Основные свойства света – Основные свойства света. Свет и освещение

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.

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.

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».

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 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.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

design.wikireading.ru

ТЕМА ПОНЯТИЕ «СВЕТ»

ТЕМА ПОНЯТИЕ «СВЕТ»

Скоробогатова А.К. 1

---

1МБОУ «СОШ № 28», города Воронежа

Усеинова А.А. 1

---

1МБОУ СОШ № 28

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

1. мощность излучения

2. Сила света

3. отражение света

4. преломление света

5. Распространение света

1.График

2.Длина волн

3.Частота и период.

• Скорость света.

• Спектральный состав.

• Источники света.

• Свет — это электромагнитное излучение, видимое человеческому глазу. Оно состоит из волн разной длины, воспринимаемых как разные цвета. Очень длинные волны воспринимаются как красный, а очень короткие как фиолетовый. Между ними находятся оранжевый, жёлтый, зелёный, синий и индиго. Ниже красного находятся инфракрасные, микро- и радиоволны; выше фиолетового находятся ультрафиолет, рентгеновское и гамма-излучение Свет – гармоническое колебание. Раздел физики, в котором изучается свет, носит название оптика.

Но более простыми словами.

1. Лучистая энергия, воспринимаемая глазом, делающая окружающий мир видимым.

2. Тот или иной источник освещения.

Примечание:

Электромагнитное излучение — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.

Природа света

• В V веке до н. э., Эмпедокл предположил, что всё в мире состоит из четырёх элементов: огня, воздуха, земли и воды. Он считал, что из этих четырёх элементов, богиня Афродита создала человеческий глаз, и зажгла в нём огонь, свечение которого и делало зрение возможным. Для объяснения факта, что тёмной ночью человек видит не так хорошо, как днём, Эмпедокл постулировал взаимодействие между лучами, идущими из глаз и лучами от светящихся источников, таких, как солнце.

• Примерно в 300 году до н. э. Евклидом был написан труд «Оптика», дошедший до наших дней, в котором он исследовал свойства света. Евклид утверждал, что свет распространяется по прямой линии, он изучал законы отражения света и описал их математически. Он выразил сомнение в том, что зрение является следствием исхождения луча из глаза, задаваясь вопросом: как человек, открыв в ночное время глаза, устремлённые в небо, может моментально увидеть звёзды. Проблема решалась только, если скорость луча света, исходящего из человеческого глаза, была бесконечно большой.

• Пи­фа­гор был одним из пер­вых уче­ных, кто дал на­уч­ную ги­по­те­зу от­но­си­тель­но при­ро­ды света. Он пер­вый не толь­ко до­га­дал­ся, но и до­ка­зал, что свет рас­про­стра­ня­ет­ся пря­мо­ли­ней­но. В XVII веке сто­рон­ни­ком этой тео­рии стал Исаак Нью­тон. Он объ­яс­нял много све­то­вых яв­ле­ний, ос­но­вы­ва­ясь на том, что свет – это поток спе­ци­аль­ных ча­стиц. Согласно корпускулярной теории, свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами. Ньютон считал, что движение световых корпускул подчиняется законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика от плоскости. Преломление света объяснялось изменением скорости корпускул при переходе из одной среды в другую.

• В это же время по­яви­лась дру­гая тео­рия – вол­но­вая тео­рия света. Сто­рон­ни­ком этой тео­рии был Хри­сти­ан Гюй­генс. Он пы­тал­ся объ­яс­нить те же яв­ле­ния, что и Нью­тон, толь­ко с той по­зи­ции, что свет – это волна. Рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. Каждая точка, до которой доходит волна, становится центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени. Под волновым фронтом Гюйгенс понимал геометрическое место точек, до которых одновременно доходит волновое возмущение. С помощью принципа Гюйгенса были объяснены законы отражения и преломления.

• И хотя все указывало на то, что свет – это волна, В XIX веке Ген­рих Герц изу­чал свой­ства элек­тро­маг­нит­ных волн и по­ка­зал, что свет может быть ча­сти­цей. Герц от­крыл яв­ле­ние фо­то­эф­фек­та.

• В XX веке при­шли к окон­ча­тель­но­му ре­ше­нию, введя по­ня­тие кор­пус­ку­ляр­но-вол­но­во­го ду­а­лиз­ма света.

Свет ведет себя при рас­про­стра­не­нии как волна (вол­но­вые свой­ства), а при из­лу­че­нии и по­гло­ще­нии – как ча­сти­ца (со всеми свой­ства­ми ча­стиц). То есть свет имеет двой­ную при­ро­ду.

По­это­му все яв­ле­ния рас­смат­ри­ва­ют­ся с по­зи­ций этих двух тео­рий.

Примечание :

Фотоэффект — под дей­стви­ем света из ме­тал­ли­че­ской пла­сти­ны, за­ря­жен­ной от­ри­ца­тель­но, вы­би­ва­ют­ся элек­тро­ны.

Свойства света

1. Мощность излучения.

Световой поток — физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения, оцененную с позиции его воздействия на зрительный аппарат человека.

Обычная лампа накаливания мощностью 100 Вт создаёт световой поток, равный примерно 1300 лм

Сила света.

Это одна из основных световых величин, характеризующая источник видимого излучения. Она равна отношению светового потока распространяющегося от источника внутри элементарного телесного угла, который содержит данное направление, к этому телесному углу.

Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): кандела (кд)

Отражение.

Отраже́ние — физический процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью, изменение направления волнового фронта на границе двух сред с разными свойствами, в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл. Одновременно с отражением волн на границе раздела сред, как правило, происходит преломление волн (за исключением случаев полного внутреннего отражения).

От то­чеч­но­го ис­точ­ни­ка света на гра­ни­цу раз­де­ла па­да­ет све­то­вой луч. Часть этого луча прой­дет внутрь сле­ду­ю­щей про­зрач­ной среды, а часть от­ра­зит­ся. В дан­ном слу­чае от­ра­же­ни­ем мы можем на­звать такое яв­ле­ние, при ко­то­ром часть па­да­ю­ще­го све­то­во­го луча от­ра­жа­ет­ся, т. е. воз­вра­ща­ет­ся в ту же среду, из ко­то­рой свет упал на гра­ни­цу раз­де­ла.

Рас­смат­ри­вая яв­ле­ния от­ра­же­ния, мы долж­ны ска­зать о за­ко­нах от­ра­же­ния света.

За­ко­ны от­ра­же­ния.

Луч па­да­ю­щий, луч от­ра­жен­ный и пер­пен­ди­ку­ляр, вос­став­лен­ный в точку па­де­ния луча, лежат в одной плос­ко­сти.

Угол па­де­ния луча равен углу от­ра­же­ния луча.

Диф­фуз­ное от­ра­же­ние – это от­ра­же­ние от до­ста­точ­но ше­ро­хо­ва­тых по­верх­но­стей. Ярким при­ме­ром диф­фуз­но­го от­ра­же­ния можно на­звать от­ра­же­ние от белой бу­ма­ги

Зер­каль­ное от­ра­же­ние – это от­ра­же­ние, когда все лучи, упав­шие на дан­ную по­верх­ность па­рал­лель­но друг другу, также от­ра­зи­лись.

Преломление света.

Преломление света – это явление изменения направления движения светового луча при переходе из одной среды в другую. Различные среды, пропускающие свет, имеют различную оптическую плотность. Скорость света в них различна.

Угол, который образует падающий луч к проведенному к границе двух сред перпендикуляру после попадания во вторую среду, называется углом преломления. Опытным путем установлено, что если свет падает из среды оптически менее плотной в более плотную, то угол падения будет больше угла преломления. Скорость распространения света

Если же наоборот – оптическая плотность первой среды больше оптической плотности вещества второй среды, то угол падения будет меньше угла преломления. При изменении угла падения угол преломления будет также меняться. Однако отношение этих углов не остается постоянным. А вот отношение синусов этих углов – это постоянная величина.

где α – угол падения, γ – угол преломления, n – постоянная величина для двух конкретных сред, не зависящая от угла падения.

Закон преломления света звучит следующим образом: падающий и преломленный луч лежат в одной плоскости, причем отношение синуса угла падения к синусу угла преломления – величина постоянная для двух сред.

Законы отражения и преломления света обусловливают многие явления в нашей жизни. Именно благодаря им мы видим мир таким, каков он есть.

Скорость распространения света меньше в оптически более плотной средой.

Примечание

Опти́ческая пло́тность — мера ослабления света прозрачными объектами (такими, как кристаллы, стекла, фотоплёнка) или отражения света непрозрачными объектами (такими, как фотография, металлы и т. д.)

5.Распространение света.

Распространение света. На границе двух сред свет преломляется. В однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Если между глазом и каким-нибудь источником света поместить непрозрачный предмет, то источник света мы не увидим. Объясняется это тем, что в однородной среде свет распространяется по прямым линиям.

Прямолинейное распространение света — факт, установленный ещё в глубокой древности. Об этом писал основатель геометрии Евклид (300 лет до нашей эры).Прямолинейностью распространения света в однородной среде объясняется образование тени. Тени людей, деревьев, зданий и других предметов хорошо наблюдаются на земле в солнечный день.

О положении окружающих нас предметов в пространстве мы судим, подразумевая, что свет от объекта попадает в наш глаз по прямолинейным траекториям. Наша ориентация во внешнем мире целиком основана на предположении о прямолинейном распространении света. Именно это допущение привело к представлению о световых лучах.

Световая волна.

Электромагнитная волна видимого диапазона длин волн . Частота световой волны определяет ”цвет”.

График световой волны

График световой волны, это график электромагнитной волны.

В электромагнитной волне векторы Е и Н перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Во всех процессах взаимодействия света с веществом основную роль играет электрический вектор Е, поэтому его называют световым вектором. Плоскость, в которой колеблется световой вектор Е называется плоскостью колебаний, а плоскость, в которой совершает колебание магнитный вектор Н– плоскостью поляризации.

V-направление распространения волны.

Фронт волны, это — точки среды, в которых векторы или имеют одинаковую фазу.

Длина волн

Расстояние между частицами, колеблющимися с одинаковой фазой, м.

Частота волн

это число полных колебаний или циклов волны, совершенных в единицу времени.

Период колебания волны

наименьший промежуток времени, за который волна совершает одно полное колебание (то есть возвращается в то же состояние, в котором он находился в первоначальный момент, выбранный произвольно)., секунды

Формулы:

Длина: скорость умноженная на период или скорость деленная на частоту. метр

Период: единица времени деленная на частоту или длина волны деленная на скорость. секунды

Частота: скорость деленная на длину волны. Герц

Скорость света.

Скорость света в вакууме — абсолютная постоянная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. В физике традиционно обозначается латинской буквой «c»(произносится как «цэ»).

Чтобы определить скорость света в любой среде, нужно скорость света в вакууме разделить на показатель преломления.

Спектральный состав.

Световые излучения, воздействующие на глаз и вызывающие ощущение цвета, подразделяют на простые (монохроматические) и сложные. Излучение с определенной длиной волны называют монохроматическим. Простые излучения не могут быть разложены ни на какие другие цвета.

Спектр — последовательность монохроматических излучений, каждому из которых соответствует определенная длина волны электромагнитного колебания.

Цвет возникает в результате взаимодействия белого света с материей.

Оптическая область спектра электромагнитные излучений состоит из трех участков: невидимых ультрафиолетовых излучений (длина волн 10—400 нанометров), видимых световых излучений (длина волн 400—750 нанометорв), воспринимаемых глазом как свет и невидимых инфракрасных излучений (длина волн 740 нанометров — 1—2 мм).

Нанометр – 1*10-9(степень)

Источники света.

Тела, от которых свет исходит, называются источниками света. Различают естественные и искусственные источники света. Самый известный абсолютно всем жителям нашей планеты естественный источник света – это Солнце.

Искусственные источникисвета — технические устройства различной конструкции и с различными способами преобразования энергии, основным назначением которых является получение светового излучения (как видимого, так и с различной длиной волны, например, инфракрасного).

Список использованной литературы.

1.ru.wikipedia.org

2.http://fizportal.ru/light

3.http://interneturok.ru

4.http://www.nado5.ru

5.http://zreni.ru/

6.учебник по физики 8 класс А.В. Перышкин

Просмотров работы: 867

school-science.ru

2.3. Природа и свойства света

При спектральном анализе о качественном и количественном составе вещества мы судим по излучению анализируемой пробы. В источнике света одновременно излучает большое количество атомов и ионов. Для того, чтобы понять природу спектра, надо рассмотреть, как излучает отдельный атом или ион. Свободные (не взаимодействующие друг с другом и с другими частицами) атомы и ионы имеют строго определенное строение и излучают определенные порции света. Для понимания природы эмиссионных спектров необходимо знать строение свободных атомов и ионов, а также «строение» самого света.

Способность света распространяться прямолинейно в однородной прозрачной среде (или в пустоте) была известна еще в древности. При построении изображения предметов в оптических приборах широко пользуются представлением о световом луче. Оно является основным в геометрической оптике.

При падении луча на границу раздела двух сред происходит отражение и преломление света. Отражение подчиняется закону: падающий и отраженный луч лежат в одной плоскости и угол падения равен углу отражения. Преломленный луч также лежит в одной плоскости с падающим, но величина угла преломления зависит от угла падения следующим образом: отношение синусов углов для данных сред является постоянной величиной, называемой показателем преломления.

(5)

Физика (теоретическая и экспериментальная) однозначно определяет, что свет состоит из мельчайших частиц – корпускул (корпускулярная теория). Прямолинейное распространение света соответствует движению частиц в отсутствии внешних сил, а отражение происходит также как соударение упругих шариков с плоской поверхностью. Преломление по данной теории происходит, если предположить, что среда с большим показателем преломления притягивает корпускулы света. Различные цвета по теории объяснялись различием в величине корпускул. Данная теория была предложена Ньютоном, но впоследствии от нее отказались, так как были открыты явления, которые не возможно было объяснить с помощью корпускул.

Если два луча от одного и того же источника света встречаются в одной точке пространства, то происходит интерференция света, т.е. взаимное усиление или ослабление интенсивности лучей. При прохождении света через небольшое отверстие наблюдается его дифракция, т.е. отклонение света от первоначального направления в одной и той же среде, например в воздухе. Данные явления типичны для волновых процессов. Также была установлена связь с электрическими и магнитными явлениями. Таким образом, утвердилась волновая теория, согласно которой свет – это электромагнитные волны. Они непрерывно излучаются нагретым телом и распространяются в вакууме или в прозрачной среде. Точки пространства, до которых дошли колебания, сами становятся источниками вторичных волн. В каждой такой точке возникает электромагнитное поле, напряженность которого периодически меняется. Интенсивность светового пучка определяется амплитудой электромагнитных колебаний. Время, в течении которого происходит полный цикл изменения напряженности поля в одной точке пространства, называется периодом колебания (Т), после окончания которого весь процесс в точности повторяется в течение каждого следующего периода. Величина, обратная периоду, называется частотой ().

(2)

Частота показывает, сколько колебаний происходит в 1сек. Световым колебаниям соответствуют очень большие частоты, примерно 10¹⁴ – 10¹⁵Гц. Напряженность поля в любой момент времени зависит от фазы () колебания, т.е. от того, какая часть периода прошла от начала колебаний.

Например, если от момента возникновения колебаний прошло время, равное ¼ Т, то напряженность поля будет максимальной.

Фаза колебаний величина безразмерная. Для ее нахождения необходимо все время, прошедшее от момента возникновения колебаний, разделить на Т. При этом целое число в частном соответствует числу полных колебаний, а дробный остаток дает фазу колебаний в данный момент. Если весь период колебаний считать равным 360⁰ или 2 радиан, то фаза также будет измеряться в градусах или радианах. Фаза, соответствующая началу периода равна 0, для ¼ Т =90⁰, или /2, для ½ Т =180⁰, или  и т.д. Особое значение имеет не сама фаза колебаний в данный момент, а разность фаз двух волн, пришедших в 1 и ту же точку пространства. Если разность фаз равна 0, то напряженности поля складываются, что приводит к увеличению амплитуды колебаний, при разности фаз 180⁰ происходит взаимное гашение полей, наблюдается полное прекращение колебаний.

Разность фаз и интерференция света возникают в результате того, что колебания, прежде чем достигнут 1 и той же точки пространства, проходят разный путь. Электромагнитные волны распространяются со скоростью света с300000км/сек=310¹⁰см/сек. Пока колебания от одной точки среды распространяются до другой точки, проходит некоторое время, в течение которого фаза колебаний в первой точке успевает измениться. Поэтому в 1 и тот же момент времени фаза колебаний (и напряженность поля) для разных точек пространства будет разной (напряженность поля периодически меняется).

Расстояние между двумя ближайшими точками, поле в которых меняется одинаково (в одной фазе), называется длиной волны 

(3)

Световые колебания разной длины волны (или частоты) воспринимаются глазом как различные цвета.

По корпускулярной теории скорость света в оптически более плотной среде, например в воде, больше, чем в воздухе, а по волновой, наоборот, меньше. Прямое измерение скорости света в воде и в воздухе показало, что права волновая теория: скорость света в воде в 1,33 раза меньше, чем в воздухе, и показатель преломления воды по отношению к воздуху n=1,33.

Волновая теория хорошо объясняла почти все известные тогда явления, однако вскоре оказалось, что в некоторых случаях результаты опытов находятся в противоречии с этой теорией. Наиболее наглядно это противоречие видно в опытах по фотоэлектрическому эффекту. В любом металле имеются свободные электроны. Они могут перемещаться внутри куска металла, не выходя за его пределы. Для вырывания свободных электронов из металла необходимо совершить определенную работу, которая называется работой выхода. Для различных металлов она разная. При падении светового пучка на металл энергия световой волны передается свободным электронам. За счет этой дополнительной энергии некоторые электроны могут вылететь из металла. Это явление называется фотоэффектом. По волновой теории с увеличением амплитуды электромагнитных колебаний интенсивность светового пучка растет. Поэтому при работе с более интенсивными пучками света энергия, переданная каждому электрону, возрастает. Кинетическая энергия валентных электронов должна увеличиваться.

Число и скорость освобожденных электронов в зависимости от интенсивности и частоты света были измерены для многих металлов. Было установлено:

1. При увеличении интенсивности света определенной длины волны средняя энергия вылетевших электронов остается неизменной, но растет их число.

