Надо Знать

добавить знаний



Свет



План:


Введение

Видимый свет на электромагнитной шкале

Свет - электромагнитные волны видимого спектра. К видимого диапазона относятся электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых человеческим глазом (7.5 10 14 - 4 10 14 Гц), т.е. с длиной волны от 400 до 760 нанометров.

В физике термин "свет" имеет широкое значение и является синонимом оптического излучения, т.е. включает в себя инфракрасную и ультрафиолетовую области спектра.

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


1. Физическая природа и свойства света

Благодаря дисперсии белый свет можно разложить в спектр с помощью призмы

Как и 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 преломления. Наряду с преломлением на границе двух сред свет частично отражается. Преломление и отражение света используется в различных оптических приборах: призмах, линзах, зеркалах, позволяющие формировать изображения.

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

E = h \ nu ,

где E - энергия кванта, \ Nu - 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, что соответствует спектру излучения Солнца. Свет с другим спектром воспринимается как цветное. Дисперсия света, есть разная скорость распространения световых лучей с разной частотой в среде, позволяет разложить свет на цветные составляющие.

Как и любая другая электромагнитная волна свет характеризуется поляризацией. Дневной свет обычно неполяризованный или частично поляризован. Степень поляризации света меняется при каждом акте отражения от любой поверхности или прохождение 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.


2. 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 - естественное, протяжное для наблюдателя на Земле, люминесцентное источник света.

Источниками света являются Солнце, вспышка молнии, лампа накаливания, экран телевизора, мониторы и тому подобное. Свет могут излучать также организмы (некоторые морские животные, светлячки и др.).

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


3. Восприятие света глазом

С человеческих органов чувств больше информации об окружающей среде дает нам зрение. Однако видеть окружающий мир мы можем только потому, что существует свет.

Человек видит электромагнитные волны в видимом диапазоне потому, что имеет соответствующие рецепторы, которые поглощают свет таких 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 чувствительны к свету вообще, поэтому позволяют видеть черно-белое изображение. Колбочки имеют в своем составе молекулы, чувствительные к различным диапазонам видимого спектра, поэтому позволяют видеть в цвете.

Соответствие между характеристиками монохроматического света и цвета представлена ​​в следующей таблице. Однако, восприятие человеком цвета не является простой функцией частоты. Так, смесь желтого и синего цветов воспринимается глазом как зеленый цвет, хотя света соответствующего частотного диапазона в этой смеси нет.


Таблица соответствия частот электромагнитного излучения и цветов
Цвет Диапазон длин волн, нм Диапазон частот, ТГц Диапазон энергии фотонов, эВ
Фиолетовый 380-440 790-680 2,82-3,26
Синий 440-485 680-620 2,56-2,82
Голубой 485-500 620-600 2,48-2,56
Зеленый 500-565 600-530 2,19-2,48
Желтый 565-590 530-510 2,10-2,19
Оранжевый 590-625 510-480 1,98-2,10
Красный 625-740 480-405 1,68-1,98

4. История исследования света

Древнегреческий философ Эмпедокл утверждал, что Афродита создала человеческий глаз из четырех элементов: огня, воздуха, земли и воды, причем зажгла в виду огонь, благодаря которому человек может видеть. Так возникла ошибочная теория эманации, в которой сомневался в своей "Оптике" Евклид, позже Лукреций. В 2 ст. книгу под названием "Оптика" написал также Птолемей. Он описал преломления света, однако придерживался того взгляда, что человек видит благодаря лучам, выходящим из глаза.

В "Книге о оптику" 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, которые распространяются с конечной скоростью. Альхазен описал и пытался объяснить многочисленные оптические явления, такие как тени, затмение, радугу, проводил эксперименты с разложения света на разные цвета, пробовал объяснить бинокулярное зрение, изменение видимых размеров Луны и Солнца вблизи от горизонта. Благодаря этим исследованиям Альхазен считается отцом современной оптики.

Начиная с 17 в. 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 в. опыты Томаса Янга с дифракцией дали сильное свидетельство в пользу волновой теории. Было открыто, что свет есть поперечными волнами и харакреризуеться поляризацией. Янг высказал предположение, что разные цвета соответствуют различным длинам волны. В 1817 году свою волновую теорию света изложил в мемуаре для Академии наук Огюстен Жан Френель. После создания теории электромагнетизма свет было идентифицировано, как электромагнитные волны.

Победа волнового теории пошатнулась в конце 19 в., Когда опыт Майкельсона-Морли не обнаружил эфира. Волны требуют среды, в котором они могли бы распространяться, однако тщательно спланированы эксперименты не подтвердили существование этой среды. Это привело к созданию Альбертом Эйнштейном 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 о свечения 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-волновой дуализм, по которой свет должен одновременно волновые свойства, чем объясняется его способность к дифракции и интерференции, и корпускулярные свойства, чем объясняется его поглощения и излучения квантами.


См.. также


Источники

  • Борн М., Вольф Э.. Основы оптики .. - Москва: Наука., 1973.


Физика Это незавершенная статья физики.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам