Основные свойства света: Основные свойства света. Свет и освещение — Главная

Содержание

Основные свойства света. Свет и освещение

Основные свойства света

Сила света или яркость освещенной поверхности являются наиболее понятными характеристиками освещенности, оцениваемыми глазом Многие опытные фотографы могут делать это с большой точностью и теряются лишь в условиях искусственногоо свещения или при работе в незнакомых географических широтах.

Абсолютная темнота, т. е. полное отсутствие видимого света, существует, и ее нетрудно получить. Абсолютного света не существует, если не считать таковым блеск самой яркой звезды. На Земле теоретически максимальный уровень.

Почти все факторы, влияющие на уровень освещенности, могут быть выявлены, определены и даже предсказаны. Хотя погодные условия меняются, можно рассчитать уровень освещенности, если известны широта местности, время года, время суток и состояние неба (ясно, облачно, тяжелые тучи и т. д.). Вышедшие из употребления калькуляторы экспозиции, основанные на этом принципе, обеспечивали достаточно высокую точность.

Белый, или дневной, свет — это совокупность электромагнитных излучений с различными длинами волн, которую глаз воспринимает как белый цвет. Распределение по длинам волн не всегда равномерно, но глаз способен компенсировать эти отличия. Все указанные «типы» света могут восприниматься глазом как«белый».

Аналогично действует человеческий глаз, который не обладает одинаковой чувствительностью ко всем длинам волн, а имеет пики и провалы чувствительности. Разные люди отличаются друг от друга чувствительностью к цветам или восприятием цветовых сигналов головным мозгом, подтверждением чему является, например, существование дальтонизма.

Некоторые источники света, которые воспринимаются глазом как «белые», на самом деле не являются таковыми. Головной мозг не различает бледные оттенки голубого, желтого, розового или другие слабо окрашенные цвета, если в какой-либо из этих цветов окрашено излучение единственного имеющегося в данный момент светильника, и воспринимает их как белые. Другие источники света выглядят как истинно белые даже в сравнении с дневным светом, однако это не так — в их цветовом спектре имеются «провалы», которые глаз не замечает, а фотопленка и аппаратура видеозаписи улавливают. Наиболее распространенными источниками света с таким дискретным спектром являются люминесцентные лампы.

Существуют приборы для анализа цветового состава излучения, с помощью которых можно осуществить необходимую корректировку, а современные фотоэмульсии передающие телевизионные трубки специально делаются с определенным диапазоном работоспособности, что позволяет выполнить окончательную визуальную настройку изображения, исходя из очевидного согласования цветов. Даже ограниченные знания по рассматриваемому вопросу могут быть весьма полезны для получения оптимальных по качеству изображений.

Остальные свойства света легче поддаются пониманию, но и они бесконечно разнообразны. В зависимости от размера или площади источника света по отношению к предмету можно получить самые различные изображения последнего. Двумя предельными вариантами освещения можно считать: освещение, создаваемое, с одной стороны, совершенно белым светлым облачным небом над заснеженным пространством и, с другой стороны, — единственным прожектором с узким направленным пучком света ночью. Между этими предельными вариантами освещения существует множество других.

Характер освещения зависит от размера источника света и расстояния до него. Источник света площадью 1м2, расположенный над небольшим предметом на высоте 10см, создает освещение, эквивалентное освещению под открытым небом, а тот же источник, расположенный на расстоянии 10м, по характеру создаваемого освещения подобен маленькому узкому окну. Важное значение имеет угол падения света на предмет (который непосредственно связан сточкой наблюдения). Максимальное количество света, отраженного от обычного предмета, воспринимается в том случае, когда источник света расположен в непосредственной близости к точке наблюдения. Если свет падает на предмет с одной стороны, то половина предмета находится в тени; если к наблюдателю обращена теневая сторона, можно убедиться, что освещены лишь незначительная часть поверхности контуры предмета. Но источников света может быть несколько, и они создадут целый узор света и тени на наблюдаемом сюжете. Некоторые источники света могут показаться простыми, но на самом деле это не так.

Одним из таких источников является солнце на ясном голубом небе — точечный источник белого света и гигантский источник рассеянного бледно-голубого света.

В том, что мы видим как «свет», могут быть скрыты разрывы непрерывности — моменты темноты. Люминесцентная лампа мерцает с частотой электросети (50-60 Гц). Высокочастотная стробоскопическая лампа также кажется источником непрерывного света, но на самом деле она производит сотни отдельных вспышек в секунду Световой импульс от лампы-вспышки кажется мгновенным, однако он продолжается в течение сравнительно длительного времени, около 50 мс; световой импульс от автоматической электронной импульсной лампы, производящей примерно такой же визуальный эффект, длится 1/50 мс.

1.1. Свойства зрительного восприятия

1.1. Свойства зрительного восприятия Окружающая среда воздействует на человека. Звуковая, визуальная, тактильная, обонятельная, вербальная информация непрерывно поступает в мозг. Иными словами, объективная реальность отображается в сознании индивидуума в виде

Информация, которую мы получаем с помощью света

Информация, которую мы получаем с помощью света Можно многое сказать о физических свойствах окружающего мира на основе информации, полученной с помощью света. Свет выявляет цвет, форму, фактуру, объемность, относительный размер, состав и физическое состояние объектов.

Роль света в формировании изображения

Роль света в формировании изображения Ясно, что свет является не только физической основой нашего зрительного восприятия окружающего мира, но и источником той богатейшей информации, которая передается от изображений к наблюдателю. Прежде чем нажать на спусковую кнопку

Качество света

Качество света Если бы яркость света была единственным фактором, имеющим решающее значение в фотографии, то наилучшим способом освещения было бы прямое освещение вспышкой.

Однако своеобразие и привлекательность изображений достигаются не количеством, а качеством

Действие света

Действие света Изображение не может быть получено благодаря одному только свету, поскольку сам свет не имеет формы. Также бессмысленно говорить об изображении предмета без освещения, так как съемочная аппаратура не может зарегистрировать изображение без света

Рассеиватели , отражатели и источники света при натурной съемке

Рассеиватели , отражатели и источники света при натурной съемке Все сказанное относительно отражения и рассеяния дневного света справедливо и для дополнительных источников света, применяемых на открытом воздухе. Хотя возможны трудности с источниками питания и

Освещение натюрмортов одиночным источником света

Освещение натюрмортов одиночным источником света Для съемки небольшого натюрморта можно использовать направленный свет единственного источника. У такого сюжета нет ни глаз, ни подбородка, поэтому проблем, связанных с появлением соответствующих теней, не

Проверка пленки и источника света

Проверка пленки и источника света В большинстве студий периодически проверяют рабочие партии фотопленок и источники света (включая устройства для управления освещением и рефлекторы). Не располагая измерителями цветовой температуры, пользуются цветным клином.

Виды света и методика освещения объекта съемки

Виды света и методика освещения объекта съемки Анализ любого эффекта освещения, созданного для целей фотосъемки, показывает, что он образуется в результате действия нескольких видов света, среди которых первым должен быть выделен так называемый рисующий свет.Рисующим

«Я никогда не видел такого света, как в Голливуде»

«Я никогда не видел такого света, как в Голливуде» Он сидел в парке венецианского отеля Des Bains, в белой рубашке, застегнутой на все пуговицы, и охотно отвечал на вопросы, иногда на минуту задумывался, был чрезвычайно доброжелателен, открыт и взволнован. — Вы охотно

Свет и изображения. Основные свойства света

Печатный салон «Шторм-Техно» → Полезные статьи → О фотосъемке → Свет и изображения. Основные свойства света

(12 голоса, среднее 3.75 из 5)

Рубрика: О фотосъемке

Видимый свет дает нам наиболее полное отображение или воспроизведение действительности. Зрение снабжает мозг человека значительно большим объемом информации, чем любой другой орган чувств, а наша способность обрабатывать зрительную информацию развита наиболее сильно. Преодолевая один на главных недостатков головного мозга — неспособность сохранять в визуальной памяти все подробности видимою изображения. — человек прошел долгий путь от наскальных рисунков до фотохимического (фотографического) воспроизведения и электронной (видео) записи изображений. Сегодня наша жизнь почти столь же неразрывно связана с фотохимическими и электронными изображениями, как и с биологическими, т. е. с тем мимолетным «кинофильмом», который мы смотрим сквозь хрусталики наших глаз. Все эти три типа изображений обязаны своим происхождением одному и тому же источнику энергии — части спектра электромагнитного излучения, котирую мы называем видимым светом, с интервалом длин волн от 0,44 до 0,70 мкм.

Свет по своей природе значительно более сложен и изменчив, чем может предположить обычный человек, время зрительного восприятия которого ограничено продолжительностью его жизни. Наши глаза и мозг сообща стремятся приспособить, скорректировать, отвергнуть или проигнорировать многие особенности освещения. Напротив, фотографические и видеосистемы регистрируют все точно. Полученные с их помощью изображения целиком определяются качеством существующего освещения. Без глубокого понимания природы света и освещения нельзя достичь профессионального мастерства при работе с системами записи изображений.

Сила света или яркость освещенной поверхности являются наиболее понятными характеристиками освещенности, оцениваемыми глазом. Многие опытные фотографы могут делать это с большой точностью и теряются лишь в условиях искусственного освещения или при работе в незнакомых географических широтах. Абсолютная темнота, т. е. полное отсутствие видимого света, существует, и ее нетрудно получить. Абсолютного света не существует, если не считать таковым блеск самой яркой звезды. На Земле теоретически максимальный уровень.

В реальных условиях влажность, загрязнение, облачность, отражение от слоев воздуха с различной температурой и многие другие факторы снижают этот уровень. Диапазон существующей на Земле освещенности простирается от яркого солнечного света на экваторе до безлунной ночи. Фотографические и видеосистемы проектируются в расчете на надежное функционирование при наиболее сильной освещенности, а их способность работать в условиях слабой освещенности определяется совершенством аппаратуры. Почти все факторы, влияющие на уровень освещенности, могут быть выявлены, определены и даже предсказаны. Хотя погодные условия меняются, можно рассчитать уровень освещенности, если известны широта местности, время года, время суток и состояние неба (ясно, облачно, тяжелые тучи и т. д.). Вышедшие из употребления калькуляторы экспозиции, основанные на этом принципе, обеспечивали достаточно высокую точность.

Труднее оценить спектральный состав света, т. е. совокупность электромагнитных излучений с различными длинами волн, составляющих видимый свет. Белый цвет — это смесь излучений со всеми длинами волн видимого спектра, от фиолетового до красного, в равных пропорциях; при фотографировании и видеозаписи полная гамма цветов воспроизводится с использованием сравнительно ограниченной чувствительности к полосам частот, соответствующих синему, зеленому и красному цветам. Аналогично действует человеческий глаз, который не обладает одинаковой чувствительностью ко всем длинам волн, а имеет пики и провалы чувствительности. Разные люди отличаются друг от друга чувствительностью к цветам или восприятием цветовых сигналов головным мозгом, подтверждением чему является, например, существование дальтонизма.

Некоторые источники света, которые воспринимаются глазом как «белые», на самом деле не являются таковыми. Головной мозг не различает бледные оттенки голубого, желтого, розового или Другие слабо окрашенные цвета, если в какой-либо из этих цветов окрашено излучение единственного имеющегося в данный момент светильника, и воспринимает их как белые. Другие источники света выглядят как истинно белые даже в сравнении с дневным светом, однако это не так — в их цветовом спектре имеются «провалы», которые глаз не замечает, а фотопленка и аппаратура видеозаписи улавливают. Наиболее распространенными источниками света с таким дискретным спектром являются люминесцентные лампы.

Существуют приборы для анализа цветового состава излучения, с помощью которых можно осуществить необходимую корректировку, а современные фотоэмульсии и передающие телевизионные трубки специально делаются с определенным диапазоном работоспособности, что позволяет выполнить окончательную визуальную настройку изображения, исходя из очевидного согласования цветов. Даже ограниченные знания по рассматриваемому вопросу могут быть весьма полезны для получения оптимальных по качеству изображений.

Остальные свойства света легче поддаются пониманию, но и они бесконечно разнообразны. В зависимости от размера или площади источника света по отношению к предмету можно получить самые различные изображения последнего. Двумя предельными вариантами освещения можно считать: освещение, создаваемое, с одной стороны, совершенно белым светлым облачным небом над заснеженным пространством и. с другой стороны. — единственным прожектором с узким направленным пучком света ночью. Между этими предельными вариантами освещения существует множество других.

Характер освещения зависит от размера источника света и расстояния до него. Источник света площадью 1 м², расположенный над небольшим предметом на высоте 10 см, создает освещение, эквивалентное освещению под открытым небом, а тот же источник, расположенный на расстоянии 10 м, по характеру создаваемого освещения подобен маленькому узкому окну. Важное значение имеет угол падения света на предмет (который непосредственно связан с точкой наблюдения). Максимальное количество света, отраженного от обычного предмета, воспринимается в том случае, когда источник света расположен в непосредственной близости к точке наблюдения. Если свет падает на предмет с одной стороны, то половина предмета находится в тени: если к наблюдателю обращена теневая сторона, можно убедиться, что освещены лишь незначительная часть поверхности и контуры предмета. Но источников света может быть несколько, и они создадут целый узор света и тени на наблюдаемом сюжете. Некоторые источники света могут показаться простыми, но на самом деле это не так. Одним из таких источников является солнце на ясном голубом небе — точечный источник белого света и гигантский источник рассеянного бледно-голубого света.

В том, что мы видим как «свет», могут быть скрыты разрывы непрерывности — моменты темноты. Люминесцентная лампа мерцает с частотой электросети (50—60 Гц). Высокочастотная стробоскопическая лампа также кажется источником непрерьгвного света, но на самом деле она производит сотни отдельных вспышек в секунду Световой импульс от лампы-вспышки кажется мгновенным, однако он продолжается в течение сравнительно длительного времени — около 50 мс: световой импульс от автоматической электронной импульсной лампы, производящей примертно такой же визуальный эффект, длится 1/50 мс.

Источник: Д. Килпатрик. Свет и освещение

Сделать заказ

Освещение, основные свойства света, светофильтры

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт педагогики, психологии и социологии

Кафедра «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

РЕФЕРАТ

На тему:

«Освещение, основные свойства света, светофильтры»

Красноярск 2009

Освещение

Все видимые нами изображения – от биологических, фотохимических до электромагнитных обязаны своим происхождением одному источнику энергии. Эта небольшая часть спектра электромагнитного излучения с интервалом длин волн от 0,44 до 0,70 мкм называется видимым светом.

Свет, являясь одним из видов электромагнитных колебаний, таких, как электрические волны или радиоволны, отличается от них меньшей длиной волны. Он испускается телами отдельными прерывистыми порциями – квантами (фотонами). За единицу длины волны видимых излучений принят нанометр (нм), равный одной миллионной доле миллиметра. В качестве единицы измерения волн меньшей длины принят ангстрем (А), равный одной десятой доле нанометра. Волны большой длины измеряют в микрометрах (мкм). Один микрометр равен тысячной доле миллиметра.

Попадая на сетчатую оболочку глаза, энергия света вызывает зрительное ощущение в виде яркостей и цветов. Воздействуя на светочувствительный фотоматериал, энергия света, вызывая фотохимическую реакцию, преобразуется в изображение. Но эти две системы различно «видят» свет. Наши глаза и мозг стремятся скорректировать, приспособиться к особенностям освещения. В отличие от биологического изображения картинки, зарегистрированные фотографическими системами, фиксируют освещение таким, какое оно есть на самом деле, со множеством нюансов, «не видимых» глазом и мозгом человека.

Свет по своей природе значительно более сложен и изменчив, чем может предположить человек, незнакомый со свойствами света. Без понимания природы света и освещения нельзя достичь мастерства в фотографии.

Техническая, экспозиционная функция света еще не главное в фотографии. Свет как освещение в фотографии помогает решить целый ряд изобразительных задач. Хорошо организованное освещение помогает передать объем, форму, фактуру предмета. С помощью света решаются задачи композиции, выделяется главное и уводится на второй план второстепенное. В цветной фотографии цвет светового потока создает колорит снимаемой композиции или объекта. Вообще, надо отметить, что вопросы композиции в фотографии – это большая тема для отдельного разговора.

Основные свойства света

Наиболее понятной для человеческого глаза характеристикой освещенности является яркость освещенной поверхности, или сила света. Опытный фотограф без особого труда достаточно точно оценивает степень освещенности, трудность представляет лишь оценка искусственного освещения.

Теоретически на земле максимальный уровень естественной освещенности достигается в полдень во время летнего солнцестояния на экваторе, и то только в верхних слоях атмосферы. Влажность, загрязнение, облачность, отражение от слоев воздуха с различной температурой и многие-многие другие факторы в реальных условиях значительно снижают уровень освещенности. Диапазон силы света простирается от яркого солнечного света на экваторе до безлунной ночи в глубине горного ущелья. При таких огромных «крайностях» характер освещения варьируется от яркого точечного «луча» до «пасмурного» рассеянного света. Некоторые источники света могут показаться простыми и однообразными по характеру освещения, но это только на первый взгляд. Солнце, например, на чистом голубом небе является точечным источником света, но в то же время это гигантский источник рассеянного бледно-голубого света при пасмурной погоде. Характер освещения зависит от величины источника света и расстояния от него до объекта и направления светового потока. Соотношение между линейными размерами источника света, расстоянием от источника света и направлением светового потока можно выразить следующим образом: если линейные размеры излучающего свет тела близки или. равны расстоянию от источника до объекта съемки, то освещенность объекта будет носить мягкий, светотональный характер. Если же линейные размеры источника света в десятки раз меньше расстояния от него до объекта съемки, такое освещение можно считать направленным светотеневым. При этом нужно учитывать, что изменение освещенности обратно пропорционально квадрату изменения расстояния. Так, если расстояние между осветителем и объектом съемки увеличить вдвое, то освещенность объекта уменьшится вчетверо.

Ниже приводятся примерные характеристики освещения при различных соотношениях линейных размеров источника света и расстояния до объекта съемки:

а) мягкое светотональное освещение без четко выраженных теней 1:1;

б) мягкое освещение с едва выраженными размытыми тенями от 1:1 до 1:3;

в) мягкое освещение с плавными переходами от света к теням от 1:3 до 1:6;

г) достаточно контрастное освещение с нечеткими контурными тенями от 1:6 до 1:10;

д) контрастное освещение с четкими границами тени 1:10.

Поверхность практически всех предметов поглощает свет, отражая лишь небольшую его часть. Это следует учитывать во время съемки.

Средняя отражающая способность некоторых поверхностей в процентах

Номер

Некоторые источники искусственного света излучают свет, мерцая. Например, люминесцентные лампы с большой частотой чередуют моменты света и темноты. Глаза и мозг человека этого не улавливают, но фотопленка фиксирует эти моменты при очень коротких выдержках.

Свет является также источником цвета. Световые волны различной длины воспринимаются нами как разные цвета. Оттенки красного цвета образуют волны большой длины, а синие и фиолетовые цвета – это волны малой длины. Качество цветного изображения зависит от многочисленных факторов, но, пожалуй, наиважнейший из всех – спектральный состав освещения. Дневной свет состоит из смеси волн разной длины и воспринимается человеком как имеющий белый цвет. При восприятии искусственного освещения глаз адаптируется и свет ламп накаливания или ламп дневного света также воспринимается как белый. Почувствовать глазом желтоватый оттенок, например, ламп накаливания мы можем, сравнив его с другим типом освещения. Фотопленка всегда «видит» то, что есть на самом деле. Для количественного и качественного анализа смеси белого света существует понятие цветовой температуры.

Цветовая температура характеризует спектральный состав лучистой энергии и выражается температурой, до которой необходимо нагреть абсолютно черное тело в градусах абсолютной шкалы, когда видимое излучение его будет иметь такой же спектральный состав, что и данный источник света. Абсолютная температура выражается в градусах Кельвина (К) и отсчитывается от абсолютного нуля, соответствующего минус 73 градусам по шкале Цельсию.

Для того чтобы цвета на фотопленке передавались так же, как их видит глаз, необходимо учитывать спектральный состав освещения и в соответствии с ним подбирать тот или иной тип фотопленки. Глаз компенсирует изменения цветовой температуры в пределах 3000-10000 К, а фотопленка таким свойством не обладает.

Если цветовая температура источника света выше той, для которой сбалансирована фотопленка, изображение приобретает холодный голубоватый оттенок, и наоборот, если цветовая температура источника света ниже, на снимке будут преобладать теплые желтоватые оттенки.

В свободной продаже вы найдете фотопленки, сбалансированные для съемки при дневном свете (5500 – среднее значение) и для съемки при лампах накаливания (3200-3500°К).

Люминесцентные лампы представляют собой стеклянные трубки, наполненные парами ртути. При прохождении электрического заряда ртуть испускает ультрафиолетовые лучи, в свою очередь это излучение возбуждает нанесенные на внутреннюю поверхность стеклянной трубки люминофоры, излучение которых приходится на видимую часть спектра. Природа этого возбуждения такова, что люминофоры (фосфоры) излучают дискретный набор спектральных полос, расположенных на фоне непрерывного спектра. Грубо говоря, в невидимой нам части вполне белого света присутствуют «всплески» разного цвета в зависимости от состава люминофора. Использовать люминесцентное освещение в фотографии не стоит.

Цветовые температуры, соответствующие различным условиям освещения

Утреннее и вечернее сумеречное небо

В фотографии существуют методики съемки при освещении, не совпадающем с тем, для которого изготовлена фотопленка. Для коррекции цветопередачи используют специальные конверсионные и коррекционные светофильтры. Производители светофильтров снабжают свою продукцию инструкцией с указанием сдвига в майредах (англ. mireds, от micro-reciprocal degrees). Чтобы получить числовую характеристику освещения в майредах, надо разделить 1000000 на цветовую температуру в Кельвинах. Дневной свет, в 5000°К соответствует 200 майредам. Свет лампы накаливания 3200°К это 313 майред. Таким образом, разница между дневным светом и светом ламп накаливания составляет +113 майред. Чтобы сбалансировать эту разницу, необходим светофильтр, обеспечивающий сдвиг – 113 майред.

Фильтры янтарного цвета имеют плюсовые значения, а фильтры синего цвета – минусовые. Ниже приведена таблица с характеристиками конверсиионных и коррекционных светофильтров.

Рано или поздно вы столкнетесь с ситуацией, когда понятие цветовой температуры станет для вас крайне актуальным. Практикующие фотографы быстро начинают понимать, какие фильтры нужно использовать в том или ином случае для исправления цветопередачи.

Таблица цветовой температуры искусственных источников света

Фотолампа с зеркальным рефлектором мощностью 250 – 500 Вт

Элементы светотени

Если наблюдать предмет, расположенный в лучах направленного освещения, можно увидеть образующиеся элементы светотени. Ярко освещенные поверхности, обращенные к источнику, это свет. На гладких, глянцевых, выпуклых поверхностях отражается источник света и это называется блик. Слабоосвещенные поверхности, на которые попадают скользящие световые лучи, называются полутоном. Он находится между светом и тенью. Те же участки предмета, которые не освещены прямыми или скользящими лучами, называются тенью. Различают два вида теней. собственные и падающие. Собственные тени расположены на неосвещенной части предмета. Падающие тени – это тени, отбрасываемые объектом. На предмет в теневой его части попадают отраженные световые лучи от других предметов. Некоторое высветление тени предмета называют рефлексом.

Элементы светотени как бы состоят из многих тонов, образуя гамму светотональных переходов. Это создает богатый светотональный рисунок, включающий в себя градацию от наиболее ярких тонов блика, до наименее ярких теней.

Освещение по своему характеру бывает направленное, рассеянное и комбинированное.

Направленное освещение образует на объекте съемки резко выраженные участки света, тени и бликов. Такое освещение выявляет только обращенные к источнику света поверхности, остальное остается в тени. Тени при таком освещении обычно глубокие, не показывающие фактуры и тона объекта. На свету же, напротив, фактуры и тона выявлены очень хорошо. Направленный свет от одного источника создает очень контрастное изображение, чего можно избежать, если, использовать несколько источников света или отражатели. В природе направленный свет – это прямой солнечный свет в безоблачную погоду.

Параметры коррекционных светофильтров

Таблица 1

Цвет

Таблица 2

Цвет

Рассеянное освещение равномерно распределяется по всей поверхности объекта, поэтому на нем отсутствуют четко выраженные тени, блики и рефлексы. Снимки, сделанные при рассеянном освещении, получаются малоконтрастными, форма и цвет предмета на них передаются тонами. Предметы выглядят как бы плоскими, невыразительными по форме. Такое освещение получается, если перед источником света установлен рассеиватель. В природе такое освещение можно наблюдать в пасмурную погоду, когда солнце скрыто облаками.

Сочетание направленного и рассеянного света называется комбинированным освещением. При комбинированном освещении можно добиться нормального контраста, правильного соотношения яркостей и создать впечатление объема объектов съемки.

Выделяют несколько видов освещения, или, как иногда говорят, света.

Источник света, образующий основной светотеневой рисунок, называется источником рисующего света. Независимо от общего количества осветительных приборов, используемых одновременно при съемке, источник рисующего света всегда один.

Включение или выключение этого источника света приводит к кардинальному изменению характера освещения. Включение или выключение всех прочих источников света при постоянно включенном источнике рисующего света не изменяет характера освещения.

Фотосъемка при одном источнике света производится крайне редко. Один источник света создает высокий контраст светотеневого рисунка и плохую проработку деталей в тенях. Поэтому в большинстве случаев наряду с источником рисующего света в освещении участвует еще один, задача которого – уменьшение контраста светотени, то есть в подсвечивании теневых участков объекта съемки. Свет от этого источника как бы заполняет тени, выявляя в них детали. Этот источник света называют заполняющим. Источник заполняющего света может излучать как направленный, так и рассеянный свет.

Для лучшего выявления формы объекта съемки или для того, чтобы дополнительно выделить детали, используют еще один источник света, так называемый моделирующий. Моделирующий свет представляет собой узкий направленный световой поток. Для создания моделирующего света используют световые приборы с различными системами линз и внутренние отражатели специальной формы.

Часто бывает, что объект съемки как бы сливается с фоном. Для создания светового контура вокруг объекта съемки используют еще один источник света – контровой.

Источники рисующего, заполняющего, моделирующего и контрового света создают идеальный светотеневой и светотональный рисунок объекта съемки, однако использовать все эти источники света одновременно совсем необязательно. Все зависит от задач, поставленных перед фотографом, и его творческих устремлений.

Существует еще один источник света, подчас просто необходимый в работе фотографа. Это источник фонового света. Его задача – равномерно осветить фон. Тональное отличие фона от контуров объекта съемки позволяет объемно выделить объект, отделить его от фона. Сам фон, его тональность и освещение могут стать элементами изображения и способствовать наилучшему раскрытию образа объекта съемки.

Съемка при естественном освещении

Работа фотографа на улице, когда главным источником света является солнце, осложняется быстрым изменением условий освещения. Особенно сильно изменение положения солнца над горизонтом и, соответственно, степени и характера освещенности влияют на цветную съемку.

В течение дня выделяют несколько периодов освещения. То время, когда солнце еще не поднялось над горизонтом и объекты видны как темные силуэты на фоне неба, называют периодом сумеречного освещения. Если в этот момент встать спиной к солнцу, то объекты будут выглядеть светлыми силуэтами на фоне темного, неосвещенного участка неба. Период такого эффектного освещения продолжается, пока солнце не поднимется над линией горизонта выше 15°. Для него характерны длинные тени от вертикально стоящих объектов и хорошее выявление деталей поверхностей этих объектов, освещенных гораздо сильнее горизонтальных.

Период, когда солнце поднимается на высоту от 15 до 60 над горизонтом, называется периодом нормального освещения. В это время освещение вертикальных и горизонтальных поверхностей примерно одинаково и создает выразительный светотеневой рисунок, особенно если тени подсвечиваются рассеянным светом неба. Эти условия рекомендуют для съемки портрета и архитектуры. Когда солнце поднимается на высоту выше 60° над горизонтом, наступает период зенитного освещения. Горизонтальные плоскости в это время освещены сильнее вертикальных, резко падает количество рассеянного света, что приводит к высокой степени контраста. В пасмурную погоду свет наиболее рассеян.

Несколько практических советов

1) Здания и другие архитектурные сооружения ограничивают подсветку теней рассеянным светом неба, создавая контраст, что впоследствии негативно скажется на качестве снимка.

2) Фотографируя человека или группу людей на фоне городского пейзажа или памятника архитектуры, старайтесь расположить их так, чтобы лица были освещены переднебоковым светом солнца.

3) Фотографируя людей на фоне освещенного солнцем здания, не стоит размещать их в тени здания. Фон как световое пятно не должен быть ярче объекта съемки.

4) Существенно влияют на освещение деревья. В солнечную погоду листья и ветви образуют множество бликов, которые затрудняют съемку. Освещенность под кронами деревьев сильно падает, одновременно снижая контрастность и создавая хорошее рассеянное освещение.

5) Надо помнить, что наше зрение не в состоянии уловить и правильно оценить степень быстро изменяющейся освещенности объекта съемки, и изменяющейся освещенности объекта съемки, и поэтому при съемке необходимо каждый раз с помощью экспонометра измерять освещенность и корректировать экспозицию. Особенно актуально это правило в утренние и вечерние час, когда солнце быстро меняет свое положение на горизонте.

• Получить на снимке портрет, хорошо проработанный во всех деталях, используя один источник света, почти невозможно, поэтому при съемке такого сложного объекта, как человеческое лицо, устанавливают несколько источников света.

• Источник рисующего света располагают, как правило, в передней полусфере по отношению к лицу так, чтобы фотографируемый человек мог его видеть, не изменяя положения головы в пространстве. Источник рисующего света всегда расположен выше или на уровне лица портретируемого и непосредственно перед ним по линии симметрии лица или же в пределах до 60-70 градусов вправо или влево. Это объясняется тем, что переднебоковое и несколько верхнее освещение наиболее привычно для нашего. глаза, вместе с тем оно наилучшим образом выявляет объемную форму лица. Наиболее ощутима взаимосвязь между формой лица и положением источника рисующего света при съемке в анфас, наименее – при съемке в профиль. Чем больше на лице выступает нос, чем глубже посажены глаза, тем ближе к оси симметрии лица должен находиться источник рисующего света. В практике съемки портрета выработан целый ряд приемов, позволяющих оптимальным образом установить источник рисующего света. Конечно, не стоит эти приемы принимать как догму, в конечном счете все зависит от творческого подхода к съемке.

• Если осветитель расположен на оси симметрии лица, его высоту следует определять по величине тени под носом – желательно, чтобы величина тени не превышала половины расстояния от носа до верхней губы. Также обратите внимание на затемнение глазных впадин: хорошо, если верхние веки освещены рисующим светом. Когда источник рисующего света расположен впереди сбоку, его высоту и положение в пространстве регулируют чаще всего так, чтобы тень от носа пересекала удаленную от источника света (теневую) щеку, оставляя на верхней ее части светлый блик. Некрасиво выглядят снимки, на которых. тень от носа пересекает. Линию губ, а глаза пропадают в тени надбровных дуг.

• Также очень важно взаимное расположение фотоаппарата и источника рисующего света. Если источник света и фотоаппарат расположены на одной плоскости на оси симметрии, то снимок получается плоский, не передающий объем и форму.

• Совсем другое дело, если фотоаппарат и источник света расположены в различных плоскостях по отношению к оси симметрии.

• В большинстве случаев вместе с источником рисующего света используют и источник заполняющего света. Для того чтобы видимые фотоаппаратом тени были хорошо заполнены светом, источник заполняющего света почти всегда размещают в непосредственной близости к объективу. Соотношение яркостей заполняющего и рисующего света при каждой съемке выбирается в соответствие с творческим замыслом и тональным решением снимка. Естественно, что при общей светлой тональности тени должны быть светлыми и прозрачными. Если же снимок строится на контрасте, то и тени будут глубокими и густыми. Важно помнить, что освещенность лица источником заполняющего света должна быть меньше освещенности, создаваемой источником рисующего света. Если светотеневой рисунок источника заполняющего света перебьет рисунок, созданный рисующим светом, то у носа, под подбородком и в других местах появятся по две тени. Если же мощность источника заполняющего света будет больше мощности рисующего света, они вообще могут поменяться местами и изменить изображение на снимке. Для того чтобы подчеркнуть форму головы и фигуры портретируемого, используют несколько источников моделирующего света. Их располагают таким образом, чтобы световой поток скользил по обращенному в сторону от фотоаппарата лицу. По направлению свет источников моделирующего света – верхнезаднебоковой. Мощность источников такого света чаще всего выбирается равной и несколько большей, чем мощность источников рисующего света.

• В некоторых случаях источников моделирующего света может быть недостаточно для обрисовки контуров всей головы и плеч портретируемого, особенно на темном фоне. В таких ситуациях используют источник контрового света, располагая его всегда выше головы, а в горизонтальной плоскости – на прямой линии, соединяющей фотоаппарат и объект съемки. Как и у моделирующего света, мощность контрового равна или несколько сильнее рисующего. Из-за того, что источники моделирующего и контрового света направлены в сторону фотоаппарата, во время съемки нужно следить за тем, чтобы лучи света от них не попали в объектив фотоаппарата. Для передачи пространственного объема, правильной экспозиции и настроения снимка важное значение имеет освещение фона. Источники фонового освещения как по направленности светового потока, так и по мощности могут быть различными, указать какие-то определенные, строгие правила невозможно, все зависит от поставленной перед фотографом творческой задачи. Можно лишь дать несколько рекомендаций общего характера. Неравномерное освещение светлого фона более объемно выделяет на этом фоне объект съемки. Фотографируя на таком фоне, следует располагать светлые участки объекта съемки на темном фоне. Интересный, своеобразный ритмический рисунок световых пятен фона хорошо помогает рассказать о предмете съемки, но не стоит увлекаться, в противном случае это отвлечет от главного. Темные предметы на светлом фоне зрительно воспринимаются человеком меньше своих истинных размеров, соответственно и наоборот. Так, человек в светлом костюме на темном фоне будет производить впечатление крупного и массивного. Лица с крупными, очень выраженными чертами производят более спокойное впечатление на притемненном, нейтральном фоне.

Поверхность	Средняя отражательная способность, %
1	свежевыпавший снег	99
2	окись магния	96
3	окись цинка	95
4	свежевыбеленная стена	90
5	белая бумага	80
6	белая ткань	80
7	снег лежалый	75
8	эмаль фарфоровая матовая	70
9	полотно белое	70
10	краска белая масляная, эмалевая	65
11	краска алюминиевая	60
12	полотно темное	50
13	лес сосновый свежестроганый	45
14	кирпич белый силикатный	35
15	кожа светлого человека	33
16	тальк светлый сухой	32
17	кожа смуглого человека	25
18	бетон сухой	20
19	песок сухой	20
20	кирпич красный	20
21	каменная дорога сухая	20
22	каменная дорога мокрая	15
23	солома желтая	15
24	грунтовая проселочная дорога	15
25	старый деревянный дом	14
26	мокрый песок	14
27	асфальт сухой	12
28	листва зеленых деревьев	10
29	трава зеленая	10
30	чернозем вспаханный, сухой	4
31	чернозем вспаханный сырой	2
32	ткань темно-серая	5
33	мокрый асфальт	2,5
34	черное сукно или шерсть	1,2
35	черный бархат	0,6
36	черный мех	0,4
37	сажа	0,3
2000 °К
Небо близ восходящего или заходящего солнца	2300–2400 °К
Солнце через час после восхода	3500 °К
Луна	4125 °К
Утреннее или вечернее солнце в ясном небе под углом больше 15 градусов над линией горизонта	3600 – 5000 °К
Солнце около полудня при легкой облачности	5100 – 5600 °К
Свет летнего полуденного солнца	5300 – 5700 °К
Свет полуденного солнца при легкой облачности	5700 – 5900 °К
Летнее солнце в зените в синем ясном небе	6000 – 6500 °К
Дневной свет неба при легкой высокой области	6700 – 7000 °К
Дневной свет неба при сильной облачности	7000 – 8500 °К
Дневной свет неба при слабой облачности	12000 – 14000 °К
Облачное небо в северной части	12000 – 25000 °К
Ясное голубое небо	15000 – 27000 °К
3250 – 3500 °К
Фотолампа перекальная с зеркальным рефлектором мощностью до 1000 Вт	3600 – 4000 °К
Импульсная лампа-вспышка	3400 – 6500 °К
Лампа кинопроекционная	3300 – 3400 °К
Лампа прожекторная	3300 – 3500 °К
Лампа галогеновая	3300 – 3350 °К
Вспышка магния	3650 °К
Лампа дуговая	3700 – 5500 °К
Лампа люминесцентная типа ЛТБ	2800 °К
Лампа люминесцентная типа ЛБ	3500 ± 300 °К
Лампа люминесцентная типа ЛХБ	4300 ± 400 °К
Лампа люминесцентная типа ЛД	6750 ± 800 °К
Номер	Изменение цветовой температуры (К)	Сдвиг в майредах	Фотопленка	Источник света	Увеличение экспозиции (в ступенях)
Синий	80А	3200–5500	-131	Дневной	Лампа	2
	80В	3400–5500	-112	Тот же	Фотолампа накаливания	1 2/3
Янтарный	85А	5500–3400	112	тип А	Фотолампа	2/3
	85В	5500–3200	131	тип В	Солнечный свет	2/3
Номер	Сдвиг в майредах	Увеличение экспозиции (в ступенях)
Синий	82С	-45	2/3
	82В	-32	2/3
	82А	-21	1/3
	82	-10	1/3
Желтый	81	9	1/3
	81А	18	1/3
	81В	27	1/3
	81С	35	1/3
	81D	42	2/3
	81EF	52	2/3

25. Основные свойства света, используемые при измерениях геометрических параметров. Фотометрия. Свет как носитель информации.

Основные законы геометрической оптики были известны задолго до установления физической природы света.

1. Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Опытным доказательством этого закона могут служить резкие тени, отбрасываемые непрозрачными телами при освещении светом источника достаточно малых размеров («точечный источник»). Другим доказательством может служить известный опыт по прохождению света далекого источника сквозь небольшое отверстие, в результате чего образуется узкий световой пучок. Этот опыт приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет. Следует отметить, что закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны. Таким образом, геометрическая оптика, опирающаяся на представление о световых лучах, есть предельный случай волновой оптики при λ → 0. Границы применимости геометрической оптики будут рассмотрены в разделе о дифракции света.

2. На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а часть пройдет через границу и продолжит распространяться во второй среде.

3. Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.

4. Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред.

Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления: n = n2 / n1.

Законы отражения и преломления находят объяснение в волновой физике. Согласно волновым представлениям, преломление является следствием изменения скорости распространения волн при переходе из одной среды в другую. Физический смысл показателя преломления – это отношение скорости распространения волн в первой среде υ1 к скорости их распространения во второй среде υ2:

Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c в вакууме к скорости света υ в среде:

Рисунок 3.1.1.Законы отражения и преломления: γ = α; n1 sin α = n2 sin β.

Среду с меньшим абсолютным показателем преломления называют оптически менее плотной.

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n2 < n1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать явление полного отражения, то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол αпр, который называется предельным углом полного внутреннего отражения (см. рис. 3.1.2).

Для угла падения α = α_пр sin β = 1; значение sin αпр = n2 / n1 < 1.

Если второй средой является воздух (n2 ≈ 1), то формулу удобно переписать в виде

sin αпр = 1 / n,

где n = n1 > 1 – абсолютный показатель преломления первой среды.

Для границы раздела стекло–воздух (n = 1,5) критический угол равен αпр = 42°, для границы вода–воздух (n = 1,33) αпр = 48,7°.

Рисунок 3.1.2. Полное внутреннее отражение света на границе вода–воздух; S – точечный источник света

Явление полного внутреннего отражения находит применение во многих оптических устройствах. Наиболее интересным и практически важным применением является создание волоконных световодов, которые представляют собой тонкие (от нескольких микрометров до миллиметров) произвольно изогнутые нити из оптически прозрачного материала (стекло, кварц). Свет, попадающий на торец световода, может распространяться по нему на большие расстояния за счет полного внутреннего отражения от боковых поверхностей (рис 3.1.3). Научно-техническое направление, занимающееся разработкой и применением оптических световодов, называется волоконной оптикой.

Рисунок 3.1.3.

Распространение света в волоконном световоде. При сильном изгибе волокна закон полного внутреннего отражения нарушается, и свет частично выходит из волокна через боковую поверхность

Фотометрия (др.-греч. φῶς, родительный падеж φωτός — свет и μετρέω — измеряю) — общая для всех разделов прикладной оптики научная дисциплина, на основании которой производятся количественные измерения энергетических характеристик поля излучения.

Первый из законов фотометрии — закон обратных квадратов — был сформулирован Иоганном Кеплером в 1604 году.

(1) Где: E — освещённость

r —расстояние от источника до объекта

l —сила света точечного источника

i —угол падения лучей относительно нормали к поверхности.

Фото́метр — прибор для измерения каких-либо из фотометрических величин, чаще других — одной или нескольких световых величин.

При использовании фотометра осуществляют определённое пространственное ограничение потока излучения и регистрацию его приёмником излучения с заданной спектральной чувствительностью. Освещённость измеряют люксметрами, яркость — яркомерами, световой поток и световую энергию — с помощью фотометра интегрирующего. Приборы для измерения цвета объекта называют колориметрами.

26. Принципы фотометрических измерений. Фотоэлектрические преобразователи (*интернет). (Источник 1):

В фот. пр-х происходит промежуточное преобразование линейных перемещений в изменение энергии светового тока с помощью оптической системы. Энергия светового потока затем преобразуется в электрический сигнал с помощью фотоэлемента. Оптические схемы фотоэлектрических измерительных систем строятся на диафрагмировании или отражении светового потока.

Основной характеристикой фотоэлемента является зависимость выходного тока Iф от величины светового потока F при неизменных внешних условиях, т. е. при постоянной длине световой волны l = const и постоянном напряжении U = const,

Для некоторых фотоэлементов эта зависимость линейна:

где S — чувствительность фотоэлемента.

Если свет, падающий на фотоэлемент, является монохроматическим (имеет одну длину волны l ), то характеристикой фотоэлемента является спектральная чувствительность

Если световой поток имеет разные длины воли, то интегральная чувствительность

Рис. Принципиальные схемы фотоэлектрических датчиков

1. – анод, 2. – катод, Ф – световой поток, Rн – сопротивление нагрузки

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом типа ионных приборов (рис. III. 10, а) бывают вакуумные и газонаполненные. Последние имеют более высокую чувствительность. Анод фотоэлементов выполняется в виде плоской пластины, катод — в виде фоточувствительного слоя элемента на внутренней поверхности колбы. Чувствительность фотоэлемента зависит от температуры, при значительном повышении температуры нормальная его работа нарушается за счет возникновения термоионной эмиссии фотокатода. Газонаполненные фотоэлементы более инерционны и применяются лишь в случае малой интенсивности светового потока. При росте его интенсивности характеристика газонаполненных фотоэлементов, с внешним эффектом становится нелинейной. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом чипа фотоумножителей (рис. III.10, б) дают многократное повышение чувствительности за счет эффекта вторичной эмиссии. Несколько электродов (Д1 ¸ Д5) располагаются последовательно, и поток электронов направляется с первого анода на второй, со второго на третий и т. д. с помощью внешнего электростатического или магнитного поля. В этом случае поверхности анодов излучают вторичные электроны. При n электродах отношение числа вторичных электронов к числу первичных будет.

Электроды ФЭУ (Д1 — Д5) находятся под возрастающим потенциалом, подающимся от делителя напряжения, состоящего из цепи последовательно соединенных сопротивлений R1 — R5. Стабильность коэффициента усиления h зависит от постоянства распределения напряжений. Поэтому последние сопротивления делителя шунтируются конденсаторами С1, С2.

Обычно принимают величину отношения а = 4—6. Фотоумножители имеют чувствительность S = 0,5 а/лм и малый порог чувствительности F min = 10-8лм.

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом — фотосопротивления — высокую чувствительность в видимой части спектра и инфракрасных лучах. Недостатки фотосопротивлений: нелинейность их характеристик, инерционность, зависимость от температуры, нестабильность и значительный темновой ток.

Фотосопротивления могут быть выполнены в виде монокристалла (например, СdS), в который вмонтирован тонкий проводник (рис. III.10, в). При освещении полупроводника между ним и проводником возникает э. д. с. Полупроводниковые фотосопротивления очень просты по конструкции, имеют малые габариты, очень высокую чувствительность, линейную характеристику при небольших величинах светового потока. Инерционность их несколько выше, время запаздывания t = (5 ¸ 25) 10-3 сек.

Фотоэлектрические измерительные системы для непрерывного измерения размера по изменению величины светового потока, падающего на катод фотоэлемента, применяются редко. Причиной этого является нестабильность характеристик фотоэлементов во времени. Фотодатчики широко применяются в дискретных измерительных системах с отражением светового потока, в счетных схемах, в оптических. системах для измерения перемещений и др.

(источник 2):

Фотоэлектрический прибор — преобразователь лучистой энергии, под действием которой изменяются электрические свойства рабочей среды, содержащейся в приборе.

Под лучистой понимают энергию электромагнитного излучения широкого диапазона частот. Однако в большинстве случаев фотоэлектрические приборы являются приемниками электромагнитных излучений оптического диапазона, к которому относятся ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение с длиной волны от 5-10~9 до 10~3 м. Ультрафиолетовое излучение лежит в диапазоне длин волн 5-10~9 — 4• 10~7 м, видимое — в диапазоне 4 • 10~7 — 7,6 • 10~7 м, инфракрасное — 7,6-10~7 — 10~3 м. Работа фотоэлектрических приборов основана на фотоэлектрических явлениях (фотоэффектах).

Различают два вида фотоэффекта: внутренний и внешний.

Внутренний фотоэффект — возбуждение электронов вещества, т. е. переход их на более высокий энергетический уровень под действием излучения, благодаря чему изменяются концентрация свободных носителей заряда, а, следовательно, и электрические свойства вещества. Внутренний фотоэффект наблюдается лишь в полупроводниках и диэлектриках и проявляется в виде изменения электрической проводимости в однородных полупроводниках или создания ЭДС в неоднородных полупроводниках (р-n структур).

Полупроводниковые приборы с однородной и неоднородной структурами, в которых используется внутренний фотоэффект, служат в качестве фотоэлектрических полупроводниковых приемников излучения.

Внешний фотоэффект — это фотоэлектронная эмиссия, т. е. выход электронов за пределы поверхности вещества под действием излучения. Фотоэлектронная эмиссия в большей или меньшей степени может происходить в любом веществе. Внешний фотоэффект лежит в основе работы электровакуумных фотоэлектрических приборов — электронных и газоразрядных фотоэлементов, а также фотоэлектронных умножителей.

Фотоэлемент — электровакуумный прибор, преобразующий энергию оптического излучения в электрическую и содержащий фотокатод и анод.

При наполнении фотоэлемента инертным газом (гелием, неоном и др.) появляется возможность повысить чувствительность прибора за счет несамостоятельного газового разряда. Такие фотоэлементы называются газоразрядными фотоэлементами. По сравнению с электронным в газоразрядном фотоэлементе световая чувствительность фотокатода увеличивается почти в 10 раз.

Фотоумножитель — это электровакуумный прибор, преобразующий энергию оптического излучения в электрическую и содержащий фотокатод, анод и диоды для усиления фототока.

Фотоэлектрический полупроводниковый приемник излучения — фоточувствительный полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на внутреннем фотоэффекте в полупроводнике.

Поток фотонов (фотон — элементарная частица, квант светового излучения), падающих на однородный полупроводник, создает внутри него значительное количество подвижных носителей заряда — электронов и дырок (внутренний фотоэффект). Этот эффект используется в фоторезисторе.

Фоторезистор — фотоэлектрический полупроводниковый приемник излучения, сопротивление которого зависит от освещенности.

Важным показателем работы любого фотоприемника, в том числе фоторезистора, является влияние частоты модуляции (скорости изменения интенсивности) излучения на чувствительность прибора. Это явление оценивается граничной частотой.

Фотодиод — полупроводниковый диод с р-n переходом между двумя типами полупроводника или между полупроводником и металлом, в котором поглощение излучения, происходящее в непосредственной близости перехода, вызывает фотогальванический эффект, который проявляется в создании ЭДС на его выводах.

свойства и природа излучения, как называется поток частиц или фотонов

В XXI веке науке известно почти все об окружающих нас явлениях. По крайней мере, она может достаточно точно ответить на вопрос, что такое свет, какие у него свойства и каким законам он подчиняется.

Что такое свет с точки зрения физики

Первую научную теорию о природе света предложил в XVIII веке Христиан Гюйгенс, утверждавший, что световое излучение распространяется в пространстве волнами. Исаак Ньютон выдвинул свою концепцию о природе этого явления, согласно которой свет — это поток мельчайших частиц.

В середине XIX-го века наука сформировала новые представления о физической природе света. Прорывом стал закон электромагнитного поля Джеймса Максвелла, который смог гармонично соединить идеи Гюйгенса и Ньютона. Ученый доказал, что световое излучение одновременно является и частицей, и волной.

Эти же представления о явлении света актуальны и для современного научного сообщества. Единицей измерения светового потока принято считать фотон — квант электромагнитного излучения.

Световое излучение — это поперечная волна. Однако в падающем от источника пучке световых волн присутствуют колебания всех возможных направлений, в том числе, и продольных.

Природа явления, какие законы его описывают

За 200 лет активных изучений световых явлений, ученые накопили достаточно информации и сформулировали основные законы распространения светового потока в пространстве.

К ним относятся:

Прямолинейное распространение светового луча в однородной среде.
Отражение светового луча от непрозрачной поверхности.
Преломление светового луча на границе двух разных сред.

Закон прямолинейного распространения утверждает, что видимый свет в однородной среде (воздух, вода) распространяется строго по прямой линии. Если на этой линии разместить предмет, то от него образуется тень.

В неоднородной же среде направление светового луча меняется. Одну часть фотонов поглощает среда, другая — меняет свой вектор движения.

Закон отражения одним из первых сформулирован учеными древности. Из этого закона следуют следующие свойства света:

Падающий световой поток и отраженный луч находятся в одной плоскости.
Угол падения светового луча всегда равен углу отражения.

Как действует закон преломления, каждый из нас мог наблюдать в жизни неоднократно. Мы видели как преломляется чайная ложка в прозрачном стакане воды, но не знали, что это объясняется изменением длины световых волн. Попадая в более плотную среду, скорость распространения светового потока уменьшается, и, наоборот, она увеличивается, переходя из воды в воздух. Другим примером, иллюстрирующим закон преломления света в атмосфере является радуга.

Источник: ppt-online.org

Общие определения

В физике существует специальный раздел, который занимается изучением света, его распространения в пространстве и взаимодействия с другим веществом. Этот раздел называется оптикой.

Другие важные определения, которые необходимо знать при изучении оптических явлений, это:

Световой поток. Это величина, равная количеству энергии, излучаемой источником света за единицу времени.
Сила света. Так называют плотность светового потока, распространяемого в данном направлении пространства.
Яркость. Это характеристика, которая показывает отношение силы света, который излучает поверхность, к площади ее проекции на перпендикулярную оси наблюдения плоскость.
Освещенность. Этим термином называют количество света, который падает на единицу поверхности.

Характеристики и основные свойства света

Основной характеристикой света является корпускулярно-волновой дуализм, то есть его двойственная природа, присущие ему свойства и волны, и частицы.

К основным волновым свойствам данного явления относятся:

Интерференция — пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или более световых волн.
Дифракция. Этим термином называется свойство световой волны огибать препятствия на своем пути.
Поляризация — свойство световых лучей распространяться в определенном направлении (лазеры).

Квантовыми свойствами света считаются:

Фотоэффект — выделение веществом электронов под воздействием электромагнитного излучения.
Излучение черного тела. Абсолютно черным телом в физике называют тело, поглощающее все то излучение, которое на него падает.
Эффект Комптона. Комптон исследовал упругое рассеяние коротковолнового рентгеновского излучения на свободных электронах вещества. Открытый им эффект увеличения длины волны рассеянного излучения получил название эффект Комптона.

Источник: multiurok.

Спектральный состав света

Еще Ньютон в своих экспериментах доказал, что обычный белый свет является набором многих цветов или волн, имеющих различную длину, которые при взаимодействии складываются в белый. Видимый свет находится в диапазоне от 380 до 780 нанометров.

Если излучение обладает волнами, короче 380 нм, то оно относится к ультрафиолетовому свету, если излучение имеет длину волн более 780 нм — оно называется инфракрасным.

За пределами ультрафиолетового и инфракрасного излучения находятся и другие, известные науке виды:

гамма-лучи;
рентгеновские волны;
микроволновой диапазон и др.

Источник: autogear.ru

Как свет воспринимается глазом

Свет воспринимается глазами человека в диапазоне 370-790 нм. Ультрафиолетовое излучение наше зрение зафиксировать не может, зато его воздействие испытывает на себе наша кожа, на которую оно оседает в виде загара. Инфракрасное же излучение ощущается человеком как тепло. Разработки последних лет подтвердили преимущество инфракрасных обогревателей перед другими видами.

Сетчатка глаз обладает уникальной способностью улавливать фотоны и передавать эту информацию в мозг для последующей обработки. Это подтвержденный факт, который свидетельствует о том, что человек является гармоничной частью природы.

Как видите, физика и ее отдельные аспекты кажутся простыми только на первый взгляд. Для того, чтобы разобраться в сути некоторых явлений, придется потратить не один час. Если физика — это не для вас и не про вас, обязательно обращайтесь за помощью к экспертам Феникс.Хелп.

Глава 25. Волновая и геометрическая оптика

Видимый человеческому глазу свет представляет собой электромагнитные волны с длиной волны, лежащей внутри интервала 390 — 760 нм (или с частотами от 7,7 • 10¹⁴ до 4,3 • 10¹⁴ Гц). Свету присущи основные свойства волн – интерференция, дифракция, дисперсия. Оптика, в которой рассматриваются волновые свойства света, называется волновой.

Поскольку длина волны света очень мала по сравнению с размерами большинства предметов, использующихся в «обычной» жизни, то волновые свойства света во многих экспериментах не проявляются (или проявляются слабо). В этом случае о свете можно говорить как о совокупности лучей, распространяющихся в однородной среде прямолинейно. Такое рассмотрение света принято называть геометрической оптикой.

В программу единого государственного экзамена по физике входит ряд вопросов по волновой и геометрической оптике. В необходимый минимум знаний по оптике входят следующий фактический материал и принципы оптики. По волновой оптике: понимание того, что такое спектральный состав и разложение белого света в спектр, знание основных принципов сложения (интерференции) световых волн, а также принципов работы дифракционной решетки. В рамках геометрической оптики необходимо знать: законы отражения и преломления света, принципы построения простейших изображений в тонких линзах, формулу тонкой линзы.

Кратко рассмотрим эти вопросы.

Как показывает опыт, свет, воспринимаемый глазом, как белый, состоит из волн с разной частотой. Волны разных частот воспринимаются человеком с нормальным цветовым зрением как свет различного цвета: от красного — света с самой маленькой частотой из диапазона частот, отвечающего видимому свету, до фиолетового — света с самой большой частотой. Свет одной частоты называется монохроматическим (в переводе с греческого — «одного цвета»). Спектром называется совокупность электромагнитных волн, с разными частотами, входящих в состав света. Для разложения белого света в спектр можно использовать процессы, в которых волны разных частот по-разному отклоняются от направления первоначального распространения или по-разному складываются с другими: преломление, дифракцию и интерференцию. При преломлении свет разлагается на спектр потому, что волны с разной частотой имеют различный показатель преломления и по-разному преломляются. Зависимость показателя преломления от частоты называется дисперсией.

Интерференцией называется явление сложения волн. При интерференции в некоторых точках пространства волны усиливают, а в некоторых — гасят друг друга. Две волны усиливают друг друга в таких точках пространства, в которых фазы этих волн отличаются на , где — любое целое число (или разность хода двух волн до этой точки равна целому числу длин волн). Волны ослабляют друг друга, если разность фаз двух волн равна (а разность хода — нечетному числу полуволн). Поскольку условия усиления или ослабления волн зависят от длины волны, то интерференционные максимумы и минимумы для света разных длин волн будут находиться в разных точках пространства. Это значит, что в результате интерференции будет происходить разложение белого света на спектр.

Дифракцией называется огибание светом препятствий. В результате дифракции в каждую точку пространства приходят волны от разных участков волнового фронта, происходит интерференция этих волн и возникает типичная интерференционная картина с чередованием максимумов и минимумов освещенности.

Дифракционной решеткой называется непрозрачная пластинка, на поверхность которой наносятся тонкие параллельные штрихи, которые свет пропускают. Как правило, на один миллиметр поверхности решетки наносится несколько сотен штрихов. Для наблюдения дифракционной картины за решеткой располагают собирающую линзу, а за ней в фокальной плоскости линзы — экран (для наблюдения интерференционной картины на больших расстояниях от решетки можно обойтись и без линзы).

Поскольку параллельные лучи, идущие от соседних щелей имеют разность хода , где — период решетки (см. рисунок; отрезок равный разности хода двух лучей, выделен жирным), то лучи, идущие под углами , которые определяются из уравнения

(25.1)

где — целое число, будут усиливать друг друга, и определять интерференционный максимум -го порядка. Под углами

(25.2)

к плоскости решетки будут наблюдаться интерференционные минимумы. Согласно формуле (25.1) для света с самой маленькой длиной волны (фиолетового) углы, под которыми наблюдаются интерференционные максимумы, меньше углов, под которыми наблюдаются максимумы соответствующего по-рядка для красного света.

