A fény frekvenciája állandó: mikor, miért, hogyan és részletes tények

Mint tudjuk, a fény egy elektromágneses sugárzás. Változhat a fény frekvenciája? Nézzünk részletesebben ebben a cikkben.

A frekvenciát a fény által birtokolt energia mennyisége határozza meg. Mindaddig, amíg a fény energiája nem változik, a frekvencia ugyanaz marad, még akkor is, ha különböző médián keresztül halad. Míg a hullámhossz és a sebesség is eltérő lesz, ahogy a fény terjedési közege változik.

Például egy monokromatikus fénysugárnak meghatározott frekvenciaértéke van, miközben hullámhossza és terjedési sebessége különböző közegekben változhat. Az alábbiakban részletes vitát adunk.

További információ a 21+ hullámfrekvencia példáról: Részletes magyarázatok

Miért állandó a fény frekvenciája?

A fény frekvenciája a közegben (vagy vákuumban) másodpercenként áthaladó hullámok számaként írható le, és Hertz egységekben mérjük.

Frekvencia, v Hz-ben = hullámok száma/idő másodpercben

Ennélfogva a frekvencia az időtől függ, és nem a közeg tulajdonságaitól, amelyben a fény terjed. Ez azt jelenti, hogy a fény frekvenciája független a terjedési közegtől, és csak a forrásától függ.

Továbbá, mivel a fény energiája nem változik, a frekvencia állandó marad.

Számos fizikus bebizonyította, hogy a fénynek kettős természete van: hullám és részecske. A részecskeelméletben a fény fotonoknak nevezett részecskékből áll. Az egyes fotonok energiája az

E = hv

Ahol h a Planck-állandó, amelynek értéke 6.626*10-34Js

inline v a fény frekvenciája

A fotonok energiája akkor is állandó marad, ha a fény nagy távolságokat tesz meg. Ezért a fény frekvenciája változatlan marad, de a fény hullámhossza és sebessége megváltozik, ha különböző közegeken halad át.

Mikor változik a fény frekvenciája?

Mivel a fény vagy bármely más hullám frekvenciája csak a hullám forrásától függ, és nem a terjedési közegtől, ezért csak a forráson végzett változtatások nyilvánulnak meg frekvenciaváltozásként.

A fényforrás megváltoztatásakor az energia is változik, így a frekvencia is más lesz. Vegyünk például egy elektromágneses sugárzás forrását, esetleg egy fekete testet. Ha a fekete test hőmérsékletét növeljük, akkor a kibocsátott sugárzás (vagy fény) frekvenciája is megnő.

A Doppler-effektus egy másik forgatókönyv, amikor különbséget észlelünk a frekvenciában, azaz a megfigyelő által észlelt frekvencia eltér a forrástól, amikor relatív mozgás történik a forrás és a megfigyelő között.

Amikor a forrás megközelíti a megfigyelőt, a fény kékeltolódásúvá, azaz megnövekedett frekvenciává válik. Ezzel szemben a fény vöröseltolódásúvá válik, vagy csökken a frekvencia, amikor a forrás távolodik a megfigyelőtől.

1200px Redshift blueshift.svg
Doppler eltolás
Kép jóváírások - Wikimedia Commons

Egy valós élet példa a Doppler-effektusra fényben az, amikor egy rendőrautó gyorsabban halad a megfigyelő felé, a fény kéknek tűnik a megfigyelő számára. És amikor a rendőrautó eltávolodik, a lámpa pirosan világít.

Tudjon meg többet a Mi a foton hullámhossza: Hogyan lehet megtalálni, számos betekintés és tény

Mi befolyásolja a fény frekvenciáját?

A térben (vagy vákuumban) áthaladó fénysugár terjedési sebessége 3*10^8 m/s állandó. Mivel a sebesség állandó, a sugárzás frekvenciája a hullámhossz bármilyen változásával változik. 

