Команда
Контакти
Про нас

    Головна сторінка


Оптика Гамільтона - Якобі





Скачати 26.77 Kb.
Дата конвертації14.12.2018
Розмір26.77 Kb.
ТипСтаття

Оптика Гамільтона - Якобі

Оптика Гамільтона - Якобі

Маріо Льоцци

Коли в 1830 р ірландець Вільям Роуан Гамільтон (1805-1865) почав займатися оптикою, хвильова теорія світла ще не була загальноприйнятою. Пуассон був ще послідовником нової теорії. Біо, самий консервативний з великих фізиків XIX століття, залишився вірним їй до самої смерті, в 1862 р Брюстер хвильової теорії не приймав, оскільки вважав неможливим приписувати творцю "настільки грубу ідею, як заповнення всього простору ефіром для того, щоб створити світ" . Важко повірити, але і Араго, згідно зі свідоцтвом Верде, заявив в 1851 р, що не може більше слідувати ідеям Френеля з тих пір, як той став говорити про поперечні коливання ефіру.

У цих умовах Гамільтон задався метою створити формальну теорію відомих оптичних явищ, яка була б прийнятна як з точки зору хвильової інтерпретації, так і з точки зору корпускулярної, і була б побудована за зразком принципу найменшої дії. Гамільтон заявив, що ставить перед собою мету - створити формальну теорію оптичних явищ, яка мала б такий же "красою, ефективністю і гармонією", як аналітична механіка Лагранжа. Згідно Гамільтон, ми можемо розглядати закони поширення світлових променів самі по собі, незалежно від пояснюють їх теорій і прийти таким чином до "математичної оптиці". Більш того, йдучи цим шляхом, Гамільтон вивів звідси цілу науково-філософську доктрину. В еволюції кожної науки Гамільтон розрізняє дві стадії: в першій вчений сходить від окремих фактів до законів, користуючись індукцією і аналізом, у другій він від законів сходить до наслідків, користуючись дедукцією і синтезом. Іншими словами, людина збирає і групує окремі явища до тих пір, поки наукове уяву не дасть йому можливість розкрити внутрішні закони, що дозволяють піднятися до розуміння єдності всього розмаїття. Після цього з єдності людина знову отримує різноманітність, проникаючи за допомогою відкритих законів у майбутнє.

У цьому полягає метод Гамільтона. Він зауважує, що принцип найменшої дії, хоча і виведений з метафізичних міркувань про наявність економії в природі, слід розглядати (принаймні у відомих випадках) як принцип екстремального дії, і тому він говорить про стаціонарне або варьируемой дії. Таким чином, Гамільтон прийшов до формулювання носить його ім'я принципу, згідно з яким деяка фізична величина, точно визначена математично, стаціонарне при поширенні світла. Цим шляхом йому вдається раціоналізувати геометричну оптику, перетворивши її в формальну теорію, що дозволяє інтерпретувати досвідчені дані без необхідності вибору між корпускулярної і хвильової гіпотезами.

У 1834-1835 рр. Гамільтон узагальнив свою теорію оптичних явищ на динаміку і систематично розвинув її, звівши рішення загальної задачі динаміки до системи двох рівнянь в приватних похідних.

У цих роботах Гамільтона досягнуто чудовий синтез проблем оптики і механіки, який був згодом знову знайдений Луї де Бройля і який безпосередньо надихнув Шредінгера в його дослідженнях. Цікаво зауважити, що найбільш потужні математичні засоби квантової механіки були запозичені саме з аналітичної механіки, що склалася в рамках класичної фізики.

Створена теорія дозволила Гамільтон передбачити, що якщо на плоскопараллельную пластину, вирізану у двуосном кристалі перпендикулярно оптичної осі, направити пучок природного світла так, щоб він поламав в кристалі паралельно оптичної осі, то на виході з пластини утворюється світиться кільце, діаметр якого змінюється зі зміною товщини пластини. Як відомо, - це явище внутрішньої конічної рефракції, яке було підтверджено експериментально Гемфрі Ллойдом (1800-1881) в дослідах з арагонітом.

