Moderne fysisk optik betragter lys som en type elektromagnetiske bølger, opfattet af det menneskelige øje. Med andre ord kan vi sige, at lys er synlig elektromagnetisk stråling.
Synligt lys
Som det er kendt, adskiller elektromagnetiske bølger sig i frekvens og bølgelængde. Og afhængigt af disse værdier er elektromagnetisk stråling opdelt i frekvensområder.
Uden for fysisk optik Begrebet "lys" omfatter også elektromagnetiske bølger, der ikke er synlige for det menneskelige øje, i infrarød rækkevidde med en bølgelængde på 1 mm - 780 nm og en frekvens på 300 GHz - 429 THz og i det ultraviolette område med en bølgelængde på 380 - 10 nm og en frekvens på 7,5 10 14 Hz - 3 10 16 Hz.
Infrarød, synlig og ultraviolet stråling kaldes optisk spektrum område. Øverste grænse Det optiske område er langbølgegrænsen for infrarød stråling, og den nederste er kortbølgegrænsen for ultraviolet stråling. Så rækkevidden optisk stråling- fra 1 mm til 10 nm.
Hvordan opstår lys? Det viser sig, at det er dannet som et resultat af processer, der forekommer inde i atomer, når deres tilstand ændres. Dette skaber en strøm af partikler kaldet fotoner. De har ingen masse, men de har energi.
Det viser sig, at lys samtidig har egenskaberne af en elektromagnetisk bølge og egenskaberne af diskrete partikler - fotoner.
Kilder til lys
Enhver krop, der udsender elektromagnetiske bølger med en frekvens i området synligt lys, kan kaldes en lyskilde. Alle lyskilder er opdelt i naturlige, skabt af naturen selv, og kunstige, skabt af mennesker.
Den vigtigste naturlige lyskilde på Jorden er selvfølgelig Solen. Det giver os ikke kun lys, men også varme. Takket være energi sollys der er liv på vores planet. Lys udsendes af Månen, stjerner, kometer og andre kosmiske legemer. Kilder naturligt lys der kan ikke kun være kroppe, men også naturfænomener. Under et tordenvejr ser vi med hvilket kraftigt lys et lynglimt oplyser alt omkring. Auroras, lysende levende organismer, mineraler osv. - dette er også naturlige kilder Sveta.
Den allerførste og ældste kunstige lyskilde kan kaldes brandbrand. Senere lærte folk at bruge andre typer brændstof og skabe bærbare lyskilder: stearinlys, fakler, olielamper, gaslanterner osv. Alle disse kilder var baseret på forbrænding og udsendte sammen med lys. et stort antal af varme.
Med opfindelsen af elektricitet opstod der pærer, som stadig bruges af mennesker i dag som lyskilder.
Geometrisk optik
Udbredelsen af lys i et gennemsigtigt medium, dets refleksion fra spejlende reflekterede overflader, brydning ved grænsen af to transparente medier sker i henhold til visse love, som studeres af geometrisk optik.
For at studere forskellige lysfænomener i geometrisk optik bruges begreber som en punktlyskilde og en lysstråle.
Det grundlæggende koncept for geometrisk optik er lysstråle .
En almindelig lampe fordeler lyset jævnt i alle retninger. Lad os dække denne lampe med et uigennemsigtigt materiale, så lyset, der udsendes af den, kun kan passere gennem et lille smalt hul. En smal lysstrøm vil gå igennem den, rettet langs en lige linje. Denne linje, langs hvilken lysstrålen forplanter sig, kaldes en lysstråle. Retningen af denne stråle afhænger ikke af dens tværgående dimensioner.
Stearinlys, lanterner, lamper og andre lyskilder har ganske store størrelser sammenlignet med den afstand, som deres lys bevæger sig over. De kaldes udvidede lyskilder . Punkt lyskilde en kilde anses for at have en størrelse, hvis størrelse kan negligeres i forhold til den afstand, som dette lys når. For eksempel, rumstjerne, som faktisk er enorm i størrelse, kan betragtes som en punktlyskilde, da afstanden, som dette lys spreder sig over, er enorm i forhold til selve stjernens størrelse.
Lad os overveje de grundlæggende love for geometrisk optik.
Loven om retlinet udbredelse af lys
I et gennemsigtigt homogent medium bevæger lys sig i en lige linje. Beviset for denne lov er den erfaring, hvori lyset fra punktkilde går gennem et lille hul i skærmen. Som følge heraf dannes en smal lysstråle, og i et plan, der er placeret bag skærmen parallelt med den, vises en regelmæssig lyscirkel med centrum på en lige linje, langs hvilken lyset forplanter sig.
Lad os placere en lille genstand mellem lyskilden og skærmen. På skærmen vil vi se skyggen af dette objekt. Skygge- dette er det område, hvor lysstrålen ikke når. Dens udseende forklares ved den retlinede udbredelse af lys. Hvis lyskilden er punktlignende, så dannes der kun en skygge. Hvis dens dimensioner er ret store i forhold til afstanden til objektet, skabes skygge og penumbra. Faktisk, i dette tilfælde udgår lysstråler fra hvert punkt af kilden. Nogle af dem, der falder ind i skyggeområdet, fremhæver dens kanter og skaber derved penumbra - det område, som lysstråler delvist falder ind i.
Loven om retlinet udbredelse forklarer naturen af sol og måneformørkelse. Solformørkelse opstår, når Månen er placeret mellem Solen og Jorden, og Månens skygge falder på Jorden.
Loven om retlinet udbredelse af lys blev brugt af de gamle grækere, når de installerede søjler. Hvis søjlerne er placeret strengt i en lige linje, vil den nærmeste visuelt dække alle de andre.
Loven om lysreflektion
Hvis på vej lysstråle Når man støder på en reflekterende overflade, ændrer lysstrålen sin retning. De indfaldende og reflekterede stråler og normalen (vinkelret) på den reflekterende overflade, gendannet ved indfaldspunktet, ligger i samme plan. Vinklen mellem strålerne deles med denne normal i to lige store dele. Den mest almindelige formulering af refleksionsloven er: " Indfaldsvinkel lig med vinkel refleksioner" Men denne definition angiver ikke retningen af den reflekterede stråle. I mellemtiden vil den reflekterede stråle gå i den modsatte retning af den indfaldende stråle.
Hvis størrelsen af overfladeuregelmæssighederne er mindre end længden af lysbølgen, så vil strålerne, der falder ind i en parallel strøm, blive reflekteret spejlende og vil også bevæge sig i parallelle strømme.
Hvis dimensionerne af uregelmæssighederne overstiger bølgelængden, så smal bolle vil blive spredt, og de reflekterede stråler vil gå i forskellige retninger. Denne refleksion kaldes diffuse, eller fraværende. Men på trods af den tilfældige spredning er loven om refleksion også opfyldt i dette tilfælde. For enhver stråle vil indfaldsvinklen og reflektionsvinklen være ens.
Loven om lysbrydning
Dyp blyanten i en kop vand. Visuelt ser det ud til, at det ser ud til at være brækket i to på vandoverfladen. Faktisk skete der ikke noget med blyanten. Årsagen er, at en lysstråle rammer vandoverfladen i én vinkel, og går dybere i en anden. På grund af dette er størrelsen og placeringen af fysiske kroppe forvrænget.
Ændring af retningen af en lysstråle ved grænsefladen mellem to medier, der er transparente for lysbølger hedder brydning Sveta.
Loven, der beskriver lysbølgernes brydning kaldes Snells lov(Snell eller Snell) opkaldt efter dens forfatter - den hollandske matematiker Willebrord Snellius, som opdagede det i 1621.
Ifølge denne lov er lysindfaldsvinklen på grænsefladen og brydningsvinklen forbundet med relationen:
n 1 sinƟ 1 = n 2 sinƟ 2 ,
eller synd Ɵ 1 / synd Ɵ 2 = n 2 / n 1 ,
Hvor n 1 - brydningsindeks for mediet, hvorfra lyset falder på grænsefladen;
Ɵ 1 - vinklen mellem lysstrålen, der falder ind på grænsefladen, og normalen på denne overflade;
n 2 - brydningsindekset for mediet, som lyset trænger ind i efter grænsefladen;
Ɵ 2 - vinklen mellem den stråle, der passerer grænsefladen, og normalen til denne overflade.
Brydningsindeks for mediet er forholdet mellem lysets hastighed i et vakuum og dets hastighed i et givet medium:
n = c/v
Jo mere den adskiller sig fra enhed, jo større vil afbøjningsvinklen af lysstrålen være, når den går fra vakuum til medium.
Holdning n 2 / n 1 hedder relativ indikator brydning .