A fény frekvenciája, hullámhossza és sebessége közötti összefüggést a

c=λv

Ahol v a fény frekvenciája

λ a fény hullámhossza és

c a fény sebessége.

A fenti kifejezésből arra lehet következtetni, hogy a hullámhossz növelése a frekvencia csökkenését, a hullámhossz csökkentése pedig növeli a fény frekvenciáját.

Amikor egy fénysugár az egyik közegből a másikba terjed, a frekvencia nem változik. A frekvencia ezután csak a fénysugár forrásának megváltoztatásával változtatható. Ez megváltoztatja a sugárzás energiáját, és így a frekvenciát is befolyásolja.

Miért változik a hullámhossz, de nem a frekvencia?

Amikor a fény különböző közegeken keresztül terjed, sebessége a különböző közegekben eltérő. Mivel a frekvencia független attól a közegtől, amelyben a fény terjed, ugyanaz marad. Mivel a frekvencia állandó, a hullámhossz a különböző közegekben a fénysebesség változásának megfelelően változik.

A ritkább közegből (például levegő) sűrűbb közegbe (például üveg vagy víz) áthaladó fény hullámhossza változik, de frekvencia nem. Sűrűbb közegben a fény sebessége csökken, azaz a fény lassabban halad egy meghatározott időintervallumban, és mivel a frekvencia nem változik, a hullámhossz csökken. Ezzel szemben, amikor a fény a sűrűbb közegből a ritkább közeg felé halad, a hullámhossz megnő, amikor belép a ritkább közegbe. fénysebesség növeli.

Változik-e a fényfrekvencia a fénytörés során?

A fénytörés a fénysugarak irányának változása vagy elhajlása, amikor az egyik közegből a másikba terjed. A fény frekvenciája a fénytörés során invariáns.

A fénysebesség változása, amikor különböző közegekbe kerül, az oka ennek a jelenségnek. Ezért a fény sebessége függ a terjedési közegtől, míg a frekvencia nem. A fény (vagy sugárzás) energiájában nem történik változás, amikor különböző közegekben halad, így a frekvencia állandó marad. 

Egy egyszerű demonstráció az lenne, ha kiválasztunk egy meghatározott színű monokromatikus sugarat vagy nyalábot, átengedjük egy magasabb törésmutatójú közegen, és ellenőrizzük, hogy van-e változás a színben, miközben a sugár vízben van. A fény színe a fény frekvenciájának megfigyelhető mértéke. Ha a szín megváltozik, akkor arra következtethetünk, hogy a frekvencia megváltozott.

Például, ha egy piros lézerfényt választunk (a lézerek monokromatikusak), és átengedjük az akváriumon, és ha felülről figyeljük, akkor nem változna a szín. Az a szín, amelyet még azután is megfigyelünk, hogy a fény áthalad az akváriumon, vörös. Ez megerősíti, hogy a fény frekvenciája nem változik a fénytörés során.

Tudjon meg többet a 16+ töréshasználati módról: Részletes elemzés

Miért nem változik a frekvencia a fénytörés során?

A frekvencia csak a fényforrástól függ, a terjedési közegtől nem. Ennek eredményeként a frekvencia ugyanaz marad fénytörés hullámhossz közben valamint a fény sebessége is változik.

Ha figyelembe vesszük a fény hullámtermészetét, akkor a hullám frekvenciája csak az időtartamtól függ. Ahogy a fény áthalad a különböző közegeken és megtörik, az időtartam nem változik, míg a sebesség változásával a hullámhossz is változik, hogy a frekvencia állandó maradjon. Ahogy a fény lassabban halad sűrűbb közegben, a hullámhossz is csökken, és amikor ritkább közegben halad, a fény nagy sebességgel és ennek következtében nagy hullámhosszal rendelkezik.

Ha figyelembe vesszük azt az elméletet, hogy a fény részecskékből vagy fotonokból áll, A foton frekvenciája csak az energiától függ a részecske. Mivel az energia megmarad a törés során, nem történik energiaváltozás, így a frekvencia változatlan marad a törés során.

Változik-e a fény frekvenciája a visszaverődés során?

A visszaverődés során a fény frekvenciája nem változik. 

A fény visszaverődése a fény visszaverődése vagy terjedési irányának megváltozása, amikor a fény közeggel vagy felülettel találkozik. A visszaverődés során a teljes hullám visszaverődik a sebesség, a hullámhossz és a frekvencia változása nélkül. A hullám fázisában változás következhet be, azaz 180 fokos fáziseltolódás. De a frekvencia és a hullámhossz a hullám belső jellemzői, amelyek nem függenek a hullám fázisától.

Továbbá a reflexió során az energiamegmaradás törvénye szerint nincs energiafelvétel vagy felszabadulás. Mivel az energia változatlan marad, így a fény frekvenciája is változatlan marad a visszaverődés során.

Állandó-e a fényfrekvencia: Gyakran Ismételt Kérdések

Változik-e a fény frekvenciája a diffrakció során?

A fény diffrakciója úgy írható le, mint a fénysugarak sarkok, akadályok körül vagy kis nyílásokon keresztül történő elhajlása. A frekvencia invariáns marad a diffrakció során.

A hullám tulajdonságaiban nem történik változás közben fényelhajlás. Ez azt jelenti, hogy a hullámsebesség, hullámhossz, frekvencia és az időtartam nem változik a diffrakció során. 

Egyhullámú rés diffrakciós dirichlet bw
fényelhajlás
Kép Credits: Wikimedia Commons

A diffrakció akkor válik szembetűnővé, ha az akadály mérete összemérhető a fény hullámhosszával. A hullámhossz növekedésével a diffrakció nagyobb (ez azt jelenti, hogy nagyobb a hajlítás), és fordítva. Diffrakció történik a hangban hullámok is.

Tudjon meg többet arról, hogy a hullámhossz befolyásolja-e a diffrakciót: hogyan, miért, mikor, részletes tények 

Magyarázza meg a Doppler-effektust fényben.

A Doppler-effektus olyan jelenség, amely akkor lép fel, amikor relatív mozgás történik a forrás és a megfigyelő között. Ennek a relatív mozgásnak köszönhetően a megfigyelő azt észleli, hogy a hullám frekvenciája megváltozott. A Doppler-effektus gyakori a fény- és hanghullámokban.

Amikor a fényforrás távolodik a megfigyelőtől, eltolódás következik be az alacsony frekvenciájú tartomány felé. A látható fény spektrumában az eltolódás a vörös terület felé történik, és vöröseltolódásnak nevezik. Amikor a fényforrás megközelíti a megfigyelőt, az eltolódás a nagyfrekvenciás tartomány felé történik. Ezt a magas frekvencia felé történő eltolódást kékeltolódásnak nevezik a látható spektrumban.

Említse meg a Doppler-effektus néhány alkalmazását fényben.

A Doppler-effektus néhány alkalmazása fényben:

  • A rendőrség ezt az ingatlant radardobozokban használja a jármű sebességének követésére
töltse le az 1-ot
Traffic Radar Box
Kép Credits: Wikimedia Commons

A radardobozok rádióhullámokat sugároznak, amelyek ütköznek a mozgó járművel és visszaverődnek. A jármű sebességét a visszavert rádióhullám sebessége határozza meg, amely forrásként működik, és a radardobozok a frekvenciaeltolás segítségével elemzik a sebességet.

  • Műholdak követésére
  • A Doppler-effektust a csillagászatban használják annak meghatározására, hogy mely csillagok közelednek vagy távolodnak el tőlünk

Egy két csillagból álló rendszerben a Doppler-effektus segítségével a csillag által kibocsátott fény frekvenciaeltolódásának elemzésével megállapítható, hogy melyik közeledik és melyik távolodik el.

  • Távoli galaxisok elemzése

Is Read: