Svetlobno sevanje je ... Sevanje svetlobe: energija, moč in frekvenca

Danes vam bomo povedali, zakaj je svetlobno sevanje najpomembnejši koncept sodobne fizike. Opisane bodo tudi lastnosti kvantne elektromagnetne energije in njihova zgodovina.

Sonce in luna

V svetovni kulturi je veliko mitov o izvoru in obnašanju glavnih nebesnih teles. Nekje so brat in sestra, nekje - mož in žena, nekateri ljudje verjamejo, da je ta svet drevo sadje, nekaj - to je dragi kamni in bogovi. In vse legende so nastale, da bi razumeli, zakaj je svetlobno sevanje produkt Sunca in Lune.

Pogosto se odkritja zgodijo naključno in pot znanosti ni tako preprosta, kot se zdi. Na primer, za začetno razumevanje plesa nebesnih teles je bila potrebna religija, ki je prvič prepovedala preučevanje tega pojava, nato pa je sama vprašala znanstvenike o tem.

Velikonočni in kvantni

V šestnajstem stoletju se je papež Leo X odločil izboljšati tabele za izračun datuma prihoda praznika Pasha. Da bi razumeli, kdaj točno ta dan pride, je izjemno težko, ker je potrebno povezati tri različne časovne referenčne sisteme: dnevi v tednu, sončni in lunarni ciklusi.

1. Velikonočna je zagotovo nedelja.
2. Praznik je vedno na voljo po dnevu spomladanskega izenačenja.
3. Pomembno je, da je polna luna že minila do prihoda Velike Britanije.
4. Drugi pogoj je bil neskladje med judovsko, katoliško in pravoslavno tradicijo.

Zdaj ta dan je mogoče napovedati tisočletja pred nami, vendar pred mizo za izračune, ki so bili pravilni pet ali šest let, nato pa je bilo potrebno izvesti nove datume prilagajanja. Ta nizka natančnost je bila povezana s popolnim zaupanjem civilizirani ljudje, ki na Zemlji - ploščate, ki se nahaja v središču vesolja in vidnih sprememb planetov, Sonce in Luna razložiti s prisotnostjo epicycles, dodatne majhne kroge, ki so nebesna telesa vrtijo.

Vse to je v izračunih prineslo veliko težav. Da ne bi vsak čas skrbel s tem, je Lev X naročil študijo takratnih astronoma. In prišli so do neverjetnega odkritja: Zemlja ni središče vesolja, vir svetlobnega sevanje je Sonce, luna pa odraža le svetlobo in je sama po sebi nekaj podobnega planetu. Kasnejša študija je kasneje pripeljala do razumevanja elektromagnetne in kvantne narave svetlobe.

Newton in Faraday

V sedemnajstega osemnajstega stoletja angleški znanstvenik Isaac Newton se spraševali: "Kaj je žarek sonca" Študenti ga poznamo kot avtorja zakonom gravitacije, vendar pa je študiral tudi optiko. Kot rezultat, Newton je prišel do zaključka, da so svetlobni valovi sončnega sevanja razčlenjeni v barvne sestavine, to je, da se spremenijo v mavrico. Tako je postavil temelje razumevanja valovne narave svetlobe.

In v dvajsetem letu devetnajstega stoletja je angleški fizik Michael Faraday dokazal, da je tok elektromagnetnega polja trenutni (in na splošno vsak premikajoč se napolnjen predmet). Da bi razumeli, da je svetlobno sevanje kvant elektromagnetnega polja, je bilo potrebno izumiti temeljito novo fiziko sveta elementarnih delcev.

Plank in mačka Schrodinger

V času kvantuma se je začelo s preučevanjem segretih teles. Iz klasične fizike je bilo znano, da je toplotno sevanje kontinuirano. Maksimalna vrednost tega spektra je bila povezana s telesno temperaturo s formulo Rayleigh-Jeans. Ona opisuje eksperimentalnih podatkov na majhnih valovnih dolžinah, vendar v modrem delu spektra težav začne: energija koli predmeta je bila tako velika, da bi lahko uničil vesolje. Ta pojav je bil imenovan ultravijolična nesreča.

Leta 1900 je Max Planck poskušal napisati takšno formulo za energijo svetlobnega sevanje ogretega telesa, brez scenarija uničenja sveta. Hkrati je bil nemški fizik prisiljen uvesti količino, ki jo je imenoval kvantni ukrep. In ta izraz označuje najmanjši del elektromagnetnega polja.

Planck sam šteje, da je kvant ni nič drugega kot matematični podvig, vendar so drugi znanstveniki spoznali potencial takega izuma. Celotna šola raziskovalcev (med njimi so bili Albert Einstein, Erwin Schrodinger, Werner Karl Heisenberg) ustvaril novo smer v znanosti - kvantna fizika. Zahvaljujoč jim ljudje končno razumejo, zakaj atomi radi in kakšna je svetloba.