Однак найбільш загальне застосування теорії Гамільтона було дано Карлом Густавом Якобі (1801-1854) в його знаменитих роботах, розпочатих в 1842 р Одночасно Якобі спростив і узагальнив теорію Гамільтона, надавши їй сучасну форму, що стала класичною. Ось чому цю теорію часто називають теорією Гамільтона - Якобі.

Швидкість світла

Як ми вже згадували не раз, корпускулярна теорія приписує світлу велику швидкість в більш щільних середовищах, тоді як хвильова теорія приписує йому в цьому випадку меншу швидкість. Араго, противник нової теорії і не зовсім послідовний прихильник хвильової, вважав, що вимірювання швидкості світла в матеріальних середовищах було б найкращим способом, experimentum crucis, встановити, яка ж з цих теорій справедлива. І ось в 1838 році він пропонує відповідний досвід, виконання якого, однак, через слабкість зору він був змушений надати іншим. Таким чином, Араго особливо підкреслив вирішальну роль цього досвіду для остаточного підтвердження хвильової теорії, так що завдання вимірювання швидкості світла наземних джерел набула особливої ​​необхідність і важливість в очах молодих фізиків.

Першим вдалося впоратися з нею в 1849 р Арману Іполита Физо (1819-1896). У принциповому відношенні досвід Фізо був подібний до досвіду Галілея. Физо змонтував установку, в якій промінь світла проходив в щілини між сусідніми зубцями колеса, що обертається з великою швидкістю, і потрапляв по нормалі на плоске дзеркало, яке перебуває на відстані 8633 м. Відбитий промінь йшов назад у напрямку падаючого променя. Якщо зубчатка була нерухома, то відбитий промінь проходив назад через ту ж щілину, через яку він пройшов у прямому напрямку, і спостерігачеві дзеркало уявлялося освітленим. Якщо ж зубчатка досить швидко оберталася, то за час, необхідний світлу для проходження від зубчатки до дзеркала і назад, на місце щілини переміщався зубець, що перегороджував шлях відбитому променю, так що поле зору здавалося спостерігачеві темним. Якщо швидкість обертання зубчатки ще більше зростала, так що відбитий промінь потрапляв вже в наступну щілину, то поле зору знову ставало світлим. Физо отримав для швидкості світла значення 313 274 304 м / сек.

Ці досліди були повторені Альфредом Корню (1841-1902), який в якості середнього з 1000 дослідів дав в 1873 р значення 298 400 км1сек з можливою помилкою в 1/300. У вдосконаленому вигляді цей метод був застосований в 1882 р Джемс Юнгом (1811-1883) і Джорджем Форбсом, а в 1928 р А. Каролюс і О. Міттелиптедтом, що замінили обертову зубчатку осередком Керра, значно більш точним електрооптичних приладом, що дозволив зменшити відстань до дзеркала до декількох метрів. У такому вигляді досліди були знову повторені А. Хуттелем в 1940 р і У. Андерсоном в 1941 р

Однак прилад Фізо не дозволяв вимірювати швидкість світла в різних середовищах. У 1834 р для вимірювання тривалості електричної іскри Уитстон ввів обертається дзеркало і відразу ж став думати про можливість його застосування для вимірювання швидкості світла. Однак тут йому не вдалося домогтися успіху. Його проект був підхоплений Араго, який запропонував дуже складний досвід, про який ми згадували на початку параграфа. Физо і Леон Фуко (1810-1868) взялися спростити його і практично здійснити. Спочатку вони працювали разом, але потім розділилися, вступивши в змагання, хто швидше досягне мети. Це вдалося зробити в 1850 р Фуко, застосував пристосування, що описується в усіх підручниках фізики.

Суть досвіду полягає в наступному. Час, необхідний для прямого і зворотного проходження світлом відстані між двома дзеркалами, одне з яких швидко обертається, визначалося за кутом повороту дзеркала за цей час, який оцінювався за відхиленням світлового променя після його відображення від обертового дзеркала. Для визначення числа обертів обертового дзеркала в секунду Фуко застосував (мабуть, вперше в фізичних дослідженнях) стробоскопический метод, т. Е. Метод уявного уповільнення періодичного руху, що дозволяє зручно проводити спостереження. Помістивши між обома дзеркалами, що знаходяться одне від одного на відстані кількох метрів, різні речовини, відмінні від повітря, можна було визначити швидкість світла в них.