En lysstråle, der kommer ind i et tættere medium, danner en mindre vinkel med normalen til denne overflade, det vil sige, at den brydes nedad. Men i virkeligheden ser det ud til, at denne vinkel tværtimod er større end indfaldsvinklen. Som et resultat af dette observerer vi en forvrængning i størrelsen, formen og placeringen af objekter. Objekter i vand virker større for os, end de faktisk er og placeret højere. Svømmere laver således ofte fejl, når de vurderer dybden af et reservoir. De ser bunden hævet, og dybden synes mindre for dem.
På grund af sollysets brydning i atmosfæren observerer vi solopgangen lidt tidligere og solnedgangen lidt senere, end disse fænomener ville opstå, hvis der ikke var nogen atmosfære.
Linser til foto- og filmkameraer, mikroskoper, teleskoper, kikkerter og andre er bygget på baggrund af fænomenet brydning. optiske instrumenter, som indeholder optiske linser eller prismer.
Når lys går fra et tættere medium til et mindre tæt medium (f.eks. fra vand til luft), kan man observere total intern refleksion af en lysstråle . Det opstår, når indfaldsvinklen er lig med en bestemt værdi kaldet grænse vinkel fuld indre refleksion . I dette tilfælde reflekteres de indfaldende stråler fuldstændigt fra grænsefladen. De brudte stråler forsvinder fuldstændigt.
Dette fænomen bruges i fiber-LED'er, som er lavet af optisk transparent materiale. De er meget tynde tråde. Lyset, der kommer ind i dem, reflekteres fuldstændigt fra de indre sideflader og spredes over lange afstande.
Geometrisk optik overvejer lysets egenskaber uden at tage hensyn til det bølgeteori Og kvantefænomener. Det kan naturligvis ikke præcist beskrive optiske fænomener. Men da dens love er meget enklere sammenlignet med de generaliserende bølgelove, bruges den i vid udstrækning til beregning af optiske systemer.
En af kendetegnene ved lys er dets farve, som for monokromatisk stråling bestemmes af bølgelængden, og for kompleks stråling - af dens spektrale sammensætning.
Lys kan forplante sig selv i fravær af stof, det vil sige i et vakuum. I dette tilfælde påvirker tilstedeværelsen af stof lysets udbredelseshastighed.
Hver energimængde har en tilsvarende analog - en lysfotometrisk størrelse. Lysmængder adskiller sig fra energimængder ved, at de vurderer lys ved dets evne til at fremkalde visuelle fornemmelser hos en person. Lysanaloger af energimængderne anført ovenfor er lysenergi, lysstrøm, lysstyrke, lysstyrke, lysstyrke og belysning.
At tage højde for afhængigheden af visuelle fornemmelser af lysets bølgelængde ved lysmængder fører til det faktum, at for de samme værdier, for eksempel energien overført af grønt og violet lys, vil lysenergien, der overføres i det første tilfælde, være betydeligt højere end i den anden. Dette resultat er i fuld overensstemmelse med det faktum, at det menneskelige øjes følsomhed over for grønt lys er højere end over for violet lys.
Lysets hastighed
Lysets hastighed i et vakuum er bestemt til at være nøjagtigt 299.792.458 m/s (ca. 300.000 km pr. sekund). Den faste værdi af lysets hastighed i SI skyldes, at måleren i øjeblikket er defineret i forhold til lysets hastighed. Alle typer elektromagnetisk stråling menes at rejse med nøjagtig samme hastighed i et vakuum.
Forskellige fysikere har forsøgt at måle lysets hastighed gennem historien. Galileo forsøgte at måle lysets hastighed i det syttende århundrede. Et tidligt eksperiment for at måle lysets hastighed blev udført af Ole Römer, en dansk fysiker, i 1676. Ved hjælp af et teleskop observerede Roemer bevægelserne af Jupiter og en af dens måner, Io. Han bemærkede forskelle i den tilsyneladende periode af Ios kredsløb, og han beregnede, at lyset tog omkring 22 minutter at krydse diameteren af Jordens kredsløb. Dens størrelse var dog ikke kendt på det tidspunkt. Hvis Roemer havde kendt diameteren af Jordens bane, ville han have opnået en hastighedsværdi på 227.000.000 m/s.