Рассмотрим теперь основные принципы геометрической оптики. Как отмечалось выше, если пренебречь интерференцией и дифракцией света, то свет можно рассматривать как совокупность лучей, распространяющихся в однородной среде прямолинейно. На плоской границе прозрачной и непрозрачной среды световые лучи испытывает отражение. Закон отражения утверждает, что отраженный луч лежит в той же плоскости, что падающий и перпендикуляр, построенный в точке падения луча, и что угол падения луча равен углу отражения

(25.3)

(см. рисунок; перпендикуляр, построенный в точке падения луча, показан пунктиром). Отметим, что в геометрической оптике принято углами падения или отражения называть углы между соответствующими лучами и перпендикуляром, построенным в точке падения.

Закон (25.3) приводит к тому, что плоские отражающие поверхности (зеркала) создают изображения предметов. Это означает следующее. Пусть имеется зеркало и точечный источник (см. рисунок). Источник во всех направлениях излучает световые лучи. На основании закона (25.3) можно доказать, что мысленные продолжения отраженных лучей назад, за зеркало будут пересекаться в оной точке (на рисунке мысленные продолжения лучей за зеркало нарисованы пунктиром, точка пересечения продолжений лучей обозначена как ). Это значит, что отраженные от поверхности зеркала лучи кажутся наблюдателю вышедшими из точки , в которой ему будет казаться расположенным источник. Поэтому точка называется изображением источника. Можно также доказать, что изображение источника в плоском зеркале будет расположено на перпендикуляре, опущенном из источника на зеркало или его продолжение, на таком же расстоянии от поверхности зеркала, что и источник (см. рисунок).

При переходе из одной прозрачной среды в другую лучи становятся ломаными или, как говорят, испытывают преломление на границе раздела прозрачных сред. Закон преломления гласит, что преломленный луч лежит в той же плоскости, что падающий и перпендикуляр, построенный в точке падения луча, и что углы падения и преломления лучей связаны соотношением

(25.4)

где и — параметры, характеризующие каждую прозрачную среду, и которые называются показателем преломления этой среды. Из природных сред самым большим показателем преломления обладает алмаз ( = 2,2), у воздуха показатель преломления близок к единице, у вакуума — строго равен единице.

Из закона преломления (25.4) можно сделать следующие заключения о прохождении света через границу двух прозрачных сред.

1. При переходе луча из менее оптически плотной в более оптически плотную среду (), луч будет распространяться ближе к перпендикуляру, проведенному в точку падения. При переходе из более оптически плотной в менее оптически плотную среду (), луч будет распространяться ближе к границе раздела между средами.

2. При перпендикулярном падении на границу луч не преломляется независимо от показателей преломления сред.

3. При падении луча на границу двух прозрачных сред из более оптически плотной среды возможна ситуация, когда уравнение (25.4) относительно угла преломления не будет иметь решений. Действительно, при углах падения

(25.5)

из (25.4) получаем, что (!). Кажущееся противоречие разрешается тем, что, как следует из закона преломления (25.4), при угле падения , луч во второй среде пойдет вдоль границы раздела сред, а значит, при увеличении угла падения вообще не сможет пройти во вторую среду. Этот эффект называется полным внутренним отражением.

4. Закон преломления (25.4) симметричен относительно двух сред — той, из которой падает луч и той, в которую луч проходит. Это значит, что если луч, падая на границу раздела сред под углом , будет распространяться во второй среде под углом , то при падении из второй среды под углом в первой он будет распространяться под углом . Это свойство закона преломления часто называют его обратимостью.

Показатель преломления света в некоторой среде связан со скоростью света в данной среде следующим соотношением:

(25.6)

А поскольку скорость света в среде зависит от частоты света, то и показатель преломления света в данной среде зависит от частоты этого света. Наибольшим показателем преломления характеризуется свет с самой маленькой длиной волны (фиолетовый), наименьшим — с самой большой длиной волны (красный).

Прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими или параболическими поверхностями, называется линзой. Прямая, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется главной оптической осью линзы. В школьном курсе физики рассматривают только тонкие линзы. В этом случае можно считать, что главная оптическая ось пересекается с линзой в одной точке, которая называется центром линзы. Различают собирающие и рассеивающие линзы (иногда говорят положительные и отрицательные). На рисунке приведены примеры собирающей и рассевающей линз. В оптических схемах линзы принято обозначать отрезками прямых со стрелками (см. рисунок; схематические обозначения линз показаны справа от каждой линзы).

На основе закона преломления (25.4) можно доказать, что для тонкой линзы и лучей, проходящих не слишком далеко от ее центра, справедливы следующие законы.

1. Любой луч, проходящий через центр как собирающей, так и рассеивающей линзы не преломляется.

2. Пучок параллельных световых лучей, падающих на собирающую линзу, пересекаются в одной точке, которая принадлежит некоторой плоскости, перпендикулярной главной оптической оси и называемой фокальной плоскостью линзы. Точка пересечения фокальной плоскости и главной оптической оси линзы называется ее фокусом. Расстояние от фокуса линзы до ее центра называется фокусным расстоянием линзы. На рисунке в качестве примера построен ход пучка параллельных лучей света в собирающей линзе.

3. Пучок параллельных световых лучей после прохождения рассеивающей линзы не пересекается, поскольку эти лучи рассеиваются линзой. Однако, если мысленно взять рассеянные линзой лучи и продолжить их назад за линзу, то эти пересечения пересекутся в одной точке, лежащей в фиксированной плоскости, называемой фокальной плоскостью рассеивающей линзы. На рисунке в качестве примера построен ход пучка параллельных лучей света в рассеивающей линзе.

Благодаря обратимости закона преломления света любая линза (и собирающая и рассеивающая) имеют и второй фокус, расположенный с другой стороны от линзы на таком же расстоянии от нее, как и первый.

Линзы создают изображения источников. Это значит, что лучи, вышедшие из одной точки, находящейся перед линзой (точечный источник) после прохождения линзы либо пересекутся в какой-то точке за линзой, либо рассеются линзой так, что мысленные продолжения лучей назад, за линзу пересекутся в одной точке, и потому будут казаться наблюдателю вышедшими из этой точки. Эти точки называются изображениями источника. Если пересекаются сами лучи, изображение называется действительным, если мысленные продолжения — мнимым. Для построения изображения точечного источника нужно взять любые два луча, вышедших из источника, и найти точку их пересечения (или точку пересечения их продолжений). Следует запомнить, что изображение источников в собирающей линзе может быть действительным (когда расстояние от источника до линзы больше фокусного расстояния линзы) и мнимым (когда расстояние от источника до линзы меньше фокусного расстояния линзы). Рассеивающая линза всегда создает мнимое изображение источников.

Для нахождения расстояний от линзы до изображения точечного источника используется формула тонкой линзы. Эта формула гласит, что если на расстоянии от плоскости линзы с фокусным расстоянием находится точечный источник, то расстояние от изображения этого источника до плоскости линзы можно найти по формуле

(25. 7)

где смысл знака в правой части (перед ) таков: знак «+» берется для собирающей линзы, знак «‒» — для рассеивающей. Знак «+» в левой части берется для действительного изображения (линза собирающая, расстояние от источника до линзы больше фокусного расстояния линзы), знак «‒» — для мнимого (линза собирающая, расстояние от источника до линзы меньше фокусного расстояния линзы, или линза рассеивающая). Отметим, что иногда формулу линзы записывают со знаками плюс и в правой и в левой части, но тогда под и понимают алгебраические величины в зависимости от того, линза собирающая или рассеивающая, изображение действительное или мнимое. Формула (25.7) с помощью простейших алгебраических преобразований (без геометрии, что, как правило, труднее) позволяет находить расстояние от линзы до изображения.

А теперь рассмотрим задачи.

Наименьшей частотой из волн видимого света обладает красный (задача 25.1.1 — ответ 1).

По определению отклонение света от прямолинейного направления распространения при прохождении около препятствий называется дифракцией (задача 25. 1.2 — ответ 2). Интерференцией называется сложение волн (задача 25.1.3 — ответ 1).

Радужная окраска тонких пленок, толщина которых сравнима с длиной волны света (задача 25.1.4), возникает благодаря интерференции световых лучей (ответ 1). Вот как это происходит. При падении луча на пленку возникают несколько эффектов. На обеих поверхностях пленки луч частично проходит, частично отражается (см. рисунок). В результате в отраженном свете друг на друга накладываются лучи, отраженные от внешней и внутренней поверхностей (лучи 3 и 4 на рисунке), причем эти лучи обладают определенной разностью хода. Эта разность хода зависит от угла падения лучей на поверхность, длины волны света и толщины пленки. Поэтому при определенных углах падения и длине волны света возникает конструктивная интерференция, когда отраженные волны усиливают друг друга, при определенных — деструктивная, когда волны друг друга ослабляют. Если пленка освещается рассеянным белым светом (разные углы падения, разные длины волн), то максимумы интенсивности света разных длин волн будут находиться под разными углами, и при наблюдении отраженного света будет наблюдаться «переливающаяся» радужная окраска.

При преломлении белый свет разлагается в спектр благодаря тому, что показатель преломления зависит от частоты света, и лучи разных длин волн по-разному преломляются (задача 25.1.5 — ответ 1). Как показывает опыт, показатель преломления тем больше, чем больше частота света, поэтому правильная последовательность цветов в задаче 25.1.6 такова: 1 — красный, 2 — зеленый, 3 — фиолетовый (ответ 4).

Волны от двух источников с одинаковыми частотами и начальными фазами в некоторой точке усиливают друг друга, если разность хода до этой точки волн от первого и второго источника содержит четное число полуволн (или, что то же самое, кратна длине волны), и ослабляют, если разность хода содержит нечетное число полуволн. Длину волны света в задаче 25.1.7 находим по формуле (24.6) мкм. Поэтому эта разность хода содержит полторы дины волны света, следовательно, волны приходят в рассматриваемую точку в противофазе, и в ней наблюдается интерференционный минимум (ответ 2).

Поскольку расстояния от источников до точки в задаче 25.1.8 одинаковы (см. рисунок), фаза волн, пришедших от источников 1 и 2 в эту точку в любой момент времени одинаковы, следовательно, в точке волны усиливают друг друга, и в ней наблюдается интерференционный максимум (ответ 1).

Поскольку все точки фронта плоской волны колеблются в одинаковой фазе, то вторичные волны от отверстий в задаче 25.1.9 (см. рисунок) имеют одинаковые фазы. Поэтому интерференционные максимумы наблюдаются в тех точках экрана, разность хода вторичных волн до которых кратна длине волны света. Поскольку по условию эта разность хода равна длине волны света, в точке наблюдается интерференционный максимум (ответ 1).

Согласно формуле (25.2) первый минимум при падении плоской волны перпендикулярно дифракционной решетке наблюдается под углом (задача 25.1.10). Поскольку синус угла много меньше единицы, то , причем это равенство справедливо для углов, выраженных в радианах. Отсюда рад (ответ 2).

По закону отражения угол падения луча равен углу отражения, поэтому имеем в задаче 25.2.1 — (ответ 3).

Изображение точечного источника в плоском зеркале (задача 25.2.2) расположено на перпендикуляре, опущенном из источника на зеркало или его продолжение, на таком же расстоянии от поверхности зеркала, что и источник (см. введение к настоящей главе). Поэтому изображением источника является точка 2 (ответ 2).

Согласно закону преломления (25.4) лучи, падающие перпендикулярно границе раздела сред не преломляются при любых показателя преломления сред. Поэтому правильный ответ в задаче 25.2.3 — 4.

Из рисунка, данного в условии задачи 25.2.4, и теоремы Пифагора находим синусы угла падения и угла преломления : , . В результате из закона преломления (25.4) получаем показатель преломления среды, в которую проходит луч (ответ 3).

Из закона преломления (25.4) следует, что луч «прижимается» к границе раздела между средами света, если он проходит из более оптически плотной среды в менее оптически плотную (). Поэтому правильный ответ в задаче 25.2.5 — 2.

Согласно формуле (25.6) скорость распространения света в среде и ее показатель преломления связаны друг с другом. Поэтому в задаче 25.2.6 получаем для показателя преломления = 2 (ответ 2).

Из правил построения хода лучей в линзах (см. введение к настоящей главе) следует, что если бы луч света падал на рассеивающую линзу параллельно главной оптической оси, то он рассеялся бы так, что продолжение рассеянного луча назад за линзу прошло бы через фокус линзы. Поэтому, используя свойство обратимости хода лучей, заключаем в задаче 25.2.7, что луч пойдет по пути 2 (ответ 2).

Если бы луч перед падением на линзу проходил через фокус, то после прохождения линзы он распространялся бы параллельно главной оптической оси (это следует из принципа обратимости хода лучей). Если бы луч падал параллельно главной оптической оси, он после преломления прошел бы через фокус. Поэтому продолжение промежуточного между ними луча (задача 25.2.8) пойдет между прямыми 1 и 3, т.е. по пути 2 (ответ 2).

Формула линзы (25.7) для случая, рассматриваемого в задаче 25.2.9, имеет вид

где — расстояние от источника до линзы, — расстояние от изображения до линзы. Отсюда находим (ответ 1).

Для построения изображения источника можно использовать два луча, вышедших из источника: луч, проходящий через центр линзы, и луч, параллельный главной оптической оси. Точка пересечения этих лучей и есть изображение источника. Построение для задачи 25.2.10 выполнено на рисунке, изображение источника — точка . Изображение перевернуто, так как точки источника , лежащие ближе к главной оптической оси, изображаются в точки изображения , которые лежат ближе к главной оптической оси. Чтобы найти размер изображения заметим, что отношение размера изображения к размеру предмета равно отношению расстояния от изображения до линзы к расстоянию от источника до линзы . Используя формулу линзы для рассматриваемого случая, находим

Так как по условию , то — изображение уменьшенное (ответ 4).

7 основных свойств света для детей с примерами

Оптика

Что такое свет?

Свет – это форма энергии, которая исходит от светящихся объектов. Солнце, лампочка, свеча и т. д. являются светящимися объектами. Другие объекты, не излучающие свет, называются несветящимися объектами. Свет может проходить через прозрачные материалы. Стекло , вода, прозрачный пластик и воздух — прозрачные материалы. Свет не может проходить через полупрозрачные материалы. Калька, матовое стекло и вощеная бумага — полупрозрачные материалы.

Properties of light

There are 7 basic properties of light :

Reflection of light
Refraction of light
Diffraction of light
Interference of light
Polarization of light
Dispersion of light
Scattering of свет

Свет ведет себя по-разному, когда падает на разные объекты. Когда свет падает на поверхность несветящегося объекта, он может вести себя тремя способами:

Когда свет падает на прозрачные объекты, он передается на другую сторону. Вот почему мы можем видеть сквозь прозрачные объекты.
Когда свет падает на грубые непрозрачные объекты, большая часть этого света поглощается и превращается в тепловую энергию. Черная поверхность поглощает большую часть света.
Когда свет падает на гладкую блестящую поверхность, он отражается в одном определенном направлении. Такое отражение света называется отражением света .

Свет распространяется по прямой:

В однородной изотропной среде лучи света всегда распространяются прямолинейно. Технически это называется прямолинейным распространением света. Лучшим примером этого правила является камера-обскура. Простая камера-обскура состоит из трех частей: фотопленки, диафрагмы-обскуры. лист и предмет.

В этом простом устройстве формирование изображения неподвижного объекта формируется на фотопленке или листе белой бумаги. Те лучи света, которые проходят через отверстие, формируют изображение объекта. На рисунке такие два луча выходят из объекта и Проходя через отверстие и формируя изображение объекта, изображение, формируемое этим устройством, инвертируется. Размер изображения прямо пропорционален расстоянию между экраном-обскурой и фотографическим экраном. Для четкого формирования изображения размер отверстия-обскуры должен быть намного меньше, чем размер объекта, в противном случае будет сформировано размытое изображение. На этом рисунке показано, что свет распространяется по прямым линиям.

Дисперсия света

«Расщепление белого света на составляющие его цвета называется дисперсией света». Солнечный свет часто называют белым светом, хотя он представляет собой комбинацию разных цветов. Мы можем видеть эти цвета в радуге. Это красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый.

Мы можем разделить белый свет на его цвета, пропустив его через призму. Полученная полоса из семи цветов называется спектром белого света.

Почему рассеивается белый свет?

Когда луч белого света попадает в призму, все цвета белого света преломляются под разными углами. Это приводит к тому, что белый свет разделяется на составляющие его цвета. Красный свет изгибается меньше всего. Фиолетовый свет изгибается больше всего и преломляется под самым большим углом. Таким образом, белый свет рассеивается на составляющие его цвета.

Когда этот спектр снова проходит через другую призму, как показано на рисунке, получается луч белого света.

Формирование радуги

«Радуга образуется, когда солнечный свет преломляется и полностью отражается крошечными капельками воды».

Радуга — это естественная демонстрация преломления, рассеивания и полного внутреннего отражения света. Когда белый солнечный свет проходит через крошечные капли дождя, взвешенные после дождя, может появиться радуга. Капли дождя в воздухе действуют как крошечные призмы. и отражать солнечный свет, а затем разделять его на разные цвета. Цветовая схема радуги такая же, как и в спектре, создаваемом призмой. Поскольку красный цвет меньше всего отклоняется, а фиолетовый больше всего отклоняется от своего первоначального пути, поэтому в радуге красный цвет появляется вверху, а фиолетовый цвет появляется внизу. Другие цвета появляются между этими двумя цветами.

Цвета света

Понимание цветов очень полезно в фотографии и театральном освещении. Люди, работающие со светом разных цветов, должны знать, как из нескольких основных цветов получить свет разных цветов. Цвета, которые можно использовать для получения любого другого цвета, называются основными цветами для получения белого света.

Красный + Синий + Зеленый = Белый

При смешивании двух основных цветов получается вторичный цвет. Голубой, желтый и пурпурный являются вторичными цветами. Цветной телевизор использует различные комбинации цветов.

Красный + Зеленый = Желтый

Красный + Синий = Голубой

Синий + Зеленый = Пурпурный

Мы можем получить другие цвета света, смешивая цвета основного и дополнительного цветов.

Цвета объектов:

Когда белый свет падает на несветящиеся объекты, они отражают некоторые цвета и поглощают все остальные. Цвет объекта — это цвет света, который он отражает. Красный объект кажется красным, потому что он отражает красный цвет света. и поглощает все остальные цвета. Трава на нашей лужайке кажется зеленой, поскольку отражает зеленый свет нам в глаза. Почему черная машина кажется черной?

Когда все цвета света отражаются в наших глазах, объект кажется белым. А когда все цвета света поглощаются объектом, он кажется черным. Черные объекты не отражают никакого света. Объекты разных цветов отражают смесь цветов.

Также:

См. Также:

Отражение света

Отращение света

Связанные статьи

Propertes of Light

.0001 Свойства света

ЭЭНС 2110	Минералогия
Университет Тулейна	Проф. Стивен А. Нельсон
Свойства света и Исследование изотропных веществ

Оптические свойства кристаллов, наряду с рентгеновской дифракцией и прямые химические анализы, самые надежные свойства, доступные для различать и идентифицировать полезные ископаемые. Оптические свойства зависят от таким образом, что видимый свет проходит через кристалл, и, таким образом, зависит от кристаллической структуры, симметрии кристалла и химического состава минерала.

Чтобы понять оптические свойства кристаллов, мы должны сначала понять кое-что о свете и о том, как он взаимодействует с материей.

Свет

Свет – это электромагнитное излучение, обладающее свойствами волны. Электромагнитный спектр можно разделить на несколько полосы в зависимости от длины волны. Как мы обсудили раньше видимый свет представлял собой узкую группу длин волн между примерно 380 нм и 730 нм.

Наши глаза интерпретируют эти длины волн как разные цвета. Если только присутствуют одна длина волны или ограниченный диапазон длин волн и входят нашими глазами они интерпретируются как определенный цвет. Если один длина волны присутствует, мы говорим, что у нас есть монохроматический свет . Если присутствуют все длины волн видимого света, наши глаза интерпретируют это как белый свет. Если длины волн в видимом диапазоне отсутствуют, мы интерпретируем это как темноту.

Взаимодействие света с веществом

Скорость света и показатель преломления

Энергия света связана с его частотой и скорость следующим образом:

E = hν = hC/λ

где Е = энергия
h = постоянная Планка, 6,62517 x 10 ^-27 эрг ^. сек
ν = частота
C = скорость света = 2,99793 x 10 ¹⁰ см/сек
λ = длина волны

Скорость света, C, в вакууме составляет 2,99793 x 10 ¹⁰ см/сек. Свет не может двигаться быстрее, чем это, но если он проходит через вещество, его скорость уменьшится. Обратите внимание, что из уравнение, приведенное выше-

С = νλ

Частота вибрации, ν, остается постоянной при прохождении света через вещество. Таким образом, если скорость C уменьшается при прохождении через вещество, длина волны λ также должна уменьшаться.

Здесь мы определяем показатель преломления , n, а материал или вещество как отношение скорости света в вакууме, C к скорости света в материале, через который он проходит, C _м .

n = С/С _m

Обратите внимание, что значение показателя преломления всегда будет больше 1,0, поскольку C _m никогда не может быть больше, чем C. В общем, C _м зависит от плотности материала, при этом C _m уменьшается с увеличением плотность. Таким образом, материалы с более высокой плотностью будут иметь более высокое преломление индексы.

Показатель преломления любого материала зависит от длины волны света потому что разные длины волн в разной степени интерферируют атомы, из которых состоит вещество. В целом показатель преломления меняется линейно с длиной волны.

Материалы можно разделить на 2 класса в зависимости от того, как скорость света определенной длины волны зависит от материал.

Материалы, показатель преломления которых не зависит от направления, в котором путешествия света называются изотропными материалами. В этих материалах скорость света не зависит от направление, в котором распространяется свет. Изотропные материалы имеют единый постоянный показатель преломления для каждой длины волны. Минералы которые кристаллизуются в изометрической системе, в силу своей симметрии, изотропны. Точно так же стекло, газы, большинство жидкостей и аморфные твердые тела изотропны.
Материалы, показатель преломления которых зависит от направления, в котором путешествия света называются анизотропными материалы. Эти типы материалов будут иметь ряд показатели преломления между двумя крайними значениями для каждого длина волны. Анизотропные материалы можно разделить на два подкласса, хотя обоснование этих подразделений будет станет ясно в следующей лекции.
1. Минералы, кристаллизующиеся в тетрагональных и гексагональных формах кристаллические системы (а также некоторые пластмассы) одноосные и характеризуются двумя экстремальными показателями преломления для каждого длина волны.
2. Минералы, кристаллизующиеся в триклинной, моноклинной и орторомбические кристаллические системы двухосные и характеризуется тремя показателями преломления, один из которых промежуточный между двумя другими.

Воздух изотропен, так как это газ. Показатель преломления воздуха обычно принимается равным 1,0, хотя его истинное значение равно 1,0003.

Отражение и преломление света

Когда свет падает на поверхность раздела двух веществ с разными показателей преломления, происходят две вещи. Падающий луч света, поражающий границы раздела под углом i, измеренным между линией, перпендикулярной интерфейс и направление распространения падающего луча будут отражается от поверхности под тем же углом, т.е. Другими словами, угол отражения равен углу падения.

Если второе вещество прозрачно для света, то луч света войдет в вещество с другим показателем преломления, и будет преломляется или изгибается под углом r, углом преломления. угол преломления зависит от угла падения и показатель преломления материалов по обе стороны от интерфейса согласно Закону Снелла :

n _i sin (i) = n _r sin (r)

Обратите внимание, что если угол падения равен 0 ^o (т. е. входит перпендикулярно границе раздела), что часть света будет отражается прямо назад, а преломленный луч будет продолжаться вдоль тот же путь. Это видно из закона Снеллиуса, поскольку sin(0 ^или) = 0, что делает sin (r) = 0 и дает r = 0.

Существует также угол i _c , называемый критическим углом для полное внутреннее отражение где преломленный луч проходит вдоль границы раздела двух веществ.

Это происходит, когда угол r = 90 ^o . В таком случае, применяя закон Снеллиуса:

n _i sin (i _c ) = n _r sin (90 ^o ) = n _r [так как sin (90 ^o ) = 1]

sin (i _c ) = n _r /n _i

Рассеивание света

Тот факт, что показатели преломления различаются для каждой длины волны света производит эффект, называемый дисперсией . Это можно увидеть направив луч белого света на треугольную призму из стекла. Белый свет, попадая в такую призму, будет преломляться в призме на под разными углами в зависимости от длины волны света.

показатель преломления для более длинных волн (красный) ниже, чем для более короткие волны (фиолетовые). Это приводит к большему углу преломление для более длинных волн, чем для более коротких длины волн. (Здесь показаны пути для длины волны 800 нм, угол r ₈₀₀ и для длины волны 300 нм угол r ₃₀₀ ). Когда свет выходит с другой стороны призмы, мы видим различные длины волн, рассредоточенные, чтобы показать разные цвета спектр.

Поглощение света

Когда свет попадает в прозрачный материал, часть его энергии рассеивается. как тепловая энергия, и поэтому она теряет часть своей интенсивности. Когда это поглощение энергии происходит избирательно для разных длин волн света, они свет, проходящий через материал, покажет только те длины волн света, которые не поглощаются. Переданный длины волн будут восприниматься как цвет, называемый абсорбирующий цвет материала.

Например, если мы измерим интенсивность света, I _o , для каждой длины волны, прежде чем она будет передана через материал, и измерить интенсивность I для каждой длины волны после того, как она прошла через материала, и график I/I _o в зависимости от длины волны мы получаем кривая поглощения для этого материала, как показано здесь. кривая поглощения (сплошная линия) для материала в этом примере показывает что свет, выходящий из материала, будет иметь желто-зеленый цвет, называемый абсорбирующая краска .

Непрозрачное вещество имело бы кривая поглощения, такая как обозначенная «Темная», т.е. нет длины волн будут передаваться.

Солнечный свет при прохождении через атмосфера имеет кривую поглощения, как показано на рисунке, поэтому мы видим ее как белый свет, поскольку присутствуют все длины волн.

Поляризация света

Нормальный свет вибрирует одинаково во всех направлениях, перпендикулярных его путь распространения. Если свет вынужден вибрировать только в однако на плоскости мы говорим, что это плоскополяризованный свет. Направление что свет вибрирует, называется направление вибрации , который на данный момент будет перпендикулярен направлению. Есть два общие способы, которыми свет может стать поляризованным.

Первый включает отражение от неметаллической поверхности, такой как стекло или краска. Неполяризованный луч света, вибрирующий во всех направлениях, перпендикулярных его траектории, ударяется о такую поверхность и отражение. Отраженный луч будет поляризован вибрацией. направления, параллельные отражающей поверхности (перпендикулярно страницу, как показано незаштрихованными кружками на траектории луча). Если некоторые этого света также попадает в материал и преломляется под углом 90 ^или пути отраженного луча, он тоже станет частично поляризованный, с направлением вибрации снова перпендикулярно траектории преломленного луча, но в плоскости, перпендикулярной направлению вибрации в отраженном луче (плоскость бумаги, как показано на рисование).

Поляризация также может быть достигнута путем пропускания света через вещество, поглощающее свет, колеблющееся во всех направлениях, кроме один. Анизотропные кристаллы обладают этим свойством в некоторых направления, называемые привилегированными направлениями, и мы обсудим эти свойства, когда мы обсуждаем одноосные и двуосные кристаллы. Кристаллы использовались для получения поляризованного света в микроскопах, построенных примерно до 1950. Устройство для получения поляризованного света в современных микроскопов — это Polaroid, торговое название пластиковой пленки, изготовленной Корпорация Полароид. Полароид состоит из длинноцепочечных органических молекулы, ориентированные в одном направлении, помещаются в пластиковый лист. Они расположены достаточно близко, чтобы образовать близко расположенные друг к другу линейная сетка, позволяющая проходить свету, колеблющемуся только в в том же направлении, что и сетка. Свет вибрирует во всех остальных направления усваивается. Такое устройство также называют поляризатор .

Если луч неполяризованного света сталкивается с поляризатором, только свет колеблется параллельно направлению поляризации поляризатора. разрешили пройти. Свет, исходящий с другой стороны, будет плоскополяризованным и будет вибрировать параллельно поляризующему направление поляризатора. Если другой поляризатор с его направление поляризации, ориентированное перпендикулярно первому поляризатору, помещенный перед лучом теперь поляризованного света, тогда никакой свет не будет пройти через второй поляризатор. В этом случае мы говорим, что свет был погашен.

В солнцезащитных очках Polaroid

используются те же принципы. Например, поступающее солнечное излучение отражается от поверхности океана или окрашенный капот вашего автомобиля. Отраженный свет исходит от любого этих поверхностей будут поляризованы так, что направления колебаний параллельно отражаемой поверхности или приблизительно горизонтально (как в первый метод поляризации, рассмотренный выше). солнцезащитные очки полароид содержат поляризаторы с направлением поляризации, ориентированным вертикально. Ношение таких очков отсекает все горизонтально поляризованный свет, отражающийся от поверхности воды или капюшона твоя машина.

Поляризационный микроскоп

В оптической минералогии мы используем микроскоп, называемый поляризационный микроскоп. Такой микроскоп снабжен двумя поляризаторами. которые нормально ориентированы так, что их направления поляризации перпендикулярны друг другу.

Свет от источника света, расположенного ниже трубки и предметного столика микроскоп изначально неполяризован.

Этот свет сначала проходит через нижний поляризатор (обычно называемый просто поляризатором), где он становится поляризован так, что свет вибрирует от пользователей прямо к оставил. Эти направления называются Восток (право и Запад). (оставил). Затем свет проходит через отверстие во вращающемся столике. микроскопа и входит в нижнюю линзу, называемую цель объектив .

Внутри тубуса микроскопа установлен второй поляризатор, называемый анализатором , который можно повернуть или толкнуть так, чтобы он оказался на пути света (вставленное положение) или не на световом пути (анализатор вне должность). Анализатор имеет направление поляризации точно перпендикулярно направлению нижнего поляризатора. Эти направления обычно называют к как Север — Юг. Если анализатор внутри, то плоскость поляризована свет, исходящий от нижнего поляризатора, будет заблокирован, и свет не будет передаваться через окулярную линзу выше.

Если анализатор снаружи, так что он не находится на световом пути, то поляризованный свет будет проходить через окулярную линзу.

В следующий раз мы увидим, как этот микроскоп используется для исследования изотропных веществ и определить их показатели преломления.

Изотропные вещества

Как обсуждалось выше, изотропными веществами являются вещества, в которых скорость света или показатель преломления не зависят от направления в веществе. Вещества, такие как газы, жидкости, стекла, а минералы, кристаллизующиеся в изометрической кристаллической системе, изотропный. Здесь мы вводим понятие оптической индикатрисы, а затем смотрим на то, что мы видим, когда смотрим на изотропные вещества. через поляризационный микроскоп. Затем мы видим, как определить показатель преломления изотропных веществ как средство их идентификации, и затем взгляните на одноосные материалы.

Изотропная индикатриса

Понятие оптической индикатрисы важно как визуальные средства наблюдения за тем, как показатель преломления меняется в зависимости от направления в веществе. Для изотропных минералов и веществ индикатриса довольно тривиально, так как показатель преломления не зависит от направление.

Оптическая индикатриса — это просто трехмерный объект, построенный рисуя векторы длины, пропорциональной показателю преломления для свет, вибрирующий параллельно направлению вектора от центральной точки. Концы всех векторов затем соединяются, образуя индикатрису. Для изотропных минералов индикатриса — это сфера, как видно здесь. Индикатриса может быть размещать в любом месте внутри или на кристалле, если только кристаллографический направления в индикатрисе перемещаются параллельно друг другу.

Опять же, для изотропной индикатрисы это довольно тривиально, поскольку показатели преломления не соответствуют кристаллографическим направлениям и показатели преломления одинаковы во всех направлениях, но полезность концепции индикатрисы станет намного яснее, когда мы рассмотрим анизотропные вещества.

Изотропные вещества и поляризованный свет

Как обсуждалось в прошлый раз, поляризационный микроскоп имеет два поляризаторы. Нижний поляризатор (часто называемый просто поляризатором) над источником света и, таким образом, создает поляризованный свет, который вибрирует в восточно-западное направление. Верхний поляризатор, называемый анализатором, поляризован для создания поляризованного света, вибрирующего на частоте 90 ^o к этому производится нижним поляризатором. Таким образом, если есть только воздух, изотропное вещество, между двумя поляризаторами вибрирующий свет E-W полностью устраняется в анализаторе, и свет не проходит через окулярная линза. Изотропные вещества не изменяют вибрации направление света при прохождении света через вещество .

Итак, если мы поместим минеральное зерно на предметное стекло (стекло также изотропный), и рассмотреть зерно через окулярную линзу с помощью анализатора не вставлены в световой путь, мы сможем ясно видеть зерно. Если зерно избирательно поглощает свет определенного длин волн, то зерно покажет свое поглощение цвет.

Если мы теперь вставим анализатор в световой путь, свет, выходящий зерна по-прежнему будут поляризованы в направлении E-W, так как изотропное вещества не меняют направление поляризации, и анализатор вырезать весь этот свет. Таким образом, свет не выходит из минерала зерно пройдет через анализатор. Таким образом, говорят, что минерал вымерший в этой позиции.

Точно так же, если мы будем вращать предметный столик микроскопа и, таким образом, вращать зерно, оно останется потухшим для всех положений вращения. (из конечно, это также верно и для предметного стекла, на котором лежит зерно, так как стекло тоже изотропно).

Это основной способ определить, является ли вещество изотропный. то есть вращать зерно на столике микроскопа со вставленным анализатором. Если зерно остается вымершим на протяжении вращение сцены на 360 ^o, затем минерал или вещество на предметный столик микроскопа, вероятно, изотропен.

Определение показателя преломления для изотропных Твердые вещества: метод погружения

У изотропных веществ есть только два оптических свойства, которые можно определить. Одним из них является поглощение цвет, как обсуждалось выше. Другой показатель преломления. В таблицах показателей преломления изотропных минералов указаны только показатель преломления для одной длины волны света. Выбранная длина волны 589нм, что соответствует желтому цвету. Такая длина волны будет излучаться натриевой лампой. Так как они дорогие и выделяют много тепла, натриевые лампы обычно не используются в оптическая минералогия. Вместо этого мы используем белый свет. Тем не менее, как мы увидим позже, мы можем определить показатель преломления для 589 нм.

Определение показателя преломления изотропного вещество производится путем сравнения с веществом известного показатель преломления. Используемые сравнительные материалы называются масла с показателем преломления. Это вонючие органические масла, которые откалиброван в диапазоне показателей преломления от 1,430 до 1,740 при интервалы 0,005. Как вы увидите в лаборатории, крупицы неизвестного вещество помещают на предметное стекло, поверх накрывают покровным стеклом. зерна, и масло с показателем преломления вводится, чтобы полностью окружить зерна. Это называется методом погружения.

Затем зерна исследуют с помощью анализатора , а не . вставлен. Если зерно имеет показатель преломления, который очень отличается от показателя преломления масла, то границы зерен будет сильно выделяться рядом с окружающим маслом. Зерно будет то можно сказать показать горельеф относительно нефть. Горельеф указывает на то, что показатель преломления зерно очень сильно отличается от показателя преломления масла . Это не говорит нам, если показатель преломления зерна меньше больше или больше масла.

Если показатели преломления зерна и масла ближе, то очертания зерна не будут так сильно выделяться из-под масла.

В в этом случае зерно называется низкий рельеф относительно масла. Опять же, низкий рельеф лишь указывает на то, что зерно и нефть имеют близкие показатели преломления, и не указывает, что зерно имеет более низкий или более высокий показатель преломления, чем масло.

Если показатель преломления зерна точно такой же, как у показатель преломления масла, границы зерна не будут видимый. То есть зерно полностью исчезнет в нефть. В этом случае говорят, что зерно не имеет рельефа относительно масла.

Для того, чтобы определить, имеет ли зерно или масло более высокую показателя преломления, используется метод, называемый методом линий Беке.

Метод линии Беке

Зерно, окруженное нефтью, если смотреть в сфокусированный микроскоп немного выше положения самого резкого фокуса будут отображаться две линии, одна темный и один светлый, концентрический с границей зерна. Более яркая из этих линий называется линией Бекке и всегда будет находиться ближе всего к веществу с более высоким коэффициентом преломления индекс. Это может быть использовано для определения того, имеет ли зерно или масло более высокий показатель преломления.

Чтобы использовать этот метод, сначала нужно сфокусировать микроскоп так резко, как возможно по интересам. Также полезно использовать ирис диафрагма, чтобы максимально уменьшить входящий свет. Этот сделает линию Becke более заметной. Затем с помощью штрафа регулировка диска фокусировки, предметный столик микроскопа опущен (или объектив объектив поднят) немного не в фокусе. Во время этого увеличения очага расстоянии можно наблюдать движущуюся яркую линию Бекке. Если линия Бекке движется внутрь, показатель преломления зерна больше, чем показатель преломления масла.

Важно помнить, что тест линии Бекке выполняется увеличение расстояния между зерном и линзой объектива. Таким образом, не следует запоминать, в какую сторону крутить ручку фокусировки, т.к. она может быть разной для разных марок микроскопов.

Также обратите внимание, что если фокусное расстояние уменьшается, а не увеличивается, то будут получены противоположные результаты, т. е. с при уменьшении фокусного расстояния яркая линия Бекке будет двигаться в вещество с более низким показателем преломления.

Для зерна с показателем преломления меньше, чем у масла, будет наблюдаться обратный эффект. При поднятии объектива или опускание предметного столика так, чтобы зерно слегка расфокусировалось, если яркая линия Бекке переходит в масло, тогда масло имеет показатель преломления больше, чем у зерна.

Таким образом, этот метод можно использовать для начала сужения диапазона рефракции. показатель зерна. Например, предположим, что мы сначала положили зерна неизвестного минерала в масле с показателем преломления 1,540. В это масло, скажем, тест линии Бекке показывает, что масло имеет более высокую показатель преломления, чем у зерна. Затем мы могли бы выбрать для нашего следующего тест, чтобы поместить неизвестные зерна в масло с более низким коэффициентом преломления индекс. Если бы рельеф был очень высоким, то мы бы знали, что нужно выбрать масло с гораздо меньшим показателем преломления.

Таким образом, проведя несколько испытаний в нескольких разных маслах, мы могли в конце концов найти масло, которое имеет показатель преломления, который точно соответствует что из зерна. В таком случае зерно не имело бы рельефа. по отношению к маслу и, таким образом, исчезнет в масле.

Но это не обязательно относится к линиям Бекке. Напомним выше, что мы сказали, что показатели преломления для зерен (и также масла) приводятся для определенной длины волны света. Эта длина волны 589нм, что соответствует желтому цвету. Поскольку мы используем белый свет в качестве осветитель для нашего зерна, линия Бекке будет отличаться для различные длины волн или цвета света.

Это можно увидеть, изучив дисперсионную диаграмму, как показано здесь. Это просто график зависимости показателя преломления от длины волны. Типичные масла, используемые в оптической минералогии, обычно имеют кривую дисперсии с более крутым наклоном, чем у минералов. Таким образом, когда у нас есть точное соответствие показателя преломления между зерном и маслом для желтого цвета свет, мы по-прежнему будем видеть линию Бекке от оранжевого до красного цвета, которая будет двигаться в зерне, а линия Беке сине-фиолетового цвета, которая будет двигаться в масло.

Еще одно свойство, которое мы можем определить для всех минералов (включая анизотропные минералы) – спайность или трещиноватость. Это можно увидеть потому что обычно необходимо дробить или разбивать минералы, чтобы получить размер подходит для монтажа в маслах. Это свойство лучше всего видно с анализатор не вставлен.

Минералы или стекла с раковистым изломом будут иметь изогнутые зерна границы. Если присутствует одно направление расщепления, то оно будет проявляются параллельными границами зерен. Иногда расколы могут быть также видны как разрывы внутри зерна, хотя это чаще встречается в тонкие срезы, чем в зернистых креплениях. Два направления расщепления будут отображаться как пересекающиеся прямолинейные границы зерен. Три и более декольте направления также должны быть видны, но следует помнить, что вид микроскопа почти 2-мерный, поэтому вы можете увидеть только 2 направления расщепления сразу.

Сводка наблюдений изотропных минералов

Цвет абсорбции, если присутствует (анализатор вне)
Расщепление или излом, если он присутствует (анализатор отсутствует)
Изотропный характер — при вставленном анализаторе зерно будет потухшие во время полного оборота микроскопа на 360 ^o сцена.
Рельеф относительно масла (вне анализатора)
- высокий рельеф указывает на то, что масло и зерна имеют очень разные показатели преломления
- низкий рельеф указывает на то, что масло и зерно имеют преломление индексы, которые ближе
- отсутствие рельефа указывает на то, что масло и зерно имеют одинаковую показатели преломления
Определение показателя преломления (вне анализатора) — используйте линию Беке тест, чтобы уменьшить разницу между показателем преломления неизвестный минерал и масло до тех пор, пока не будет достигнуто точное соответствие между показатели зерна и масла. Точное совпадение сделает зерна исчезают в масле, а тест линии Бекке показывает оранжевый цвет. — красная линия Беке, переходящая в зерно, и сине-фиолетовая линия Беке переходит в масло.

В следующий раз мы рассмотрим класс анизотропных минералов, называемый одноосные минералы.

Примеры вопросов по этому материалу, которые можно задать на экзамене

Дайте определение следующим понятиям: (а) видимый свет, (б) монохроматический свет, (в) показатель преломления, (г) изотропное вещество, (д) анизотропное вещество, (е) дисперсия света, (ж) цвет поглощения.
Что такое закон Снелла и почему он важен?
Объясните, почему крупинка изотропного вещества останется на предметном столике микроскопа мёртвой, когда анализатор вставлен в поляризационный микроскоп.
Объясните, что означают следующие термины: (а) высокий рельеф, (б) низкий рельеф, (в) положительный рельеф и (г) отрицательный рельеф.
Объясните, как можно использовать линию Беке, чтобы определить, имеет ли зерно на предметном столике микроскопа показатель преломления больше или меньше показателя преломления окружающего масла.
Какое значение имеют цветные линии Беке?
Какие оптические и другие свойства можно определить при исследовании изотропного вещества в поляризационном микроскопе?

Вернуться на страницу EENS 2110

свет | Определение, свойства, физика, характеристики, типы и факты

видимый спектр света

См. все средства массовой информации

Ключевые люди:: Исаак Ньютон Альберт Эйнштейн Джеймс Клерк Максвелл Птолемей Роджер Бэкон

Похожие темы:: цвет Солнечный лучик фотон интенсивность света скорость света

Просмотреть весь связанный контент →

Прочтите краткий обзор этой темы

свет , электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. Электромагнитное излучение возникает в чрезвычайно широком диапазоне длин волн, от гамма-лучей с длиной волны менее примерно 1 × 10 90 184 −11 90 185 метров до радиоволн, измеряемых в метрах. В этом широком спектре длины волн, видимые человеку, занимают очень узкую полосу, от примерно 700 нанометров (нм; миллиардных долей метра) для красного света до примерно 400 нм для фиолетового света. Области спектра, примыкающие к видимому диапазону, часто также называют световыми, инфракрасными с одной стороны и ультрафиолетовыми с другой. Скорость света в вакууме — фундаментальная физическая константа, принятое в настоящее время значение которой равно ровно 299 792 458 метров в секунду, или около 186 282 миль в секунду.

Нет однозначного ответа на вопрос «Что такое свет?» удовлетворяет множеству контекстов, в которых свет воспринимается, исследуется и используется. Физик интересуется физическими свойствами света, художник — эстетической оценкой визуального мира. Благодаря зрению свет является основным инструментом восприятия мира и общения в нем. Солнечный свет согревает Землю, определяет глобальные погодные условия и запускает поддерживающий жизнь процесс фотосинтеза. В самом большом масштабе взаимодействие света с материей помогло сформировать структуру Вселенной. Действительно, свет дает окно во Вселенную, от космологических до атомных масштабов. Почти вся информация об остальной Вселенной достигает Земли в виде электромагнитного излучения. Интерпретируя это излучение, астрономы могут заглянуть в самые ранние эпохи Вселенной, измерить общее расширение Вселенной и определить химический состав звезд и межзвездной среды. Подобно тому, как изобретение телескопа значительно расширило возможности исследования Вселенной, так и изобретение микроскопа открыло сложный мир клетки. Анализ частот света, испускаемого и поглощаемого атомами, явился основным толчком к развитию квантовой механики. Атомная и молекулярная спектроскопия по-прежнему остается основным инструментом для исследования структуры вещества, обеспечивая сверхчувствительные тесты атомных и молекулярных моделей и способствуя изучению фундаментальных фотохимических реакций.

Свет передает пространственную и временную информацию. Это свойство лежит в основе областей оптики и оптических коммуникаций, а также множества связанных с ними технологий, как зрелых, так и развивающихся. Технологические приложения, основанные на манипулировании светом, включают лазеры, голографию и волоконно-оптические телекоммуникационные системы.

В большинстве повседневных обстоятельств свойства света можно вывести из теории классического электромагнетизма, в которой свет описывается как связанные электрические и магнитные поля, распространяющиеся в пространстве в виде бегущей волны. Однако эта волновая теория, разработанная в середине 19 в.го века недостаточно для объяснения свойств света при очень низкой интенсивности. На этом уровне квантовая теория необходима для объяснения характеристик света и взаимодействия света с атомами и молекулами. В своей простейшей форме квантовая теория описывает свет как состоящий из дискретных пакетов энергии, называемых фотонами. Однако ни классическая волновая модель, ни классическая модель частиц не описывают свет правильно; свет имеет двойственную природу, которая раскрывается только в квантовой механике. Этот удивительный корпускулярно-волновой дуализм характерен для всех первичных составляющих природы (например, электроны имеют как корпускулярный, так и волновой аспекты). С середины 20-го века физики считали законченной более полную теорию света, известную как квантовая электродинамика (КЭД). КЭД объединяет идеи классического электромагнетизма, квантовой механики и специальной теории относительности.

Викторина «Британника»

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какова единица измерения циклов в секунду? Проверьте свою физику с помощью этого теста.

В этой статье основное внимание уделяется физическим характеристикам света и теоретическим моделям, описывающим природу света. Его основные темы включают введение в основы геометрической оптики, классические электромагнитные волны и эффекты интерференции, связанные с этими волнами, а также основные идеи квантовой теории света. Более подробные и технические презентации этих тем можно найти в статьях «Оптика, электромагнитное излучение, квантовая механика и квантовая электродинамика». См. также относительность для получения подробной информации о том, как рассмотрение скорости света, измеренной в различных системах отсчета, сыграло решающую роль в развитии специальной теории относительности Альберта Эйнштейна в 1905 году. world

Хотя есть явные свидетельства того, что ряд ранних цивилизаций использовали простые оптические инструменты, такие как плоские и криволинейные зеркала и выпуклые линзы, древнегреческим философам обычно приписывают первые формальные рассуждения о природе света. Концептуальное препятствие, заключающееся в том, чтобы отличить человеческое восприятие визуальных эффектов от физической природы света, препятствовало развитию теорий света. В этих ранних исследованиях преобладало созерцание механизма зрения. Пифагор ( г. 500 г. до н.э.) предположил, что зрение вызывается визуальными лучами, исходящими из глаза и поражающими предметы, тогда как Эмпедокл ( ок. 450 гг. до н.э.), по-видимому, разработал модель зрения, в которой свет излучался как объектами, так и глазом. Эпикур ( ок. 300 гг. до н. э.) считал, что свет излучается другими источниками, помимо глаза, и что зрение возникает, когда свет отражается от объектов и попадает в глаз. Евклид ( ок. 300 г. до н.э.) в своей книге Оптика представил закон отражения и обсудил распространение световых лучей по прямым линиям. Птолемей ( г. 100 н.э.) предпринял одно из первых количественных исследований преломления света при переходе из одной прозрачной среды в другую, сведя в таблицу пары углов падения и пропускания для комбинаций нескольких сред.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

С упадком греко-римского царства научный прогресс переместился в исламский мир. В частности, аль-Махмун, седьмой аббасидский халиф Багдада, основал Дом Мудрости (Байт аль-Хикма) в 830 г. н.э. для перевода, изучения и улучшения эллинистических научных и философских трудов. Среди первых ученых были аль-Хорезми и аль-Кинди. Известный как «философ арабов», аль-Кинди расширил концепцию прямолинейно распространяющихся световых лучей и обсудил механизм зрения. К 1000 г. от пифагорейской модели света отказались, и возникла лучевая модель, содержащая основные концептуальные элементы того, что сейчас известно как геометрическая оптика. В частности, Ибн аль-Хайтам (латинизированный как Альхазен) в Китаб ал-маназир ( ок. 1038; «Оптика») правильно приписывал зрение пассивному восприятию световых лучей, отраженных от предметов, а не активному излучению световых лучей глазами. Он также изучал математические свойства отражения света от сферических и параболических зеркал и нарисовал подробные изображения оптических компонентов человеческого глаза. Работа Ибн аль-Хайтама была переведена на латынь в 13 веке и оказала побудительное влияние на францисканского монаха и естествоиспытателя Роджера Бэкона. Бэкон изучал распространение света через простые линзы и считается одним из первых, кто описал использование линз для коррекции зрения.

Основная природа света | Природа света

Главная > Природа света > Основная природа света

Свет тесно связан с нашей повседневной жизнью. Многие уникальные свойства света чрезвычайно увлекательны.
Здесь мы сделаем еще один шаг к чудесам света благодаря его хорошо известным основным свойствам.

ИНДЕКС

Свет — это волна или частица?

Свет распространяется со скоростью 300 000 километров в секунду

Взаимодействие света с веществом

Свет «отражает»

Свет «рассеивает»

Свет «преломляет»

Свет «мешает»

Свет «рассеивает»

Свет — волна или частица?

Свет обладает свойствами волны и частицы.
Слово «длина волны» используется для выражения волнового или волнообразного свойства света. Это расстояние, которое проходит свет за одно колебание, и часто выражается с использованием единицы, называемой «нанометр». Один нанометр равен одной миллиардной части метра. Наши глаза могут видеть только свет с длиной волны примерно от 400 до 700 нанометров. Этот диапазон называется видимым светом. Свет других длин волн включает рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи и инфракрасные лучи. Хотя мы не можем видеть их напрямую, они также являются членами семьи света.

С другой стороны, свет также обладает свойством частицы. Интенсивность света зависит от количества частиц. В ярком свете много частиц, в то время как в темном свете их меньше. Эти частицы света называются фотонами.

Мы можем проверить свойство света частиц, сравнив свет со звуком с помощью устройства, называемого осциллографом. Известно, что звук имеет характеристики волны. Когда интенсивность или величина звука постепенно ослабевают, звуковой сигнал становится меньше и в конце концов исчезает. Однако, когда свет постепенно ослабевает, общее количество его сигнала становится меньше, но можно обнаружить несколько оставшихся импульсов (крайне короткие сигналы), и размер этих отдельных сигналов не уменьшается. Это говорит нам о том, что свет не может стать меньше и что свет обладает свойством «частицы».

Оптический спектр

Звуковой сигнал и оптический сигнал

Свет распространяется со скоростью 300 000 километров в секунду

Свет распространяется со скоростью около 300 000 километров в секунду. Удивительно, но свет может обогнуть Землю 7,5 раз всего за одну секунду. Это свойство света используется во многих технических приложениях, таких как оптическая связь, которая передает огромные объемы данных за очень короткое время. Однако даже свет, который быстрее, чем что-либо известное человеку, может сместиться всего на 0,3 миллиметра за триллионную долю секунды (пикосекунду — см. примечание) в вакууме. В последние годы исследования таких оптических явлений, происходящих в эти невероятно короткие сроки, становятся актуальными в новых областях исследований физики, химии, биологии и других.

Примечание: 1 миллисекунда = 1 тысячная секунды, 1 микросекунда = 1 миллионная доля секунды, 1 наносекунда = 1 миллиардная доля секунды, 1 пикосекунда = 1 триллионная доля секунды.

Свет проходит вокруг Земли 7 с половиной раз
в секунду.

Взаимодействие света с материей

Свет ведет себя по-разному, когда
соприкасается с чем-либо.

В вакууме, таком как космическое пространство, где нет материи, свет распространяется прямолинейно. Однако при контакте с водой, воздухом и другими веществами свет ведет себя по-разному: он «поглощается», «проходит», «отражается» и «рассеивается». Когда свет попадает на материю, часть этого света поглощается материей (а) и преобразуется в тепловую энергию. Если вещество, на которое падает свет, представляет собой прозрачный материал, световой компонент, который не был поглощен материалом, «проходит» через (b) и выходит на внешнюю сторону материала. Если поверхность материала гладкая (например, зеркало), происходит «отражение» (б), а если поверхность неровная с ямками и выступами, свет «рассеивается» (в).

«Проходящий», «отраженный» или «рассеянный» свет позволяет нашим глазам видеть цвета и формы объектов.

(a) Поглощение

(b) Отражение, Прохождение

Свет «отражает»

Почему иногда видно, что далекая гора отчетливо отражается на поверхности озера или пруда?

Солнечный свет, падающий на гору, отражается во многих направлениях. Это называется отраженным светом. Наши глаза видят гору, улавливая часть света, отраженного от горы, который непосредственно достигает наших глаз, а затем формируя изображение отраженного света на сетчатке через хрусталик глаза. (Розовые линии на рисунке ниже представляют собой отраженный свет. Чтобы упростить описание, на этом рисунке изображен мальчик, смотрящий не на гору, а на далекое дерево.)

Когда между нашими глазами и горой находится озеро или пруд, свет, попадающий туда с горы, отражается от поверхности озера или пруда (синие пунктирные линии на рисунке). Если поверхность спокойная, безветренная, а также плоская и гладкая, например, на ровных поверхностях без неровностей, таких как зеркала и стекла, то угол падающего света (угол падения) и угол отражения света от поверхности (угол отражения) равны между собой. Это называется зеркальным отражением или зеркальным отражением. Когда поверхность расположена в идеальном месте, где свет, отражающийся от поверхности посредством зеркального отражения, непосредственно достигает наших глаз, тогда мы можем видеть четкое и ясное изображение горы, отраженное на поверхности.

С другой стороны, если поверхность шероховатая или неровная, то направление отраженного света меняется в зависимости от положения на поверхности, что приводит к искаженному изображению горы, отражающейся от поверхности воды.

Как появляется пейзаж на поверхности воды

На
видно отражение далекой горы. поверхность рисового поля, заполненного водой.
Фото предоставлено IWATE NIPPO CO., LTD.
Из «Фотоновостей» «ИВАТЕ НИППО»
выдано 20 мая 2017 г.

Свет «рассеивается»

Почему в ясный день небо синего цвета, а вечером кажется красным?

Свет от солнца достигает земли после путешествия в космосе, он «рассеивается» при столкновении с различными частицами и молекулами в атмосфере. Часть этого света возвращается в космическое пространство, а оставшаяся часть света достигает поверхности земли после прохождения через атмосферу. Уровень рассеивания света зависит от его длины волны, а из светов, которые могут видеть наши глаза, синий свет более интенсивно рассеивается или рассеивается. Вот почему днем небо кажется нам голубым.

С другой стороны, во время восхода и заката небо может казаться нашим глазам оранжевым, розовым или красным. Это связано с тем, что при более низком положении солнца расстояние, которое свет проходит через атмосферу, увеличивается, а голубой свет постепенно рассеивается и ослабевает. Поэтому оставшийся красный или оранжевый свет достигает наших глаз.

Голубое небо

Небо на закате

Свет «преломляется»

Когда вы смотрите на соломинку, помещенную в стакан, часть соломинки в воде кажется изогнутой. Почему это так?

Свет «преломляется» на границе между воздухом и водой в стекле. Преломление происходит потому, что свет распространяется с разной скоростью в воздухе и в воде. Наши глаза улавливают рассеянный свет от соломинки в воде, но преломление происходит, когда свет из воды попадает в воздух. Однако кажется, что свет, исходящий из воды, движется прямо к нашим глазам, и наши глаза формируют «виртуальное изображение» на линии, идущей от преломленного света. Таким образом, кажется, что кончик соломинки в воде отклонился от своего фактического положения.

Механизм, из-за которого соломинка в воде кажется изогнутой

Соломинка в стакане

Свет «мешает»

Как создаются эти интригующие цвета мыльных пузырей?

Свет движется в разных направлениях, поэтому световые волны постоянно сталкиваются друг с другом. Явление, возникающее при столкновении световых волн друг с другом, называется интерференцией.

Когда пики этих волн перекрываются, пики становятся еще больше. Когда пики и впадины волн сталкиваются, волны нейтрализуют друг друга. Именно это вмешательство заставляет нас видеть различные цвета мыльных пузырей.

Мыльный пузырь состоит из очень тонкой пленки. Свет, отражающийся от внешней и внутренней сторон этой пленки, интерферирует друг с другом, вызывая цвета, которые мы видим. Кроме того, угол обзора световой интерференции, возникающей на пленке мыльного пузыря, изменяется из-за непрерывного движения супового пузыря.

Благодаря тому, что волны света многократно усиливаются и гасят друг друга, наши глаза видят таинственные и постоянно меняющиеся цвета.

Загадочные цвета мыльных пузырей

Свет «рассеивается»

Почему после дождя на небе появляется радуга?

Солнечный свет называется белым световым лучом, но на самом деле он представляет собой смесь разноцветных огней, которые кажутся нашим глазам белыми. Использование призмы для разделения луча белого света позволяет нам видеть различные цвета света.

Это явление называется «дисперсией» света. В естественном мире капли воды действуют как призма, после чего остаются в воздухе после дождя.

Свет, падающий на капли воды, преломляется и движется внутрь капли, отражается внутри капли и преломляется на выходе из капли. Капли воды в воздухе действуют как призма, вызывая рассеивание, и свет, достигающий наших глаз, выглядит как непрерывные полосы разных цветов. Вот что делает радугу.

Если мы внимательно посмотрим на радугу, мы можем иногда увидеть другую радугу (вторичную радугу) с обратной последовательностью цветов на внешней стороне первой радуги. Эта вторичная радуга появляется из-за того, что свет, достигающий наших глаз, дважды отражается в капле воды.

Радуга в небе после дождя.

Свойства света — Урок — TeachEngineering

(0 оценок)

Нажмите здесь, чтобы оценить

Quick Look

Уровень: 8 (8-10)

Необходимое время: 2 часа 30 минут

(три периода по 50 минут; может длиться более трех дней)

Зависимость урока: Нет

предметных областей: Физические науки, наука и технологии

Ожидаемые характеристики NGSS:

MS-PS4-2

Доля:

TE Информационный бюллетень

Резюме

Учащиеся узнают об основных свойствах света и о том, как свет взаимодействует с объектами.

Они знакомятся с аддитивной и субтрактивной цветовыми системами и явлениями преломления. Учащиеся дополнительно изучают различия между аддитивной и субтрактивной цветовыми системами с помощью прогнозов, наблюдений и анализа во время трех демонстраций. Эти темы помогают учащимся лучше понять, как свет связан с цветом, приближая их к ответу на главный инженерный вопрос.

Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Глубокое понимание и исследование свойств света позволило инженерам и ученым осветить наш мир всем, от компьютерных мониторов, экранов телевизоров и лазеров до оптоволоконных кабелей и медицинских устройств. Например, волоконно-оптические кабели дают нам возможность общаться и передавать данные на большие расстояния с высокой скоростью, направляя свет за счет преломления. С момента первой демонстрации в 1840-х годах инженеры и ученые адаптировали оптоволокно для многих приложений, включая связь и медицинскую визуализацию. Портативные мониторы глюкозы являются одним из примеров медицинских устройств, которые используют изменение цвета как способ обнаружения химических веществ в организме. С помощью этого устройства больной сахарным диабетом может самостоятельно контролировать уровень глюкозы, что значительно повышает качество его жизни. Перед разработкой решения проблемы инженеры проводят исследования и собирают информацию, что является ключевым шагом в процессе инженерного проектирования. С помощью этого урока цикла наследия учащиеся продолжают собирать знания, необходимые для разработки решений инженерной задачи, изложенной в уроке 1 этого раздела.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

Объясните, почему объекты кажутся определенного цвета.
Объясните, как мониторы и телевизоры отображают цвета.
Описывать непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные объекты.
Определение аддитивных и субтрактивных цветовых явлений.
Объясните разницу между аддитивным и субтрактивным цветом.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering связано с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.
Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект Д2Л (www.achievementstandards.org).
В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .
NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука
Ожидаемая производительность NGSS
МС-ПС4-2. Разработайте и используйте модель для описания того, как волны отражаются, поглощаются или проходят через различные материалы. (6-8 классы)
Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Научная и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Концепции поперечного сечения
Разработать и использовать модель для описания явлений.
Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!
Задавайте вопросы, которые можно исследовать в классе, на открытом воздухе, в музеях и других общественных учреждениях при наличии ресурсов, и, при необходимости, формулируйте гипотезы, основанные на наблюдениях и научных принципах.
Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!
Построить объяснение, включающее качественные или количественные отношения между переменными, описывающими явления.
Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!
Когда свет падает на объект, он отражается, поглощается или проходит через объект в зависимости от материала объекта и частоты (цвета) света.
Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!
Путь, по которому проходит свет, можно проследить в виде прямых линий, за исключением поверхностей между различными прозрачными материалами (например, воздухом и водой, воздухом и стеклом), где путь света изгибается.
Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!
Волновая модель света полезна для объяснения яркости, цвета и частотно-зависимого отклонения света на поверхности между средами.
Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!
Однако, поскольку свет может путешествовать в пространстве, он не может быть волной материи, такой как звуковые или водные волны.
Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!
Конструкции могут быть спроектированы для выполнения определенных функций с учетом свойств различных материалов, а также того, как материалы могут быть сформированы и использованы.
Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!
Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология
Студенты получат понимание роли устранения неполадок, исследований и разработок, изобретений и инноваций, а также экспериментов в решении проблем. (Оценки К — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Студенты будут развивать понимание отношений между технологиями и связей между технологиями и другими областями обучения. (Оценки К — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
ГОСТ
Предложите выравнивание, не указанное выше
Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?
Подписывайся
Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!
PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.
Рабочие листы и вложения
Свойства светового представления (ppt)
Свойства световой презентации (pdf)
Все о свете — план заметок (doc)
Все о свете — план заметок (pdf)
Все о свете—Примечания План ответов (док)
Все о свете—Примечания План ответов (pdf)
Рабочий лист Color Magic Demo (doc)
Демонстрационный рабочий лист Color Magic (pdf)
Рабочий лист «Горячие и холодные цвета» (doc) (дополнительное задание)
Рабочий лист «Горячие и холодные цвета» (pdf) (дополнительное задание)
Посетите [www.teachengineering.org/lessons/view/clem_waves_lesson03], чтобы распечатать или загрузить.
Больше учебных программ, подобных этому
Урок средней школы
Волны и свойства волн
Учащиеся узнают о типах волн и о том, как они меняют направление, а также об основных свойствах волн, таких как длина волны, частота, амплитуда и скорость. Во время представления лекционной информации о характеристиках и свойствах волн студенты делают записи с использованием раздаточного материала.
Волны и волновые свойства
Введение/Мотивация
(Заранее сделайте копии демонстрационного рабочего листа All About Light — Notes Outline и Color Magic, по одному на каждого учащегося, и подготовьте демонстрационные материалы и подготовку, описанные в разделе «Основные сведения». Также [необязательно] подготовьте показать учащимся прилагается 15 слайдов «Свойства световой презентации», которые сопровождают введение к уроку. Слайды «анимированы», поэтому вы можете щелкнуть, чтобы показать следующий элемент, когда он будет готов.)
Сегодня мы начнем изучать свойства света! Мы начнем с обсуждения некоторых основных свойств света и того, что он делает, когда падает на объект. Затем мы изучим характеристики белого света и узнаем, что вызывает радугу. Мы также исследуем свойства света, которые позволяют нам видеть лимон желтым, а клубнику красной. Наконец, мы поговорим о том, как свойства света связаны с общением через Интернет. Давайте начнем!
(На этом этапе раздайте конспекты заметок и представьте лекционный материал, представленный в разделе «Основные сведения», вместе со слайдами.)
(Далее, чтобы учащиеся могли применить то, что они только что узнали, переходите к проведению демонстраций, начиная со следующего введения.)
Кто помнит, что придает цвет? Почему одни объекты кажутся красными, а другие фиолетовыми? (Послушайте ответы учащихся.) Как мы только что узнали, это происходит из-за явления, называемого вычитанием цвета. Красный шар действительно не имеет собственного цвета или световой энергии. Он отражает длины волн белого света, которые заставляют нас видеть красный цвет, и поглощает все остальные длины волн. Это приводит к визуальному ощущению красного цвета зрителем.
Вы также только что познакомились с явлением, называемым аддитивным цветом, при котором свет излучается непосредственно из источника. Какие примеры? (Телевизионные и компьютерные мониторы создают цвет, используя основные цвета света.)
Теперь вы собираетесь применить то, что вы знаете, во время трех демонстраций, которые покажут нам явления субтрактивного цвета и аддитивного цвета. Вот рабочий лист, который вы должны заполнить во время демонстрации. (Раздайте рабочие листы.)
Для этих демонстраций магии цвета запишите свои первоначальные наблюдения, свои предположения о том, что, по вашему мнению, произойдет, и ваши окончательные наблюдения. Затем объясните, что произошло и почему. Обязательно отметьте, какие демонстрации представляли аддитивную и субтрактивную цветовую систему.
(Проведите три демонстрации, как описано в разделе «Предыстория».)
(После демонстраций в заключение спросите учащихся, какие демонстрации, по их мнению, представляют собой явление аддитивного и субтрактивного цвета. Задайте другие вопросы, как указано в разделе «Оценка» и «Закрытие урока».)
Предыстория урока и концепции для учителей
Информация о цикле наследия : Этот урок относится к этапу исследования и пересмотра цикла наследия. На этом этапе учащиеся изучают основные концепции, необходимые для разработки решений инженерной задачи, представленной на уроке 1 этого раздела. После урока 3 учащиеся должны быть в состоянии пересмотреть свои первоначальные мысли, сформировав новые, которые помогут решить задачу.
Свойства света
(Следующий лекционный материал соответствует слайдам.)
Мы используем свет каждый день — для чтения книг, освещения комнат и поиска неизвестного. Свет — это небольшая часть электромагнитного спектра. Итак, каковы некоторые свойства света?
Как быстро это происходит? Скорость света! Какова скорость света? В космосе это 300 000 км/с. Это довольно быстро! В стекле свет замедляется до 197 000 км/с.
Насколько велики световые волны? Их длина варьируется от примерно 400 нм до примерно 700 нм. Что такое нм? Это 1 х 10 ^-9 метр, что составляет одну миллиардную часть метра. Это означает, что световые волны очень малы.
Что происходит со светом, когда он падает на предмет? Он делает одну из нескольких вещей:
Может поглощаться — передаваться объекту (в основном в виде тепла).
Может быть отраженным — то есть отскакивает от предмета (например, зеркала).
Можно передать —или пройти сквозь предмет (например, стекло).
Мы классифицируем объекты в зависимости от того, что они делают со светом:
Непрозрачные объекты не пропускают свет; они поглощают или отражают весь свет.
Полупрозрачные объекты видны сквозь, но не четко; они поглощают, отражают и пропускают свет (например, вощеная бумага или матовое стекло).
Прозрачные объекты пропускают почти весь свет, поэтому их хорошо видно (например, оконное стекло или прозрачный пластик).
Белый свет состоит из всех цветов радуги. Откуда нам знать? Потому что призма разделяет белый свет на составляющие его цвета (см. рис. 1). Рисунок 1. Призма разделяет белый свет на составляющие его цвета.
Как вы думаете, что вызывает радугу? Капли дождя в воздухе действуют как крошечные призмы. Свет входит в каплю дождя, отражается от нее и выходит из капли. Во время этого процесса свет разбивается на спектр, как в треугольной стеклянной призме.
Итак, почему красная машина кажется красной, а синяя – синей? Объекты создают цвет, вычитая или поглощая определенные длины волн цвета и отражая другие длины волн обратно к зрителю. Это явление называется субтрактивным цветом (см. рис. 2). Итак, вернемся к красной машине. Машина на самом деле не имеет цвета; он отражает длины волн белого света, которые заставляют нас видеть красный цвет, и поглощает большую часть других длин волн, давая нам визуальное ощущение красного цвета.
Субтрактивная цветовая система использует красители и отраженный свет. Вы начинаете с объекта, отражающего свет, и используете красители, такие как красители или пигменты, чтобы вычесть части белого света, падающего на объект. Основные цвета: голубой , пурпурный и желтый . Рисунок 2. Иллюстрация субтрактивного цвета.
Как мониторы и телевизоры отображают цвет? Они производят цвет на основе аддитивной цветовой системы , в которой используется свет, излучаемый непосредственно от источника до того, как объект отражает свет. Подумайте об этом так: вы можете смотреть телевизор или играть на компьютере без света в своей комнате и по-прежнему видеть цвет, но вам нужен свет в вашей комнате, чтобы видеть цвет на фотографиях на стене. Экран телевизора или монитор компьютера создают цвет, используя основные цвета света: красный, синий и зеленый . Из этих трех цветов можно получить широкий спектр цветов. Когда вы включаете телевизор или монитор компьютера, тысячи красных, зеленых и синих точек люминофора составляют изображение, которое вы видите. Люминофорные точки излучают свет при электронной активации. Комбинация разной интенсивности этих трех цветов дает все цвета на видеомониторе. Мы не можем видеть точки по отдельности из-за того, насколько близко они расположены друг к другу.
Свет и отражение
Два типа отражения света: «регулярное» и «рассеянное». «Обычный» тип возникает, когда свет падает на гладкую поверхность, так что вы можете видеть изображение на поверхности, потому что большая часть или весь отраженный свет достигает ваших глаз. Зеркало — хороший пример регулярного отражения. Плоские (плоские) зеркала отражают вертикальные изображения одинакового размера, а криволинейные зеркала изменяют форму изображений. «Рассеянное» отражение возникает, когда шероховатая поверхность рассеивает свет в разных направлениях, так что не весь свет достигает ваших глаз, и вы не видите отражения. (Примечание: шероховатость — понятие относительное; даже лист бумаги обычно достаточно «грубый», чтобы изображения не отражались.)
Свет и преломление
Свет замедляется, выходя из космоса в воздух. Еще больше замедляется в воде и еще медленнее в твердых телах (стекле). Почему? Потому что атомы мешают.
Мы можем использовать линзы для искривления света для определенных целей. Линза — это четкий изогнутый прозрачный объект, используемый для искривления света. Выпуклые (или положительные) линзы собирают (или фокусируют) свет и могут формировать изображения. Вогнутые (или отрицательные) линзы рассеивают (или рассеивают) световые лучи. (См. рис. 3.) Рис. 3. (слева) Выпуклые (или положительные) линзы собирают (или фокусируют) свет и могут формировать изображения. (справа) Вогнутые (или отрицательные) линзы рассеивают (расширяют) световые лучи.
Практическое применение: оптоволокно
Когда свет падает на границу между двумя прозрачными материалами под правильным углом, весь свет отражается. Это называется полным внутренним отражением , и именно так работает волоконная оптика. Полное внутреннее отражение позволяет передавать световую информацию на большие расстояния по изогнутым путям.
Полное внутреннее отражение удерживает свет внутри оптических волокон (аналогично взгляду в зеркало, выполненное в форме длинной трубки. Поскольку оболочка имеет более низкий показатель преломления, световые лучи отражаются обратно в сердцевину, если они сталкиваются с оболочкой под небольшим углом (красные линии на рисунке 4) Луч, превышающий некоторый «критический» угол, выходит из волокна (желтая линия на рисунке 4).Рисунок 4. Иллюстрация полного внутреннего отражения
Лазер — это аббревиатура от «усиление света за счет стимулированного излучения». Лазеры используют одну длину волны света, так что все гребни и впадины выстраиваются в линию (они «в шаге»). Поскольку все они выстроены в линию, они не мешают друг другу и рассеивают свет, как это делает белый свет (например, фонарик). Лазеры используются для сварки, резки материалов (включая биологические ткани), чтения и записи компакт-дисков, передачи информации через пространство или оптические волокна или просто в качестве указки. Эти воздушные шары не имеют собственного цвета или световой энергии. Они отражают длины волн белого света, которые мы воспринимаем как цвета.
авторское право
авторское право © 2004 Microsoft Corporation, One Microsoft Way, Redmond, WA 98052-6399 USA. Все права защищены.
Обзор трех демонстраций «Магия цвета»
Демонстрация 1: демонстрация индикатора изменения pH и цвета краснокочанной капусты (система вычитания цветов)
Уксус содержит уксусную кислоту и становится красноватым при добавлении экстракта капусты.
Аммиак является основанием и становится зеленоватым при добавлении экстракта капусты.
Демонстрация 2: Демонстрация Goldenrod Paper (система субтрактивного цвета)
Цвет бумаги становится красным, потому что краска в бумаге чувствительна к основаниям.
Демонстрация 3: Демонстрация Luminol (система аддитивной окраски)
Люминол теряет азот и приобретает кислород в реакции окисления. Это приводит к возбуждению люминола. Когда он возвращается в основное состояние, он испускает фотон синего света. Отбеливатель или перекись водорода необходимы, чтобы вызвать реакцию окисления.
Список материалов для демонстрации
Демонстрация 1:
наполовину наполненный стакан воды
стакан уксуса наполовину
наполовину наполненный стакан нашатырного спирта (продается в большинстве продуктовых магазинов)
Экстракт краснокочанной капусты (см. инструкции по приготовлению ниже)
Демонстрация 2:
лист золотарника
воск
пульверизатор со средством для мытья окон, содержащим аммиак
Демонстрация 3:
0,23 г люминола (продается в любом магазине химии)
500 мл 0,1 М гидроксида натрия, NaOH (доступен в любом магазине химии)
50 мл отбеливателя на 500 мл воды или 25 мл 3% перекиси водорода на 50 мл воды
Стакан на 400 мл
Подготовка к демонстрации перед прибытием студентов
Демонстрация 1:
Приготовьте экстракт краснокочанной капусты, выполнив следующие действия:
Нарежьте немного краснокочанной капусты в миску и залейте кипящей водой так, чтобы она покрыла капусту.
Оставьте на 10 минут или дольше (чем дольше, тем лучше).
Процедить капусту и сохранить жидкость.
Наполните каждый из трех стаканов наполовину водой, уксусом и нашатырным спиртом.
Демонстрация 2:
Напишите сообщение на бумаге золотарника с помощью воска (например, парафина).
Демонстрация 3:
Смешать 0,23 г люминола с 500 мл 0,1М гидроксида натрия (NaOH)
Приготовьте один из следующих двух растворов и отложите 100 мл.
раствор отбеливателя: 50 мл отбеливателя на 500 мл воды ИЛИ
раствор перекиси водорода: 25 мл 3% перекиси водорода на 50 мл воды
Поместите 100 мл раствора люминола в химический стакан на 400 мл
Со студентами
Демонстрация 1: Цветной индикатор
Попросите учащихся сделать предположения в своих рабочих листах о том, что, по их мнению, произойдет, если вы нальете экстракт капусты в каждую чашку. Попросите добровольцев поделиться своими прогнозами с классом.
Налейте немного экстракта капусты в первую чашку (воду).
Попросите учащихся записать свои наблюдения и объяснения того, что происходит.
Налейте немного экстракта во вторую чашку (уксус).
Попросите учащихся записать свои наблюдения и объяснения того, что происходит.
Спросите учащихся, не хотят ли они изменить свое первоначальное предположение о том, что произойдет, когда экстракт будет перелит в третью чашку.
Налейте немного экстракта в третью чашку (аммиак).
Предложите учащимся записать свои наблюдения и объяснения того, что происходит.
Предложите учащимся всем классом объяснить, что произошло. В чем разница между жидкостью в трех чашках? (Попросите добровольцев подойти и понюхать [дуть!] три жидкости, чтобы понять, почему произошло изменение цвета.)
Демонстрация 2: Бумага золотарника
Разместите лист золотарника так, чтобы его мог видеть весь класс.
Предложите учащимся записать в своих рабочих листах свои первоначальные наблюдения и предположения о том, что произойдет, когда на бумагу распылят воду.
Распылите немного средства для мытья окон на бумагу.
Попросите учащихся записать в своих рабочих листах свои окончательные наблюдения и объяснения того, что происходит.
Вовлеките класс в обсуждение демонстрации, которую они только что видели.
Демонстрация 3: Люминол
Предложите учащимся записать в своих рабочих листах свои первоначальные наблюдения о стакане с жидкостью.
Возьмите стакан на 400 мл с раствором люминола.
Затемните комнату и добавьте 100 мл отбеливателя или раствора перекиси.
Попросите учащихся записать свои наблюдения и объяснить, что происходит.
Вовлеките класс в обсуждение демонстрации, которую они только что видели.
В заключение спросите учащихся, какие демонстрации, по их мнению, представляют собой явления аддитивного и субтрактивного цвета. Задайте другие вопросы, как указано в разделе «Оценка» и «Закрытие урока».
Закрытие урока
Кто может сказать мне разницу между непрозрачными, полупрозрачными и прозрачными объектами? И в чем разница между аддитивной и субтрактивной цветовыми системами?
Теперь, когда вы все стали экспертами в понимании того, как объекты кажутся определенного цвета, скажите мне, как это можно применить в повседневной жизни? (Выслушайте идеи учащихся.) Это отличные примеры. Как насчет компьютерных мониторов, экранов телевизоров, оптоволоконных кабелей и медицинских тестов? Это типичные примеры, когда инженеры применяют свое понимание света и цвета для разработки всевозможных полезных продуктов и инструментов, которые мы можем использовать.
Волоконно-оптические кабели дали нам возможность общаться и передавать данные на большие расстояния с высокой скоростью. Эти кабели работают, направляя свет за счет преломления, и впервые были продемонстрированы в 1840-х годах. Без полного понимания свойств света инженеры и ученые не смогли бы адаптировать волоконную оптику для столь многих приложений, включая связь и медицинскую визуализацию. Эти волоконно-оптические пучки доставляют солнечный свет прямо в здание (слева). Этот прототип зонда с технологией динамического рассеяния света представляет собой новую технологию, в которой свет используется для наблюдения за глазами в качестве окна в тело для неинвазивного обнаружения проблем со здоровьем (справа).
авторское право
Copyright © (слева) Окриджская национальная лаборатория и (справа) НАСА и Национальные институты здравоохранения http://www.ornl.gov/info/ornlreview/v39_3_06/article19.shtml http://www.nasa. gov/centers/glenn/business/biomed_eyes.html
Инженеры-биомедики используют изменение цвета как метод обнаружения различных химических веществ, обнаруженных в организме. Портативные мониторы глюкозы являются одним из примеров такого медицинского устройства. Эти устройства работают, помещая каплю крови на небольшую тест-полоску. Глюкоза в этой капле крови участвует в химической реакции, которая дает цвет. Сила цвета связана с количеством глюкозы в крови. Эти устройства позволяют больным диабетом самостоятельно контролировать уровень глюкозы.
Прежде чем спроектировать и создать решение проблемы, инженеры проводят исследования и собирают информацию, как и вы сегодня. Этот шаг является важной частью процесса инженерного проектирования.
Словарь/Определения
аддитивная цветовая система: включает свет, излучаемый непосредственно от источника до того, как объект отражает свет. Смешивает различное количество красного, зеленого и синего света для получения других цветов. Примеры включают компьютерные мониторы и телевизоры.
вогнутая или отрицательная линза: линза, которая рассеивает или рассеивает световые лучи.
выпуклая или положительная линза: линза, которая собирает или фокусирует свет и может формировать изображения.
голубой: очень насыщенный зелено-синий цвет, который является дополнительным цветом к красному и образует вместе с пурпурным и желтым набор основных цветов.
лазер: Аббревиатура для усиления света за счет стимулированного излучения. Лазеры производят только одну длину волны света, в результате чего луч света очень четкий и не распространяется.
непрозрачный: характеристика объекта, которая не пропускает свет; он поглощает или отражает весь свет.
призма: прозрачный оптический объект, преломляющий свет.
субтрактивная цветовая система: создает цвет путем вычитания или поглощения определенных длин волн цвета при отражении других длин волн обратно к зрителю. Примеры включают фотографии и печатные журналы.
полупрозрачный: характеристика объекта, сквозь который видно, но не ясно; он поглощает, отражает и пропускает свет, например, вощеная бумага или матовое стекло.
прозрачный: характеристика объекта, который пропускает почти весь свет, поэтому его можно четко видеть сквозь него, например стекло или прозрачный пластик.
Оценка
Ведение заметок : Во время лекции попросите студентов заполнить «Все о свете — заметки» и обратиться к ней за наглядными материалами, дополняющими лекционный материал. Затем, перевернув конспекты на своих партах, задайте студентам различные вопросы, затронутые в лекционном материале. Оценивайте ответы учащихся, чтобы оценить их мастерство в предмете.
Рабочий лист : После лекции проведите три демонстрации. Предложите учащимся использовать и заполнить Рабочий лист Color Magic Demos, включая все вопросы. Оцените ответы учащихся, чтобы увидеть, насколько хорошо они применяют то, чему научились.
Рис. 5. Иллюстрация субтрактивного смешения цветов (слева) и аддитивного смешения цветов (справа).
авторское право
Авторское право © SharkD, Википедия http://en.wikipedia.org/wiki/File:SubtractiveColor.svg http://en.wikipedia.org/wiki/File:AdditiveColor. svg
Заключительное обсуждение: После демонстраций проведите обсуждение в классе, чтобы узнать, насколько хорошо учащиеся предсказали результаты, и спросите их, какие демонстрации, по их мнению, представляют явление аддитивного и субтрактивного цвета (см. рис. 5). Демонстрации 1 и 2 были субтрактивными цветовыми системами, а Демонстрация 3 была аддитивной цветовой системой. (Совет: один из самых простых способов определить разницу между аддитивной и субтрактивной цветовыми системами — определить, видны ли цвета в темноте. Аддитивные цвета можно увидеть в темноте, потому что свет исходит непосредственно от источника. Для субтрактивного цвета требуется внешний свет должен быть виден.) Затем в конце прокомментируйте практическое применение того, что сегодня узнали студенты (см. раздел «Завершение урока»).
Расширение урока
Горячие и холодные цвета : Предложите учащимся выяснить, какого цвета футболку лучше всего носить в жаркий солнечный день, чтобы сохранять прохладу! Работая в парах, попросите их провести эксперимент, описанный в рабочем листе «Горячие и холодные цвета». Материалы, необходимые каждой группе: термометр, цветная бумага (не менее четырех разных цветов), скотч, лампа с лампочкой, измерительная линейка, транспортир, таймер, чашка с водой комнатной температуры, бумажное полотенце. Предложите учащимся заполнить рабочий лист, изобразив свои данные в виде графика и ответив на вопросы.
Лазерное веселье! Предложите учащимся следующую задачу, требующую от них понимания свойств волн, в частности отражения. Материалы: лазерная указка и 4-6 зеркал размером с ладонь. Скажите ученикам: без лазеров невозможно было бы слушать ваши любимые компакт-диски. Лазеры также позволяют просматривать наши любимые DVD. Все время изобретаются новые способы применения лазеров. Давайте повеселимся с лазерами.
Разделите класс на группы по 4–6 человек в каждой (по возможности старайтесь, чтобы размеры групп были одинаковыми).
Дайте каждой команде начальную точку, с которой можно направить лазер, и выберите цель в комнате, чтобы в конечном итоге поразить ее.
Предложите учащимся расположиться где угодно между начальной точкой и целью и использовать зеркала, чтобы отразить лазерный луч, чтобы поразить цель быстрее, чем другие команды. Поскольку учащиеся будут учиться у команд, которые были до них, каждый раз меняйте начальную (или целевую) позицию, чтобы она оставалась справедливой. Затемните комнату, чтобы лазер было легче обнаружить.
Следите за временем с помощью секундомера.
Если позволяет время, дайте командам несколько возможностей для выполнения упражнения.
Исследовательский проект : Предложите учащимся провести поиск в Интернете, чтобы узнать о последних достижениях в области лазерных технологий, и попросите их сообщить о своих выводах классу. Поощряйте творческие и интерактивные презентации.
использованная литература
Смешение цветов. 1997-2010. Роберт Трусцио. По состоянию на 14 февраля 2012 г. (Включает информацию о человеческом зрении и цвете, основных цветах света, аддитивном и субтрактивном смешении цветов) http://home. comcast.net/~RTRUSCIO/COLORMX.htm
Электрооптические науки. Опубликовано в январе 2006 г. Медицинские технологии, Business Week. По состоянию на 14 февраля 2012 г. (Пример медицинского устройства визуализации, разработанного для помощи в обнаружении меланомы в тканях кожи, часто смертельного типа рака; устройство освещает 10 различных длин волн света в подозрительных очагах, при этом каждая длина волны создает изображение Система сравнивает изображения с базой данных тысяч образцов меланомы, чтобы определить, нужна ли биопсия.) http://images.businessweek.com/ss/06/01/medtech/source/7.htm
Ксилликс. Опубликовано в январе 2006 г. Медицинские технологии, Business Week. По состоянию на 14 февраля 2012 г. (Пример медицинского изделия, в котором свет используется для диагностики рака легких; длинная гибкая трубка излучает белый свет и «синий» флуоресцентный свет, предназначенный для измерения снижения реакции на флуоресценцию предраковых и раковых тканей, которые передаются на мониторе, на изображениях проблемные области выделены легко заметным красным цветом) http://images. businessweek.com/ss/06/01/medtech/source/8.htm
Авторские права
© 2013 Регенты Университета Колорадо; оригинал © 2010 Университет Клемсона
Авторы
Эллен Зелински; Кортни Фабер; Марисса Х. Форбс
Программа поддержки
Программа «Исследовательский опыт для учителей» (RET), Центр развития инженерных волокон и пленок, Университет Клемсона
Благодарности
Этот урок был разработан в рамках исследовательской программы Университета Клемсона «Инженерные волокна и пленки — EFF-X» «Исследовательский опыт для учителей», финансируемой грантом Национального научного фонда №. ЕЕС-0602040. Однако это содержание не обязательно отражает политику Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.
Последнее изменение: 28 января 2021 г.
Свет (физика): типы и свойства
Если бы вы когда-нибудь провели день на пляже, вы бы заметили волны, разбивающиеся о берег. Свет не сразу подходит под это описание волны, хотя это волна. Световые волны периодичны, как волны в океане. Они также могут испытывать свойства волнового движения, которые обычно связаны с другими типами волн, такими как отражение, преломление и дифракция, и это лишь несколько примеров.
Определение света
Прежде чем мы сможем обсудить поведение света, мы должны определить, что такое свет. Есть много описаний, которые можно использовать для классификации волн, но во избежание путаницы мы будем рассматривать свет как чистую волну. Затем мы можем определить его, как показано ниже.
Свет определяется как электромагнитная волна с длиной волны в видимой части электромагнитного спектра (от 380 до 700 нанометров). То есть свет — это любая электромагнитная волна, которую мы можем видеть глазами.
Природа света
Мы заявили, что свет представляет собой волну, предполагая, что каждый луч света должен иметь соответствующую длину волны и двигаться по прямой линии .
Длина волны — это расстояние между любыми двумя последовательными точками волны, находящимися в фазе (например, двумя последовательными гребнями или двумя последовательными впадинами).
Световые волны могут иметь разную длину волны, которая определяет цвет наблюдаемого видимого света. Это означает, что каждый раз, когда вы смотрите на красивую красную розу в солнечный день, ваши глаза воспринимают отражение красного света от розы, длина волны которого составляет около 650 нм.
Теперь мы можем уточнить и сказать, что природа света — это поперечная волна. Она переносит энергию из одной точки в другую, как это делают все бегущие волны. Слово «поперечный» — это просто ссылка на тот факт, что электрические и магнитные поля колеблются (колеблются), отсюда и слово «электромагнитный».
Белый свет, как и солнечный свет, состоит из всех длин волн видимого света вместе взятых. Мы знаем это, потому что свет проявляет свойство, называемое дисперсией, при прохождении через стеклянную призму, как показано на рисунке ниже.
Белый свет рассеивается через призму во все цвета видимого спектра, Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0
Белый свет, однажды рассеянный, дает нам все цвета видимого электромагнитного спектра, что вы и увидите. в радуге. Красный свет имеет длину волны около 700 нанометров (700 x 10 ⁹ метров), а фиолетовый свет на противоположном конце электромагнитного спектра имеет длину волны около 380 нанометров.
Скорость света
Все бегущие волны можно рассматривать как несущие энергию колебания в движении. Это означает, что световые волны должны быть такими же, и если свет находится в движении, он должен иметь скорость. Оказывается, у света есть не только скорость, но и его скорость самая высокая во Вселенной. скорость света в свободном пространстве, c , составляет 300 миллионов метров в секунду (3,00 x 10 ⁸ м/с), что является константой и, по сути, является пределом скорости Вселенной, который не может быть превышено никаким другим объектом.
Важно отметить, что свет имеет разную скорость в разных материалах, но эта скорость c находится в вакууме.
Это утверждение говорит нам, что независимо от цвета (или длины волны) света его скорость всегда одинакова. Однако из темы о волнах мы знаем, что скорость волны v или, в данном случае, c , можно записать следующим образом:
Здесь мы знаем, что длина волны света равна λ , а частота волны равна ф . Это известно как волновое уравнение . Следовательно, чтобы c оставались постоянными, длина волны и частота волны должны быть обратно пропорциональны (т. е. увеличение одного приводит к уменьшению другого и наоборот).
Частота f волны — это число полных колебаний волны, проходящей каждую секунду фиксированную точку. Частота измеряется в ^-1 с или эквивалентно Гц.
Воспользуемся этим уравнением, чтобы найти длину волны красного света в следующем примере.
Какова длина волны красного света, излучаемого лазером 4,6 x 10 ¹⁴ Гц?
Мы знаем частоту лазерного излучения и то, что скорость света c равна 3,00 x 10 ⁸ м/с, поэтому мы можем применить волновое уравнение:
Эта длина волны соответствует красному цвету.
Свойства света
Есть много свойств световых волн, но мы подробно обсудим два: отражение и преломление. Это два наиболее важных свойства света, которые можно использовать для наблюдения за удаленными объектами во Вселенной.
Отражение
Ранее мы упоминали, что цвет розы обусловлен отражением видимого света от розы. Отражение — это свойство волнового движения, проявляющееся в видимом свете. Отражение происходит, когда свет, проходящий через определенную среду, падает на границу между двумя средами, и свет «отскакивает» от границы или меняет направление при столкновении с этой границей и движется дальше в исходной среде . Для иллюстрации этого см. диаграмму ниже.
Луч света, проходящий через воздух, падает на плоское зеркало. Оно отражается, то есть меняет направление и остается в воздухе, Wikimedia Commons CC BY 4.0
Мы видим, что угол по отношению к плоскому зеркалу для входящего электромагнитного луча такой же, как и для отраженного. . Представьте себя на пути отраженного луча и замените плоское зеркало спокойным голубым озером. Озеро отражает видимые световые лучи с неба (облаков и всего остального) и направляет отраженные лучи вам в глаза, поэтому вы можете смотреть на небо сверху, глядя вниз.
Преломление
Преломление — еще одно свойство волнового движения, отображаемое в видимом свете. Это происходит, когда световые лучи перемещаются из одной среды в другую и при этом меняют направление и скорость. Это показано красной стрелкой на рисунке ниже.
Луч света падает на границу двух сред. Он преломляется, меняя направление и двигаясь вдоль красной линии, адаптировано из изображения CNX OpenStax CC BY 4. 0
Типы сред и длина волны (цвет) падающего света определяют степень преломления луча света при перемещении между средами. Преломление является причиной того, что объекты в глубоком бассейне или озере кажутся ближе к поверхности, чем они есть на самом деле. Это явление называется кажущейся глубиной и в прошлом обманывало многих рыбаков.
На приведенном ниже рисунке показан карандаш, помещенный в стакан с водой. Нижний конец карандаша лежит в точке X, но на самом деле кажется, что он расположен в точке Y для того, кто наблюдает сверху. Мы говорим, что кажущаяся глубина нижнего конца карандаша — это расстояние от Y до поверхности.
Иллюстрация кажущейся глубины. Карандаш с нижним концом в X на самом деле кажется, что его нижний конец в Y из-за преломления, Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0
Другие свойства света
Отражение и преломление — не единственные свойства световых волн, но они являются двумя из наиболее важных. Другие свойства света включают интерференцию , дифракцию , поляризацию , рассеяние и дисперсию . Подобно кажущейся глубине, дальнейшее изучение каждого из этих свойств даст нам представление о явлениях, с которыми мы сталкиваемся каждый день, но которые, кажется, не можем объяснить.
Свет — Ключевые выводы
Свет представляет собой волну и попадает в видимую часть электромагнитного спектра.
Световые волны распространяются прямолинейно.
Длина волны видимого света определяет его цвет.
Фиолетовый свет имеет длину волны 380 нанометров, а красный свет на другом конце видимой части электромагнитного спектра имеет длину волны 700 нанометров.
скорость света в свободном пространстве c составляет 300 миллионов метров в секунду (3,00 x 10 ⁸ м/с ) и является самой высокой скоростью любого объекта во Вселенной.
Волновое уравнение имеет вид c = f x λ , где λ — длина волны света, а f — частота.
Отражение — это свойство света, при котором луч света падает на границу между двумя средами и остается в исходной среде.
Основные свойства света: Основные свойства света. Свет и освещение

Основные свойства света. Свет и освещение

1.1. Свойства зрительного восприятия

Информация, которую мы получаем с помощью света

Роль света в формировании изображения

Качество света

Действие света

Рассеиватели , отражатели и источники света при натурной съемке

Освещение натюрмортов одиночным источником света

Проверка пленки и источника света

Виды света и методика освещения объекта съемки

«Я никогда не видел такого света, как в Голливуде»

Свет и изображения. Основные свойства света

Освещение, основные свойства света, светофильтры

25. Основные свойства света, используемые при измерениях геометрических параметров. Фотометрия. Свет как носитель информации.

свойства и природа излучения, как называется поток частиц или фотонов

Что такое свет с точки зрения физики

Природа явления, какие законы его описывают

Общие определения

Характеристики и основные свойства света

Спектральный состав света

Как свет воспринимается глазом

Глава 25. Волновая и геометрическая оптика

7 основных свойств света для детей с примерами

Что такое свет?

Properties of light

Свет распространяется по прямой:

Дисперсия света

Почему рассеивается белый свет?

Формирование радуги

Цвета света

Цвета объектов:

См. Также:

Связанные статьи

Propertes of Light

.0001 Свойства света

свет | Определение, свойства, физика, характеристики, типы и факты

Прочтите краткий обзор этой темы

Основная природа света | Природа света

Свет — волна или частица?

Свет распространяется со скоростью 300 000 километров в секунду

Взаимодействие света с материей

Свет «отражает»

Свет «рассеивается»

Свет «преломляется»

Свет «мешает»

Свет «рассеивается»

Свойства света — Урок — TeachEngineering

Quick Look

TE Информационный бюллетень

Резюме

Инженерное подключение

Цели обучения

Образовательные стандарты

NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология

ГОСТ

Подписывайся

Рабочие листы и вложения

Больше учебных программ, подобных этому

Введение/Мотивация

Предыстория урока и концепции для учителей

Закрытие урока

Словарь/Определения

Оценка

Расширение урока

использованная литература

Авторские права

Авторы

Программа поддержки

Благодарности

Свет (физика): типы и свойства

Определение света

Природа света

Скорость света

Свойства света

Отражение

Преломление

Другие свойства света

Свет — Ключевые выводы

Добавить комментарий Отменить ответ