Досліди, проведені Фуко в 1850 р, дозволяли лише порівнювати значення швидкостей світла. Помістивши трубу з водою між двома дзеркалами, він показав, що швидкість світла у воді становить 3/4 швидкості світла в повітрі. До того ж результату прийшов дещо пізніше Фізо, який поставив досвід спільно з Луї Бреге (1804-1883). У 1862 р Фуко, відвернувшись від інших досліджень, знову зробив вимір швидкості світла і знайшов її рівною 298 000 км / сек з максимальною помилкою ± 500 км / сек.

Вимірювання швидкості світла повторювалися з подальшими поліпшеннями методики Фуко Симоном Ньюкомбом (1835-1909) в 1881-1882 рр., Альбертом Майкельсоном в період 1878-1882 рр. і ще раз в 1924-1926 рр. і У. Андерсоном в 1937 р Вимірювання Андерсона дають для швидкості світла значення 299 764 км / год з можливою помилкою 15 км / сек. Всі наведені значення відносяться до поширення світла в порожнечі.

Наземні вимірювання систематично дають для швидкості світла значення більше отриманого за допомогою астрономічних методів; причина цього невідома.

Всі ці вимірювання узгоджуються також в тому, що в більш заломлюючих середовищах швидкість світла виявляється меншою. Але ці вимірювання розкрили ще одну важливу особливість: показник заломлення середовища не дорівнює точно відношенню швидкостей світла в просторі і в розглянутій середовищі, як того вимагає теорія Френеля, причому спостерігається відхилення набагато перевищує величину помилки експерименту. Ця розбіжність в 1881 р пояснив Релей, який ввів поняття "фазовоїшвидкості", т. Е. (Не спостерігається зазначеними методами) швидкості строго монохроматичному хвилі, і "групової швидкості" - швидкості гребеня хвилі, що виходить в результаті накладення великого числа монохроматичних хвиль . У диспергирующей середовищі групова швидкість, яка як раз і вимірюється в описаних дослідах, не збігається з фазовою.

У 1850 р досліди Фізо і Фуко представлялися вирішальним тріумфом хвильової теорії. Карло Маттеуччі, один з найбільших італійських фізиків того часу, в тому ж році писав: "Пряме експериментальне доказ зменшення швидкості світла в більш щільних середовищах, про який ми щойно говорили, повністю відкидає ньютоновскую гіпотезу і чудово підтверджує справедливість хвильової".

Однак фізичні теорії ніколи не бувають остаточними. Теорія Френеля спокійно проіснувала ще близько двадцяти років, після чого почалися всякі неприємності.

Нерухомий чи ефір илиже він захоплюється при русі тіл?

Гіпотеза пружних коливань ефіру одразу ставила проблему: нерухомий ефір або ж рухається? Зокрема, чи рухається ефір, сконцентрований в тілі, разом з цим тілом? Прекрасні досліди Араго довели, що рух Землі не робить ніякого відчутного впливу на заломлення світла, що приходить від зірок.

Цей результат був несумісний з корпускулярної теорією, тому Араго звернувся до Френеля з питанням, чи вкладається він у рамки хвильової теорії. В одному зі своїх листів 1817 р Френель відповів, що цей результат легко пояснюється хвильової теорії, як і явище аберації, якщо тільки прийняти часткове захоплення ефіру, т. Е. Прийняти, що рухається тіло захоплює з собою не весь міститься в ньому ефір, а лише надлишкову частину ефіру в порівнянні з рівним об'ємом порожнього простору. За допомогою цієї гіпотези Френеля вдалося пояснити все явища, що виникають через швидкого руху заломлюючого тіла.

