СВІТЛОВІ ТІЛА: ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ТЕ, ЯК ВОНИ ГЕНЕРУЮТЬ ВЛАСНЕ СВІТЛО - ФІЗИЧНІ - 2025

Світловим тілом називають будь-який природний або неприродний об'єкт, який випромінює власне світло, це частина електромагнітного спектру, видимого людськими очима. Протилежність світному предмету - це несвітні.

Несвітні об'єкти видно, оскільки вони освітлені світлом, що випромінюється світловими предметами. Несвітні тіла також називають освітленими тілами, хоча вони не завжди знаходяться в такому стані.

Сонце, світле тіло, яке освітлює небо і море. Джерело: pixabay

Світлові об'єкти є первинними джерелами світла, оскільки вони випромінюють його, тоді як несвітні об'єкти є вторинними джерелами світла, оскільки вони відображають той, який виробляється першим.

Приклади світяться та несвітні тіла

Світлові предмети

У природі є предмети, здатні випромінювати світло. До них належать:

- Сонце.

- Зірки.

- люмінесцентні комахи, такі як світлячки та інші.

- Промені.

- полярне сяйво або північне сяйво.

Нижче перелічені техногенні світяться об'єкти:

- лампи розжарювання або лампочки.

- Полум’я свічки.

- люмінесцентні лампи.

- Світлодіодні вогні.

- Екран мобільного телефону.

Предмети, що не світяться

У природі є багато предметів, які не випромінюють світло самі по собі, але можуть бути освітлені:

- Місяць, який відбиває сонячне світло.

- Планети та їх супутники, які також відбивають сонячне світло.

- Дерева, гори, тварини відбивають світло неба і Сонця.

- Синє небо та хмари. Вони видно через розсіювання сонячного світла.

Штучна світила цибулина, що освітлює наші ночі. Джерело: pixabay

Характеристика світних тіл та їх світла

Основна характеристика світяться тіл полягає в тому, що світло, з яким ми можемо їх бачити, виробляється самим об’єктом.

Ми можемо бачити людей і предмети завдяки світлу, що випромінюється світними тілами, природними чи штучними. А також тому, що природа наділила нас органами зору.

За відсутності світних тіл неможливо побачити все, що нас оточує. Якщо ви коли-небудь відчували повну темряву, то знаєте важливість світних тіл.

Тобто без світла немає зору. Бачення людини і тварин - це взаємодія між світлом, випромінюваним світловими тілами, і тим, що відбивається несвітловими тілами, з нашими датчиками світла в оці та з нашим мозку, де зображення, нарешті, будується та інтерпретується.

Бачення можливе тому, що світло, що випромінюється або відбивається предметами, рухається через космос і досягає наших очей.

Фотони

Фотон - це найменша кількість світла, яку може випромінювати світилося тіло. Фотони випромінюються атомами світних тіл і відбиваються або розсіюються несвітловими.

Зір можливий лише тоді, коли деякі з цих фотонів, випромінювані, розсіяні або відбиті, потрапляють до наших очей, де вони виробляють електронне збудження в закінченнях зорового нерва, які проводять електричний імпульс до мозку.

Як світяться тіла генерують світло?

Фотони випромінюють атоми світиться тіл, коли вони збуджуються таким чином, що електрони атомних орбіталей переходять у стани вищої енергії, які згодом розпадаються на стани нижчої енергії з наступним випромінюванням фотонів.

Кожне тіло, якщо його температура підвищена, стає випромінювачем світла. Шматок металу при кімнатній температурі - це не світиться тіло, але при 1000 градусах Цельсія це світиться тіло, оскільки електрони займають більш високий рівень, і коли вони розпадаються на нижчі рівні, вони випромінюють фотони в межах видимого спектру.

Це те, що відбувається на атомному рівні з усіма світиться тілами, будь то Сонце, полум'я свічки, розжарювання лампочки розжарювання, атоми флуоресцентного порошку енергозберігаючої лампочки або атоми світлодіодного діода, який є новітнє штучне освітлене тіло.

Залежно від випадку до випадку, механізм збудження електронів переходить до атомних рівнів більш високої енергії, а потім розпадається та випромінюють фотони.

Все, що ми бачимо, - це минуле

Зір не миттєвий, оскільки світло рухається з кінцевою швидкістю. Швидкість світла у повітрі та у вакуумі становить близько 300 тис. Кілометрів на секунду.

Фотонам світла, які залишають поверхню Сонця, потрібно 8 хвилин і 19 секунд, щоб дістатися до наших очей. А фотонам, випромінюваним Альфою Кентаврі, нашою найближчою зіркою, потрібно 4,37 року, щоб дійти до наших очей, якщо ми дивимось у небо.

Фотони, які ми можемо спостерігати неозброєним оком або через телескоп у галактиці Андромеди, найближчій до нашої, з'явилися звідти 2,5 мільйона років тому.

Навіть коли ми бачимо Місяць, ми бачимо старий Місяць, тому що те, що ми дивимось, - це зображення з 1,26 секунди тому. І зображення гравців у футбольній грі, яку ми бачимо на трибунах за 300 метрів від гравців, - це старе зображення, яке було мільйонною частиною секунди в минулому.

Подвійність світла

Згідно з найбільш прийнятими теоріями, світло - це електромагнітна хвиля, як і радіохвилі, мікрохвилі, з якими готується їжа, мікрохвилі з мобільних телефонів, рентгенівські випромінювання та ультрафіолетове випромінювання.

Однак світло - це хвиля, але воно також складається з частинок, званих фотонами, як ми говорили раніше. Світло має цю подвійну поведінку, яка у фізиці відома як подвійність хвиль-частинок.

Вся різноманітність електромагнітних хвиль відрізняється своєю довжиною хвилі. Частина електромагнітного спектру, яку людське око здатне сприймати, називається видимим спектром.

Видимий спектр відповідає вузькому діапазону електромагнітного спектру між 0,390 мкм і 0,750 мкм. Це характерний розмір найпростішого (амеби або параметрію).

Нижче видимого спектру, в довжині хвилі, ми маємо ультрафіолетове випромінювання, довжина хвилі якого порівнянна з розмірами органічних молекул.

А над видимим спектром знаходиться інфрачервоне випромінювання, розмір якого порівнянний з кінчиком голки. На кінчику цієї голки знаходиться від 10 до 100 найпростіших, тобто від 10 до 100 довжин хвиль видимого спектру.

Навпаки, мікрохвилі мають довжину хвиль між сантиметрами і метрами. Радіохвилі мають довжину від сотень метрів до тисяч метрів. Рентгенівські промені мають довжину хвилі, порівнянну з розміром атома, тоді як гамма-промені мають довжину хвилі, порівнянну з атомним ядром.

Кольори та видимий спектр

Видимий спектр включає різноманітність кольорів, які можна розрізнити у веселці або при сонячному світлі, розсіяному по скляній призмі. Кожен колір має довжину хвилі, яку можна виразити в нанометрах, що становить одну мільйонну частину міліметра.

Світловий спектр та його довжини хвиль в нанометрах (нм), від найвищої до найнижчої, такі:

- Червоний. Між 618 і 780 нм.

- Помаранчевий. Між 581 і 618 нм.

- Жовтий. Між 570 та 581 нм.

- Зелений. Між 497 і 570 нм.

- Циан. Між 476 і 497 нм.

- Синій. Між 427 та 476 нм.

- Фіалка. Між 380 і 427 нм.

Світле чорне тіло, енергія та імпульс

Світло має енергію і імпульс. Кожному кольору у видимому спектрі відповідають фотони різної енергії та різного імпульсу чи імпульсу. Це було відомо завдяки піонерам квантової фізики, таким як Макс Планк, Альберт Ейнштейн та Луї Де Бройлі.

Макс Планк виявив, що енергія світла надходить у пакетах або квантах, енергія яких вимірюється в джоулях і дорівнює добутку основної константи природи, відомої як константа Планка, що позначається літерою h та частотою f в Герц.

E = h ∙ f

Це відкриття було зроблено Планком для того, щоб пояснити спектр випромінювання світного тіла, яке випромінює лише випромінювання, але не відображає жодного, відомого як "чорне тіло" і спектр викидів якого змінюється залежно від температури.

Постійна Планка h = 6,62 × 10 ^ -34 J * s.

Але саме Альберт Ейнштейн підтвердив, безперечно, що світло - це фотони з енергією, що дається за формулою Планка, як єдиний спосіб пояснити явище, відоме як фотоелектричний ефект, при якому матеріал, освітлений світлом, випромінює електрони. Саме за цю роботу Ейнштейн отримав Нобелівську премію.

Але фотон, як і кожна частинка, і незважаючи на те, що не має маси, має імпульс або імпульс, зумовлений взаємозв'язком, виявленим Луї Де Бройл в рамках подвійності хвиль-частинок фотона і квантових об'єктів.

Відношення де Бройля стверджує, що імпульс р фотона дорівнює коефіцієнту постійної Планка h і довжині хвилі λ фотона.

P = h / λ

Колір червоний має довжину хвилі 618 × 10 ^ -9 м і частоту 4,9 х 10 ^ 14 Гц, тому енергія фотона становить 3,2 × 10 ^ -19J, а його імпульс 1,0 × 10 ^ -27 кг * м / с.

На іншому кінці видимого спектру є фіолетовий з довжиною хвилі 400 × 10 ^ -9 м і частотою 7,5 х 10 ^ 14 Гц, тому енергія фотона становить 4,9 × 10 ^ -19J а його імпульс становить 1,7 × 10 ^ -27 кг * м / с. З цих розрахунків робимо висновок, що фіолетовий має більше енергії та більше імпульсу, ніж червоний.

Список літератури

1. Тіппенс, П. 2011. Фізика: поняття та програми. 7-е видання. Mac Graw Hill. 262-282.
2. Вікіпедія. Видимий спектр. Відновлено з wikipedia.com
3. Вікіпедія. Електромагнітний спектр. Відновлено з wikipedia.com
4. Вікіпедія. Джерело світла. Відновлено з wikipedia.com
5. Вікікниги. Фізика, оптика, природа світла. Відновлено з: es.wikibooks.org