Электроны и свет

В этом разделе мы остановимся на одном интересном  свойстве электронов — на их способности излучать свет. Это, пожалуй, самая важная для нас особенность электронов.

В настоящее время наука твёрдо установила, что свет представляет собой электромагнитные волны, т. е. связанные между собой определённым образом быстро меняющиеся электрические и магнитные поля; быстро меняющиеся поля распространяются в пространстве в виде волн.

С волновым движением в природе приходится встречаться очень часто. Мы знаем волны на поверхности жидкостей, звуковые волны, радиоволны. Попытаемся выяснить вопрос о том, как зависят свойства волн от особенностей их источника.

Проще всего наблюдать волновое движение на поверхности воды.

Коснёмся спокойной поверхности воды концом палки и будем поднимать и опускать палку. От места, где палка прикасается к воде, пойдут расходящиеся круги—волны: конец палки является источником волн. Для того чтобы лучше следить за движением волн, бросим на воду в разных местах несколько соломинок или лёгких щепок. Если ускорить движение палки, увеличить частоту её колебаний, то расстояния между гребнями двух соседних волн делаются меньше. Значит, чем быстрее колебания источника волн, тем короче длина волны.

Теперь обратимся к звуковым волнам. Звук представляет собой распространяющиеся в виде волн сжатия и разрежения в окружающем нас воздухе. Звуковые волны улавливаются ухом. Источником звуковых волн может быть всякое колеблющееся тело, например, натянутая струна. Опыт показывает, что чем чаще колеблется тело, тем выше звук. Большой тяжёлый колокол не может быстро колебаться, и поэтому звук его низкий, а маленький лёгкий колокольчик колеблется быстро и издаёт высокий звук. Сильно натянутая струна звучит высоко, а если её ослабить, то звук будет более низкий.

Итак, короткие волны получаются от источников, совершающих быстрые колебания, а быстрые колебания могут совершать только лёгкие и притом сильно закреплённые, сильно связанные в своём движении тела.

Теперь вновь вернёмся к свету. Электромагнитные световые волны распространяются с огромной скоростью в 300 000 километров в секунду (это та же скорость, с которой распространяется электрическое поле вдоль провода). Они могут распространяться не только в воздухе, воде и в других средах, но и в пустоте.

Наш глаз воспринимает как видимый свет только волны с длиной волны примерно от 4 десятитысячных до 8 десятитысячных миллиметра. Более короткие волны (ультрафиолетовые, рентгеновские лучи) и более длинные (инфракрасные, радиоволны) глазом не воспринимаются. Поскольку мы знаем, что электрические и магнитные поля создаются движущимися зарядами, естественно предположить, что источниками света являются колеблющиеся заряды атомов. И это действительно так: свет излучают электроны.

Электроны в атомах расположены не на одинаковых расстояниях от ядра. Глубоко в недрах атомов находятся внутренние электроны; они очень сильно связаны с ядром. Поэтому внутренние электроны излучают более короткие волны (рентгеновские лучи). Источниками же видимого света являются внешние электроны.

Для того чтобы заставить электроны в атоме колебаться, нужно ударить по атому, как ударяют молоточком по колокольчику или струне, когда хотят вызвать звук. Разумеется, что для удара по атому нужен подходящий по размерам «молоток». Проще всего нагреть тело; в этом случае молоточками окажутся сами атомы. Атомы при нагревании движутся быстрее, сильнее сталкиваются друг с другом, и от этих столкновений внешние электроны начинают колебаться и излучать свет. Именно так светится раскалённый кусок железа, нить лампочки, нагретая током, раскалённые частицы в пламени, раскалённые газы на поверхности Солнца.

Но можно вызвать свечение и без нагревания. О том, как это осуществляется, будет рассказано в следующем разделе.

Category: Электроны