En anden, mere nøjagtige måde, blev målinger af lysets hastighed udført i Europa af Hippolyte Fizeau i 1849. Fizeau retter en lysstråle ind i et spejl flere kilometer væk. Et roterende tandhjul blev placeret i vejen for en lysstråle, der rejste fra en kilde til et spejl og derefter vendte tilbage til sin kilde. Fizeau opdagede, at ved en vis rotationshastighed ville strålen passere gennem et hul i hjulet på vejen og det næste hul på vejen tilbage. Ved at kende afstanden til spejlet, antallet af tænder på hjulet og rotationshastigheden var Fizeau i stand til at beregne lysets hastighed 313.000.000 m/s.
Leon Foucault brugte et eksperiment, der brugte et roterende spejl til at opnå en værdi på 298.000.000 m/s i 1862. Albert A. Michelson udførte eksperimenter for at bestemme lysets hastighed fra 1877 til hans død i 1931. Han forbedrede Foucaults metode i 1926 ved at bruge forbedrede roterende spejle til at måle den tid, det tog lys at rejse fra Mount Wilson til Mount San Antonio i Californien. Nøjagtige målinger givet en hastighed på 299.796.000 m/s.
Den effektive lyshastighed i forskellige transparente stoffer, der indeholder almindeligt stof, er mindre end i et vakuum. For eksempel er lysets hastighed i vand omkring 3/4 af den i et vakuum. Imidlertid menes opbremsningen af processer i stoffet ikke at opstå fra den faktiske opbremsning af lette partikler, men fra deres absorption og re-emission af ladede partikler i stoffet.
Som et ekstremt eksempel på, at lyset sænker farten, var to uafhængige grupper af fysikere i stand til at "helt standse" lyset ved at føre det gennem et rubidiumbaseret Bose-Einstein-kondensat. Ordet "stop" i disse eksperimenter refererer dog kun til lagret lys i exciterede tilstande af atomer, og derefter genudsendt til en vilkårlig mere sen tid, som stråling stimuleret af den anden laserimpuls. På det tidspunkt, hvor lyset "stoppede", holdt det op med at være lyst.
Lysets optiske egenskaber
Studiet af lys og samspillet mellem lys og stof kaldes optik. Observation og undersøgelse optiske fænomener såsom regnbue og Nordlys tillade os at kaste lys over lysets natur.
Brydning
Et eksempel på lysbrydning. Halmen ser buet ud på grund af lysets brydning, når den kommer ind i væsken fra luften.
Brydning af lys er ændringen i udbredelsesretningen af lys (lysstråler), når den passerer gennem grænsefladen mellem to forskellige transparente medier. Det er beskrevet af Snells lov:
hvor er vinklen mellem strålen og normalen til overfladen i det første medium, er vinklen mellem strålen og normalen til overfladen i andet miljø, og og er brydningsindekserne for henholdsvis det første og det andet medium. Desuden til vakuum og i tilfælde af transparente medier.
Når en lysstråle krydser grænsen mellem et vakuum og et andet medium, eller mellem to forskellige miljøer, ændres lysets bølgelængde, men frekvensen forbliver den samme. Hvis lysstrålen ikke er ortogonal (eller rettere normal) til grænsen, vil ændring af bølgelængden få strålen til at ændre retning. Denne ændring i retning er lysets brydning.
Lysets brydning af linser bruges ofte til at kontrollere lys på en måde, der ændrer sig tilsyneladende størrelse billeder, såsom i forstørrelsesglas, briller, kontaktlinser, mikroskoper og teleskoper.
Kilder til lys
Lys skabes i mange fysiske processer, hvori ladede partikler deltager. Den vigtigste er termisk stråling, som har et kontinuerligt spektrum med et maksimum afhængigt af kildens temperatur. Især solstrålingen er tæt på termisk stråling en absolut sort krop opvarmet til omkring 6000 K, med omkring 40 % solstråling ligger i det synlige område, og den maksimale effektfordeling på tværs af spektret er placeret i nærheden af 550 nm ( grøn farve). Andre processer, der er lyskilder:
- overgange til elektroniske skaller atomer og molekyler fra et niveau til et andet (disse processer giver linje spektrum og inkluderer begge dele spontan emission- i gasudladningslamper, LED'er osv. - og stimuleret emission i lasere);
- processer forbundet med acceleration og deceleration af ladede partikler (synkrotronstråling, cyklotronstråling, bremsstrahlung);
- Cherenkov-stråling, når en ladet partikel bevæger sig med en hastighed, der overstiger lysets fasehastighed i et givet medium;
- forskellige typer luminescens:
- kemiluminescens (i levende organismer kaldes det bioluminescens)
- scintillation
I anvendt videnskab Nøjagtig karakterisering af spektret er vigtig. Særligt vigtigt følgende typer kilder:
- Kilde A
- Kilde B
- Kilde C
- Kilde D 65
Fluorescerende lamper Fås i forskellige lysområder, herunder:
- Hvidt lys lamper (farvetemperatur 3500),
- Koldt hvidt lys (farvetemperatur 4300 K)
Radiometri og lysmålinger
Til en af de vigtigste og mest efterspurgte af videnskab og praksis karakteristika af lys, som enhver anden fysisk genstand, forholde sig energikarakteristika. Måling og undersøgelse af sådanne karakteristika, udtrykt i energifotometriske mængder, er genstand for en gren af fotometri kaldet "optisk strålingsradiometri". Radiometri studerer således lys uden hensyntagen til egenskaberne ved menneskets syn.
På den anden side spiller lys en særlig rolle i menneskelivet og giver ham det meste af den information om verden omkring ham, som er nødvendig for livet. Dette sker på grund af tilstedeværelsen af menneskelige synsorganer - øjne. Dette indebærer behovet for at måle sådanne karakteristika af lys, som man kan bedømme dets evne til at ophidse visuelle fornemmelser. De nævnte karakteristika er udtrykt i lysfotometriske mængder, og deres målinger og undersøgelser er genstand for undersøgelser i et andet afsnit af fotometri - " lysmålinger» .
Lys- og energimængder er relateret til hinanden ved hjælp af den relative spektrale lyseffektivitet af monokromatisk stråling til dagslyssyn, hvilket har betydningen af den relative spektrale følsomhed af det gennemsnitlige menneskelige øje tilpasset dagslyssyn. For monokromatisk stråling med bølgelængde skrives forholdet, der forbinder en vilkårlig lysmængde med dens tilsvarende energimængde, i SI som:
I almindelig sag, når der ikke er pålagt begrænsninger på fordelingen af strålingsenergi over hele spektret, antager dette forhold formen:
Lysmængder hører til klassen af reducerede fotometriske størrelser, som også andre systemer tilhører fotometriske størrelser. Dog kun lette mængder er legaliseret inden for SI-rammen, og kun for dem er særlige måleenheder defineret i SI.
Let tryk
Lys udøver fysisk pres på objekter i dets vej - et fænomen, der ikke kan udledes af Maxwells ligninger, men som let kan forklares i korpuskulær teori, når fotoner kolliderer med en forhindring og overfører deres momentum. Lystrykket er lig med lysstrålens effekt divideret med c, lysets hastighed. På grund af størrelsen af c er effekten af lystryk ubetydelig for hverdagsgenstande. For eksempel producerer en en milliwatt laserpointer et tryk på omkring 3,3 pN. En genstand oplyst på denne måde kunne løftes, selvom det for en 1 penny mønt ville kræve omkring 30 milliarder 1-mW laserpointere. Men på nanometerskalaen er effekten af let tryk mere signifikant, og brugen af let tryk til at styre mekanismer og skifte nanometerafbrydere i integrerede kredsløb er et aktivt forskningsområde.
Historien om teorier om lys i kronologisk rækkefølge
Det antikke Grækenland og Rom
I begyndelsen af det 19. århundrede gav Thomas Youngs eksperimenter med diffraktion overbevisende beviser til fordel for bølgeteorien. Det blev opdaget, at lys er tværgående bølger og er karakteriseret ved polarisering. Jung foreslog det forskellige farver svarer til forskellige bølgelængder. I 1817 skitserede Augustin Fresnel sin bølgeteori om lys i en erindringsbog for Videnskabsakademiet. Efter at teorien om elektromagnetisme blev skabt, blev lys identificeret som elektromagnetiske bølger. Bølgeteoriens sejr blev rystet i slutningen af det 19. århundrede, da Michelson-Morley-eksperimentet ikke opdagede æteren. Bølger kræver et medium, som de kan udbrede sig i, men omhyggeligt designede eksperimenter har ikke bekræftet eksistensen af dette medium. Dette førte til Albert Einsteins skabelse speciel teori relativitet. Naturen af elektromagnetiske bølger viste sig at være mere kompleks end blot udbredelsen af forstyrrelser i stoffet. Max Plancks overvejelse af problemet med termisk ligevægt af et absolut sort legeme med dets stråling førte til fremkomsten af ideen om at udsende lys i portioner - lyskvanter, som blev kaldt fotoner. Einsteins analyse af den fotoelektriske effekt viste, at absorptionen af lysenergi også sker ved kvanter.
Med udvikling kvantemekanik Louis de Broglies idé om bølge-partikel dualitet blev etableret, ifølge hvilken lys skulle have både bølgeegenskaber, som forklarer dens evne til diffraktion og interferens, og korpuskulære egenskaber, som forklarer dens absorption og emission.
Bølge og elektromagnetiske teorier
Lys i speciel relativitet
Kvanteteori
Bølge-partikel dualitet
Kvanteelektrodynamik
Opfattelse af lys ved øjet
Se verdenen vi kan kun fordi lyset eksisterer og mennesket er i stand til at opfatte det. Til gengæld opstår en persons opfattelse af elektromagnetisk stråling i det synlige område af spektret på grund af det faktum, at nethinden i en persons øje indeholder receptorer, der kan reagere på denne stråling.
Nethinden i det menneskelige øje har to typer lysfølsomme celler: stænger og kegler. Pinde har høj følsomhed at lyse og fungere under dårlige lysforhold og derved være ansvarlig for nattesyn. Men den spektrale afhængighed af følsomhed er den samme for alle stænger, så stænger kan ikke give mulighed for at skelne farver. Følgelig er billedet opnået med deres hjælp kun sort og hvidt.
Kegler har en relativt lav lysfølsomhed og giver en mekanisme til dagsyn, der kun virker når høje niveauer belysning På samme tid, i modsætning til stænger, i den menneskelige nethinde er der ikke en, men tre type kegler, der adskiller sig fra hinanden i placeringen af maksima for deres spektrale følsomhedsfordelinger. Som et resultat giver kegler information ikke kun om lysets intensitet, men også om dets spektrale sammensætning. Takket være sådanne oplysninger udvikler en person farvefornemmelser.
Den spektrale sammensætning af lys bestemmer entydigt dets farve opfattet af mennesker. Det omvendte udsagn er imidlertid ikke sandt: den samme farve kan opnås forskellige veje. I tilfælde af monokromatisk lys er situationen forenklet: overensstemmelsen mellem lysets bølgelængde og dets farve bliver en-til-en. Data om sådan overholdelse er vist i tabellen.
Tabel over korrespondance mellem frekvenser af elektromagnetisk stråling og farver
| Farve | Bølgelængdeområde, nm | Frekvensområde, THz | Fotonenergiområde, eV |
|---|---|---|---|
| Violet | 380-440 | 790-680 | 2,82-3,26 |
| Blå | 440-485 | 680-620 | 2,56-2,82 |
| Blå | 485-500 | 620-600 | 2,48-2,56 |
| Grøn | 500-565 | 600-530 | 2,19-2,48 |
| Gul | 565-590 | 530-510 | 2,10-2,19 |
"Og Gud sagde: "Lad der blive lys!" Alle kender disse ord fra Bibelen, og alle forstår: livet uden ham er umuligt. Men hvad er lys i sin natur? Hvad består den af, og hvilke egenskaber har den? Hvad er synligt og usynligt lys? Vi vil tale om disse og nogle andre spørgsmål i artiklen.
Om lysets rolle
De fleste informationer opfattes normalt af en person gennem øjnene. Al den variation af farver og former, der er karakteristiske materielle verden, åbner sig for ham. Og han kan gennem syn kun opfatte det, der reflekterer et bestemt, såkaldt synligt lys. Lyskilder kan være naturlige, såsom solen, eller kunstige, skabt af elektricitet. Takket være sådan belysning blev det muligt at arbejde, slappe af - i et ord, føre en fuld livsstil på ethvert tidspunkt af dagen.
Naturligvis optog et så vigtigt aspekt af livet mange mennesker, der boede i forskellige epoker. Lad os overveje, hvad lys er, under forskellige vinkler synspunkt, altså fra synspunkt forskellige teorier, som er overholdt af eksperter i dag.
Lys: definition (fysik)
Aristoteles, der stillede dette spørgsmål, betragtede lyset bestemt handling, som spredes i miljøet. En filosof fra Det gamle Rom, Lucretius bil. Han var sikker på, at alt, hvad der findes i verden, består af det meste fine partikler- atomer. Og lys har også denne struktur.
