Свет испускается и поглощается веществом в виде строго определенных порций энергии - световых квантах - фотонах. Фотоны- элементарные частицы света. Принципиальное отличие фотона от микрочастиц - отсутствие массы покоя, поэтому торможение (поглощение) фотона обязательно связано с превращением кванта света в другой вид энергии и прекращением самостоятельного существования.
Энергия света прямо связана с частотой. Количественную связь между корпускулярными свойствами E и волновой характеристикой излучения устанавливает формула Планка: чем короче длина волны, тем большую энергию она несет.
Корпускулярные свойства света обнаруживаются в процессах люминесценции, спектрах поглощения и испускания (флуоресценции), явлении фотоэффекта.
Взаимодействие света с веществами – это взаимодействие светового электромагнитного поля, колеблющегося с высокой частотой, с электронами, атомами и молекулами веществ, находящимися в этом поле. Наиболее полно такое взаимодействие описывает квантовая механика.
Однако многие световые явления могут быть описаны с позиций классической физики. Свет ведет себя, как электромагнитная волна только при распространении через непоглощающие среды. В остальных случаях световой поток представляется, как поток частиц – фотонов.
Скорость электромагнитных волн в вакууме:
с = 2,99792458 ·108 м/с = 3 · 108 м/сек
Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных.
Скорость распространения электромагнитной волны через вещество конечна и зависит от электрических и магнитных свойств вещества.
Чем больше диэлектрическая или магнитная проницаемость вещества, тем с меньшей скоростью распространяется свет в этом веществе.
На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, оставшаяся часть пройдет через границу и будет распространяться во второй среде
Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения равен углу падения.
Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина, постоянная для двух данных сред:
Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.
Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:
n = n2 / n1.
Законы отражения и преломления находят объяснение в волновой физике. Согласно волновым представлениям, преломление является следствием изменения скорости распространения волн при переходе из одной среды в другую. Физический смысл показателя преломления – это отношение скорости распространения волн в первой среде к скорости их распространения во второй среде.
При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n2 < n1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать явление полного отражения, то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол, который называется предельным углом полного внутреннего отражения.
Явление полного внутреннего отражения находит применение во многих оптических устройствах. Наиболее интересным и практически важным применением является создание волоконных световодов, которые представляют собой тонкие (от нескольких микрометров до миллиметров) произвольно изогнутые нити из оптически прозрачного материала (стекло, кварц).
Свет, попадающий на торец световода, может распространяться по нему на большие расстояния за счет полного внутреннего отражения от боковых поверхностей. Научно-техническое направление, занимающееся разработкой и применением оптических световодов, называется волоконной оптикой.
Согласно молекулярной теории света, под действием электромагнитного поля световой волны в молекулах среды происходит смещение связующих пар внешних (оптических) электронов в сторону более электроотрицательного атома. Это смещение приводит к несовпадению центров положительных и отрицательных зарядов, т.е. молекулы поляризуются и приобретают характер диполей. Диполи совершают вынужденные колебания с частотой, равной частоте падающей световой волны. Кроме того, данные диполи являются источниками вторичных сферических волн. Если среда однородна и изотропна (свойства среды одинаковы во всех направлениях) и падающая световая волна плоская, то из-за интерференции ее со всеми вторичными волнами, излучаемыми диполями среды, получается плоская результирующая волна, которая распространяется в соответствии с законами преломления и отражения света. Так как распространение света в преломляющей среде связано с поляризуемостью ее молекул, то различные соединения, среды и вещества имеют разную преломляющую способность.
