптоновское рассеяние (для малых атомных номеров).
  • Гамма-лучи: энергетический выброс остовных электронов в тяжелых элементах, комптоновское рассеяние (для всех атомных номеров), возбуждение атомных ядер, включая диссоциацию ядер.
  • Гамма-лучи высоких энергий: Создание пар частица-античастица. При очень высоких энергиях одиночный фотон может создать поток высокоэнергетических частиц и античастиц при взаимодействии с веществом.

Эта классификация идет в порядке возрастания частоты и порядка убывания длины волны, что характерно для типа излучения. Хотя в целом схема классификации точна, в действительности часто существует некоторое перекрытие между соседними типами электромагнитной энергии.Например, радиоволны SLF с частотой 60 Гц могут приниматься и изучаться астрономами или могут передаваться по проводам в качестве электроэнергии, хотя последнее, в строгом смысле, вовсе не является электромагнитным излучением.

Интерференция и дифракция

Интерференция и дифракция — это термины, которые описывают волну, взаимодействующую с чем-то, что изменяет ее амплитуду, например, с другой волной.

Цели обучения

Признать разницу между конструктивной и деструктивной интерференцией, а также между интерференцией и дифракцией

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • В физике интерференция — это явление, при котором две волны накладываются друг на друга, образуя результирующую волну большей или меньшей амплитуды.
  • Конструктивная интерференция возникает, когда разность фаз между волнами кратна 2π, тогда как деструктивная интерференция возникает, когда разность составляет π, 3π, 5π и т. Д.
  • Дифракция относится к различным явлениям, которые происходят, когда волна встречает препятствие. В классической физике явление дифракции описывается как видимое изгибание волн вокруг небольших препятствий и распространение волн за небольшие отверстия.
Ключевые термины
  • интерференция : Эффект, вызванный наложением двух систем волн, например искажение широковещательного сигнала из-за атмосферных или других эффектов.В физике интерференция — это явление, при котором две волны накладываются друг на друга, образуя результирующую волну большей или меньшей амплитуды.
  • дифракция : Распад электромагнитной волны, когда она проходит через геометрическую структуру (например, щель), с последующим восстановлением волны интерференцией.
  • амплитуда : Максимальное абсолютное значение некоторой переменной величины, особенно волны.

В физике интерференция — это явление, при котором две волны накладываются друг на друга, образуя результирующую волну большей или меньшей амплитуды.Интерференция обычно относится к взаимодействию волн, которые коррелированы или когерентны друг с другом, либо потому, что они исходят из одного источника, либо потому, что они имеют одинаковую (или почти одинаковую) частоту. Эффекты интерференции можно наблюдать со всеми типами волн, включая световые, радио, акустические и поверхностные водные волны. В химии применение интерференции к свету наиболее актуально для изучения материи.

Механизм вмешательства

Принцип суперпозиции волн гласит, что когда две или более волны падают на одну и ту же точку, полное смещение в этой точке равно векторной сумме смещений отдельных волн.Если гребень волны встречается с гребнем другой волны той же частоты в той же точке, то величина смещения является суммой отдельных величин; это называется конструктивным вмешательством. Если гребень одной волны встречает впадину другой волны, то величина смещений равна разнице индивидуальных величин; это называется деструктивным вмешательством.

Интерференция двух волн : Эти два примера представляют конструктивную (слева) и деструктивную интерференцию (справа) в волновых явлениях.Когда две волны находятся «в фазе», их периоды смещены на 2nπ * период. Однако, когда они точно не совпадают по фазе, возникает деструктивная интерференция, если разность фаз равна nπ * период.

Конструктивная интерференция возникает, когда разность фаз между волнами кратна 2π, тогда как деструктивная интерференция возникает, когда разность составляет π, 3π, 5π и т. Д. Если разница между фазами является промежуточной между этими двумя крайними значениями, то величина смещение суммированных волн лежит между минимальным и максимальным значениями.

Два источника помех : Эффект двух волн, мешающих друг другу, например, два камня, брошенные в бассейн с водой.

Рассмотрим, например, что происходит, когда два одинаковых камня падают в стоячий бассейн с водой в разных местах. Каждый камень генерирует круговую волну, распространяющуюся наружу от места падения камня. Когда две волны перекрываются, чистое смещение в определенной точке является суммой смещений отдельных волн.В некоторых точках они будут совпадать по фазе и производить максимальное смещение. В других местах волны будут в противофазе, и в этих точках не будет чистого смещения. Таким образом, части поверхности будут неподвижными.

Дифракция

Дифракция относится к различным явлениям, которые происходят, когда волна встречает препятствие. В классической физике явление дифракции описывается как видимое изгибание волн вокруг небольших препятствий и распространение волн за небольшие отверстия.Подобные эффекты возникают, когда световые волны проходят через среду с переменным показателем преломления или звуковые волны проходят через среду с переменным акустическим импедансом. Дифракция происходит со всеми волнами, включая звуковые волны, волны воды и электромагнитные волны, такие как видимый свет, рентгеновские лучи и радиоволны. Поскольку физические объекты обладают волнообразными свойствами (на атомном уровне), дифракция также происходит с веществом и может быть изучена в соответствии с принципами квантовой механики. Итальянский ученый Франческо Мария Гримальди придумал слово дифракция и был первым, кто записал точные наблюдения этого явления в 1665 году.

Дифракция : В классической физике явление дифракции описывается как видимое изгибание волн вокруг небольших препятствий и распространение волн за небольшие отверстия.

Эффекты дифракции часто наблюдаются в повседневной жизни. Наиболее яркими примерами дифракции являются световые; например, близко расположенные дорожки на CD или DVD действуют как дифракционная решетка, образуя знакомый радужный узор, который можно увидеть, глядя на диск.Этот принцип может быть расширен для создания решетки со структурой, которая будет создавать любую желаемую дифракционную картину; голограмма на кредитной карте является примером. Дифракция в атмосфере на мелкие частицы может привести к тому, что вокруг яркого источника света, такого как солнце или луна, будет видно яркое кольцо. Тень твердого объекта, использующая свет от компактного источника, показывает небольшие полосы по краям. Все эти эффекты возникают из-за того, что свет распространяется как волна.

Ричард Фейнман сказал: «Никто никогда не мог удовлетворительно определить разницу между интерференцией и дифракцией.Это просто вопрос использования, и между ними нет конкретной важной физической разницы ».

Он предположил, что когда есть только несколько источников, скажем два, мы называем это интерференцией (как в щелях Юнга), но с большим количеством источников процесс можно назвать дифракцией.

В то время как дифракция возникает всякий раз, когда распространяющиеся волны сталкиваются с такими изменениями, ее эффекты обычно наиболее заметны для волн, длина которых примерно равна размерам дифрагирующих объектов.Если препятствующий объект предоставляет несколько близко расположенных отверстий, может получиться сложный узор различной интенсивности. Это происходит из-за суперпозиции или интерференции различных частей волны, которая шла к наблюдателю разными путями (см. Дифракционную решетку).

Квантовая теория Планка

Макс Планк предположил, что энергия света пропорциональна его частоте, также показывая, что свет существует в виде дискретных квантов энергии.

Цели обучения

Рассчитайте элемент энергии E = hv, используя квантовую теорию Планка.

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • До конца 19 века физика Ньютона доминировала в научном мировоззрении.Однако к началу 20 века физики обнаружили, что законы классической механики неприменимы в атомном масштабе.
  • Фотоэлектрический эффект нельзя было рационализировать на основе существующих теорий света, поскольку увеличение интенсивности света не приводило к такому же результату, как увеличение энергии света.
  • Планк постулировал, что энергия света пропорциональна частоте, а константа, которая их связывает, известна как постоянная Планка (h).Его работа привела к тому, что Альберт Эйнштейн определил, что свет существует в виде дискретных квантов энергии или фотонов.
Ключевые термины
  • фотоэлектрический эффект : Эмиссия электронов с поверхности материала после поглощения электромагнитного излучения.
  • электромагнитное излучение : Излучение (квантованное как фотоны), состоящее из колеблющихся электрических и магнитных полей, ориентированных перпендикулярно друг другу, движущихся в пространстве.

В конце 18 века физика достигла больших успехов. Классическая ньютоновская физика в то время была широко принята в научном сообществе за ее способность точно объяснять и предсказывать многие явления. Однако к началу 20 века физики обнаружили, что законы классической механики неприменимы в атомном масштабе, и такие эксперименты, как фотоэлектрический эффект, полностью противоречили законам классической физики. В результате этих наблюдений физики сформулировали ряд теорий, ныне известных как квантовая механика.В некотором смысле квантовая механика полностью изменила взгляд физиков на Вселенную, а также положила конец идее часовой Вселенной (идее, что Вселенная предсказуема).

Электромагнитное излучение

Электромагнитное (ЭМ) излучение — это форма энергии, обладающая как волнообразными, так и частицеобразными свойствами; видимый свет является хорошо известным примером. С волновой точки зрения все формы электромагнитного излучения могут быть описаны с точки зрения их длины волны и частоты.Длина волны — это расстояние от одного пика волны до другого, которое может быть измерено в метрах. Частота — это количество волн, которые проходят через данную точку каждую секунду. Хотя длина волны и частота электромагнитного излучения могут изменяться, его скорость в вакууме остается постоянной и составляет 3,0 x 10 8 м / с, скорость света. Длина волны или частота любого конкретного случая электромагнитного излучения определяет его положение в электромагнитном спектре и может быть рассчитана по следующему уравнению:

[латекс] c = \ lambda \ nu [/ латекс]

где c — постоянная 3.0 x 10 8 м / сек (скорость света в вакууме), [latex] \ lambda [/ latex] = длина волны в метрах, а [latex] \ nu [/ latex] = частота в герцах (1 / с). Важно отметить, что с помощью этого уравнения можно определить длину волны света на заданной частоте и наоборот.

Длина волны электромагнитного излучения : показано расстояние, используемое для определения длины волны. Свет имеет множество свойств, связанных с его волновой природой, и длина волны частично определяет эти свойства.

Открытие кванта

Волновая модель не может объяснить явление, известное как фотоэлектрический эффект. Этот эффект наблюдается, когда свет, сфокусированный на определенных металлах, испускает электроны. Для каждого металла существует минимальная пороговая частота электромагнитного излучения, при которой возникает эффект. Замена света на удвоенную интенсивность и половину частоты не даст такого же результата, в отличие от того, что можно было бы ожидать, если бы свет действовал строго как волна. В этом случае эффект света будет кумулятивным — свет должен складываться постепенно, пока не вызовет испускание электронов.Вместо этого существует четко определенная минимальная частота света, которая вызывает выброс электронов. Подразумевалось, что частота прямо пропорциональна энергии, причем более высокие частоты света имеют больше энергии. Это наблюдение привело к открытию минимального количества энергии, которое может получить или потерять атом. Макс Планк назвал это минимальное количество «квантом», во множественном числе «квантами», что означает «сколько». Один фотон света несет ровно один квант энергии.

Планк считается отцом квантовой теории.Согласно Планку: E = h [латекс] \ nu [/ latex] , , где h — постоянная Планка (6,62606957 (29) x 10 -34 Дж / с), ν — частота, а E — энергия. электромагнитной волны. Планк (осторожно) настаивал, что это просто аспект процессов поглощения и испускания излучения и не имеет ничего общего с физической реальностью самого излучения. Однако в 1905 году Альберт Эйнштейн переосмыслил квантовую гипотезу Планка и использовал ее для объяснения фотоэлектрического эффекта, при котором яркий свет на определенные материалы может выталкивать электроны из материала.

Дополнительные доказательства теории энергии частиц

Когда электрический ток проходит через газ, некоторые электроны в молекулах газа переходят из своего основного энергетического состояния в возбужденное состояние, которое находится дальше от их ядер. Когда электроны возвращаются в основное состояние, они излучают энергию различной длины волны. Призма может использоваться для разделения длин волн, что упрощает их идентификацию. Если свет действовал только как волна, то призма должна создавать непрерывную радугу.Вместо этого есть дискретные линии, созданные разными длинами волн. Это связано с тем, что электроны испускают световые волны определенной длины при переходе из возбужденного состояния в основное.

Спектр излучения газообразного азота : Каждая длина волны излучаемого света (каждая цветная линия) соответствует переходу электрона с одного энергетического уровня на другой, высвобождая квант света с определенной энергией (цветом).

Фотоэлектрический эффект

Фотоэлектрический эффект — это способность электромагнитного излучения высокой энергии выбрасывать электроны из данного материала.

Цели обучения

Объясните фотоэлектрический эффект и поймите его математическое описание

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • При фотоэлектрическом эффекте электроны испускаются веществом (обычно металлами и неметаллическими твердыми телами) в результате поглощения ими энергии высокочастотного (коротковолнового) электромагнитного излучения, например ультрафиолетового света.
  • Когда электромагнитное излучение взаимодействует с атомом, оно либо возбуждает электроны на более высокий энергетический уровень, известный как возбужденное состояние , либо, если энергия света достаточно высока, оно может ионизировать атом, удаляя электрон.
  • Для данного металла существует определенная минимальная частота падающего излучения, ниже которой фотоэлектроны не испускаются. Эта частота называется пороговой частотой.
Ключевые термины
  • работа выхода : Минимальная энергия, необходимая для удаления электрона с поверхности материала.
  • остановочное напряжение : напряжение, необходимое для полного уравновешивания кинетической энергии электронов, выбрасываемых с поверхности материала.

При фотоэлектрическом эффекте электроны испускаются материей (металлами и неметаллическими твердыми телами, жидкостями или газами) в результате поглощения ими энергии высокочастотного (коротковолнового) электромагнитного излучения, такого как ультрафиолетовое излучение. Электроны, испускаемые таким образом, можно назвать фотоэлектронами. Это явление впервые наблюдал Генрих Герц в 1887 году.

Фотоэлектрический эффект : Электроны излучаются из вещества поглощенным светом.

Фотоэлектрический эффект был продемонстрирован с использованием света с энергией от нескольких электронвольт (эВ) до более 1 МэВ в элементах с высоким атомным номером. Изучение фотоэлектрического эффекта привело к лучшему пониманию квантовой механики, а также к пониманию дуальности света волна-частица. Это также привело к открытию Максом Планком квантов (E = h [latex] \ nu [/ latex]), которые связывают частоту ([latex] \ nu [/ latex]) с энергией фотона (E).

Постоянная Планка h также известна как «квант действия.«Это константа субатомного масштаба и одна из самых маленьких констант, используемых в физике. Другие явления, при которых свет влияет на движение электрических зарядов, включают эффект фотопроводимости (также известный как фотопроводимость или фоторезистивность), фотоэлектрический эффект и фотоэлектрохимический эффект.

Механизм выброса

Все атомы имеют электроны на орбиталях с четко определенными энергетическими уровнями. Когда электромагнитное излучение взаимодействует с атомом, оно может возбудить электрон на более высокий энергетический уровень, который затем может упасть, вернувшись в основное состояние.Однако, если энергия света такова, что электрон возбужден выше энергетических уровней, связанных с атомом, электрон может фактически вырваться из атома, что приведет к ионизации атома. Это, по сути, фотоэлектрический эффект.

Фотоны луча света имеют характеристическую энергию, пропорциональную частоте света. В процессе фотоэмиссии, если электрон в каком-либо материале поглощает энергию одного фотона и приобретает больше энергии, чем работа выхода материала (энергия связи электрона), он выбрасывается.Если энергия фотона слишком мала, электрон не может покинуть материал. Увеличение интенсивности света увеличивает количество фотонов в луче света и, таким образом, увеличивает количество возбужденных электронов, но не увеличивает энергию, которой обладает каждый электрон. Энергия испускаемых электронов не зависит от интенсивности падающего света (количества фотонов), а только от энергии или частоты отдельных фотонов. Это строго взаимодействие между падающим фотоном и самым удаленным электроном.

