Η φύση του φωτός

Το φως έχει διττή φύση κυματική και σωματιδιακή. Με το μοντέλο της σωματιδιακής φύσης εξηγούμε φαινόμενα που σχετίζονται κυρίως με την απορρόφηση ή την εκπομπή του φωτός από τα διάφορα σώματα  ενώ με την κυματική φύση ερμηνεύουμε κυρίως τα φαινόμενα της συμβολής και της περίθλασης. Φαινόμενα όπως για παράδειγμα η ανάκλαση ή η ευθύγραμμη διάδοση ερμηνεύονται και με τις δύο φύσεις του φωτός.

Συμβολή φωτός

Όταν έχουμε δύο σημειακές πηγές φωτός  με την ίδια συχνότητα που βρίσκονται σε φάση (είναι σύμφωνες) τα φωτεινά τους κύματα συμβάλουν και δίνουν στατική συμβολή, δημιουργούν δηλαδή κροσσούς ενισχυτικής ή ακυρωτικής συμβολής σε σταθερές θέσεις. Όπως και στα μηχανικά κύματα, στα σημεία που διαφορά αποστάσεων από τις δύο πηγές είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του μήκους κύματος έχουμε ενισχυτική συμβολή (μέγιστη ένταση φωτός), ενώ στα σημεία που διαφορά αποστάσεων από τις πηγές είναι ίση με περιττό πολλαπλάσιο του μισού μήκους κύματος έχουμε ακυρωτική συμβολή.

Περίθλαση φωτός

Η απόκλιση του φωτός από την αρχικά ευθύγραμμη πορεία του όταν προσπέσει σε σχισμή ή εμπόδιο ονομάζεται περίθλαση. Γενικά, το φαινόμενο της περίθλασης παρατηρείται όταν το εμπόδιο ή η σχισμή έχουν διαστάσεις της ίδιας τάξης μεγέθους προς το μήκος κύματος των διαδιδόμενων κυμάτων. Έτσι, για να παρατηρήσουμε περίθλαση του φωτός πρέπει να έχουμε πολύ μικρές οπές ή πολύ μικρά εμπόδια ή εμπόδια με πολύ αιχμηρά άκρα.

Οι σχισμές ή τα εμπόδια επανεκπέμπουν κύματα και έτσι, σύμφωνα με την αρχή του Huygens το φως παρακάμπτει την ευθύγραμμη διαδρομή και διαδίδεται μέσα σε περιοχές όπου θα αναμενόταν να υπάρχει σκιά. Οι σχηματισμοί περίθλασης είναι το αποτέλεσμα της συμβολής του φωτός που επανεκπέμπεται από τα διάφορα σημεία της σχισμής ή του εμποδίου. Επειδή στην πράξη δεν μπορούμε να πετύχουμε απείρως λεπτές σχισμές συνήθως έχουμε ταυτόχρονα τα φαινόμενα συμβολής και περίθλασης.

Η κυματική φύση των σωματιδίων

Ο De Broglie διατύπωσε την ιδέα ότι αφού τα φωτόνια δείχνουν χαρακτηριστικές ιδιότητες τόσο σωματίων όσο και κυμάτων το ίδιο συμβαίνει και με τα υπόλοιπα σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια. Κάθε σωμάτιο ορμής p συμπεριφέρεται επίσης και ως κύμα με μήκος κύματος λ=h/p, όπου h η σταθερά του Plank.

Για μακροσκοπικά σώματα το λ είναι τόσο μικρό που δεν παίζει κανένα ρόλο στην περιγραφή της κίνησής τους. Στο άτομο, όπου το μήκος κύματος του ηλεκτρονίου είναι συγκρίσιμο με τις διαστάσεις του ατόμου, τα κυματικά φαινόμενα γίνονται αισθητά. Η θεωρία επιβεβαιώθηκε καθόσον πειραματικά έχει βρεθεί ότι ηλεκτρόνια, αλλά και άλλα σωματίδια, δίνουν φαινόμενα περίθλασης και συμβολής τα οποία είναι καθαρά κυματικά φαινόμενα.

 Ημιαγωγοί

 Η πιο ενδιαφέρουσα ιδιότητα των ημιαγωγών p-n είναι ότι επιτρέπουν να πε­ράσει το ρεύμα προς μία μόνο κατεύθυνση. Εάν εφαρμόσουμε συνεχή τάση με το + στο μέρος p της επαφής, τότε μειώνεται το ολικό φράγμα με αποτέλεσμα την εκθετική αύξηση του ρεύματος καθώς αυξάνεται αυτή η εξωτερική τά­ση ή τάση ορθής πόλωσης. Εάν αναστραφεί η εξωτερική τάση πόλωσης (ανάστροφη τάση πόλωσης), εάν εφαρμόσουμε δηλαδή μια συνεχή τάση με το + στο μέρος n της επαφής τότε αυξάνεται το φράγμα δυναμικού, με αποτέλεσμα να υπάρξει μόνο ένα πάρα πολύ μικρό (ρεύμα κατά την αντίστροφη φορά).

Η δίοδος εκπομπής φωτός (LED) είναι μια επα­φή p-n που εκπέμπει φως. Όταν η επαφή είναι ορθά πολωμένη, πολλές οπές και ηλε­κτρόνια απωθούνται προς την περιοχή n και p, αντίστοιχα, δια μέσου της ζώνης επαφής. Κάθε φορά που ένας φορέας μειονότητας επανασυνδέεται με ένα φορέα πλειονότητας, το ζεύγος μπορεί να εκπέμψει ένα φωτόνιο με ενέργεια περίπου ίση προς το ενεργειακό χάσμα. Αυτή η ενέργεια (και κατά συνέπεια το μήκος κύματος του φωτονίου, άρα το χρώμα του φωτός) μπορεί να μεταβάλλεται μέσω επιλογής υλικών με διαφορετικά ενερ­γειακά χάσματα.

ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