Вплив руху тіл, що випускають світло або звук, було досліджено теоретично в 1842 р австрійським фізиком Християном Доплером (1803-1853), який показав, що при наближенні джерела світла до спостерігача період коливань представляєтьсяспостерігачеві меншим, ніж при нерухомому джерелі, т. Е . колір випромінювання зміщується в бік ультрафіолету. Якщо ж джерело віддаляється від спостерігача, то колір зміщується в червону сторону спектра. Аналогічно якщо джерело звуку наближається до спостерігача, то звук сприймається вищим, а якщо віддаляється - більш низьким; в цьому явищі тепер легко переконатися, спостерігаючи зміна висоти звуку гудка паровоза, що проходить повз спостерігача. У 1848 р Физо запропонував скористатися цим явищем, яке отримало назву ефекту Допплера, або ефекту Допплера - Физо, для вимірювання радіальної складової швидкості зірок зі зміщення їх спектральних ліній.

Уже сам Допплер зауважив, що цей же метод можна застосувати для вимірювання швидкостей подвійних зірок; проте цей вимір нікому не вдавалося провести, в тому числі і Максвеллові.Застосування допплерівського методу в астрофізиці стало можливим лише після появи в 1860 р призми прямого зору, яку запропонував астроном Джован Баттіста Амічі (1786-1863), відомий конструктор оптичних інструментів великої точності. Крім цієї призми, як відомо з підручників фізики, він ввів у вживання ще іншу призму (повного внутрішнього відображення), названу на його честь, удосконалив мікроскоп і запропонував ідею иммерсионного мікроскопа. Призма прямого зору Амічі складається з призми з флінтгласу, розташованої між двома призмами з кронгласа; вона дає спектр в напрямку падаючого променя.

У 1869 р Фрідріху Цолльнеру (1834-1882) прийшла в голову щаслива ідея застосувати пару протилежно розташованих призм прямого зору Амічі, щоб отримати два протилежних спектру. Таким чином був створений так званий реверсивного спектроскоп, який дозволяв вже використовувати ефект Доплера. З цього моменту значення ефекту Допплера в астрофізиці надзвичайно зросла.

Ефект Доплера теж ніби підтверджував ідею Френеля про часткове захоплення ефіру; тим не менш, цю гіпотезу оскаржував Джордж Габріель Стоке (1819 -1903), один з найбільш блискучих продовжувачів справи Френеля, відомий перш за все відкриттям в 1852 р явища флюоресценції і закону, що визначає флюоресценцію, який і зараз називається "законом Стокса". У відомій праці, що відноситься до 1845 р Стоці відстоює ідею про повне захоплення ефіру, що знаходиться в безпосередній близькості від Землі, яке переходить поступово в часткове захоплення, все більше меншу в міру віддалення від Землі.

У 1851 р Физо намагався вирішити це питання, змусивши интерферировать два променя світла, один з яких проходив стовп води в напрямку її течії, а другий - проти течії. Якщо ефір захоплюється при русі води, то інтерференційні смуги повинні зміститися по відношенню до того стану, який вони займають в досвіді з нерухомою водою. Експериментальні результати, отримані Фізо, підтвердили гіпотезу Френеля. До того ж висновку привели дослідження Едуарда Кеттелера (1836 -1900), проведені в 1871 р, і дослідження Майкельсона і Морлі в 1886 р

Але ще п'ятьма роками раніше Майкельсон у своєму що став згодом знаменитому досвіді намагався експериментально виявити рух Землі щодо ефіру, прийнятого за нерухомий, т. Е. Виявити так званий "ефірний вітер".

Застосований Майкельсоном метод можна назвати "методом двох шляхів": один промінь світла, падаючи на злегка посріблену пластину, розщеплюється на два взаємно перпендикулярних променя; ці промені відбивалися по нормалі від двох дзеркал, розташованих на однаковій відстані від пластини, поверталися назад тим самим шляхом, зливалися разом і прямували в оптичну систему. Якщо Земля рухається відносно ефіру, то через відмінності часів, необхідних для проходження обома променями своїх взаємно перпендикулярних шляхів, повинна спостерігатися інтерференційна картина. Хоча лінійна швидкість обертання Землі навколо Сонця (30 км / сек) досить мала в порівнянні зі швидкістю світла, експериментальна установка була здатна виявити навіть в 100 разів менший ефект. Цей досвід, багаторазово повторений для різної орієнтації приладу і в різні пори року, давав у Майкельсона весь час чисто негативний результат. Критика цього досвіду з боку Лоренца призвела до того, що Майкельсон знову повторив його в 1887 році разом з Едуардом Вільямом Морлі (1838-1923) - і з тим же результатом. Таким чином, Майкельсон міг стверджувати, що, згідно з його дослідів, ефір рухається разом з Землею. Однак явище аберації світла вказує на те, що ефір нерухомий. Ці два висновки різко протилежні один одному. Далі ми побачимо, як це протиріччя призвело до появи теорії відносності.

Досліди Майкельсона були повторені з деякими вдосконаленнями Морлі і Міллером в 1904 р з тим же результатом. Пізніше, з 1921 по 1925 р, Міллер виробляв безперервні спостереження, які привели його до висновку, що Земля рухається по відношенню до ефіру зі швидкістю 9 км / год. Однак цей висновок був спростований наступними дослідами Джозефа Кеннеді і багатьма іншими, аж до нового досвіду Майкельсона, проведеного спільно з Пизом і Пирсоном в 1929 р

невидимі випромінювання

Спочатку тридцятиріччя XIX століття дослідження поляризації та природи світла відтіснили на другий план інші важливі відкриття в області світлових явищ.

Той факт, що світлові промені пов'язані з тепловими променями, ясний з безпосереднього спостереження, був відомий, звичайно, ще з часів античності. Саме застосування слова "фокус" до увігнутим дзеркал і до лінзам показує, що тут увага зверталася більше на концентрацію теплових променів, а не світових. Але розрізнення світлових і теплових променів ми зустрічаємо вперше, мабуть, в "Magia naturalise (" Натуральна магія ") Порти (1589 г.), де висловлюється здивування, чому увігнуте дзеркало концентрує не тільки тепло, але і холод. Це спостереження було предметом ретельного експериментального дослідження Академії дослідів, причому було помічено відчутне охолодження у фокусі увігнутого дзеркала, перед яким поміщений великий шматок льоду. А Паоло дель Буоно (1625 - 1659), кореспондент цієї ж Академії, зауважив, що промені, що проходять через лінзу з льоду, фактично не ті яют своєї теплової здібності. Ще більш ясно відмінність між світловими і тепловими променями виявив Маріотт, який за допомогою увігнутого дзеркала з льоду показав, що теплові промені відбиваються від нього без ослаблення, так що в фокусі вдається створити інтенсивність, достатню для того, щоб запалити порох . У 1777 р Ламберт показав, що теплові промені, як і світлові, поширюються прямолінійно.

У 1800 р Вільгельм Гершель справив фундаментальне відкриття. Бажаючи перевірити, чи дійсно тепло, як прийнято було вважати, розподілено рівномірно по сонячному спектру, Гершель переміщав чутливий термометр уздовж сонячного спектра і виявив, що показується їм температура не тільки безперервно підвищувалася при переміщенні від ультрафіолетового кінця спектру до червоного, але її максимум взагалі досягався в області, що лежить за червоною частиною спектру, т. е. там, де око нічого не вважає. Ось приклад того, наскільки "в природознавстві корисно сумніватися в загальноприйнятих речі", - зауважує з цього приводу Гершель. Він тут же пояснює це явище невидимим тепловим випромінюванням, що виходить із Сонця і відхиляється призмою слабкіше червоного кольору, чому воно і отримало назву "інфрачервоного випромінювання". Потім Гершель досліджував це невидиме випромінювання, що випускається земним джерелом, який представляв собою залізний циліндр, нагрітий, але не світиться, і показав переломлення цього випромінювання в лінзах.