I det syttende århundrede dannede disse synspunkter grundlaget for to teorier:
- korpuskulær;
- bølge.
I dag er det kendt, at alle legemer udsender infrarødt lys. Lyskilder udsender infrarøde stråler, har en længere bølgelængde, men er svagere end røde.
Varme er stråling i det infrarøde spektrum, der kommer fra bevægelige molekyler. Jo højere deres hastighed, jo større stråling, og sådan et objekt bliver varmere.
Ultraviolet
Så snart de åbnede infrarød stråling, Wilhelm Ritter, tysk fysiker, begyndte at studere den modsatte side spektrum Bølgelængden her viste sig at være kortere end som så lilla. Han lagde mærke til, hvordan sølvkloridet blev sort bag violet. Og dette skete hurtigere end bølgelængden af synligt lys. Det viste sig, at sådan stråling opstår, når elektronerne på det ydre atomskaller. Glas er i stand til at absorbere ultraviolet stråling, så der blev brugt kvartslinser i undersøgelserne.
Stråling absorberes af menneskers og dyrs hud, såvel som af overdelen plantevæv. Små doser ultraviolet stråling kan have en gavnlig effekt på velvære, styrke immunforsvaret og skabe D-vitamin. Men store doser kan give forbrændinger af huden og skade øjnene, og for store doser kan endda have en kræftfremkaldende effekt.
Anvendelse af ultraviolet
Konklusion
Hvis vi tager det ubetydelige spektrum af synligt lys i betragtning, bliver det klart, at det optiske område er blevet undersøgt meget dårligt af mennesker. En af grundene til denne tilgang er øget interesse mennesker til det, der er synligt for øjet.
Men på grund af dette er forståelsen fortsat lav. Hele kosmos er gennemsyret elektromagnetisk stråling. Oftere end ikke ser folk dem ikke kun, men føler dem heller ikke. Men hvis energien i disse spektre øges, kan de forårsage sygdom og endda blive dødelige.
Når man studerer det usynlige spektrum, bliver nogle, som de kaldes, tydelige mystiske fænomener. For eksempel, kuglelyn. Det sker, at de dukker op som ude af ingenting og pludselig forsvinder. Faktisk udføres overgangen fra det usynlige område til det synlige og tilbage ganske enkelt.
Hvis du bruger forskellige kameraer, når du fotograferer himlen under et tordenvejr, kan du nogle gange fange overgangen af plasmoider, deres udseende i lyn og ændringer, der sker i selve lynene.
Omkring os er en helt ukendt verden, som ser anderledes ud, end vi er vant til at se. Det velkendte udsagn "Indtil jeg ser det med mine egne øjne, vil jeg ikke tro det" har for længst mistet sin relevans. Radio, tv, mobilkommunikation og lignende har længe bevist, at hvis vi ikke ser noget, betyder det slet ikke, at det ikke eksisterer.
Engang, i oldtiden, troede folk, at vores evne til at se skyldtes visse stråler, der kom fra øjnene og så at sige "føler" overfladen af objekter. Uanset hvor sjovt sådan et koncept kan virke i dag, så tænk over det – ved du, hvad lys er? Hvor kommer det fra? Hvordan vi opfatter det og hvorfor forskellige varer har de forskellige farver?
Tænd pæren og læg din hånd i nærheden af den. Du vil mærke varmen, der kommer fra pæren. Derfor er lys stråling. Al stråling bærer energi, men ikke al stråling kan opfattes visuelt. Lad os konkludere, at lys er synlig stråling.
Lysets egenskaber
Det er eksperimentelt fastslået, at lys har elektromagnetisk natur, så vi kan supplere vores definition på følgende måde: Lys er synlig elektromagnetisk stråling.
Lys kan passere igennem gennemsigtige kroppe og stoffer. Derfor trænger solens lys ind til os gennem atmosfæren, selvom lyset brydes. Og når man møder uigennemsigtige genstande, reflekteres lyset fra dem, og vi kan opfatte dette reflekterede lys med øjet, og dermed ser vi.
Noget af lyset absorberes af genstande, og de varmes op. Mørke genstande opvarmer henholdsvis mere end lyse mest af af lys absorberes af dem, og mindre reflekteres. Det er derfor, disse genstande ser mørke ud for os.