Vendar pa Max Planck dolgo časa ni sprejel temeljne narave njegovega odkritja. Trpel je s kolegi in celo prišel do paradoksa z mačko Schrödinger, ki je hkrati živ in mrtev. Že nekaj časa je znanstvenik poskušal izogniti kvantu v formuli sevanja absolutno črnega telesa z različnimi matematičnimi triki. Toda nič od tega ni prišlo, in na koncu se je odrekel.

Kaj je svetloba?

Zahvaljujoč dejanju teh čudovitih in pogumnih znanstvenikov, zdaj vemo: svetloba je kvantni del elektromagnetnega sevanja, ki ima lastnosti tako valov kot materialnih delcev.

1. Valovna dolžina svetlobnega sevanje je razdalja med dvema sosednjima maksima nihanja elektromagnetnega polja. Označeno s pismom lambda-. Na splošno je to razdalja med enakimi fazami sosednjih nihanj enega valovanja. Toda na sliki lahko bolj jasno razkrijete razdaljo med "grebeni" ali "vdolbinami". Valovna dolžina se meri v metrih z ustrezno predpono. Na primer, vidno sevanje je kvantna s lambda - od 380 do 780 nanometrov (nm).
2. Pogostost svetlobnega sevanje je število valov, ki se prilegajo v enoto časa (na sekundo). Ta značilnost je bolj začasna od prostorske. Označuje ga grški simbol nu- ali latinske črke f.
3. Amplituda elektromagnetnega nihanja je višina maksimuma in min. Oscilacije. Na splošno prikazuje intenziteto električnih in magnetnih polj, ki so upognjena v medsebojno pravokotnih ravninah.
4. Masa delca je razlog, da ima svetloba impulz. Ta lastnost potrjuje: kvant elektromagnetnega polja (imenovanega foton) je delec! Res je, da ne pozabite, da je ostala masa nič, kar pomeni, da obstaja le v gibanju.

Frekvenco in valovno dolžino svetlobe sta odvisna od razmerja lambda-nu- = c, pri čemer je c hitrost svetlobe v vakuumu. Čim nižja je valovna dolžina in večja frekvenca, večja je energija valovanja.

Eno ali veliko?

Če bomo upoštevali en foton, potem bodo imele vse zgoraj opisane značilnosti. Vendar pa obstajajo učinki in vrednote, ki nastanejo le, če gre za masovni učinek.

Na primer, vsaka oseba ve: ob sončnem zahodu je intenzivnost sončne svetlobe manj. V tem času na disku osrednjega sijaja lahko enostavno opazujete nezaščitene oči. Ker je na sonce v svojem zenitu celo videti nevarno - lahko je kratek čas slep in izgubi orientacijo v vesolju. Razlog je zakrivljenost našega planeta. Čim nižje se sonce nastavi, večja je atmosfera skozi njene žarke in bolj se absorbirajo.

Na površju zemlje so vse manj fotonov. Ta pojav lahko opišemo s spreminjanjem moči svetlobnega sevanja.

Svetlobni tok in človeško oko

Hkrati je svetlobni tok zelo specifičen fizični izraz. In zdaj bomo razkrili njen pomen.

Več fotonov pade na kvadratni meter na enoto časa, večja je moč sevalnega toka.

Če število nepomembnih količin svetlobe določi nepristranski stroj, bo z vidika fizike prikazal pravilno vrednost. Toda človeško oko ima največ, kar vidi najbolj, in vse druge frekvence vidijo slabše. To pomeni, da rdeči in vijolični fotoni ljudje vidijo manj, kot padejo na površje, zeleni pa so bolje zaznani. Torej, svetlobni tok je tok sevanja, v katerega se naredi popravek za spektralno občutljivost človeškega očesa.

Jedrski reaktor in eksplozija

Vsaka znanost ima nasprotno, temno stran. Ko je bil izumljen mehanski blok, je bil uporabljen za izdelavo pogonskih strojev. Ko so kemiki napredovali pri študiji snovi, je njihovo znanje uporabljeno proti ljudem. In atom je povečal moč človeških bojnih sposobnosti do popolnega uničenja sebe in planeta.

Kot je znano, je živahna reakcija vir mnogih vrst delcev in sevanj. Tudi zelo čista kemična radioaktivna snov proizvaja nevtronov, alfa, beta, gama sevanja, kot tudi elektromagnetne valove vseh razponov. Svetlobno sevanje iz eksplozije udari veliko bolj neposredno kot sam udarni val. Opekline se zdravijo dlje časa in pustijo brazgotine. Bolj huda poškodba živih snovi prinaša le radioaktivno komponento tega dejanja nečloveškega delovanja, eksplozijo atomske bombe.