Юнг розумів важливість відкриття Гершеля і в своїх лекціях в 1807 р назвав його найбільшим відкриттям з часів Ньютона. Правда, Джон Леслі (1766-1832), вельми акуратний експериментатор, намагався пояснити досліди Гершеля повітряними течіями, проте його теоретичні заперечення не знайшли прихильників. Більш вдалими були його експериментальні дослідження (1804 г.), і зараз ще приводяться в курсах фізики. За допомогою диференціального термометра, що носить його ім'я, але описаного ще в 1685 р Іоганном Христофором Штурмом (1635-1703), і за допомогою свого "куба", одні грані якого були зачорненими, а інші дзеркальними, Леслі показав, що випускання і поглинання тілом теплового випромінювання залежать від характеру його поверхні.

За кілька років до робіт Леслі німецький фізик Йоганн Ріттер (1776 - 1810) зробив інше відкриття, "симетричне" відкриття Гершеля і настільки ж важливе. Повторивши в 1802 р досліди Гершеля, він поставив собі за мету дослідити хімічне дію різних ділянок світлового спектру. Для цього він застосовував хлористе срібло, почорніння якого під дією світлових променів було виявлено Іоганном Генріхом Шульце (1687-1744) ще в 1727 р, і встановив, що хімічна дія випромінювання зростає поступово по спектру від червоного кінця до фіолетового і досягає максимуму за фіолетовою областю, там, де око вже не сприймає ніякого світла. Таким чином було знайдено в спектрі нове випромінювання, яке у сонячному світлі і переломлюються призмою сильніше, ніж фіолетове, в зв'язку з чим воно і отримало назву "ультрафіолетового випромінювання". Томас Юнг з більшою точністю повторив досліди Ріттера і справив також вимірювання інтенсивності, а Вільям Волластон (1766-1828) підтвердив отримані Юнгом результати в дослідах з розчином гуммигута, який під дією світла змінює свій колір з жовтого на зелений.

За цим послідували роботи багатьох інших фізиків, в тому числі де Сосюра і Пикте, Гей-Люссака і Тенара, Зеебека і Берар, кожен з яких вніс свій внесок в дослідження цього явища. Ці дослідження привели також до одного важливого застосуванню - фотографії, що грає таку велику роль і для самої фізики. Ми не можемо тут, однак, зупинятися на історії фотографії. Досить лише згадати, що в 1839 р Луї Дагерр (1789-1851) повідомив про винайдений ним процесі, названому "дагеротипом", що є удосконаленням методу отримання фотографічних зображень на металі, запропонованого в 1827 р Жозефом Ньепсом (1765-1833), співробітником якого був Дагерр. У 1840 р Дрейпер сфотографував Місяць, а в 1842 р - лінії Фраунгофера; в тому ж році Алессандро Майоккі (1795-1854) сфотографував Сонце.

Фундаментальний внесок у ці дослідження вніс Мачедоніо Меллона (1798-1854). Меллона, один з найбільших італійських експериментаторів, зайнявся дослідженням "променистого тепла" за допомогою інструменту, значно більш чутливого, ніж були тоді у вживанні звичайні термометри. Він застосовував "термо-мультиплікатори", що складаються з термоелектричного стовпчика, пов'язаного з гальванометром нобілі, чутливим елементом експериментального пристосування, відомого зараз як оптична лава Меллона. За підтримки Араго Меллона провів свої головні досліди в Парижі, де змушений був шукати політичного притулку з 1831 по 1839, бо надавав допомогу паризьким студентам, які взяли почастішавши в революції 1830 р

Після аналізу результатів, отриманих в області дослідження променистого тепла попередніми фізиками, і виправлення деяких з них Меллона починає самостійні дослідження з вивчення поглинання променевого тепла різними тілами і виявляє, що кам'яна сіль досить прозора для тепла, так що особливо підходить для виготовлення призм і лінз, призначених для дослідження інфрачервоного випромінювання. Меллона показав різну преломляемость теплових променів, яка до того заперечувалася, і "хімічних", т. Е. Ультрафіолетових променів; він довів, що променисте тепло поляризоване, і за допомогою дотепного досвіду, приписуваного тепер Тиндаль, показав, що інтенсивність променистого тепла зменшується обернено пропорційно квадрату відстані.