Sorte genstande absorberer mest lys. Derfor skal du i sommervarmen ikke have sort tøj på, for du kan få hedeslag. Af samme grund bærer mødre om sommeren altid lyse hatte til deres børn, som opvarmer meget mindre end mørkere hår.
Kilder til lys
De kroppe, som lyset kommer fra, kaldes lyskilder. Der er naturlige og kunstige kilder Sveta. Den mest berømte naturlige lyskilde for absolut alle indbyggere på vores planet er Solen.
Solen er ikke kun en kilde til synligt lys, men også varme, på grund af hvilken liv på Jorden er muligt. Andet naturlige kilder lysene er stjernerne, atmosfæriske fænomener såsom lyn, levende ting såsom ildfluer og så videre.
Takket være mennesket er der også kunstige kilder. Tidligere, for mennesker, var hovedkilden til lys i mørket ild: stearinlys, fakler, gasbrændere og så videre. I dag er de mest almindelige elektriske kilder Sveta. Desuden er de igen opdelt i termiske (glødelamper) og fluorescerende (fluorescerende lamper, gaslyslamper).
Spredning af lys
En anden egenskab ved lys er dets lineære udbredelse. Lys kan ikke bøje sig rundt om forhindringer, så der dannes en skygge bag en uigennemsigtig genstand. Skyggen er ofte ikke helt sort, fordi forskellige reflekterede og spredte lysstråler fra andre objekter falder der.
« Lys” refererer til de kategorier, der virker mest velkendte, forståelige og enkle, men som faktisk viser sig at være de mest komplekse. Gennem hele fysikkens udvikling har ideer om, hvad lys er, gentagne gange ændret sig dramatisk.
I antikke verden Meningerne om lys var meget forskellige. I den newtonske æra i højere grad Geometrisk optik og et korpuskulært syn på lys blev udviklet, selvom bølgebegreber om lys også opstod (Huygens' princip). Med opdagelsen af fænomenerne interferens og diffraktion skiftede prioritet til bølgeteorien om lys, og inden for Maxwells rammer viste det sig, at lys er elektromagnetiske vibrationer(bølger i et elektromagnetisk felt). Inden for rammerne måtte vi dog vende tilbage til korpuskulær begreber om lys, og samtidig dukkede begrebet en foton - et lyskvante - op. Siden da har man troet, at lys har en dobbelt natur - i nogle tilfælde er det bølge, i andre er det korpuskulært.
Feltfysik ændrer markant filosofien for alle disse spørgsmål. For det første adskiller det begrebet, som de grundlæggende (protoner, elektroner osv.) og kroppe, der består af dem tilhører, fra det begreb, som lyset tilhører, som en elektromagnetisk komponent. Lyset er ikke en materiel enhed, det er det oscillerende proces, som kan karakteriseres ved sådanne begreber som frekvens eller , men ikke har eller .
Ifølge denne filosofi adlyder lys ikke love, der gælder for materielle legemer. Især kan de ikke handle på det, den klassiske regel om tilføjelse er ikke anvendelig på det, da lys er en essens af en anden karakter end materielle objekter. Så hvis du kaster en sten fra en båd i bevægelse, vil dens samlede hastighed i forhold til kysten være summen starthastighed sten og bådhastighed. Hvis stenen vil falde ned i vandet, så afhænger hastigheden af udbredelsen af cirkler på vandet ikke af den hastighed, hvormed stenen fløj, da cirklerne på vandet ligesom lys ikke er andet end et materielt legeme. Bølgernes hastighed bestemmes af egenskaberne af det medium, de udbreder sig i, og det afhænger ikke af hastigheden af kilden, der skabte disse bølger (kildens hastighed påvirker bølgernes frekvens, denne effekt kaldes Doppler-effekt). Denne enkle forklaring viser tydeligt, hvorfor den i modsætning til stenens hastighed ikke afhænger af kilden. Det er bare, at loven om addition af hastigheder, gældende for materielle legemer, ikke gælder for lys, som en entitet af en anden karakter.
Ifølge lysets afbøjning er det heller ikke forbundet med virkningen af gravitationskræfter på lyset, da lys som en oscillerende proces ikke har (eller rettere sagt, en gravitationsladning). Denne effekt opstår på grund af en stigning i miljøet nær stor krop og derfor oplever lys en vis brydning, når det passerer gennem et tættere medium. På samme måde får mange effekter forbundet med lys i feltfysikken en helt anden fortolkning og forklaring.