Электроны могут поглощать энергию фотонов при облучении, но обычно они следуют принципу «все или ничего». Обычно один фотон либо достаточно энергичен, чтобы вызвать испускание электрона, либо энергия теряется, когда атом возвращается в основное состояние. Если поглощается избыточная энергия фотона, часть энергии освобождает электрон от атома, а остальная часть вносит вклад в кинетическую энергию электрона как свободной частицы.

Экспериментальные наблюдения фотоэлектрического излучения

Для данного металла существует определенная минимальная частота падающего излучения, ниже которой фотоэлектроны не испускаются.Эта частота называется пороговой частотой. Увеличение частоты падающего луча и поддержание фиксированного количества падающих фотонов (что приводит к пропорциональному увеличению энергии) увеличивает максимальную кинетическую энергию излучаемых фотоэлектронов. Количество испускаемых электронов также изменяется, потому что вероятность того, что каждый столкнувшийся фотон приведет к испускаемому электрону, является функцией энергии фотона. Однако если просто увеличить интенсивность падающего излучения, это не повлияет на кинетическую энергию фотоэлектронов.

Для данного металла и частоты падающего излучения скорость выброса фотоэлектронов прямо пропорциональна интенсивности падающего света. Увеличение интенсивности падающего луча (при сохранении фиксированной частоты) увеличивает величину фотоэлектрического тока, хотя останавливающее напряжение остается прежним. Промежуток времени между падением излучения и испусканием фотоэлектрона очень мал, менее 10 -9 секунд, и на него не влияют изменения интенсивности.

Математическое описание

Максимальная кинетическая энергия выброшенного электрона равна

[латекс] K.E ._ {max} = hf- \ varphi [/ латекс]

, где h — постоянная Планка (6,626 x 10 -34 м 2 кг / с), а f — частота падающего фотона. Термин [латекс] \ varphi [/ латекс] — это работа выхода (иногда обозначаемая W или ϕ), которая дает минимальную энергию, необходимую для удаления делокализованного электрона с поверхности металла.

Работа выхода удовлетворяет [latex] \ varphi = hf_ {0} [/ latex]

где f 0 — пороговая частота для металла.Тогда максимальная кинетическая энергия выброшенного электрона составляет

[латекс] K.E ._ {max} = h (f-f_0) [/ латекс]

Кинетическая энергия должна быть положительной, чтобы произошел выброс, поэтому мы должны иметь f> f 0 , чтобы возник фотоэлектрический эффект.

Фотоумножители

Фотоумножители — это чрезвычайно светочувствительные вакуумные лампы с фотокатодом, нанесенным на часть (конец или сторону) внутренней части оболочки. Фотокатод содержит комбинации материалов, таких как цезий, рубидий и сурьма, специально подобранные для обеспечения низкой работы выхода, поэтому при освещении даже очень слабым светом фотокатод легко высвобождает электроны.Посредством ряда электродов (динодов) при все более высоких потенциалах эти электроны ускоряются и значительно увеличиваются в количестве за счет вторичной эмиссии, чтобы обеспечить легко обнаруживаемый выходной ток. Фотоумножители по-прежнему широко используются там, где необходимо обнаруживать слабый уровень света.

Спектрофотометрия

Спектрофотометрия Спектрофотометрия

Гэри Л. Бертран

Электромагнитное излучение характеризуется своей частотой (n) или длиной волны (l).Эти два связаны скоростью света (c),

n = c / l.

В электромагнитный спектр колеблется от космических лучей высокой энергии (высокий частота, короткая длина волны) до микроволн очень низкой энергии (низкая частота, длинная волна).

Видимый свет представляет собой очень узкую часть этого диапазона с длинами волн от 400 нанометров (нм) для синего света до около 700 нм для красного свет. Более короткие длины волн попадают в ультрафиолетовую область, а более длинные — длины волн находятся в инфракрасном диапазоне.

Белый свет представляет собой смесь всех длин волн видимого диапазона. Когда свет падает на объект, он может отражаться, поглощаться, проходить или дифрагировать. Призма или дифракционная решетка разделяет белый свет на различные цвета. Если какой-то свет поглощенный, отраженный или прошедший свет имеет дополнительные цвет поглощенного света.

А спектрофотометр использует расположение призм, зеркал и щелей для выбрать свет желаемой длины волны и направить его на образец отсек и детектор.Детектор с помощью электроники измеряет интенсивность падающего на него света. Образец помещается на световой путь, и прибор сравнивает интенсивность света, проходящего через образец (I), с интенсивностью, наблюдаемой без образца (I o ).

Эффект измеряется либо как пропускание (T, процент света, проходящего через образец), либо как поглощение (Abs, представляющий количество света, поглощенного образцом):

T = 100 (I / I или ); Abs = — log 10 (T / 100) = log 10 (I o / I)

В приведенном выше примере один лист цветного материала пропускает 70% света:

I / I o = 0.70; Т = 70%; Abs = — log 10 (0,70) = 0,155

Второй лист пропускает 70% получаемого света или 49% (0,70 x 70%) исходного света:

I / I o = 0,49; Т = 49%; Abs = — log 10 (0,49) = 0,310

Третий лист пропускает 70% получаемого света или 34,3% (0,70 x 49%) исходного света:

I / I o = 0,343; Т = 34.3%; Abs = — log 10 (0,343) = 0,465

Видно, что абсорбция пропорциональна количеству листов цветного материала. Это закон Ламберта, абсорбция прямо пропорциональна толщине или длине пути абсорбирующего материала.

А спектрофотометр часто используется для исследования растворов. Решение содержащий абсорбирующий материал, сравнивают с эталонным раствором тот же растворитель и неабсорбирующие материалы.Коэффициент пропускания эталонного раствора устанавливается на 100% (Abs = 0), тогда относительный коэффициент пропускания раствора измеряется.

В приведенном выше примере добавление капли красного красителя в одну из ячеек снижает коэффициент пропускания до 70% (Abs = 0,155). Добавление капли во вторую ячейку снижает коэффициент пропускания до 49% (Abs = 0,310), удваивая поглощение, как и ожидается по закону Ламберта, поскольку длина пути окрашенного материала удваивается.

Однако добавление второй капли к первой ячейке дает точно тот же эффект, что и при добавлении ко второй ячейке. В этом случае длина пути остается прежней, но концентрация цветного материала удваивается, удваивая поглощение. Это закон Бера: при постоянной длине пути оптическая плотность прямо пропорциональна концентрации поглощающего материала.

Два закона объединены в законе Бера-Ламберта:

Abs = abC

, где b — длина пути, C — концентрация, а a — константа, зависящая от длины волны света, поглощающая материал и среда (растворитель и другие компоненты).В Константа a называется коэффициентом экстинкции или молярным коэффициентом поглощения.

При наличии нескольких поглощающих материалов эффекты складываются:

Abs = a 1 b 1 C 1 + a 2 b 2 C 2 +. . .

График поглощения и длины волны для красного красителя показывает максимум при 525 нм:

Для синего красителя максимум происходит около 625 нм:

Если оба этих красителя растворяются в одинаковых концентрациях с образованием пурпурного раствора, полученный график показывает оба максимума

и на каждой длине волны оптическая плотность пурпурного раствора точно равна равна сумме оптической плотности красного и синего растворов при эта длина волны.Это хорошо видно, посмотрев на все три спектры на длине волны 525 нм. Красный краситель имеет оптическую плотность 0,233, синий краситель имеет небольшую оптическую плотность 0,016, а смесь имеет оптическую плотность 0,249.

Коэффициенты поглощения могут быть рассчитаны для двух красителей на длинах волн, при которых другой не будет мешать:


При 625 нм синий краситель при 3,0 ppm имеет поглощение 0,318 в ячейке с длиной пути 1,00 см. Следовательно, коэффициент поглощения (а) равен:


a синий, 625 = 0.318 / (3,0 ppm x 1,00 см) = 0,106 ppm -1 см -1 .

Рассчитаем коэффициент поглощения красного красителя при длине волны 510 нм до свести к минимуму проникновение синего красителя. (Есть математические методы для оптимизации этих вычислений в перекрывающихся регионах, но это выходит за рамки данного обсуждения.)

При длине волны 510 нм красный краситель при 3,0 ppm имеет оптическую плотность 0,183 в ячейке с длиной пути 1,00 см. Следовательно, коэффициент поглощения (а) равен:


a красный, 510 = 0.183 / (3,0 ppm x 1,00 см) = 0,061 ppm -1 см -1 .

Эти значения можно использовать для расчета концентраций этих красных и синих красителей в других смесях:

Другая смесь этих двух красителей имеет Abs = 0,317 при 510 нм,
и Abs = 0,477 на 625 нм.
Исходя из данных при 510 нм, мы вычисляем концентрацию красного красителя:


0,317 = (0,061 ppm -1 см -1 ) (1.00 см) C красный

C красный = (0,317) / (0,061) = 5,2 частей на миллион

На основе данных при 625 нм рассчитываем концентрацию синего красителя:


0,477 = (0,106 частей на миллион -1 см -1 ) (1,00 см) C синий

C синий = (0,477) / (0,106) = 4,5 частей на миллион

5,3: свет, частицы , и Waves

Цели обучения

Убедитесь, что вы полностью понимаете следующие важные идеи.

  • Приведите два экспериментальных свидетельства, демонстрирующих, соответственно, волнообразную и корпускулярную природу света.
  • Определите термины амплитуда , длина волны и частота применительно к волновым явлениям.
  • Дайте качественное описание электромагнитного излучения в терминах электростатических и магнитных полей.
  • Уметь назвать основные области электромагнитного спектра (рентгеновские лучи, инфракрасная область и т. Д.) И указать их последовательность с точки зрения длины волны или энергии на фотон.
  • Опишите разницу между линейчатым спектром и непрерывным спектром с точки зрения их внешнего вида и происхождения.
  • Что означает длина волны де Бройля частицы? Как масса и скорость частицы повлияют на длину волны?
  • Сформулируйте последствия принципа неопределенности Гейзенберга. своими словами.

Наш интуитивный взгляд на «реальный мир» — это такой, в котором объекты имеют определенные массы, размеры, положения и скорости. Как только мы перейдем на атомарный уровень, это простое представление начинает разрушаться. Это становится совершенно бесполезным, когда мы спускаемся на субатомный уровень и рассматриваем самую легкую из всех химически значимых частиц, электрон .Химические свойства атома определенного типа зависят от расположения и поведения электронов, которые составляют почти весь объем атома. Электронную структуру атома можно определить только косвенно, наблюдая за тем, как атомы поглощают и излучают свет. Свет, как вы уже знаете, обладает волнообразными свойствами, поэтому нам нужно кое-что знать о волнах, чтобы интерпретировать эти наблюдения. Но поскольку электроны сами являются квантовыми частицами и, следовательно, обладают собственными волнообразными свойствами, мы обнаружим, что понимание поведения электронов в атомах может быть достигнуто только с помощью языка волн.

Язык света

Атомы слишком малы, чтобы их можно было увидеть прямо даже с помощью самых мощных оптических микроскопов. Но атомы действительно взаимодействуют и при некоторых обстоятельствах излучают свет таким образом, что их внутренняя структура раскрывается в удивительно мелких деталях. Именно через «язык света» мы общаемся с миром атома. Этот раздел познакомит вас с основами этого языка.

Волна, частица, что ли?

В начале 19 века английский ученый Томас Янг провел знаменитый эксперимент с двумя щелями, который продемонстрировал, что луч света, когда он разделен на два, а затем рекомбинирован, будет демонстрировать интерференционные эффекты, которые можно объяснить, только если предположить, что свет волнение.К 1820 году Огюстен Френель поставил эту теорию на прочную математическую основу, но точная природа волн оставалась неясной до 1860-х годов, когда Джеймс Клерк Максвелл разработал свою электромагнитную теорию.

Но объяснение фотоэлектрического эффекта Эйнштейном в 1905 году показало, что свет также имеет природу, подобную частицам. Фотон — это наименьший возможный пакет ( квант ) света; он имеет нулевую массу, но определенную энергию.

Когда эксперименты по интерференции световых волн проводятся при очень низкой интенсивности света, волновая теория нарушается; вместо того, чтобы записывать плавную последовательность интерференционных картин, как показано выше, чрезвычайно чувствительный детектор видит отдельные импульсы, то есть отдельные фотоны .

Примечание

Предположим, мы проводим эксперимент по интерференции с двумя щелями, используя пучок света, настолько слабый, что только один фотон за раз проходит через устройство (экспериментально возможно подсчитать одиночные фотоны, так что это практический эксперимент). Каждый фотон проходит через него. через первую щель, а затем через одну или другую из второго набора щелей, в конечном итоге попадая на фотопленку, где образуется крошечная точка. Если мы проявим пленку после того, как через нее прошло достаточное количество фотонов, мы обнаружим ту же самую интерференционную картину, которую мы получили с более интенсивным светом, поведение которого можно было бы объяснить интерференцией волн.

Здесь что-то странное. Каждый фотон, действуя как частица, должен пройти через одну или другую из пары щелей, поэтому мы ожидаем получить только две группы пятен на пленке, каждая из которых находится напротив одной из двух щелей. Вместо этого кажется, что каждая частица, проходя через одну щель, «знает» о другой и корректирует свою окончательную траекторию так, чтобы создать волнообразную интерференционную картину.

Это становится еще более странным: предположим, что мы установили детектор, чтобы определить, в какую щель направляется фотон, а затем перекрыли другую щель затвором.Мы обнаружили, что фотон проходит прямо через открытую щель на пленку, не пытаясь создать какую-либо интерференционную картину. По-видимому, любая попытка наблюдать фотон как дискретную частицу заставляет его вести себя как единое целое.

Один известный физик (Ланде) предположил, что, возможно, нам следует придумать новое слово, wavicle , чтобы отразить эту двойственность.

Позже практически тот же эксперимент был повторен с электронами, показав, таким образом, что частицы могут иметь волнообразные свойства (как предсказал французский физик Луи де Бройль в 1923 году), точно так же, как то, что принято считать электромагнитными волнами, обладает свойствами частиц.

Это частица или волна?

Для больших тел (большинство атомов, бейсбольные мячи, автомобили) нет никаких сомнений: волновые свойства несущественны, и законы классической механики могут адекватно описывать их поведение. Но для таких крошечных частиц, как электроны ( квантовых частиц, ), ситуация совершенно иная: вместо того, чтобы двигаться по четко определенным траекториям, квантовая частица, кажется, имеет бесконечное количество путей, которые проходят через пространство, ища и собирая информацию. о всех возможных маршрутах, а затем скорректировав его поведение так, чтобы его конечная траектория в сочетании с другими траекториями производила тот же общий эффект, который мы наблюдали бы от последовательности волн с длиной волны = h / mv .

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Если бы автомобили вели себя как квантовые частицы, это не представляло бы никаких проблем!

Доводя эту идею квантовой неопределенности до крайности, физик Эрвин Шредингер предложил «мысленный эксперимент», в котором радиоактивный распад атома инициирует цепь событий, которые приведут к смерти кошки, помещенной в закрытый ящик. . Вероятность распада атома за час составляет 50%, а это означает, что его волновое представление будет содержать обе возможности до тех пор, пока не будет произведено наблюдение.Тогда возникает вопрос, будет ли кошка одновременно находиться в живом и мертвом состоянии, пока ящик не откроется? Если так, то возникает множество интересных вопросов о природе бытия.

Что нужно знать о волнах

Мы используем термин «волна» для обозначения величины, которая изменяется со временем. Волны, в которых изменения происходят повторяющимся или периодическим образом, имеют особое значение и имеют широко распространенный характер; подумайте о движениях поверхности океана, колебаниях давления в органной трубе или вибрациях гитарной струны.Что интересно во всех подобных повторяющихся явлениях, так это то, что они могут быть описаны одними и теми же математическими уравнениями.

Волновое движение возникает, когда в среде распространяется какое-либо периодическое возмущение; колебания давления в воздухе, поперечные движения струны гитары или изменения интенсивности локальных электрических и магнитных полей в пространстве, которые составляют электромагнитное излучение. Для каждой среды существует характерная скорость , с которой распространяется возмущение.

