Light

Posted by entropy on June 02, 2012  •  Comments (40)  • 

前情概要

光是能量的一種傳播方式。光源所以發出光,是因為光源中原子的運動。有三種方式:熱運動、躍遷輻射、受激輻射。前者為生活中最常見的,比如電燈和火焰;後者多應用於雷射。
直進性
光沿直線傳播,簡言之光是直線運行的,也不需要任何介質,但在其他物體的重力場的影響下,光的傳播路徑會發生偏折,最顯著的就是黑洞的影響。
反射
光線遇另一介質反射的情況是指入射光反回原介質的情形,反射定律可以下列三原則來解釋:
反射線、入射線與法線在同一平面上。
反射線與入射線在法線的兩側。
反射角等於入射角:
折射
光從不同密度的介質穿過時發生的偏折現象為折射,不同介質可以出現不同的折射角,由該介質的折射率 來決定,並遵從斯乃爾定律
光速在不同介質中亦會轉變
當折射光沿著介面運行,這時稱為臨界角 ;當入射光則完全反射回原介質,稱為全內反射。
全內反射
全內反射是光折射的一個特殊情況,當光線由密度較高的介質(光密)到密度較低的介質(光疏)且入射角大於臨界時,即 ,則只有反射光線,沒有折射光線,這現象是為全內反射,光纖就是應用這現象來運作。
光徑的可逆性
在干涉與繞射可忽略的情況中,入射光線與反射光線的可交換性。就是在一條光徑的終點,發出反方向的光,此光可沿原路徑回到原來的起點。在介質分界面處應用光路的可逆性可導出關於反射率和折射率的斯托克斯關係。
干涉
干涉現象是波的一種特性。惠更斯在1678年提出光是一種波動後,由於得到兩列相干光源很不容易,所以波動說很長時間內沒有被證明認可。直到1801年,才由英國物理學家托馬斯·楊巧妙而簡單的解決了相干光源的問題。
繞射
繞射現象也是波的一種特性,是光在通過闊度與其波長相當的孔或縫時所發生的現象,光不會持續原來的直線路徑,而是作扇形發散狀。
光電效應
一種光游離作用(光子將電子撞出原子,使之游離的過程),最常見的應用是以光束完成電流通路的電眼系統。
傳播速度
光速
在真空中光的傳播速度為 299,792,458 m/s(準確),是一個常數,以符號 代表,也是訊息傳播速度的上限。由於構成光的光子質量為0,因此理論上並沒有任何物質的速度能超過光速
補充:光是如何產生的?
大家應該都知道原子的結構吧,基本上就是一個原子核跟一些電子在外圍環繞吧,基本上每個電子都會在特定的軌域上運轉,在不同的軌域會有不同的能量,所以電子如果因為軌域的躍遷就會伴隨著能量的吸收與釋放,簡單的來說,拿化學反應當例子好了,如果火柴在燃燒,所以火柴的化學能會轉成熱能(對外放出能量),所以在其周圍的原子就會吸收到很高的能量,因此就會讓他周圍的電子產生躍遷,就會對外放出光來。
基本上我們常講的光都是可見光,就是說他們其實都是電磁波,只是說可見光的波長是介在380nm~720nm,其實他們都是電磁波,雷射是同調性較高的電磁波,他不會色散。

色散:複色光分解為單色光而形成光譜的現象叫做光的色散。色散可以利用棱鏡或光柵等作為“色散系統”的儀器來實現。複色光進入棱鏡後,由於它對各種頻率的光具有不同折射率,各種色光的傳播方向有不同程度的偏折,因而在離開棱鏡時就各自分散,形成光譜。
光導纖維,簡稱光纖,是一種達致光在玻璃或塑料製成的纖維中的全反射原理傳輸的光傳導工具。微細的光纖封裝在塑料護套中,使得它能夠彎曲而不至於斷裂。通常光纖的一端的發射裝置使用發光二極體或一束雷射將光脈衝傳送至光纖,光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈衝。包含光纖的線纜稱為光纜。由於光在光導纖維的傳輸損失比電在電線傳導的損耗低得多,更因為主要生產原料是矽,蘊藏量極大,較易開採,所以價格便宜,促使光纖被用作長距離的資訊傳遞工具。隨著光纖的價格進一步降低,光纖也被用於醫療和娛樂的用途。

基本上光是能量,所以光能夠轉成很多種能量形式,最簡單就是用熱能的形式傳達(所以影片中的火柴才會因此燃燒,氣球也是因此爆開),光亦能夠轉成化學能,拿植物來舉例好了,植物行光合作用就是把光能變成化學能,我們現在最近很流行的太陽能電池就是一種光能轉成電能的應用。

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