2. Даже небольшое уменьшение частоты света приводит к падению скорости электронов. При некоторой частоте скорость электронов становится практически равной нулю и переход к свету с еще меньшей частотой приводит к полному прекращению фотоэффекта.

3. Эта граница фотоэффекта зависит от работы выхода металла. Для металлов с большей работой выхода нужен свет с большей частотой.

Данные результаты опытов непонятны с точки зрения волновой теории, но они объясняются в современной теории света.

Атомы и молекулы излучают электромагнитные волны отдельными группами (волновыми пакетами). Каждый такой пакет распространяется как одно целое и обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Его называют по аналогии с другими частицами – фотоном. При взаимодействии с материальными частицами фотон ведет себя как частица, однако обладает при этом и волновыми свойствами. Как и другие частицы, фотон переносит энергию. Его энергия – это суммарная энергия электромагнитного поля всего волнового пакета и зависит только от частоты колебаний 

(4)

где h=6,6210^-34Джс – постоянная Планка;

 — частота (Гц)

Вероятность нахождения фотона в точке х₀ максимальна, так как амплитуда волны в точке х₀ максимальна. Но существует вероятность обнаружить фотон и в других точках пространства.

Рис. 6

Интенсивность света J определяется числом фотонов N и энергией фотонов.

(5)

На основании современных представлений можно легко понять особенности фотоэффекта. При увеличении интенсивности света растет число фотонов, тогда как энергия каждого фотона остается неизменной, так как частота осталась прежней. Фотон поглощается полностью и его энергия передается одному электрону. Поэтому число свободных электронов растет, а их кинетическая энергия остается постоянной. При увеличении частоты света растет энергия каждого фотона, поэтому увеличивается и скорость свободных электронов. Легко понять также появление определенной граничной частоты фотоэффекта: когда для данного металла работа выхода одного электрона больше, чем энергия одного фотона, фотоэффект не наблюдается.

Таким образом, при изучении света, нужно одновременно пользоваться и волновыми и корпускулярными представлениями. Распространение света следует рассматривать, пользуясь волновой теорией, так как каждый фотон является группой волн и его движение как целого полностью определяется распространением этих волн. При изучении поглощения или испускания света веществом, наоборот, главную роль играет энергия фотона и лучше пользоваться представлением о свете как о потоке частиц.

Энергию фотонов часто измеряют в электрон – вольтах (эВ). 1эВ – это энергия, которая приобретает электрон, разгоняясь в электрическом поле с разностью потенциалов 1В. Длина волны фотона

(6)

Длина волны также измеряется обычно в ангстремах (), микронах (мк), миллимикронах (ммк), метрах (м). Соотношения между указанными величинами следующие:

(7)

где

Корпускулярно-волновой дуализм присущ не только свету, но и веществу. С каждой частицей вещества также связана волна материи (волна де-Бройля). При этом сохраняется связь (7).

Кроме энергии Е вещество еще характеризуется импульсом

(8)

где — число волн в единице длины, т.е. волновое число

(9)

(10)

Отсюда длина волны де-Бройля

(11)

Для материальной частицы массой m, движущейся со скоростью  импульс (если). Следовательно

(12)

с=2,997910⁸м/с

Возьмем в качестве частицы электрон, его масса m₀=9,110^-28г. Пусть электрон имеет энергию 10кэВ. Т.е. . Кинетическая энергия электрона

Тогда , или

Т.е. длина волны электрона с напряжением V равна

Для электрона с энергией 10кэВ

Можно вычислить длину волны де-Бройля для любой массы.

Для массы 60кг: первая космическая скорость – 7км/с=710³м/с, вторая космическая скорость – 11км/с=11.

— длина волны де-Бройля

Частота

Т.к. длина электрона меньше, чем длины волн света, то с использованием пучков электронов можно строить микроскоп. При этом можно будет различать более мелкие детали, чем в оптическом микроскопе, где .

Световые волны являются электромагнитными волнами в определенном диапазоне частот. Длина волны электромагнитных волн может изменяться в очень широких пределах от нескольких километров до малых долей ангстрема. Полный спектр содержит все типы электромагнитного излучения, расположенные по порядку от длинных к коротким волнам. В зависимости от длины волны меняется характер излучения и его свойства. В области длинных волн электромагнитное излучение имеет чисто волновой характер. Порция энергии, соответствующая отдельной группе волн, очень мала. Поэтому выделить отдельные кванты практически невозможно. Наоборот, в области коротких волн энергия одного кванта велика, и он может быть без труда обнаружен. Однако волновые свойства в связи с очень малой длиной волны почти незаметны.

Весь спектр удобно разделить на отдельные области в зависимости от применяемых источников излучения, методов разложения его в спектр и регистрации. Наиболее длинноволновая область спектра соответствует радиоволнам. Генерация и прием таких волн осуществляются методами радиотехники. Эти волны используют для радиовещания, более короткие – для телевидения.

Следующая область с более короткими волнами называется микроволновой с длинами волн от десятков сантиметров до десятых долей миллиметра. В этой области также применяют радиотехнические средства для получения и регистрации электромагнитных волн. Их используют для целей радиолокации и в последнее время в спектральном анализе.

Еще более короткие волны характеризуют оптическую область спектра: инфракрасную, видимую и ультрафиолетовую. Разложение излучения в спектр осуществляется с помощью оптических спектральных аппаратов. Излучение и поглощение света в оптических областях спектра тесно связано со строением отдельных атомов и молекул и широко используется в спектральном анализе. К инфракрасной области относят излучение с длиной волны от нескольких миллиметров (частично перекрывая длинноволновую область) до 0,75мк (7500).Инфракрасная область подразделяется на ближнюю (<25мк) и дальнюю (>25мк). Практически дальнюю инфракрасную область используют реже, чем ближнюю.

Видимая область занимает узкий участок спектра примерно от 4000 до 7500). Электромагнитное излучение, соответствующее этой области, воспринимается глазом человека как видимый свет различных цветов в зависимости от длины волны. Видимое излучение занимает только маленький участок во всем электромагнитном спектре, но способность глаза непосредственно видеть только эти волны делает его главным для человека. Для спектрального анализа эта область также представляет значительный интерес, хотя и меньший, чем соседние: ультрафиолетовая и ближняя инфракрасная области.