Есть три измеримых свойства волнового движения: амплитуда , длина волны и частота , количество колебаний в секунду. Связь между длиной волны \ (λ \) (греч. лямбда ) и частотой волны \ ( u \) (греч. nu ) определяется скоростью распространения v.

\ [v = и λ \]

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Какова длина волны музыкальной ноты A = 440 Гц, когда она распространяется в воздухе со скоростью звука 343 м / с –1 ?

Раствор

\ [λ = \ dfrac {v} { u} = \ dfrac {343 \; m \, s ^ ​​{- 1}} {440 \, s ^ ​​{- 1}} = 0.80 \; м \]

Световое и электромагнитное излучение

Открытие Майклом Фарадеем того факта, что электрические токи могут вызывать магнитные поля, а — наоборот. подняло вопрос о том, как эти эффекты передаются в пространстве. Примерно в 1870 году шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) показал, что это электромагнитное излучение можно описать как последовательность перпендикулярных колеблющихся электрических и магнитных полей.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Что «колеблется» в электромагнитном излучении ?: Согласно Максвеллу, это сила электрического и магнитного полей при их перемещении в пространстве.Два поля ориентированы под прямым углом друг к другу и к направлению движения. Когда электрическое поле изменяется, оно индуцирует магнитное поле, которое затем индуцирует новое электрическое поле и т. Д., Позволяя волне распространяться в пространстве.

Максвелл смог вычислить скорость, с которой распространяются электромагнитные возмущения, и обнаружил, что эта скорость такая же, как и у света. Поэтому он предположил, что свет сам по себе является формой электромагнитного излучения, диапазон длин волн которого составляет лишь очень небольшую часть всего электромагнитного спектра.Работа Максвелла служила для объединения того, что когда-то считалось совершенно отдельными сферами волнового движения.

Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр условно разделен на различные части, как показано на диаграмме ниже, на которой четыре логарифмических шкалы коррелируют длину волны электромагнитного излучения с его частотой в герцах (единицы с –1 ) и энергией на фотон, выраженной как в джоулях, так и в электрон-вольтах.

Остальные элементы, показанные на схеме сверху вниз:

  • названия, используемые для обозначения различных диапазонов длин волн излучения (вы должны знать их названия и порядок, в котором они появляются)
  • основные эффекты излучения на атомы и молекулы
  • пики теплового излучения, испускаемого черными телами при трех различных температурах

Электромагнитное излучение и химия. Стоит отметить, что излучение в ультрафиолетовом диапазоне может иметь прямые химические эффекты, ионизируя атомы и разрушая химические связи. Более длинноволновое излучение может взаимодействовать с атомами и молекулами способами, которые предоставляют ценные средства их идентификации и выявления конкретных структурных особенностей.

Энергетические единицы и величины

Полезно развить некоторое чувство различных величин энергии, с которой мы должны иметь дело. Базовая единица измерения энергии в системе СИ — это Дж, ; появление этой единицы в постоянной Планка ч позволяет выразить энергетический эквивалент света в джоулях.Например, свет с длиной волны 500 нм, который человеческому глазу кажется сине-зеленым, будет иметь частоту

Квант энергии, переносимый одиночным фотоном этой частоты, равен

Другая единица измерения энергии, которая обычно используется в атомной физике, — это электрон-вольт ; это кинетическая энергия, которую электрон приобретает при ускорении через разность потенциалов в 1 вольт. Соотношение 1 эВ = 1.6022E – 19 Дж дает энергию 2.5 эВ для фотонов сине-зеленого света.

Две маленькие батарейки для фонарика будут вырабатывать около 2,5 вольт и, таким образом, в принципе могут дать электрону примерно такое же количество кинетической энергии, которое может дать сине-зеленый свет. Поскольку энергия, производимая батареей, возникает в результате химической реакции, это количество энергии отражает величину изменений энергии, сопровождающих химические реакции.

В более привычных терминах, один моль фотонов с длиной волны 500 нм будет иметь энергетический эквивалент числа Авогадро, умноженного на 4E – 19 Дж, или 240 кДж на моль.Это сопоставимо с количеством энергии, необходимой для разрыва некоторых химических связей. Многие вещества способны вступать в химические реакции после разрушения их внутренней связи под действием света; такие молекулы называются фотохимически активными .

Спектры: взаимодействие света и вещества

Непрерывный спектр

Любое тело, температура которого выше абсолютного нуля, излучает излучение, охватывающее широкий диапазон длин волн. При очень низких температурах преобладающие длины волн находятся в диапазоне радиоволн.С повышением температуры длины волн уменьшаются; при комнатной температуре большая часть излучения находится в инфракрасном диапазоне.

При еще более высоких температурах объекты начинают излучать в видимой области, сначала в красном цвете, а затем перемещаются в сторону синего по мере повышения температуры. Эти спектры теплового излучения описываются как непрерывные спектры , поскольку присутствуют все длины волн в широком диапазоне излучения.

Наиболее знакомый нам источник теплового излучения — Солнце.Когда солнечный свет преломляется каплями дождя в радугу или призмой на смотровом экране, мы видим видимую часть спектра.

Красный горячий, белый, горячий … Ваш приблизительный справочник по температуре горячих объектов.

Линейчатые спектры

Нагрейте кусок железа почти до температуры плавления, и он будет излучать широкий непрерывный спектр, который глаз воспринимает как оранжево-желтый. Но если вы поразите утюг электрической искрой, некоторые атомы железа испарятся, и один или несколько их электронов временно выбиты из них.По мере охлаждения электроны воссоединяются с ионами железа, теряя энергию по мере продвижения к ядру и отдавая эту избыточную энергию в виде света. Спектр этого света далеко не непрерывный; он состоит из серии дискретных длин волн, которые мы называем линиями .

Спектр наиболее точно выражается в виде графика зависимости интенсивности от длины волны. Исторически первые спектры получали, пропуская излучение от источника через серию или узкие щели для получения тонкого луча, который рассеивался призмой, так что волны различной длины распределялись на фотопленке или на смотровом экране.«Линии» в линейчатом спектре на самом деле являются изображениями ближайшей к призме щели. В современных спектрофотометрах чаще используются дифракционные решетки, чем призмы, и электронные датчики, подключенные к компьютеру.

Каждый химический элемент имеет свой собственный характерный линейчатый спектр, который очень похож на «отпечаток пальца», позволяющий идентифицировать конкретный элемент в сложной смеси. Ниже показано то, что вы бы увидели, если бы могли напрямую посмотреть на несколько различных спектров атомных линий.

Атомные линейчатые спектры чрезвычайно полезны для идентификации небольших количеств различных элементов в смеси.

  • Компании, владеющие большим парком грузовых автомобилей и автобусов, регулярно сдают пробы масла в картерных двигателях на спектрографический анализ. Если они обнаруживают высокие уровни определенных элементов (например, ванадия), которые встречаются только в определенных сплавах, это может сигнализировать о том, что определенные части двигателя подвергаются сильному износу. Это позволяет механическому персоналу предпринять корректирующие действия до того, как произойдет отказ двигателя.
  • Несколько элементов (Rb, Cs, Tl) были обнаружены путем наблюдения спектральных линий, которые не соответствовали ни одному из известных в то время элементов. Гелий, который присутствует только в следах на Земле, был впервые обнаружен при наблюдении за спектром Солнца.
  • Более прозаическое применение атомных спектров — определение элементов, присутствующих в звездах.

Если вы живете в городе, вы, вероятно, каждую ночь видите атомные линейные источники света! «Неоновые» вывески — самые красочные и эффектные, но наиболее распространенным источником является уличное освещение высокой интенсивности.Взгляд на спектр излучения натрия (вверху) объясняет интенсивный желтый цвет этих ламп. Спектр ртути (не показан) также имеет самые сильные линии в сине-зеленой области.

Частицы и волны

Есть еще одна фундаментальная концепция, которую вам нужно знать, прежде чем мы сможем углубиться в детали атомов и их спектров. Если свет имеет природу частиц, почему частицы не должны обладать волнообразными характеристиками? В 1923 году молодой французский физик Луи де Бройль опубликовал аргумент, показывающий, что материя действительно должна иметь волнообразную природу. длина волны де Бройля тела обратно пропорциональна его импульсу мв :

\ [\ lambda = \ dfrac {h} {mv} \]

Если вы исследуете величину величин в этом уравнении (напомним, что h составляет около 10 –33 Дж / с), станет очевидно, что длины волн всех, кроме самых легких, являются незначительно малыми долями их размеров, так что все объекты нашего повседневного мира имеют определенные границы. Даже отдельные атомы настолько массивны, что их волновой характер не наблюдается в большинстве экспериментов.Другое дело электроны; электрон был фактически первой частицей, волнообразный характер которой был обнаружен экспериментально, следуя предсказанию де Бройля. Его небольшая масса (9,1E – 31 кг) сделала его очевидным кандидатом, а скорости около 100 км / с легко получить, что дает значение λ в приведенном выше уравнении, которое значительно превышает то, что мы считаем «радиусом» электрон. На таких скоростях электрон ведет себя так, как если бы он «разлетелся» до атомных размеров; пучок этих электронов может дифрагировать на упорядоченных рядах атомов в кристалле почти так же, как видимый свет рассеивается на близко расположенных бороздках при записи компакт-диска.

Дифракция электронов стала важным инструментом для исследования структуры молекул и твердых поверхностей.

Более знакомое использование волнообразных свойств электронов можно увидеть в электронном микроскопе , полезность которого зависит от того факта, что длина волны электронов намного меньше длины волны видимого света, что позволяет электронному лучу обнаруживать детали на поверхности. соответственно меньший масштаб.

Принцип неопределенности

В 1927 году немецкий физик Вернер Гейзенберг указал, что волновая природа материи приводит к глубокому и далеко идущему выводу: ни один метод наблюдения, каким бы совершенным он ни был, не может выявить как точное местоположение , и импульс импульса . (и, следовательно, скорость ) частицы.Отсюда широко известная концепция, согласно которой сам процесс наблюдения изменяет значение наблюдаемой величины. Математически принцип Гейзенберга выражается неравенством

\ [\ Delta {x} \ Delta {p} \ leq \ dfrac {h} {2 \ pi} \]

, в котором \ (\ Delta \) (дельты) представляют неопределенности, с которыми известны местоположение и импульс.

Примечание

Предположим, вы хотите измерить точное местоположение частицы, которая находится в состоянии покоя (нулевой импульс).Для этого вы должны «увидеть» молекулу, осветив ее светом или другим излучением. Но свет действует как пучок фотонов, каждый из которых обладает импульсом h / λ, в котором λ — длина волны света. Когда фотон сталкивается с частицей, он передает часть своего импульса частице, изменяя тем самым ее положение и импульс.

Обратите внимание, как форма этого выражения предсказывает, что если местоположение объекта известно точно (\ (\ Delta {x} = 0 \)), то неопределенность в импульсе должна быть бесконечной, что означает, что вообще ничего о скорость может быть известна.Точно так же, если бы скорость была указана точно, то местоположение было бы совершенно неопределенным, и частица могла бы находиться где угодно. Одно интересное следствие этого принципа состоит в том, что даже при температуре абсолютного нуля молекулы в кристалле должны все еще обладать небольшой величиной нулевого колебательного движения , достаточной для ограничения точности, с которой мы можем измерить их положение в кристалле. решетка.

Эквивалентная формулировка принципа неопределенности связывает неопределенности, связанные с измерением энергии системы, со временем \ (\ Delta {t} \), затраченным на выполнение измерения:

\ [\ Delta {E} \ Delta {t} \ leq \ dfrac {h} {2 \ pi} \]

«Неопределенность», о которой идет речь здесь, идет намного глубже, чем просто ограничение нашей способности наблюдать величину \ (\ Delta {x} \ Delta {p} \) с большей точностью, чем \ (h /2 \ pi \).Скорее, это означает, что это произведение не имеет точного значения и, соответственно, не имеет положения , положения и импульса , в микроскопическом масштабе. Более подходящим термином будет неопределенность , что ближе к исходному слову Гейзенберга Ungenauigkeit .

Революционная природа Принцип неопределенности Гейзенберга вскоре распространился далеко за пределы загадочного мира физики; его последствия быстро вошли в сферу идей и вдохновили множество творческих работ в искусстве, некоторые из которых действительно имеют прямое отношение к Принципу! Возможное исключение — широко известная пьеса Майкла Фрейна (см. Ниже), которая дала представление о мышлении Гейзенберга широкому слою публики.

Авторы и авторство

8: Испытания катионов металлов пламенем (эксперимент)

Цели

  • Для проведения испытаний катионов металлов пламенем с целью определения их характерных цветов,
  • Чтобы сопоставить наблюдаемые цвета пламени с соответствующей длиной волны видимого света, а затем выполнить вычисления для определения частоты и энергии испускаемых фотонов,
  • Чтобы связать эти результаты с типами электронных переходов, происходящих в этих элементах,
  • Попрактиковаться в написании электронных конфигураций для этих (и других) элементов.

Электромагнитное излучение состоит из перпендикулярных волн, колеблющихся в электрическом и магнитном полях (через пространство или материю). Эти волны характеризуются своей длиной (λ) и частотой (\ (\ nu \)). Длина волны определяется как расстояние между последовательными гребнями (или впадинами) волны и измеряется в метрах. Частота определяется как количество волн, которые проходят через заданную точку каждую секунду, и измеряется в 1 / секунде или герцах (Гц).

Все электромагнитные волны распространяются со скоростью света (\ (c \)) или \ (2.{-34} J \ cdot s \).

Видимый свет — наиболее известный пример электромагнитного излучения. Различия в длинах волн видимого света проявляются в разных цветах, показанных в Спектре цветов ниже (цвета можно увидеть в онлайн-документе PDF). Другие примеры электромагнитного излучения включают рентгеновские лучи, ультрафиолетовый свет, инфракрасный свет, микроволны и радиоволны.

Итак, как электромагнитное излучение связано с испытаниями на пламя? Что ж, когда атом (или ион) поглощает энергию, его электроны могут переходить с более низких энергетических уровней на более высокие энергетические уровни.Поглощенная энергия может быть в виде тепла (как при испытаниях пламенем), электрической энергии или электромагнитного излучения. Однако, когда электроны впоследствии возвращаются с более высоких уровней энергии на более низкие уровни энергии, энергия выделяется преимущественно в форме электромагнитного излучения .

Расстояние между энергетическими уровнями в атоме определяет размеры переходов, которые происходят, и, следовательно, энергию и длину волны сбора испускаемых фотонов:

Если излучаемые фотоны находятся в видимой области спектра, они могут восприниматься как линии разного цвета (обратите внимание, что фотоны вне видимого спектра также могут излучаться, но не могут быть видны глазом).Результат называется линией спектра излучения и может служить «отпечатком пальца» элемента, которому принадлежат атомы. Например, линейчатые спектры, показанные ниже для элементов гелия и углерода, явно сильно различаются.

К сожалению, для получения таких линейчатых спектров требуются более сложные методы, чем те, которые используются в этой лаборатории. Невооруженным глазом, когда элемент испаряется в пламени (или электрическом разряде), спектр излучения будет выглядеть как одноцветный .Например, газообразный гелий при возбуждении электрическим разрядом излучает свет оранжево-персикового цвета. Этот один цвет является результатом комбинации всех линий спектра излучения, пропорционально их интенсивностям. Поскольку многие элементы будут по-прежнему давать отличительные цвета в таких условиях, для идентификации этих элементов можно использовать простые испытания пламенем. Фактически, испытания пламенем использовались для идентификации элементов задолго до изобретения современных методов, таких как эмиссионная спектроскопия.

Процедура

Материалы и оборудование

Плетеные платиновые или нихромовые проволоки, промывочная емкость с дистиллированной водой, горелка Бунзена и следующие растворы: \ (\ ce {LiCl} \) ( водн. ), \ (\ ce {NaCl} \) ( водн. ) , \ (\ ce {KCl} \) ( водн. ), \ (\ ce {CuCl2} \) ( водн. ), \ (\ ce {BaCl2} \) ( водн. ), \ (\ ce {CaCl2} \) ( водн. ).