Ще в 1833 р Карло Маттеуччі показав, що теплові промені інтерферують між собою, а слідом за ним Форбс (1809-1868) підтвердив інтерференцію теплових променів на приладі з двома дзеркалами Френеля. Велике значення має робота Меллона, що вийшла в Неаполі в 1842 р, куди він був запрошений до Школи мистецтв і ремесел (посада цю він був змушений залишити в 1848 р теж з політичних міркувань).

У цій невеликій роботі (всього 47 сторінок) він роз'яснює поняття променевого тепла, світла і хімічних променів (ультрафіолету) як подібних явищ випромінювання, що розрізняються лише довжиною хвилі. Це було одним з найбільших досягнень науки того часу і істотним стимулом до вироблення єдиних теорій, характерних для прогресу фізики в XIX столітті. У своїй новій роботі, що вийшла роком пізніше, Меллона показав, що поглинання інфрачервоного випромінювання відбувається так само, як і поглинання видимого випромінювання, і подібно до того, як при певній товщині тіла бувають прозорі або непрозорі для світла, так і для тепла вони бувають "теплопрозрачни "і" теплонепроникність ". Як і світло, тепло може відчувати виборче поглинання в тілах, так що оптично прозоре тіло не завжди "теплопрозрачно", як, наприклад, скло, яке слабо поглинає світло і сильно поглинає тепло. Всі ці явища, а також різна преломляемость теплових променів дозволили Меллона говорити в фігуральному сенсі про "теплових кольорах". У 1845 р Меллона показав, що теплове випромінювання - це не чисто поверхневе явище, в ньому беруть участь і внутрішні шари випромінюючого тіла.

У своїй роботі "La thermocrose ou la coloration calorique" ( "Про теплових кольорах"), опублікованій в Неаполі в 1850 р(І перевидана в 1954 р в Болоньї в його зібранні творів), Меллона дає захоплююче за формою незбиране виклад своєї теорії променевого тепла і своїх класичних експериментів. Після введення, що носить автобіографічний характер, Меллона описує спочатку прилади для вимірювання променевого тепла і джерела теплового випромінювання, потім переходить до експериментальних досліджень теплового випромінювання в просторі і в повітрі, а потім - до поширення променевого тепла в різних речовинах.

У цій класичній праці було покладено початок дослідженню излучательной та поглинання різних тіл (і зокрема, сажі, що призвело до поняття чорного тіла) і показано, що закони, яким підкоряються класичні явища оптики, збігаються з законами, що визначають аналогічні явища в області теплового випромінювання. Дослідження Меллона були продовжені Джоном Тіндалем (1820-1893), зокрема в області поглинання в газах. Тіндаль показав, що сухе повітря погано поглинає теплові промені, і після довгої полеміки з Генріхом Густавом Магнусом (1802-1870) продемонстрував в 1881 р сильне поглинання теплових променів водяною парою, що має, звичайно, велике значення для метеорології.

Так само як застосування термоелектричної батареї зумовило можливість фундаментальних відкриттів Меллона, застосування нового чутливого термометра - болометра - уможливило подальше просування в дослідженні променевої енергії. Цей новий прилад був описаний в 1881 р американським фізиком Самюелем Ленглі (1834-1906). Найтонша смужка платини, покритої сажею, що служить термочутливих елементом, є частиною електричного контура. Якщо на смужку падає випромінювання, то її температура змінюється, і внаслідок цього змінюється електричний опір; по зміні опору можна судити про зміну температури. Болометр - виключно чутливий прилад, що дозволяє встановити зміни температури з надзвичайно високою точністю. Цей новий прилад дозволив Ленглі зробити ряд відкриттів. Він показав, що максимум випромінювання сонячного спектра знаходиться в області помаранчевого кольору, а не інфрачервоного, як думали раніше; що інфрачервоне випромінювання порівняно легко проходить крізь атмосферу; що кількість енергії, необхідне для того, щоб викликати видимий ефект, дуже сильно залежить від кольору. Нарешті, Ленглі виміряв для наземних джерел дуже великі довжини хвиль випромінювання аж до 0,05 мм.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.portal-slovo.ru/



  • Швидкість світла
  • Список літератури