Változik-e a fény frekvenciája a közeggel: és miért nem?

A fény frekvenciája az egységmásodperc alatt egy fix pontból érkező fényhullámok számával függ össze. Tehát bármely hullámhosszú fénynek van egy bizonyos frekvenciája, amely megfelel neki.

A fény képes megváltoztatni fizikai tulajdonságait, miközben különböző közegeken halad keresztül, és bizonyos folyamatokon megy keresztül, amelyek megváltoztatják tulajdonságaikat. A frekvencia is a fényhullám tulajdonsága. Változik-e a fény frekvenciája a közeggel? Ez az egyik ismerős kérdés, amelyet ebben a bejegyzésben fogunk megvitatni.

Miközben a közeg változásáról beszélünk, a könnyű folyamatok, mint pl fénytörés és diffrakció kényelmesebb a változásról a terjedési közeggel beszélgetni. Mindkét esetben a fény egyik közegből a másik, eltérő indexű közegbe terjed.

Változik-e a fény frekvenciája a közeggel?

Tudtuk, hogy a frekvencia fordítottan kapcsolódik a hullámhosszhoz. Amikor fehér fényt ütnek az üvegre vagy egy prizmára, akkor a közeg megváltozik, mivel a fény a levegőből a prizmába terjed, amelynek indexei különböznek egymástól.

A prizma képes megtörni a beeső fehér fényhullámot, amely különböző hullámhosszúságú kiemelkedő színekre oszlik. Tehát megfigyelhetjük a beeső fehér fény hullámhosszának változását, amikor az a másik közegbe ütközik, és a beeső fény sebessége is változik, de a frekvencia nem változik. A beeső fény frekvenciája marad, mint korábban.

változik-e a fény frekvenciája a közeggel
Kép leíró Változik-e a fény frekvenciája

Amikor a fénynek egyik közegből a másik közegbe kell eljutnia, akkor vagy törés, vagy diffrakció vagy interferencia miatt el kell térnie. Fontolja meg a példa a fehér fény megtörésére a prizmán. A prizma törésmutatója valamivel nagyobb, mint a levegőé; és így, a fény meghajlik, ami a fénytörést okozza. A kapott fénytörési kép a különböző hullámhosszú színek sávja, amelyet diszperziónak nevezünk.

Kép forrása: Kép szerzője Gerd Altmann ból ből pixabay 

A szétszórt színek helyzete a spektrumban a sebesség és a hullámhossz változásának köszönhető. A kisebb sebességű sáv színe halmoz fel a legkevesebb pozíciót, következésképpen a hullámhossz is kisebb, így halványabbnak tűnik. Így a sebesség is változott a közeggel. A színek együttese adja a vizuális spektrumot; a teljes spektrum frekvenciája változatlan marad, mivel ez egy olyan entitás, amelyet a forrás együttesen határoz meg.

Így bár a sebesség és a hullámhossz változik, a frekvencia nem változik a közeggel együtt; állandó marad.

Más szavakkal, a hullámhossz csökken, ahogy a sebesség arányosan csökken, amikor két különböző közeg között halad. Ha a hullámhossz és a sebesség arányát vesszük, akkor az állandó lesz. A fény hullámhosszának és sebességének aránya nem más, mint a frekvencia. Nyilvánvaló, hogy a frekvencia nem változik a közeggel.

Miért marad állandó a fény frekvenciája?

A fény képes eltérni, amikor különböző törésmutatójú közegen halad át. Törésmutatóik szerint sűrűbb vagy ritkább a fénysebesség vagy lelassul, vagy felgyorsul.

A a fény egy energiacsomagnak felel meg fotonok formájában; így a fény minden tulajdonsága az energiához is kapcsolódik. A fény energiája minden közegben állandó, mert a foton oszcillációját okozó erő nagysága állandó marad. Ez az oszcilláció a fény amplitúdójához kapcsolódik, amely az egyik frekvencia entitás. Így a fény frekvenciája is állandó marad.

Kép forrása: Kép szerzője Gerd Altmann ból ből pixabay 

A fény állandó frekvenciája matematikailag leírható a következő kifejezéssel:

E = hν

Ahol E a fény energiája, h a Plank-állandó és ν a fény frekvenciája.

Mivel a fény energiáját állandónak nevezzük, és van még egy állandó tényező; így a frekvencia is állandó.

A fény kvantált; ez azt jelenti, hogy nem veszítheti vagy nyerheti el azt az energiát, amely minden közegben állandó frekvenciát ad.

Gyakran ismételt kérdések

Változik-e a hang frekvenciája a közeggel együtt?

A frekvencia az a kifejezés, amely soha nem változik semmilyen közegben, mivel az energiának felel meg.

Amikor a hanghullám sűrűbb közegből egy ritkább közeg felé halad, a hullámhossz csökkenését figyelhetjük meg; így a hallhatóság változhat, de a frekvencia csak a hang forrásától függ, a közegtől nem; így állandó marad.

Független a frekvencia a terjedési közegtől?

Igen, természetesen a frekvencia mindig független a terjedési közegtől; ez azt jelenti, hogy a frekvenciát nem befolyásolják a közeg tulajdonságai.

A frekvencia teljes mértékben forrásfüggő entitás. Ha maga a forrás megváltozik, a frekvencia is megváltozik. Mindig független marad a terjedési közegtől.

A sebesség és a hullámhossz közötti összefüggés a fény vákuumbeli sebességének figyelembevételével fejezhető ki.

A fenti állítás azt jelenti, hogy ha a fény hullámhossza nagyobb, akkor a frekvenciája kisebb lesz. Matematikailag a frekvencia és a hullámhossz függőség egyenlete a következőképpen írható fel:

nu=c/λ ; ahol ν a frekvencia, λ a hullámhossz és c a fény sebessége.

Milyen fénytényezőket befolyásol a közeg változása?

Két tényező befolyásolja a közeg változását terjedés közben; ők

  • Hullámhossz – a beeső fény hullámhossza a közeg indexeitől függően növekedhet vagy csökkenhet.
  • Sebesség – a fény sebessége lelassul, miközben sűrűbb közegből ritkábbra terjed.

Hogyan változik a fény sebessége és hullámhossza a közeggel?

A sebesség fordítottan arányos a közeg törésmutatójával, és a hullámhossz arányos a sebességgel.

Ha a közeg törésmutatója nő, a fény sebessége csökken; ez a fény hullámhosszának csökkenését eredményezi. A törésmutató növekedése sűrűbb közegre utal; így a sűrűbb közegben a sebesség kisebb és arányosan a hullámhosszal. A fény sebessége azonban nagyobb ritkább közegben, és így nagyobb a hullámhossz.

Mit jelent az, hogy a fény kvantált?

A kvantummechanikában a kvantumok energiacsomagokat vagy fotonokat jelentenek.

A kvantált fény azt jelenti, hogy a fény a forrás frekvenciájától függő energiacsomagokat hordozza, és a kvantumszámok négy halmaza jellemzi. Diszkrét állapotban is létezik, így mindenhol állandó marad.

Lapozzon a lap tetejére