Ультрафиолетовая область спектра примыкает к фиолетовому участку видимой области и продолжается в сторону коротких волн вплоть до рентгеновских лучей. В связи с некоторыми различиями в спектральных приборах и методах регистрации спектра ее разделяют на три участка: область ближнего и среднего ультрафиолета (4000— 2300),область дальнего ультрафиолета (2300— 1850) и областьвакуумного ультрафиолета (1850— 50), излучение в которой поглощается воздухом.

К области вакуумного ультрафиолета примыкает рентгеновская область, которая важна для медицины и техники а также и для спектрального анализа, так как излучение и поглощение рентгеновских лучей связано с изменением внутреннего строения атомов.

За рентгеновской областью расположена область -лучей, которые возникают при различных процессах в ядрах атомов.

Изображение областей спектра приведено на рис. 7

Рис. 7. Области спектра

В таблице 1 приведены применяемые в спектральном анализе величины и соотношения между ними.

Таблица 1

Единицы измерения

Величина	Единица измерения	Соотношение между единицами	Соотношение между величинами
Длина волны	Метр (м)	1м=106мк=109ммк=1010	; ; ;
	Микрон (мк) или микрометр (мкм)	1мк=10-6м=103ммк=104
	Миллимикрон (ммк) или нанометр (нм)	1ммк=10-9м=10-3мк=10
	Ангстрем ()	1=10-10м=10-4мк=10-1ммк
Частота	Герц (Гц) или сек-1		; ;
	Мегагерц (МГц)	1МГц=106Гц
Волновое число	Обратный метр (м-1)	1м-1=10-2см-1	; ;
	Обратный сантиметр (см-1)	1см-1=102м-1
Энергия фотона Е	Джоуль (Дж)	1Дж=107эрг=6,24191018эВ	; ;
	Эрг (эрг)	1эрг=10-7Дж=6,24191011эВ
	Электронвольт (эВ)	1эВ=1,6020710-19Дж=1,60207 10-12эрг

studfile.net

Свет (физика) — Циклопедия

Свет на электромагнитной шкале Свет. Двойственность природы света. Популярная физика // capitanchocopie [16:00]

Свет — электромагнитные волны видимого спектра. К видимому диапазону принадлежат электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых человеческим глазом (7,5 × 10 ¹⁴ — 4 × 10¹⁴ Гц), то есть с длиной волны от 390 до 750 нанометров.

В физике термин «свет» имеет несколько более широкое значение и является синонимом оптического излучения, то есть включает в себя инфракрасную и ультрафиолетовую области спектра.

Свойства света изучаются разделами физики оптикой и спектроскопией. Измерение интенсивности света — область фотометрии.

[править] Физическая природа и свойства света

Благодаря дисперсии белый свет можно разложить в спектр с помощью призмы

Как и любые другие электромагнитные волны, свет характеризуется частотой, длиной волны, поляризацией и интенсивностью. В вакууме свет распространяется с постоянной скоростью, не зависящей от системы отсчета — скоростью света. Скорость распространения света в веществе зависит от свойств вещества и в целом меньше скорости света в вакууме. Длина волны связана с частотой законом дисперсии, который также определяет скорость распространения света в среде.

Взаимодействуя с веществом, свет рассеивается и поглощается. При переходе из одной среды в другую изменяется скорость распространения света, что приводит к преломлению. Наряду с преломлением на границе двух сред свет частично отражается. Преломление и отражение света используется в различных оптических приборах: призмах, линзах, зеркалах, позволяющих формировать изображение.

Излучение и поглощение света происходит квантами: фотонами, энергия которых зависит от частоты:

[math] E = h \nu [/math],

где E — энергия кванта, [math] \nu [/math] — частота, h — постоянная Планка.

Обычный дневной свет состоит из некогерентных электромагнитных волн с широким набором частот. Такой свет принято называть белым. Белый свет имеет спектр, который соответствует спектру излучения Солнца. Свет с другим спектром воспринимается как цветной. Дисперсия света позволяет разложить свет на цветные составляющие.

Как и любая другая электромагнитная волна, свет характеризуется поляризацией. Дневной свет обычно неполяризованный или частично поляризованный. Степень поляризации света меняется при каждом акте отражения от любой поверхности или прохождения через любую среду.

Свет переносит энергию. В частности, солнечный свет является одним из основных источников энергии на Земле. Часть этой энергии воспринимается живыми организмами при фотосинтезе. Использование солнечной энергии человечеством — одна из важнейших современных проблем.

[править] Оптические явления в природе. Источники и приемники света

Физические тела, атомы и молекулы которых излучают свет, называют источниками света. Источники света бывают искусственные и естественные, тепловые и люминесцентные, точечные и протяженные. Например, полярное сияние — естественный, протяженный для наблюдателя на Земле, люминесцентный источник света.

Источниками света является Солнце, вспышка молнии, лампа накаливания, экран телевизора, монитора и т. п. Свет могут излучать также организмы (некоторые морские животные, светлячки и др.)

Устройства, с помощью которых можно выявить световое излучение, называют приемниками света. Среди природных приемников света — органы живых существ.

[править] Восприятие света глазом

Из человеческих органов чувств больше информации об окружающей среде дает нам зрение. Однако видеть окружающий мир люди могут только потому, что существует свет.

Человек видит электромагнитные волны в том видимом диапазоне, который соответствует рецепторам, поглощающим свет соответствующих частот, вызывая при этом соответствующие импульсы в нервной системе. Сетчатка человеческого глаза имеет два типа светочувствительных клеток: палочки и колбочки. Палочки не имеют особой чувствительности к определенному диапазону спектра, зато более чувствительны к свету вообще, поэтому позволяют видеть черно-белое изображение. Колбочки имеют в своем составе молекулы, которые чувствительны к различным диапазонам видимого спектра, поэтому позволяют видеть в цвете.

[править] История исследования света

Древнегреческий философ Эмпедокл утверждал, что Афродита создала человеческий глаз из четырех элементов: огня, воздуха, земли и воды, причем она зажгла в глазу огонь, благодаря которому человек может видеть. Так возникла ложная теория эманации, в которой сомневался в своей «Оптике» Евклид, позже Лукреций. Во 2 веке книгу под названием «Оптика» написал также Птолемей. Он описал преломление света, однако придерживался того взгляда, что человек видит благодаря лучам, исходящих из глаза.

В «Книге об оптике» 1021 года Альхазен развил теорию оптических явлений, постулируя, что освещенная поверхность излучает во всех направлениях, но в глаз попадает только один из таких лучей. Ему принадлежит изобретение камеры-обскуры. По его мнению свет — это поток маленьких частиц. Альхазен описал и пытался объяснить многочисленные оптические явления, такие как тени, затмение, радуга, проводил эксперименты по разделению света на разные цвета, пробовал объяснить бинокулярное зрение, изменение видимых размеров Луны и Солнца вблизи горизонта. Благодаря этим исследованиям Альхазен считается отцом современной оптики.

Начиная с 17 века научные споры о природе света шли между сторонниками волновой и корпускулярной теорий. Основателем волновой теории можно считать Рене Декарта, который рассматривал свет как возмущения в мировой субстанции — пленуме. Корпускулярную теорию сформулировал Пьер Гассенди и поддержал Исаак Ньютон. Волновую теорию света разрабатывали Роберт Гук и Христиан Гюйгенс. По мнению Гюйгенса, световые волны распространяются в специальной среде — эфире.

В начале 19 века опыты Томаса Янга с дифракцией дали сильное свидетельство в пользу волновой теории. Было открыто, что свет является поперечными волнами и характеризуется поляризацией. Янг предположил, что различные цвета соответствуют разным длинам волны. В 1817 году свою волновую теорию света изложил в мемуарах для Академии наук Огюстен Жан Френель. После создания теории электромагнетизма свет был идентифицирован как электромагнитные волны.

Победа волновой теории пошатнулась в конце 19 века, когда опыт Майкельсона-Морли не выявил существования эфира. Волны требуют среды, в которой они могли бы распространяться, однако тщательно спланированные эксперименты не подтвердили существование этой среды. Это привело к созданию специальной и общей теории относительности. Природа электромагнитных волн оказалась сложнее, чем распространение возмущений. Рассмотрение задачи о тепловом равновесии абсолютно черного тела со своим излучением привел к появлению идеи об излучении света порциями — световыми квантами, которые получили название фотонов. Анализ явления фотоэффекта показал, что поглощение световой энергии тоже происходит квантами.

С развитием квантовой механики утвердилась идея Луи де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме, по которой свет должен иметь одновременно и волновые свойства, чем объясняется его способность к дифракции и интерференции, и корпускулярные свойства, чем объясняется его поглощение и излучение квантами.

cyclowiki.org

Замечательные свойства света | Наука и жизнь

Свет – удивительное и не до конца изученное явление, которое играет в нашей жизни основополагающую роль.

2015 год объявлен ООН Международным годом света.

Желтый цвет солнечные лучи приобретают, когда проходят сквозь атмосферу Земли. Из космоса Солнце выглядит белым.

Люди светятся в темноте, но это свечение настолько незначительно, что недоступно для человеческого зрения. 

Солнечный свет проникает в толщу воды до 80 метров. А на глубине около 2 км можно встретить удивительную рыбу – морского черта. На его теле живут биолюминесцентные бактерии, которые выступают в роли приманки. 

Растения впитывают лучи для фотосинтеза, отражая только лучи с зеленым цветом. Поэтому они выглядят зелеными.

Полярное сияние возникает, когда “ветер” от солнечных вспышек взаимодействует с частицами земной атмосферы.

Мощность Солнца такова, что ее энергии, излученной за одну секунду достаточно, чтобы обеспечить ею весь мир на миллион лет. 

Интересные факты о свете

В пожарной части Калифорнии есть лампа, которая горит уже более 100 лет. Эта лампа – самая долгогорящая в мире. 

Попав на яркий свет люди иногда начинают чихать.Этому подвержена около 30 % людей. Ученые до сих пор не смогли объяснить причины этого явления. 

Редкое явление – двойная радуга возникает благодаря тому, что солнечные лучи отражаются в дважды в каждой капле воды. 

Пчелы способны видеть ультрафиолетовые лучи, а некоторые виды змей – инфракрасные. 

Подсветка Ниагарского водопада сопоставима со светом от 250 млн свечей.

Свойство световых лучей замедляться и преломляться при прохождении через разные вещества объясняет работы линзы – она фокусирует лучи в одной точке. 

Ученые разрабатывают способ использования энергии света для дальних космических полетов. 

Глаза лягушек крайне чувствительны к свету, это свойство ученые используют для разработки точных фотонных детекторов. 

Секрет экономичности светодиодных ламп в том, что, в отличие от ламп накаливания, они излучают только те лучи, которые способны воспринять человеческие глаза.

При разработке светодиодов ученые имитировали способность светлячков излучать свечение. 

Исаак Ньютон пытался исследовать человеческий глаз и ответить на вопрос является ли свет результатом того, что происходит извне или изнутри. 

Солнечный свет достигает Земли за 8 минут и 17 секунд.

Самые яркие объекты в космосе, как ни странно, черные дыры. Они могут генерировать больше энергии, чем галактики, в которых они расположены.

 

Фев 16, 2015

nauka.boltai.com

Свет | Физика Вики | Fandom

Спектр света — часть спектра электромагнитного излучения.

Свет — в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. В качестве коротковолновой границы спектрального диапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380—400 нм (750—790 ТГц), а в качестве длинноволновой границы — участок 760—780 нм (385—395 ТГц).

В широком смысле, используемом вне физической оптики, светом часто называют любое оптическое излучение, то есть такое электромагнитное излучение, длины волн которого лежат в диапазоне с приблизительными границами от единиц нанометров до десятых долей миллиметра. В этом случае в понятие «свет» помимо видимого излучения включаются как инфракрасное, так и ультрафиолетовое излучения.

Раздел физики, в котором изучается свет, носит название оптика.

Свет может рассматриваться либо как электромагнитная волна, скорость распространения в вакууме которой постоянна, либо как поток фотонов — частиц, обладающих определённой энергией, импульсом, собственным моментом импульса и нулевой массой (или, как говорили ранее, нулевой массой покоя).

Характеристики света

Одной из субъективных характеристик света, воспринимаемой человеком в виде осознанного зрительного ощущения, является его цвет, который для монохроматического излучения определяется главным образом частотой света, а для сложного излучения — его спектральным составом.

Свет может распространяться даже в отсутствие вещества, то есть в вакууме. При этом наличие вещества влияет на скорость распространения света.

Скорость света в вакууме с = 299 792 458 м/с (точно, так как с 1983 года единица длины в СИ — метр — определяется как расстояние, проходимое светом за определённый промежуток времени)

fizika-se-t.fandom.com

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВЕТА

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ. СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Свет зачастую рассматривается как нечто абсолютно обыденное, и мы обычно не задумываемся о его физической природе. В то же время эта проб­лема и интересна, и сложна. Уже в старину ученые начали иметь дело с проб­лемами использования оптических устройств, не вникая особенно в природу света.

Фундаментальные, углубленные исследования природы света начались только в 17-м столетии. В 1678 г. Кристиан Гюйгенс (1643 — 1727) представил доклад в Парижской Академии, к котором свет характеризовался как продоль­ное движение волн. Однако сэр Исаак Ньютон (1643 — 1727) описал свет как поток частиц, что привело к созданию корпускулярной теории света, домини­ровавшей вплоть до конца 18-го столетия. 19-е столетие стало периодом интен­сивного развития волновой теории, подтверждаемой экспериментами по ин­терференции и дифракции и новыми научными открытиями в области электри­чества и магнетизма.

Сегодня мы знаем, что свет формируется поперечными электромагнит­ными волнами в довольно узком диапазоне длин волн, и в то же время он про­является как поток фотонов. Отсюда следует, что обе теории применимы.

Этот уровень понимания — результат длительного развития наших знаний. Систематические исследования в области электрической энергии могли начать­ся только после изобретения в 1799 г. Александром Вольта гальванической ячейки.

В 1820 г. Ганс Христиан Эрстед (1777 — 1851) обнаружил, что электриче­ский ток создает магнитное поле вокруг проводника и что электричество и маг­нетизм так или иначе связаны. Позже Андре-Мари Ампер (1775 — 1836) пред­сказал и доказал существование силового взаимодействия электрических токов и сформулировал Закон Ампера. Майкл Фарадей (1791 — 1867) обнаружил элек­тромагнитную индукцию и сформулировал Закон Фарадея.

Все вышеизложенное подготовило, в свою очередь, базу для Джеймса Клерка Максвелла (1831 — 1879), который смог обобщить результаты предыду­щих исследований в области электричества и магнетизма в его четырех уравне­ниях и сформулировать, таким образом, общую теорию электромагнетизма [4]. Его уравнения показывают, что при изменении электрического поля индуциру­ется магнитное поле и, наоборот, изменения магнитного поля вызывают воз­никновение электрического поля. Оба поля распространяются в форме волн, со скоростью света с.

Рис. 3.1. Электромагнитные волны

Существование электромагнитных волн, предсказанное гораздо раньше, теперь было доказано экспериментально.

Соответствие между скоростью распространения этих волн и измеренной скоростью света было настолько поразительно, что привело Максвелла к выво­ду о том, что именно эти волны иллюстрируют природу света. Он смог вывести законы физической оптики из своих уравнений и, таким образом, объединить теорию оптики с теорией электромагнитного поля.

Теория Максвелла была встречена с большим скептицизмом, существо­вавшим в течение долгого времени. Наличие электромагнитных волн не было доказано экспериментально, и их существование казалось физикам маловероят­ным. Сам Максвелл прожил недостаточно долго, чтобы увидеть триумф своей теории. Спустя девять лет после его смерти Герц Генрих Рудольф (1857 — 1894) сумел доказать существование электромагнитных волн экспериментально в опытах по изучению электрического разряда между двумя заостренными элек­тродами. Он смог обнаружить ответный сигнал в антенне, т. е. он доказал суще­ствование электромагнитных волн с длинами волн короче, чем один метр. Од­нако он не увидел возможности практического применения своего открытия. Его ключевое применение было показано Маркони, Тесла и Поповым в их изо­бретениях беспроволочной телеграфии. Сегодня мы можем видеть другие бес­численные применения этого открытия.

Электромагнитные волны перестали быть простой гипотезой и стали ча­стью интегрированной электромагнитной теории поля. Форма такой волны представлена на рис. 3.1. Как описано выше, изменение в электрическом поле во времени вызывает образование магнитного поля и наоборот. Для линейно поляризованного света векторы интенсивности электрического поля и вызван­ного магнитного поля колеблются во взаимно перпендикулярных направлени­ях, один вызывая другой. Продольное движение волны осуществляется перпен­дикулярно к обоим этим векторам.

Обычный свет не поляризован, то есть векторы Ё и В индивидуальных волн изменяют их ориентацию хаотично (беспорядочно). Если проекция векто­ра Е на плоскость поляризации (плоскость перпендикулярная к направлению 36

распространения) является прямой линией, мы говорим о линейно поляризо­ванном свете. В случае, когда вершина вектора описывает круг или эллипс в этой плоскости, свет является кругово или эллиптически поляризованным.

У электромагнитных волн (или электромагнитной радиации) длины волн могут находиться в очень широком диапазоне от 10″13 м (или даже короче) до значений в сотни или тысячи метров и даже еще больше. Видимая радиация (или свет) представляет собой только узкий интервал длин волн Л є (380 nm; 760 nm), в котором каждая длина волны соответствует определен­ному цвету.

С увеличением длины волны в пределах этого интервала цвет меняется от фиолетового через синий, зеленый и желтый к красному. Солнечный свет вос­принимается как белый, потому что он содержит непрерывный спектр всех цве­тов. Все, вероятно, могли видеть этот спектр, разбиваемый на отдельные цвета оптической призмой или дифракционной решеткой, и уж, несомненно, видели радугу в небе.

У ультрафиолетовой радиации длина волны короче Лє(іО’8и<;3.8х1(Г7.м), чем у видимого света, еще короче длины волн рентгеновской радиации Л є (КГ1 1 м; 10~8 juj. Самые короткие длины волны — у гамма-излучения (у) Я < КГ11 м.

У инфракрасной радиации длина волны выше, чем у видимого света Я є (7.6х10“7л<; 10″* м). Еще выше длины волн микроволновых печей Я є ((О»1 м; КГ1 m’j, и самые длинные волны относятся к радиоволнам Я > КГ’м.

Границы между этими областями длин волны строго не определены и в литературе слегка варьируются. Представляют интерес результаты работы, в которой приводится оценка параметров нанометрических полос видимой части солнечного спектра [97].

Обзор спектральных областей электромагнитных волн представлен на рис. 3.2. Все типы радиации имеют одну природу, но все они существенно от­личаются. Вот почему различные типы электромагнитной радиации применя­ются в различных областях физики и техники. Примеры их возможных приме­нений также даны на рис. 3.2.

Двойственная природа упомянутых выше электромагнитных волн являет­ся одной из самых интересных их особенностей. Электромагнитные волны ве­дут себя и как волны, и как частицы в то же самое время. Волновой характер больше проявляется в случае радиации с большей длиной волны, а корпуску­лярный характер, или характер микрочастиц, больше соответствует коротко­волновой части спектра. Энергия в электромагнитной волне не распределена непрерывно. Она сконцентрирована в кластерах, названных квантами, которые могут рассматриваться как квазичастицы, то есть частицы с нулевой массой по­коя. С этой точки зрения характер света является также и корпускулярным, и мы можем вновь говорить о двойственной природе света.

—————— ► длина волны (м)

Вследствие двойственного характера электромагнитных волн все законы, применимые к волнам, такие как законы отражения и преломления на границе между двумя оптическими средами или эффекты интерференции в тонких сло­ях (например, на нефтяных пятнах) и дифракции на оптической решетке, отно­сятся также к электромагнитным волнам. Смещение частоты волны к красному краю видимого света из-за Доплер-эффекта известно как красное смещение в наблюдениях за отдаленными звездами и галактиками в расширяющейся все­ленной. Периодические Доплер-индуцированные изменения частоты, вызван­ные орбитальным движением звезды и массивной планеты вокруг общего цен­тра гравитации, служат косвенным доказательством существования массивных планет, движущихся вокруг некоторых звезд.

Корпускулярный характер электромагнитных волн замечен по квантовым эффектам. Радиация ведет себя как поток частиц (или точнее — квазичастиц), названных фотонами. Фотон с частотой v обладает энергией Е = hv, где И — постоянная Планка, названная в честь Макса Планка (1858 -1947), одного из основателей квантовой механики. Поскольку длина волны обратно пропорцио­нальна частоте и прямо пропорциональна периоду колебаний, согласно соот­ношению Я = — = с Т? фотоны с более короткой длиной волны обладают более высокой энергией.

Диаграмма на рис. 3.3 показывает зависимость энергии фотона от длины волны. Можно заметить, что в то время как фотоны видимой части спектра об­ладают энергией в интервале Е є <1.63а6; 3.27эВ), энергия у фотонов имеет 38

порядок МэВ. С другой стороны, энергия микроволновых фотонов имеет поря­док тысячных или сотых долей эВ. Видимая радиация, т. е. то, что мы называем светом (отмечена кругом на рис. 3.3), является всего лишь небольшой частью широкого спектра электромагнитного излучения.

ю’13 ю’10 ю-7 10’4 10»

————— длина волны (м)

Примеры корпускулярных эффектов электромагнитной радиации — фото­электрический эффект (фотоэлектрический эффект — это взаимодействие по­ступающих фотонов с электронами в материале), Комптон-эффект, или образо­вание и аннигиляция пар «частица — античастица».

Альберт Эйнштейн (1879 — 1955), как уже упоминалось ранее, был удо­стоен Нобелевской премии за предложенную им теорию внешнего фотоэлек­трического эффекта в 1921 г. Аннигиляция частиц и античастиц, приводя к эмиссии по крайней мере двух у фотонов, использовалась для того, чтобы дока­зать взаимосвязь массы и энергии согласно известному уравнению Е = тс2. Эффект относительности — гравитационная линза, а именно, гравитационное влияние на фотоны и последующий изгиб лучей света вблизи объектов с очень большой массой.

Существование гравитационной линзы и границы эффекта были впервые подтверждены экспериментально экспедицией Артура Эддингтона во время полного солнечного затмения 1919 г.

Итак, теперь мы имеем представление о том, что такое свет. Но способ, которым мы чувствуем цвет, это область глазной физиологии и неврологии.

Рис. 3.4. Чувствительность человеческого глаза как функция длины волны

Глаз функционирует таким образом, что мы чувствуем фотоны опреде­ленной длины волны как определенный цвет и смесь фотонов различных длин волны как цветовые оттенки. Радужная оболочка и линза (хрусталик) создают изображение объекта на сетчатке, которая покрыта двумя типами ячеек — па­лочками сетчатки (палочковидная зрительная клетка) и колбочками (колбочко­видная зрительная клетка). Самое чувствительное пятно на сетчатке — макула (желтое пятно) — покрыто только колбочковидными клетками. С увеличением расстояния от этого пятна плотность палочковидных клеток увеличивается, а плотность колбочек уменьшается. По краям поля зрения присутствуют только палочковидные клетки. Зрение в сумерки, когда интенсивность света низка, обеспечивается посредством палочковидных клеток.

Зрение при хороших условиях освещения обеспечивается колбочками. Цвета идентифицируются только колбочковидными клетками. Следовательно, наше восприятие цвета зависит от интенсивности света, и мы едва в состоянии различать цвета в сумерки. Свет, поступающий от отдаленных звезд, планет и галактик, имеет низкую интенсивность, поэтому мы можем видеть их глазом или посредством телескопа только как черно-белое изображение. Только современ­ные телескопы на основе высоких технологий (как, например, космический теле­скоп Хабл) в состоянии при помощи специальных датчиков и электронных инст­рументов создать цветные изображения этих объектов в истинном цвете.

Клетки типа палочек и колбочек имеют различную чувствительность к фотонам различных длин волны, как это видно из рис. 3.4. Поэтому кривые для видения в дневное и ночное врем

msd.com.ua

Основные свойства света – Основные свойства света. Свет и освещение