Безопасность

Соблюдайте осторожность при использовании горелки Бунзена.

Методика эксперимента

Этот эксперимент будет проводиться только в качестве инструкторской демонстрации.

Ваш инструктор окунет проволоку с петлей в один из предоставленных растворов, а затем подержит ее в пламени горелки Бунзена. Учащиеся запишут наблюдаемый доминирующий цвет пламени. В таблице ниже представлен список подходящих цветов на выбор. Затем ваш инструктор будет повторять это для оставшихся пяти решений, каждый раз используя новую проволочную петлю.

Анализ: Для каждого испытанного катиона металла найдите длину волны света, соответствующую наблюдаемому цвету пламени, из приведенной ниже таблицы. Обратите внимание, что длины волн указаны в нанометрах. Используя эти длины волн, рассчитайте частоту и энергию фотонов, испускаемых во время испытаний на пламя. Наконец, ответьте на вопросы и выполните упражнения, как указано в вашей форме отчета.

Доминирующий цвет

Приблизительная длина волны (в нм) *

Красный

701

Красно-оранжевый

622

Оранжевый

609

Оранжево-желтый

597

желтый

587

Желто-зеленый

577

Зеленый

535

Зелено-синий

492

Синий

474

Сине-фиолетовый

455

фиолетовый

423

* Значения длины волны здесь даны для среднего диапазона указанного цвета.

Предлабораторное задание: испытание катионов металлов пламенем

  1. В этой лаборатории вы проведете испытания пламенем нескольких катионов металлов. Наблюдаемые характерные цвета обусловлены испускаемым электромагнитным излучением возбужденных катионов металлов.
  • Как в этой лаборатории «возбуждены» катионы металлов?
  • Обведите правильные ответы, чтобы завершить следующее утверждение:

ЭМ-излучение излучается, когда электроны переходят с низкого / высокого на низкого / высокого уровней энергии.

  1. При испытании пламенем элемент Бор излучает электромагнитное излучение преимущественно зеленого цвета.
  • Используйте таблицу в процедуре, чтобы получить длину волны испускаемого излучения (в нм). Затем преобразуйте эту длину волны из нм в m.
  • Вычислите частоту испускаемого зеленого излучения в с -1 . Показать свою работу.
  • Вычислите энергию испускаемого зеленого излучения в Дж. Покажите свою работу.
  1. Обведите в кружок тип ЭМ излучения с указанным свойством:
  • Более высокая энергия: УФ или видимый свет?
  • Более длинная волна: оранжевый или синий свет?
  • Более высокая частота: ИК или желтый свет?

Отчет лаборатории: Испытания катионов металлов пламенем

Экспериментальные данные и наблюдения

Раствор

Доминантный цвет пламени

Длина волны (нм)

\ (\ ce {LiCl} \)

\ (\ ce {NaCl} \)

\ (\ ce {KCl} \)

\ (\ ce {CuCl2} \)

\ (\ ce {BaCl2} \)

\ (\ ce {CaCl2} \)

Анализ данных

Используя указанные выше длины волн, рассчитайте соответствующие частоты и энергии фотонов для испускаемого излучения, наблюдаемого для каждого тестируемого соединения.Запишите результаты своих расчетов в таблицу ниже.

Раствор

Длина волны (м)

Частота (с -1 )

Энергия фотона (Дж)

\ (\ ce {LiCl} \)

\ (\ ce {NaCl} \)

\ (\ ce {KCl} \)

\ (\ ce {CuCl2} \)

\ (\ ce {BaCl2} \)

\ (\ ce {CaCl2} \)

Покажите набор примеров расчетов для \ (\ ce {LiCl} \) только ниже.Ясно покажите все использованные вами уравнения.

  • Длина волны (м):
  • Частота (в с -1 ):
  • Энергия фотона (в Дж):
Вопросы
  1. Завершите следующий абзац, обведя правильные ответы:

В этом эксперименте катионы металлов в растворах изначально находились в (основном, возбужденном) состоянии. При помещении в пламя металлы затем (поглощают, излучают) энергию в виде (электричества, тепла, электромагнитного излучения).Когда это происходило, электроны переходили с (низкого, высокого) уровня энергии на (низкий, высокий) уровни энергии. При этом металлы находились в (основном, возбужденном) состоянии. Электроны в этих металлах затем переходили с (низкого, высокого) уровня энергии на (низкий, высокий) уровни энергии, что приводило к (поглощению, излучению) энергии в виде (электричества, тепла, электромагнитного излучения).

  1. Какие существуют доказательства того, что цвета, наблюдаемые при испытаниях на пламя, обусловлены металлами, а не неметаллами в тестируемых соединениях?
  1. Какой катион металла испускает излучение с самой короткой длиной волны ?

По сравнению с другими исследованными металлами, излучение, испускаемое этим катионом металла (указанным выше), составляло

  • самая высокая или самая низкая частота?
  • самая высокая или самая низкая энергия фотона?

Из этого вы сделаете вывод, что отношения между нижеследующими являются прямыми или обратными?

  • длина волны и частота
  • частота и энергия фотонов
  • длина волны и энергия фотонов
  1. Энергия, длина волны и частота испускаемого фотона связаны с размером электронного перехода (высокие → низкие уровни энергии), происходящего в катионе металла.{-19} J \). Вычислите длину волны этого излучения в нм .
Упражнение

В модели атома Бора электроны занимают фиксированные орбиты вокруг ядра, называемые энергетическими уровнями. Однако в квантово-механической модели атома электроны занимают орбитали. Орбитали сгруппированы по размеру и форме в оболочки и подоболочки (или уровни и подуровни). Электронные конфигурации и орбитальные диаграммы используются, чтобы показать расположение электронов в оболочках (уровнях), подоболочках (подуровнях) и орбиталях для определенных атомов.

Напишите полные электронные конфигурации и сокращенные орбитальные диаграммы для каждого из элементов, указанных ниже. Обведите валентных электронов в ваших полных электронных конфигурациях.

Хлор

полная конфигурация:

сокращенная орбитальная диаграмма:

Олово

полная конфигурация:

сокращенная орбитальная диаграмма:

Селен

полная конфигурация:

сокращенная орбитальная диаграмма:

Кобальт

полная конфигурация:

сокращенная орбитальная диаграмма:

Бор

полная конфигурация:

сокращенная орбитальная диаграмма:

висмут

полная конфигурация:

сокращенная орбитальная диаграмма:

Магний

полная конфигурация:

сокращенная орбитальная диаграмма:

Химия волос и краски для волос — PEP

Цвет волос можно объяснить с помощью биологии, химии и физики.Цвет волос определяется поглощением и отражением света, и он основан на количестве и типе присутствующего меланина 1 (это генетически определено). Например, когда свет попадает на белые или светлые волосы, которые содержат мало меланина, почти весь свет отражается, и этот отраженный свет содержит все части видимого спектра. Когда свет попадает в каштановые волосы, которые содержат умеренное количество меланина, часть света поглощается, и отраженный свет кажется окрашенным.Фактический цвет зависит от типа меланина, присутствующего в волосах. Черные волосы поглощают почти весь падающий на них свет, потому что в них много меланина. Отражается мало света, и волосы кажутся черными.

Меланин содержится в гранулах в меланоцитах 2 , но он не может обеспечивать какой-либо цвет, будучи изолированным таким образом; он должен быть перенесен в кератиноциты 3 . Меланоциты разбросаны, в основном в луковице и корковом слое волоса, между многочисленными кератиноцитами.Меланоциты имеют длинные усики или дендриты, которые контактируют с кератиноцитами. Кератиноциты фактически фагоцитируют кончики дендритов меланоцитов, похищая часть цитоплазмы меланоцитов, которая содержит гранулы меланина. Попав внутрь кератиноцитов, меланин способен поглощать свет и придавать цвет волосам.

Меланины — наиболее распространенные пигменты в природе. Меланины не только придают цвет волосам, но и придают цвет глазам, веснушкам, коже, чешуе и перьям.Они также отвечают за потемнение растений. Однако меланин важен не только для цвета волос. Этот биополимер способен связывать лекарства 4 так же, как рецепторы 5 связываются с лекарствами. Чтобы понять, как это происходит, полезно понять, как образуется меланин и его основную структуру. В меланоцитах меланин синтезируется из тирозина 6 , встречающейся в природе аминокислоты, которая также содержится в нейронах, где она участвует в синтезе нейромедиатора, дофамина 7 (см. Модуль 3).Различные ферменты 8 обнаружены в меланоцитах и ​​в дофаминовых нейронах для синтеза меланина или дофамина из одного и того же исходного материала (тирозина). Например, с помощью фермента тирозиназы 9 и некоторого количества меди тирозин окисляется O2 в конечном итоге до специальных допахинонов, имеющих цвет (рис. 5).

Затем допахиноны связываются в длинную цепь (полимеризуются) с образованием меланина (рис. 6). Эти полимеры содержат многочисленные карбоксильные группы (COOH), придающие меланину кислотный характер.Однако при нормальном клеточном pH 7,4 COOH имеет тенденцию отдавать H +, оставляя общий отрицательный заряд (COO-) на меланине. (Многие шампуни обладают «сбалансированным pH», т. Е. Имеют кислотность, соответствующую pH самих волос.)

Определения:
1 пигмент, содержащийся в волосах, коже, перьях и т. Д. Это биополимер, содержащийся в гранулах внутри меланоцитов и переносимый в кератиноциты для придания цвета волосам.
2 клетки в матриксе волос и в коре головного мозга, которые синтезируют меланин.
3 клетки, в которых кератин синтезируется в фолликуле.
4 вещество, которое влияет на структуру или функцию клетки или организма.
5 белок, с которым связываются гормоны, нейротрансмиттеры и лекарственные препараты. Обычно они располагаются на клеточных мембранах и после связывания вызывают функцию.
6 аминокислота, обнаруженная в меланоцитах и ​​нейронах, которая является исходным материалом для синтеза меланина и дофамина соответственно.
7 нейромедиатор, хранящийся в пузырьках нервных окончаний; это моноамин, который легко окисляется. Этот нейромедиатор содержится в нейронных путях, важных для стимуляции мозга, привыкания и контроля движений.
8 белок, который катализирует скорость реакции. Он связывается с одним из реагентов (субстратом), вызывая изменение структуры реагента, облегчая реакцию.
9 фермент меланоцитов, необходимый для окисления тирозина с образованием меланина.Без тирозиназы нет пигментации волос.

Фигурки:

Рисунок 5 Меланин синтезируется (окисляется) из тирозина с помощью фермента тирозиназы.

Рисунок 6 Меланин — это полимер допахинонов. X указывает дополнительные группы, содержащие COOH. Группы COOH имеют тенденцию терять атом H, оставляя им отрицательный заряд.

Электромагнитный и видимый спектр

Как обсуждалось в Разделе 10 Учебника по физике, электромагнитные волны — это волны, которые могут распространяться в вакууме.В отличие от механических волн , которым требуется среда для передачи своей энергии, электромагнитные волны способны переносить энергию через космический вакуум. Электромагнитные волны создаются колеблющимся электрическим зарядом и, как таковые, состоят как из электрического, так и из магнитного компонентов. Точная природа таких электромагнитных волн не обсуждается в Учебнике по физике. Тем не менее, о таких волнах можно сделать множество заявлений.

Электромагнитные волны существуют в огромном диапазоне частот. Этот непрерывный диапазон частот известен как электромагнитный спектр . Весь диапазон спектра часто разбивается на определенные области. Подразделение всего спектра на более мелкие выполняется в основном на основе того, как каждая область электромагнитных волн взаимодействует с веществом. На приведенной ниже диаграмме показан электромагнитный спектр и его различные области. Области с большей длиной волны и более низкой частотой расположены в дальнем левом углу спектра, а области с более короткой длиной волны и более высокой частотой — в крайнем правом углу.Две очень узкие области в спектре — это область видимого света и область рентгеновского излучения. Вы, несомненно, знакомы с некоторыми другими областями электромагнитного спектра.

Спектр видимого света

В центре внимания Урока 2 будет область видимого света — очень узкая полоса длин волн, расположенная справа от инфракрасной области и слева от ультрафиолетовой области.Хотя электромагнитные волны существуют в широком диапазоне длин волн, наши глаза чувствительны только к очень узкому диапазону. Поскольку эта узкая полоса длин волн является средством, с помощью которого люди видят, мы называем ее спектром видимого света . Обычно, когда мы используем термин «свет», мы имеем в виду тип электромагнитной волны, которая стимулирует сетчатку наших глаз. В этом смысле мы имеем в виду видимый свет, небольшой спектр из огромного диапазона частот электромагнитного излучения.Эта область видимого света состоит из спектра длин волн от приблизительно 700 нанометров (сокращенно нм) до приблизительно 400 нм. Выраженный в более привычных единицах измерения, диапазон длин волн простирается от 7 x 10 -7 метров до 4 x 10 -7 метров. Эта узкая полоса видимого света ласково известна как ROYGBIV .

Каждая отдельная длина волны в спектре длин волн видимого света представляет определенный цвет.То есть, когда свет этой конкретной длины волны попадает на сетчатку нашего глаза, мы воспринимаем это специфическое цветовое ощущение. Исаак Ньютон показал, что свет, проходящий через призму, будет разделен на разные длины волн и, таким образом, покажет различные цвета, из которых состоит видимый свет. Разделение видимого света на разные цвета известно как дисперсия . Каждый цвет характерен для определенной длины волны; и световые волны различной длины будут изгибаться в разной степени при прохождении через призму.По этим причинам видимый свет рассеивается при прохождении через призму. Рассеяние видимого света дает красный (R), оранжевый (O), желтый (Y), зеленый (G), синий (B) и фиолетовый (V) цвета. Именно поэтому видимый свет иногда называют ROY G. BIV. (Между прочим, индиго на самом деле не наблюдается в спектре, но традиционно добавляется к списку, так что в фамилии Роя есть гласная.) Красные длины волн света — это более длинные волны, а фиолетовые длины волн света — более короткие длины волн. .Между красным и фиолетовым есть непрерывный диапазон или спектр длин волн. Спектр видимого света показан на диаграмме ниже.

Когда все длины волн видимого спектра света попадают в ваш глаз одновременно, воспринимается белый цвет. Ощущение белого не является результатом одного цвета света. Скорее всего, ощущение белого цвета является результатом смешения двух или более цветов света. Таким образом, видимый свет — смесь ROYGBIV — иногда обозначается как белый свет .Технически говоря, белый цвет вообще не является цветом — по крайней мере, не в том смысле, что существует световая волна с длиной волны, характерной для белого цвета. Скорее белый — это комбинация всех цветов видимого спектра света. Если все длины волн видимого светового спектра дают вид белого, то ни одна из длин волн не приведет к появлению черного. Еще раз, черный на самом деле не цвет. Технически говоря, черный — это просто отсутствие длин волн видимого светового спектра.Поэтому, когда вы находитесь в комнате без света и все вокруг кажется черным, это означает, что в ваш глаз не попадает видимый свет с длиной волны, когда вы смотрите на окрестности.

Расследовать!

Виджет ниже сопоставляет длину волны света (в нанометрах) с определенным цветом света. Изучите, введя различные значения от 400 до 700 нанометров. Значения вне этого диапазона не видны и, следовательно, не связаны с цветом, воспринимаемым человеком.

Проверьте свое понимание

1. Световая волна — это электромагнитная волна, с которой связаны как электрическая, так и магнитная составляющие. Электромагнитные волны часто отличаются от механических волн. Различие основано на том, что электромагнитные волны ______.

а. может перемещаться сквозь материалы, а механические волны не могут

г.бывают в диапазоне частот, а механические волны существуют только с определенными частотами

г. может путешествовать через область, лишенную материи, а механические волны не могут

г. электромагнитные волны не могут переносить энергию, а механические волны могут переносить энергию

e.

Check Also

Сколько можно носить нарощенные волосы: Сколько держатся наращенные волосы и как за ними ухаживать?

Содержание Сколько держатся наращенные волосы и как за ними ухаживать?Знакомство с техникамиИтальянская методика (капсульное наращивание …

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *