Не толку одамна, во декември 2000 година, светската научна заедница ја прослави стогодишнината од појавата на нова наука– квантна физика и откривање на нова основна физичка константа – Планковата константа.
Заслугата за ова е на извонредниот германски физичар Макс Планк. Овој настан помина практично незабележан. Во меѓувреме, историскиот датум на 14 декември 1900 година, кога Макс Планк првпат го изговори зборот „квант“ на состанокот на Берлинското физичко друштво, ги има сите причини да стане еден од најзначајните настани во историјата на човештвото. Од овој ден започнува одбројувањето на таа кардинална револуција во научна мисла, што сега доведе до квалитативно нови фундаментални научни достигнувања на квантната теорија. Како резултат на тоа, сега е поставена основата за претстојните големи и длабоки промени во сите сфери на општеството што не очекуваат во блиска иднина.
Планк успеал да го реши проблемот со спектралната дистрибуција на светлината што ја емитуваат загреаните тела, проблем кој класичната физика била немоќна да го реши. Планк беше првиот што изнесе хипотеза за квантизацијата на осцилаторната енергија, некомпатибилна со принципите класична физика. Токму оваа хипотеза, која подоцна беше развиена од делата на многу извонредни физичари, даде поттик за процесот на ревидирање и разбивање на старите концепти, што кулминираше со создавањето на квантната физика, која утврди Релевантностнашето истражување.
Целработа - анализира квантната теорија на светлината.
Согласно зацртаните цели, решени се следните главните цели :
Размислете за развојот на идеи за природата на светлината;
Проучете ги квантните својства на светлината: фотоелектричниот ефект и Комптоновиот ефект;
Анализирајте ја квантната теорија на Планк.
Методи на истражување:
Обработка, анализа научни извори;
Анализа на научна литература, учебници и прирачници за проблемот што се проучува.
Предмет на проучување -квантна теорија на светлината
1. Развој на идеи за светлината
Првите идеи за природата на светлината се појавија кај античките Грци и Египќани. Со пронаоѓањето и подобрувањето на различни оптички инструменти(параболични огледала, микроскоп, телескоп) овие идеи се развиле и се трансформирале. ВО крајот на XVIIвек, се појавија две теории за светлината: корпускуларна (И. Њутн) и бранова (Р. Хук и Х. Хајгенс).
Според корпускуларна теорија, светлината е млаз од честички (корпукули) кои се испуштаат од светлечки тела. Њутн верувал дека движењето на светлосните тела ги почитува законите на механиката. Така, одразот на светлината беше сфатен како сличен на одразот на еластична топка од авион. Прекршувањето на светлината беше објаснето со промена на брзината на корпускулите при движење од еден медиум во друг. За случајот на прекршување на светлината на границата вакуум-средна, корпускуларната теорија доведе до следен погледзакон на рефракција:
каде што c е брзината на светлината во вакуум, υ е брзината на ширење на светлината во медиумот. Бидејќи n > 1, од корпускуларната теорија следуваше дека брзината на светлината во медиумот треба да биде поголема од брзината на светлината во вакуум. Њутн, исто така, се обиде да ја објасни појавата на рабовите на интерференцијата со претпоставка за одредена периодичност на светлосни процеси. Така, корпускуларната теорија на Њутн содржела елементи на концепти на бранови.
Теоријата на бранови, за разлика од корпускуларната теорија, ја сметаше светлината како процес на бранови, слично на механичките бранови. Теоријата на брановите се засноваше на принципот на Хајгенс, според кој секоја точка до која стигнува бранот станува центар на секундарните бранови, а обвивката на овие бранови ја дава позицијата на брановиот фронт во следниот момент во времето. Користејќи го принципот на Хајгенс, беа објаснети законите на рефлексија и прекршување. Ориз. 1 дава идеја за конструкциите на Хајгенс за одредување на насоката на ширење на бран прекршен на границата на два проѕирни медиуми.
Ориз. 1. Конструкции на Хајгенс за одредување на насоката на прекршениот бран.
За случајот на прекршување на светлината на границата на вакуум-средината, теоријата на бранови води до следниот заклучок:
Законот за рефракција, изведен од теоријата на бранови, се покажа дека е во конфликт со формулата на Њутн. Теоријата на бранови води до заклучокот: υ< c, тогда как согласно корпускулярной теории υ >в.
Така, да почетокот на XVIIIвекови, постоеле два спротивставени пристапи за објаснување на природата на светлината: корпускуларната теорија на Њутн и теоријата за бранови на Хајгенс. И двете теории го објаснија линеарното ширење на светлината, законите на рефлексија и прекршување. Целиот 18 век стана век на борба меѓу овие теории. Сепак, на почетокот XIX векситуацијата радикално се промени. Корпускуларната теорија беше отфрлена и теоријата на бранови триумфираше. Голема заслугаприпаѓа во ова англиски физичарТ. Јанг и францускиот физичар О. Френел, кој ги проучувал феномените на интерференција и дифракција. Сеопфатно објаснување на овие појави може да се даде само врз основа на теоријата на бранови. Важно експериментална потврдаВалидноста на теоријата на брановите е добиена во 1851 година, кога Џ. Фуко (и независно од него А. Физо) ја измериле брзината на светлината во водата и ја добиле вредноста υ< c.
Иако до средината на 19 век теоријата на брановите беше општо прифатена, прашањето за природата на светлосните бранови остана нерешено.
Во 60-тите години на 19 век, Максвел ги воспоставил општите закони на електромагнетното поле, што го навело до заклучок дека светлината е електромагнетни бранови. Важна потврда на оваа гледна точка беше совпаѓањето на брзината на светлината во вакуум со електродинамичката константа.Електромагнетната природа на светлината беше препознаена по експериментите на Г.Херц (1887–1888) во проучувањето на електромагнетните бранови. На почетокот на 20 век, по експериментите на П. Н. Лебедев за мерење на притисокот на светлината (1901), електромагнетната теорија на светлината се претвори во цврсто утврден факт.
Најважната улога во разјаснувањето на природата на светлината ја одиграа експериментално определувањенеговата брзина. Од крајот на 17 век, беа направени повеќекратни обиди да се измери брзината на светлината. различни методи(астрономски метод на А. Физо, метод на А. Мајкелсон). Современата ласерска технологија овозможува мерење на брзината на светлината со многу висока точностврз основа на независни мерења на брановата должина λ и светлосна фреквенција ν (c = λ · ν). На овој начин е пронајдена вредноста
надминувајќи ги во точност сите претходно добиени вредности за повеќе од два реда на големина.
Светлината игра исклучително важна улогаво нашиот живот. Едно лице добива огромна количина на информации за светот околу него со помош на светлина. Меѓутоа, во оптиката како гранка на физиката, светлината не значи само видлива светлина, туку и соседните широки опсези на спектарот на електромагнетното зрачење - инфрацрвено инфрацрвено и ултравиолетово УВ. Во однос на нејзините физички својства, светлината фундаментално не се разликува од електромагнетното зрачење во други опсези - различни делови од спектарот се разликуваат едни од други само по бранова должина λ и фреквенција ν. Ориз. 2. дава идеја за размерот на електромагнетните бранови.
Ориз. 2. Скала на електромагнетни бранови. Границите помеѓу различни опсези се произволни
За мерење на брановите должини во оптичкиот опсег, се користат единици за должина од 1 нанометар (nm) и 1 микрометар (μm):
1 nm = 10 -9 m = 10 -7 cm = 10 -3 µm.
Видливата светлина зафаќа опсег од приближно 400 nm до 780 nm или 0,40 µm до 0,78 µm.
Електромагнетната теорија на светлината овозможи да се објаснат многу оптички феномени, како што се интерференција, дифракција, поларизација итн. Сепак, оваа теорија не го комплетираше разбирањето на природата на светлината. Веќе на почетокот на 20 век, стана јасно дека оваа теорија е недоволна за интерпретација на феномени во атомски размери кои се јавуваат при интеракцијата на светлината со материјата. За да се објаснат појавите како што се зрачењето на црното тело, фотоелектричниот ефект, Комптоновиот ефект итн., неопходно беше да се воведат квантни концепти
2. Квантни својства на светлината: фотоелектричен ефект. Комптон ефект
Фотоелектричниот ефект е откриен во 1887 година германски физичарГ. Херц и во 1888–1890 година експериментално ги проучувал А. Г. Столетов. Повеќето целосно истражувањеФеноменот на фотоелектричниот ефект беше спроведен од Ф. Ленард во 1900 година. надворешен фотоелектричен ефект) се состои од исфрлање на електрони од супстанција под влијание на светлина што влегува на неа.
Шема експериментално поставувањеза проучување на фотоелектричниот ефект е прикажано на сл. 3.
Ориз. 3. Дијаграм на експерименталната поставеност за проучување на фотоелектричниот ефект
Експериментите користеле стаклено вакуумско шише со две метални електроди, чија површина била темелно исчистена. На електродите се применуваше одреден напон U, чиј поларитет можеше да се промени со помош на двоен прекинувач. Една од електродите (катодата К) беше осветлена преку кварцен прозорец со монохроматско светло со одредена бранова должина λ, а при постојан светлосен флукс беше измерена зависноста на јачината на фотострујата I од применетиот напон. На сл. Слика 4 покажува типични криви на таква зависност, добиени при две вредности на интензитет прозрачен флукс, инцидент на катодата.
Ориз. 4. Зависност на јачината на фотострујата од применетиот напон. Кривата 2 одговара на поголем интензитет на светлина. In1 и In2 се заситени струи, Uз е потенцијалот за блокирање.
Кривите покажуваат дека при доволно големи позитивни напони на анодата А, фотострујата достигнува сатурација, бидејќи сите електрони исфрлени од катодата со светлина стигнуваат до анодата. Внимателните мерења покажаа дека струјата на заситување In е директно пропорционална со интензитетот на упадната светлина. Кога напонот на анодата е негативен, електричното поле помеѓу катодата и анодата ги инхибира електроните. Само тие електрони можат да стигнат до анодата кинетичка енергијашто надминува |eU|. Ако напонот на анодата е помал од –Uз, фотострујата престанува. Со мерење на Uz, можете да ја одредите максималната кинетичка енергија на фотоелектроните:
На изненадување на научниците, вредноста на Uz се покажа дека е независна од интензитетот на ударниот светлосен флукс. Внимателните мерења покажаа дека потенцијалот за блокирање се зголемува линеарно со зголемување на фреквенцијата ν на светлината (сл. 5).
Ориз. 5. Зависност на блокирачкиот потенцијал Uз од фреквенцијата ν на упадното светло.
Бројни експериментатори ги воспоставија следните основни принципи на фотоелектричниот ефект:
4) Фотоелектричниот ефект е практично без инерција, фотострујата се појавува веднаш по почетокот на осветлувањето на катодата, под услов фреквенцијата на светлина ν > νmin.
Сите овие закони на фотоелектричниот ефект фундаментално се спротивставија на идеите на класичната физика за интеракцијата на светлината со материјата. Според концептите на брановите, електронот во интеракција со електромагнетниот светлосен бран постепено би акумулирал енергија и би било потребно значително време, во зависност од интензитетот на светлината, за електронот да акумулира доволно енергија за да полета надвор од катодата. Како што покажуваат пресметките, ова време треба да се пресмета во минути или часови. Сепак, искуството покажува дека фотоелектроните се појавуваат веднаш по почетокот на осветлувањето на катодата. Во овој модел исто така беше невозможно да се разбере постоењето на црвената граница на фотоелектричниот ефект. Теоријата за бранови на светлината не можеше да ја објасни независноста на енергијата на фотоелектроните од интензитетот на светлосниот флукс, пропорционалноста на максималната кинетичка енергија на фреквенцијата на светлината.
Така, електромагнетната теорија на светлината не беше во можност да ги објасни овие обрасци.
Решението го нашол А. Ајнштајн во 1905 година. Ајнштајн даде теоретско објаснување на набљудуваните закони на фотоелектричниот ефект врз основа на хипотезата на М. Планк дека светлината се емитува и се апсорбира во одредени делови, а енергијата на секој таков дел е определено со формулата E = hν, каде што h е константа направена од Планк Ајнштајн следен чекорво развојот на квантните концепти. Тој дошол до заклучок дека светлината има и наизменична, дискретна структура. Електромагнетен брансе состои од посебни делови - кванти, подоцна наречени фотони. Кога е во интеракција со материјата, фотонот целосно ја пренесува целата своја енергија hν на еден електрон. Електронот може да дисипира дел од оваа енергија при судири со атомите на материјата. Покрај тоа, дел од енергијата на електроните се троши на совладување потенцијална бариерана интерфејсот метал-вакуум. За да го направите ова, електронот мора да изврши работна функција А, која зависи од својствата на катодниот материјал. Максималната кинетичка енергија што може да ја има фотоелектронот емитиран од катодата е одредена со законот за зачувување на енергијата:
Оваа формула обично се нарекува Ајнштајнова равенка за фотоелектричниот ефект.
Користејќи ја Ајнштајновата равенка, може да се објаснат сите закони на надворешниот фотоелектричен ефект. Од Ајнштајновата равенка следува линеарна зависностмаксимална кинетичка енергија на фреквенција и независност од интензитетот на светлината, постоењето на црвена граница, фотоелектричниот ефект без инерција. Вкупен бројфотоелектрони кои ја напуштаат површината на катодата за 1 s мора да бидат пропорционални со бројот на фотони кои се спуштаат на површината во исто време. Од ова произлегува дека струјата на заситување мора да биде директно пропорционална на интензитетот на светлосниот флукс.
Како што следува од равенката на Ајнштајн, тангентата на аголот на наклонетост на правата линија што ја изразува зависноста на блокирачкиот потенцијал Uз од фреквенцијата ν (сл. 5), еднаков на односотПланкова константа h на електронски полнеж e:
Ова ни овозможува експериментално да ја одредиме вредноста на Планковата константа. Ваквите мерења беа направени од Р. Миликан (1914) и дадоа добра согласност со вредноста пронајдена од Планк. Овие мерења исто така овозможија да се одреди работната функција на излезот А:
каде што c е брзината на светлината, λcr е брановата должина што одговара на црвената граница на фотоелектричниот ефект. За повеќето метали, работната функција А е неколку електронволти (1 eV = 1,602·10-19 J). ВО квантна физикаелектрон волт често се користи како енергетска единицамерења. Вредноста на Планковата константа, изразена во електрон волти во секунда, е
h = 4,136·10 –15 eV·s
Меѓу металите најмал обем на работаалкалните метали имаат приноси. На пример, за натриум A = 1,9 eV, што одговара на црвената граница на фотоелектричниот ефект λcr ≈ 680 nm. Затоа врски алкални металисе користи за создавање катоди во фотоелементи дизајнирани да детектираат видлива светлина.
Значи, законите на фотоелектричниот ефект покажуваат дека светлината, кога се емитува и апсорбира, се однесува како прилив на честички наречени фотони или светлосни кванти.
Енергијата на фотонот е
Фотон се движи во вакуум со брзина c. Фотонот нема маса, m = 0. Од општата релација на специјалната теорија на релативноста, поврзувајќи ја енергијата, импулсот и масата на која било честичка,
E 2 = m 2 c 4 + p 2 c 2,
следува дека фотонот има импулс
Така, доктрината за светлината, откако ја заврши револуцијата која траеше два века, повторно се врати на идеите за светлосни честички - корпускули.
Но, ова не беше механичко враќање на корпускуларната теорија на Њутн. На почетокот на 20 век, стана јасно дека светлината има двојна природа. Кога светлината се шири, се појавуваат нејзините бранови својства (интерференција, дифракција, поларизација), а кога таа е во интеракција со материјата, се појавуваат нејзините корпускуларни својства (фотоелектричен ефект). Оваа двојна природа на светлината се нарекува двојност бран-честичка. Подоцна двојната природа била откриена кај електроните и други елементарни честички. Класичната физика не може да обезбеди визуелен модел на комбинација на бранови и корпускуларни својствакај микрообјекти. Движењето на микрообјектите не е регулирано со закони класична механикаЊутн и законите на квантната механика. Теоријата за зрачење на црно тело развиена од М. Планк и Ајнштајновата квантна теорија за фотоелектричниот ефект лежи во основата на оваа модерна наука.
Комптон ефект
Концептот на фотони, предложен од А. Ајнштајн во 1905 година за да го објасни фотоелектричниот ефект, доби експериментална потврда во експериментите американски физичарА. Комптон (1922). Комптон го проучувал еластичното расејување на кратка бранова должина рендгенско зрачењена слободни (или слабо врзани за атомите) електрони на супстанцијата. Ефектот што тој го откри за зголемување на брановата должина на расеаното зрачење, подоцна наречен Комптонов ефект, не се вклопува во рамката на теоријата на брановите, според која брановата должина на зрачењето не треба да се менува за време на расејувањето. Според теоријата на бранови, електрон, под влијание на периодично поле на светлосниот бран, врши принудни осцилации на фреквенцијата на бранот и затоа емитира расфрлани бранови со иста фреквенција.
Колото Комптон е прикажано на сл. 6. Монохроматското рендгенско зрачење со бранова должина λ0, кое произлегува од рендгенската цевка R, минува низ оловните дијафрагми и во вид на тесен зрак се насочува кон целната супстанција P (графит, алуминиум) што се расфрла. Радијацијата расеана под одреден агол θ се анализира со помош на спектрограф х-зраци S, во која улогата дифракциона решеткасвири K кристал поставен на грамофон. Искуството покажа дека во расеаното зрачење има зголемување на брановата должина Δλ, во зависност од аголот на расејување θ:
Δλ = λ - λ 0 = 2Λ sin 2 θ / 2,
каде Λ = 2,43·10–3 nm е таканаречената Комптонова бранова должина, независно од својствата на супстанцијата која расејува. Во расеано зрачење, заедно со спектрална линијасо бранова должина λ се забележува непоместена линија со бранова должина λ0. Односот на интензитетите на поместените и непоместените линии зависи од видот на расејувачката супстанција.
Сл.6. Дизајн на експеримент на Комптон
Слика 7 покажува криви на дистрибуција на интензитет во спектарот на зрачење расеани под одредени агли.
Ориз. 7. Спектри на расеано зрачење
Објаснување на Комптоновиот ефект беше дадено во 1923 година од А. Комптон и П. Деби (независно) врз основа на квантните концепти за природата на зрачењето. Ако претпоставиме дека зрачењето е поток од фотони, тогаш Комптоновиот ефект е резултат на еластични судири на фотоните на Х-зраците со слободните електрони на материјата. Во лесните атоми на супстанциите што се расејуваат, електроните се слабо врзани за атомските јадра, така што може да се сметаат за слободни. За време на судирот, фотонот пренесува дел од својата енергија и импулс на електронот во согласност со законите за зачувување.
Ајде да размислиме еластичен судирдве честички - инцидентен фотон со енергија E0 = hν0 и моментум p0 = hν0 / c, s електрон во мирување, чија енергија на мирување е еднаква на Фотон, во судир со електрон, го менува правецот на движење (дисипира). Моментумот на фотонот по расејувањето станува еднаков на p = hν / c, а неговата енергија E = hν< E0. Уменьшение энергии фотона означает увеличение длины волны. Энергия электрона после столкновения в соответствии с релятивистской формулой (см. § 7.5) становится равной 
каде pe е стекнатиот импулс на електронот. Законот за зачувување е напишан во форма
Закон за зачувување на моментумот
може да се препише во скаларна форма, ако ја користите косинусната теорема (види дијаграм на импулси, Сл. 8):
Ориз. 8.Импулсен дијаграм за еластично расејување на фотон од неподвижен електрон.
Од две релации кои ги изразуваат законите за зачувување на енергијата и моментумот, по едноставни трансформации и елиминирање на вредноста на pe, може да се добие
mc 2 (ν 0 – ν) = hν 0 ν(1 – cos θ).
Преминот од фреквенции кон бранови должини доведува до израз кој се совпаѓа со формулата на Комптон добиена од експериментот:
Така, теоретската пресметка извршена врз основа на квантните концепти даде сеопфатно објаснување за Комптоновиот ефект и овозможи да се изрази Комптоновата бранова должина Λ во однос на основните константи h, c и m:
Како што покажува искуството, кај расеаното зрачење, заедно со поместената линија со бранова должина λ, се забележува и непоместена линија со оригиналната бранова должина λ0. Ова се објаснува со интеракцијата на некои фотони со електрони кои се силно врзани за атомите. Во овој случај, фотонот разменува енергија и импулс со атомот како целина. Поради голема масана атомот, во споредба со масата на електронот, само незначителен дел од енергијата на фотонот се пренесува на атомот, затоа брановата должина λ на расеаното зрачење практично не се разликува од брановата должина λ0 на упадното зрачење.
3. Квантна теоријаПланк
Планк дошол до заклучок дека процесите на зрачење и апсорпција на електромагнетна енергија од загреаното тело не се случуваат континуирано, како што класичната физика прифатила, туку во конечни делови - кванти. Квантот е минималниот дел од енергијата што се емитува или апсорбира од телото. Според теоријата на Планк, енергијата на квантот Е е директно пропорционална со фреквенцијата на светлината:
каде што h е таканаречената Планкова константа, еднаква на h = 6,626·10–34 J·s. Планковата константа е универзална константа која ја игра истата улога во квантната физика како брзината на светлината во STR.
Врз основа на хипотезата за интермитентна природа на процесите на емисија и апсорпција на електромагнетното зрачење од телата, Планк добил формула за спектрална осветленостапсолутно црно тело. Удобно е да се напише Планковата формула во форма што ја изразува распределбата на енергијата во спектарот на зрачење на црно тело преку фреквенции ν, а не над бранови должини λ.
Овде c е брзината на светлината, h е Планковата константа, k е Болцманова константа, Т – апсолутна температура.
Решението на проблемот со зрачењето на црното тело го означи почетокот на новата ера во физиката. Не беше лесно да се помири со напуштањето на класичните концепти, а самиот Планк, откако направи големо откритие, помина неколку години неуспешно обидувајќи се да ја разбере квантизацијата на енергијата од позицијата на класичната физика.
ЗАКЛУЧОК
Така, првите идеи за природата на светлината се појавија кај античките Грци и Египќани. Како што беа измислени и усовршени различни оптички инструменти, овие идеи се развиваа и трансформираа. На крајот на 17 век, се појавија две теории за светлината: корпускуларната теорија на I. Newton и теоријата на бранови на R. Hooke и H. Huygens.
Фотоелектричниот ефект бил откриен во 1887 година од германскиот физичар Г. Херц и експериментално го проучувал А. Г. Столетов во 1888-1890 година. Најцелосното проучување на феноменот на фотоелектричниот ефект беше спроведено од Ф. Ленард во 1900 година. исфрлање на електрони од супстанција под влијание на светлина што влегува на неа.
Како резултат на тоа, бројни експериментатори ги воспоставија следните основни принципи на фотоелектричниот ефект:
1) Максималната кинетичка енергија на фотоелектроните се зголемува линеарно со зголемување на светлосната фреквенција ν и не зависи од нејзиниот интензитет.
2) За секоја супстанција постои таканаречена црвена граница на фотоелектричниот ефект, т.е. најниската фреквенција νmin на која надворешниот фотоелектричен ефект сè уште е можен.
3) Бројот на фотоелектрони емитирани од светлината од катодата во 1 s е директно пропорционален на интензитетот на светлината.
4) Фотоелектричниот ефект е практично без инерција, фотострујата се појавува веднаш по почетокот на осветлувањето на катодата, под услов фреквенцијата на светлина ν > νmin.
Концептот на фотони, предложен од А. Ајнштајн во 1905 година за да го објасни фотоелектричниот ефект, добил експериментална потврда во експериментите на американскиот физичар А. Комптон (1922). Комптон го проучувал еластичното расејување на рендгенските зраци со кратки бранови на слободни (или слабо врзани за атомите) електрони на материјата. Ефектот што тој го откри за зголемување на брановата должина на расеаното зрачење, подоцна наречен Комптонов ефект, не се вклопува во рамката на теоријата на брановите, според која брановата должина на зрачењето не треба да се менува за време на расејувањето.
Во 1900 година, Планк изнесе хипотеза за квантизацијата на емитираната енергија.
Формулата на Планк добро ја опишува спектралната дистрибуција на зрачењето на црното тело на која било фреквенција. Одлично е во согласност со експерименталните податоци.
Идејата за квантизација е една од најголемите идеи во физиката. Се покажа дека многу количини кои се сметаа за континуирани имаат дискретна серија на вредности. Врз основа на оваа идеја, се појави квантна механика, опишувајќи ги законите на однесување на микрочестичките
СПИСОК НА КОРИСТЕНИ РЕФЕРЕНЦИ
1. Гусеиханов, М.К. Концепти модерна природна наука: - М.: Дашков и К, 2005. - 692 стр.
2. Дубнишева, Т.Ја. Концепти на модерната природна наука. Основен курс по прашања и одговори: Проц. прирачник за универзитети / T.Ya. Дубнишева. - Новосибирск: Сибирски Унив. издавачка куќа, 2003. - 407 стр.
3. Поими на современи природни науки: учебник. за универзитети / Ед. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова - 3. изд., ревидирана. и дополнителни - М.: ЕДИНСТВО-ДАНА, 2003. - 317 стр.
4. Лебедев С.А. Концепти на модерната природна наука. - М.: 2007 година
5. Покровски, А.К. Поими на современи природни науки: Учебник. за универзитети / А.К. Покровски, Л.Б. Миротин; Изменето од Л.Б. Миротина. - М.: Испит, 2005. - 480 с.
6. Ружавин, Г.И. Поими на современи природни науки: Учебник. за универзитети / Г.И. Ружавин. - М.: Единство, 2005. - 287 стр.
7. Суханов А.Д., Голубева О.Н. Концепти на модерната природна наука. М., 2004 година
8. Торосјан, В.Г. Поими на современи природни науки: учебник. прирачник за универзитети / В.Г. Торосјан. - М.: Повисоко. училиште, 2003. - 208 стр.
Поими на современи природни науки: учебник. за универзитети / Ед. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова - 3. изд., ревидирана. и дополнителни - М.: ЕДИНСТВО-ДАНА, 2003. - 317 стр.
Ружавин, Г.И. Поими на современи природни науки: Учебник. за универзитети / Г.И. Ружавин. - М.: Единство, 2005. - 287 стр.
Дубнишева, Т.Ја. Концепти на модерната природна наука. Основен курс по прашања и одговори: Проц. прирачник за универзитети / T.Ya. Дубнишева. - Новосибирск: Сибирски Унив. издавачка куќа, 2003. - 407 стр.
Лебедев С.А. Концепти на модерната природна наука. - М.: 2007 година
Гусеиханов, М.К. Поими на модерната природна наука: - М.: Дашков и К, 2005. - 692 стр.
Суханов А.Д., Голубева О.Н. Концепти на модерната природна наука. М., 2004 година
Торосјан, В.Г. Поими на современи природни науки: учебник. прирачник за универзитети / В.Г. Торосјан. - М.: Повисоко. училиште, 2003. - 208 стр.
Осветлете го вашето научно знаење со нашите забавни лесни факти за деца. Уживајте во забавните ситници поврзани со брзината на светлината, оптиката, сончева светлина, ултравиолетова светлина и инфрацрвена светлина. Разберете како функционира електромагнетното зрачење и откријте многу фасцинантни својства на светлината.
Во физиката, светлината се однесува на електромагнетното зрачење. Светлината за која обично зборуваме Секојдневниот живот, се однесува на видлив спектар(Делови електромагнетен спектаршто човечкото око може да го види).
Другите животни можат да видат делови од спектарот што луѓето не можат. На пример, голем број наинсектите можат да видат ултравиолетова (УВ) светлина.
Ултравиолетовата светлина може да се користи за прикажување работи што човечкото око не може да ги види, што е корисно за форензичарите.
Брановата должина на инфрацрвената светлина е премногу долга за да биде видлива за човечкото око.
Научниците ги проучуваат својствата и однесувањето на светлината во гранката на физиката позната како оптика.
Исак Њутн забележал дека тенок зрак на сончева светлина што удира во стаклена призма под агол создава лента од видливи бои вклучувајќи црвена, портокалова, жолта, зелена, сина, индиго и виолетова (ROYGBIV). Ова се случи затоа што различни боипомине низ стакло (и други медиуми) со со различни брзини, предизвикувајќи ги да се прекршуваат под различни аглии одделени еден од друг.
Светлината патува многу, многу брзо. Брзината на светлината во вакуум (регион без материја) е околу 186.000 милји во секунда (300.000 километри во секунда).
Светлината патува побавно со различни срединикако стакло, вода и воздух. На овие медиуми им е даден индекс на рефракција за да се опише колку го забавуваат движењето на светлината. Стаклото има индекс на прекршување од 1,5, што значи дека светлата минуваат низ него со околу 124.000 милји во секунда (200.000 километри во секунда). Индексот на рефракција на водата е 1,3, а индексот на рефракција на воздухот е 1,0003, што значи дека воздухот само малку ја забавува светлината.
На светлината и се потребни 1.255 секунди за да патува од Земјата до Месечината.
Сончевата светлина може да достигне длабочини од околу 80 метри (262 стапки) во океанот.
Една од многуте работи на кои работел италијанскиот научник Галилео Галилеј биле телескопите, произведувајќи телескопи со 30x зголемување во некои од неговите подоцнежни дела. Овие телескопи му помогнаа да открие четири најголемите месечини, орбитирајќи околу Јупитер (подоцна наречени сателити на Галилео).
Фотосинтезата е процес кој вклучува растенијата да користат енергија од сончевата светлина за да го претворат јаглерод диоксидот во храна.
Генерални информацииза светлината.
Светлината е електромагнетна енергија, која по интеракција со околината навлегува во окото, каде што како резултат на хемиски и физички реакцииелектричните импулси се генерираат и перципираат од мозокот.
Преку искуството, нашиот мозок учи да ги идентификува и препознава многуте слики и отпечатоци што светлината ги создава за реалноста околу нас. Бебето го зема предметот, го гледа за момент, а потоа го става во устата. Неговиот јазик е одличен сензор и може да го одреди обликот и изгледот на површината на објектот на речиси ист начин како окото, а понекогаш и подобро. Детето учи да го поврзе она што го гледа со формата што му ја опишал јазикот. Со текот на времето, детето учи дека истиот предмет може да изгледа различно во зависност од тоа како го држи, иако сепак е истиот предмет. Ова е очигледно, може да помислите, но откриено е дека луѓето кои се слепи од раѓање и чиј вид е обновен од медицината, многу е тешко да го разберат горенаведеното. Исто така, тешко им е да го сфатат значењето на сенката и одразот, чија суштина видливите луѓе ја знаат уште од раѓање. И само затоа што можете да видите не значи дека можете да го разберете она што го гледате.
Ова е разликата помеѓу податоци и информации. Податоците се светлосна слика формирана на мрежницата на окото. Информациите се толкување на оваа слика од нашиот мозок.
Кога креирате каква било слика, се обидувате да формирате слика на светлина на мрежницата на таков начин што мозокот ќе ја толкува како објект што ја прикажува оваа слика. Тренираниот мозок може да извлече огромна количина на информации од сликата. Благодарение на ова, во нашите глави можеме да добиеме целосна тродимензионална претстава на сцената прикажана во дводимензионална слика. За да го добие ова, нашиот мозок го анализира редоследот по кој светлината комуницира со сцената (збир на предмети прикажани на сликата) и, врз основа на оваа анализа на податоци, ни ја дава конечната тродимензионална претстава на сцената.
Разновидноста на моделите на осветлување што се користат во компјутерската слика е обид да се зголеми количината на информации што мозокот може да ги извлече. Кога вие, како програмер, пишувате парчиња графички код, не треба да мислите: „Јас пишувам рутина за засенчување Phong“, туку наместо тоа, треба да мислите: „Јас користам визуелен трик за да го наведам мозокот да толкувајте го правилно“.
Човечкиот мозок може да извлече и интерпретира 4 информативен ресурсод видливиот поток на податоци.
Ова е изгледот на објектот (субјектот) во сцената, неговите видливи граници и рабови. Човечкото око има способност да ја подобри јасноста на согледаната слика, што овозможува посигурно препознавање на рабовите на предметите; (Вреди да се спомене дека многу компјутерски програми за обработка на слики користат алгоритми за да создадат подобрувања на јасност слични на оние што ги произведува човечкото око.)
2) Нијанси
Определување и сенки. Тон и структура на површините.
Човечкото око може да открие три бои - црвена, зелена и сина.
4) Движење.
Човечкиот мозок е особено чувствителен на движењето на предметите. Совршено „камуфлирано“ животно ќе биде веднаш откриено ако се движи. Многу често, ако сте го изгубиле курсорот на екранот на мониторот, Најдобриот начиннајдете го - поместете го глувчето.
Посебни делови од мозокот се одговорни за обработка на овие четири информациски ресурси. Ова е постојано докажано во случаи на анализа на трауматски повреди на мозокот кои ги претрпеле луѓето. Штом човек е повреден и го загуби делот од мозокот одговорен за некој од горенаведените ресурси, тој веднаш ја губи способноста да ја согледа оваа информација. На пример, во еден случај, една жена ја изгубила способноста да го почувствува движењето. Таа можеше да гледа исто како и сите други, освен способноста за чувствително детектирање на движењето на предметите. На пример, таа можеше да види автомобили на патот, но никогаш не можеше на прв поглед да каже дали се движат или не.
Способноста за перцепција ја зема здраво за готово. Општо е прифатено дека ако гледате, тогаш можете да ги одредите обликот, сенката, бојата и движењето. Но, тоа не е секогаш случај.
Подеднакво важни се информациите што мозокот ги додава или отстранува за време на анализата. Кога размислуваме, се занимаваме со огромни количини на информации. Би било едноставно невозможно да се анализираат и запомнат сите информации до најмалите детали. Да, ова не е потребно. Повеќето информации (податоци) кои ни доаѓаат преку видот немаат никаква вредност. Мозокот автоматски го филтрира ова „ѓубре“, овозможувајќи ни да се концентрираме на повеќе значајни информации. Уште поважно, мозокот ги додава и информациите што недостасуваат. Човечка визијаима „мртви зони“, но, сепак, тоа не го забележуваме, бидејќи празнините секогаш ќе се пополнуваат со соодветни информации. Нашиот мозок простува многу.
За програмерот тоа значи дека нема потреба да ја црта сликата со прецизност до најмалите детали. Повеќето од овие детали едноставно ќе бидат игнорирани и „пополнети“ со нешто друго. Вашата слика може многу да се поедностави. На пример, во филмот „Враќањето на џедаите“ од познатиот „ Војна на ѕвездите„Еден од вселенските бродови во вселената е обичен чевел. Но, никој не го забележал ова, бидејќи очекувале да видат вселенски брод, а на тоа место навистина имало објект што наликувал на него во својата форма, така што сите го виделе токму вселенскиот брод.
Можете дополнително да ја поедноставите вашата конечна слика ако сцената е во движење. Паузирајте го видеорекордерот и погледнете во мирна слика, изгледа лошо, но не го забележуваме кога е во движење.
Целта на графичкиот програмер во реално време е да обезбеди рутини за приближување при рендерирање на код што го подобрува реализмот и прецизно ја пренесува атмосферата и духот на светот што го создавате. Оставете го мозокот да го направи останатото. Целта на фотореалистичниот графички програмер е да се обиде да ја симулира интеракцијата на светлината со предметите во сцената толку прецизно што ќе може да го издржи ригорозниот преглед на човечкиот мозок.
Исто така, треба да земете во предвид две карактеристики на окото:
1) Окото се прилагодува на „просечната“ осветленост на сцената; затоа, областа со постојана осветленост изгледа посветла или полесна на темна позадина отколку на светла.
2) Друга важна особина: границите на областите со постојана осветленост изгледаат посветли.
Овој ефект предизвикува падот на осветленоста да биде премногу остар на граничните рабови, каде што осветленоста се менува помеѓу соседните рамнини. Овој феномен се нарекува Мах бенд ефект.
На сл. ги прикажува вистинските и привидните промени во осветленоста долж површината предизвикани од буквално инхибицијарецептори за очи.
Кога реагираат на светлина, рецепторите на окото се под влијание на соседните рецептори.
Рецепторите лоцирани на границата на разликата во осветленоста на неговата посветла страна се предмет на посилна стимулација од оние што се наоѓаат подалеку од границата. Тоа се објаснува со тоа што тие< затормаживаются своими соседями с более темна страна. Спротивно на тоа, рецепторите лоцирани на потемната страна на границата се помалку погодени од оние подалеку од границата. Причината е што тие се предмет на посилна инхибиција од соседите на светлата страна на границата.
Мах бенд ефектот се меша со способноста на окото да создаде мазна слика на сцената. Со зголемување на бројот на полигонални лица, може да се ослабне, но не може целосно да се уништи.
Модел на осветлување.
Инцидентот на светлосната енергија на површината може да биде:
¾ се апсорбираат (претворени во топлина);
¾ рефлектирано;
¾ недостасува.
Предмет може да се види ако рефлектира или пренесува светлина. Ако некој предмет ја апсорбира целата упадна светлина, тогаш тој е невидлив и се нарекува црно тело. Количината на апсорбирана, рефлектирана или пренесена енергија зависи од брановата должина на светлината. Ако се апсорбираат само одредени бранови должини, тогаш се менува енергетската дистрибуција на светлината што излегува од објектот и објектот се појавува обоен. зелена треварефлектира зелено светло, а остатокот го апсорбира.
Карактеристиките на рефлектираната светлина зависат од:
¾ тип на извор на светлина;
¾ од неговата ориентација;
¾ својства на површината.
Својства на објектот
Рефлектирачките својства на предметите се опишани со коефициенти на рефлексија, коефициент на осветленост и индикатор на рефлексија.
Основата за класификација на објектите според природата на рефлексијата на упадната светлина е просторната распределба на рефлектираната светлина. Структурата на површината на објектот има одлучувачко влијание врз природата на дистрибуцијата.
4 типа на површини:
1. Ортотропни површинирамномерно (дифузно) рефлектираат упадната светлина во сите правци. Тие се нарекуваат дифузни (ламбертијан). Овие површини доминираат меѓу природните и вештачките предмети - песок, лабав снег, сув асфалт, земја. Карактеристична карактеристика– независност на осветленоста од позицијата на набљудувачот.
2. Огледални површинија рефлектира упадната светлина претежно под агол, еднаков на аголотпаѓа. Тие вклучуваат чисти стаклени површини, пластика, метални површини, мраз, суви камења и површини на базени со вода. Кога се применува на вистински предмети, терминот „ огледална површина” ја означува насочената природа на рефлексијата на ударната светлина, но не значи дека рефлексијата се јавува во целосна согласност со законите геометриска оптика. За вистински спекуларни рефлексии, аголот на рефлексија = аголот на инциденца (идеално рефлектирачките површини се огледало). Во овој случај, упадната светлина се расфрла под одреден цврст агол во однос на насоката макс.
3. Рефлектирачки површинија рефлектираат светлината претежно кон изворот. Тие се нарекуваат јами, анти-огледало, рефлектирачки. Овој одраз е типичен за култури, ливади и друга вегетација.
4. Мешан одраз. Ваквите површини се карактеризираат со присуство на 2 или 3 типа на рефлексија. Во општ случај, може да се разликуваат дифузни, спекуларни и инверзни компоненти, а индикаторот има 2 макс. Овој одраз е забележан во оризовите полиња, ливадите покриени со раса и други слични предмети.
Како што се зголемува висината на грубоста, спекуларната компонента се намалува и рефлексијата има тенденција да биде дифузна. Понекогаш преовладува дифузна рефлексија за предмети со мазни површини (млечно стакло). Во овој случај повеќетоУпадната светлина продира во површинскиот слој и се расфрла со маса од мали нехомогености (дифузно зрачење од внатрешните региони на објектот).
Рефлексија дифузна
Рефлексијата од објект може да биде дифузна или спекуларна. Со дифузна рефлексија, светлината се чини дека продира под површината на објектот, се апсорбира и повторно се емитува. Позицијата на набљудувачот не е важна, бидејќи дифузно рефлектираната светлина се расфрла рамномерно во сите правци. Спекуларна рефлексија се јавува од надворешната површина на објектот. Со дифузна рефлексија, површините имаат иста осветленост без оглед на аголот на гледање.
Светлина точка изворрефлектирано од површината според законот на Ламберт:
Интензитетот на рефлектираната светлина.
Интензитетот на точниот извор.
Коефициент на дифузна рефлексија.
Аголот помеѓу насоката на светлината и нормалата на површината.
Предметите осветлени од еден точкест извор на светлина се појавуваат во контраст (предмет во темна просторија со блиц). Нема дифузна светлина, како во реална ситуација, кога светлината што се рефлектира од околината, на пример, од ѕидовите на просторијата или други предмети, исто така паѓа врз предмети.
Затоа, го воведуваме коефициентот на расејување (конст):
Одразен интензитет на светлина;
Коефициент на дифузна рефлексија на расфрлана светлина.
Ако има 2 објекти, идентично ориентирани во однос на изворот, но лоцирани на различни растојанија, тогаш нивниот интензитет () според оваа формула ќе биде ист. Но, д.б. обратно пропорционално на растојанието до објектот.
Тогаш моделот на осветлување ќе ја добие формата:
Растојание до објект од точка извор;
Произволна конст.
Ако точката на набљудување се претпоставува дека е на , тогаш таа се одредува според положбата на објектот најблиску до точката на набљудување.
За обоени површини, моделот на осветлување се применува на секоја од 3-те основни бои.
Одраз на огледалото
Што значи терминот „совршено огледало“? Ќе претпоставиме дека таквото огледало има совршено мазна полирана површина, така што еден рефлектиран зрак одговара само на еден упаден зрак. Огледалото може да се затемни, односно да впие дел од светлосната енергија, но правилото сепак останува: еден зрак е склопен, еден се рефлектира. Може да се земе предвид и „несовршено огледало“. Ова ќе значи дека површината е нерамна. Еден упаден зрак генерира неколку рефлектирани зраци, формирајќи конус, можеби асиметричен, со оска долж линијата на упадниот зрак на идеално огледало. Конусот одговара на одреден закон за дистрибуција на интензитет, од кои наједноставниот е опишан со моделот Phong - косинус на аголот подигнат до одредена моќност.
Спекуларна рефлексија може да се добие од која било сјајна површина. Ајде да осветлиме силна светлинајаболко - нагласувањето на светлината ќе биде резултат на спекуларна рефлексија, а светлината што се рефлектира од остатокот од јаболкото ќе биде дифузна. На местото на светлиот сјај, јаболкото се појавува не црвено, туку бело, т.е. обоени во бојата на ударното светло. Бидејќи Спекуларно рефлектираната светлина е фокусирана по должината на векторот на рефлексија, нагласувањата исто така се менуваат кога набљудувачот се движи.
Фонг беше првиот што предложи да се земе предвид спекуларната рефлексија во моделот на осветлување. Овие отсјај значително го зголемуваат реализмот на сликата, бидејќи ретките реални површини не рефлектираат светлина, па затоа оваа компонента е многу важна. Особено во движење, бидејќи сјајот веднаш покажува промена на положбата на камерата или на самиот предмет.
Спекуларната рефлексија на светлината е насочена. Агол на рефлексија од идеална рефлектирачка површина (огледало) = агол на пад; во која било друга позиција, набљудувачот не ја гледа спекуларно рефлектираната светлина.
За површини кои не се идеално рефлектирани (јаболко), интензитетот на рефлектираната светлина нагло опаѓа со зголемувањето. За мазни површини дистрибуцијата е тесна и фокусирана, додека за груби површини е поширока.
Емпириски модел на Фонг:
Кривата на рефлексија е односот на спекуларно рефлектираната светлина со упадната светлина како функција од аголот на инциденца и брановата должина.
Големи вредности nдаваат фокусирани распределби на карактеристиките на металите и другите сјајни површини, а малите даваат пошироки распределби за ниско сјајни површини.
Коефициент на рефлексија за метали ( n) може да биде повеќе од 80%, а за неметали – само 4%.
Функцијата е многу сложена, па најчесто се заменува со коефициент, кој се избира од естетски причини или се одредува експериментално.
Обично исто за сите 3 основни бои.
Модел на осветлување (функција за засенчување):
Ако има неколку ( м) извори на светлина, нивните ефекти се сумирани:
Пренос на светлина (транспарентност)
Површините можат да ја пренесуваат светлината насочено и дифузно. Режијапреносот на светлината се јавува преку проѕирни материи (стакло). Објектите се јасно видливи низ нив, и покрај тоа што светлосните зраци обично се прекршуваат, т.е. отстапуваат од првобитната насока. Дифузнопреносот на светлината се случува преку проѕирни материјали (замрзнато стакло), во кои површинските нехомогености доведуваат до случајно мешање на светлосните зраци. Затоа, контурите на темата гледана преку таквите материјали се заматени.
При минување од еден медиум во друг, светлосниот зрак се прекршува (стапчето што излегува од водата изгледа свиткано). Прекршувањето се пресметува според законот на Снел: упадните и прекршувачките зраци лежат во иста рамнина, а аглите на инциденца и прекршување се одредуваат:
Индекси на рефракција на два медиума.
Моделирањето на пренос на светлина беше спроведено на неколку начини. Во наједноставните од нив, рефракцијата воопшто не била земена предвид и светлосни зраципреминете ја површината без да ја менувате насоката. Тоа. сè што е видливо на линијата на видот додека минува низ проѕирна површина, исто така геометриски припаѓа на овој зрак. Во присуство на рефракција, геометриските и оптичките зраци на видот не се совпаѓаат. Без да се земе предвид прекршувањето, видлив е објектот Б, со прекршување - А. На прв поглед, доволно е да се знаат аголните односи на точките на пресек на зракот со објектот. Но, тоа не е така, бидејќи. се менува и должината на патеката на зракот во објектот, 1) точките на кои зракот излегува од објектот не се совпаѓаат; 2) количината на светлина што ја апсорбира предметот се менува, па излезниот зрак има различен интензитет.
Едноставно пренесување на светлината може да се вгради во кој било алгоритам за отстранување на невидливи површини, освен во z-тампон, бидејќи површините во него се обработуваат по случаен редослед. Ако се користи алгоритам за скенирање линија по линија и се покаже дека предниот многуаголник е транспарентен, се одредува најблискиот од другите полигони што ја содржат линијата за скенирање. Нивото на засенчување е дефинирано како пондерирана сума на нивоата пресметана за секој од двата полигона:
Видлив површински интензитет,
Општа формамодели на осветлување:
Каде А- дифузна светлина, г- дифузно рефлектирана светлина, с- спекуларна светлина, т- пренесена светлина.
|
|
|
Специјални модели
За истражување општи обрасцисе користат рефлексии на површини со сложена структура специјални модели:
1) Моделот Торенс-Спароу(модел на лице).
Површината е претставена како збирка од случајно ориентирани микроскопски огледални лица. Рефлексијата од секој микрофацет се определува со формулата, потоа засенчувањето на микрофацетите од соседните и маскирањето на дел од спекуларно рефлектираната светлина од соседните микрофацети се земени предвид со помош на методите на геометриска оптика. Овој модел дозволува аналитичка формаземете ги во предвид брановата должина и аголот на инциденца на зраците.
2) Слоевит моделсе користи за вегетација покриена со зеленило. Секој слој е формиран од посебни, генерално непреклопувачки области одредени формии големини и има ортотропен одраз. Рефлексијата се определува со засенчување на рефлектирачките области на долните слоеви од надредените. Тешко е да се добие аналитичко решение за таков модел, обично се користи методот Монте Карло. Резултатите од симулацијата покажуваат дека површините на таквата структура покажуваат обратна рефлексија.
Моделите базирани на статистички опис на структурата на рефлектирачките површини се сложени. Ова во голема мера ја ограничува нивната употреба во компјутерската графика. Обично се користат приближни модели. Се верува дека обликот на индикаторот за рефлексија не зависи од брановата должина.
Светлината е неверојатен феномен, таа е директна и фигуративноги осветлува нашите животи на многу начини. ОН објавија 2015 година Меѓународна годинасветлина за да им се покаже на „жителите на Земјата важноста на светлината и оптичките технологии во животот, за иднината и за развојот на општеството“.Еве неколку интересни факти за светлината кои можеби не ги знаете.
сончева светлина
1. Сонцето е всушност бело, кога се гледа од вселената, бидејќи нејзината светлина не е расфрлана од нашата атмосфера. Од Венера воопшто нема да го видите Сонцето, бидејќи атмосферата таму е премногу густа.
2. Луѓето се биолуминисцентниблагодарение на метаболичките реакции, но нашиот сјај е 1000 пати послаб отколку што може да се види со голо око.
3. Сончевата светлина може да навлезе длабоко океан за околу80 метри. Ако одите 2000 метри подлабоко, можете да најдете биолуминисцентна монах риба која ги мами своите жртви со светлечко месо.
4. Растенијата се зелени затоа што се рефлектира зелено светлои апсорбира други бои за фотосинтеза. Ако ставите растение под зелено светло, најверојатно ќе умре.
5. Север и Југ Поларните светла се јавува кога „ветрот“ од соларни ракетикомуницира со честички земјината атмосфера. Според легендите на Ескимите, поларната светлина се душите на мртвите кои играат фудбал со глава на морж.
6. За 1 секунда Сонцето испушта доволно енергија за да да му го обезбеди на целиот свет за милион години.
7. Најдолго запалена светилка во светот е светилка стара сто годиниво Калифорниската противпожарна служба. Непрекинато гори од 1901 година.
8. Лесен рефлекс на кивање, што предизвикува неконтролирани напади на кивање во присуство на силна светлина, се јавува кај 18 до 35 проценти од луѓето, иако никој не може да објасни зошто се јавува. Еден начин да се справите со тоа е да носите очила за сонце.
9. Кога двојно виножито, светлината се рефлектира двапати во секоја капка вода, а боите во надворешното виножито се во обратен редослед.
10. Некои животни гледаат светлина што ние не можеме да ја видиме. Пчелите гледаат ултравиолетова светлина, додека змиите ѕвечарка гледаат инфрацрвена светлина.
11. Нијагарините водопади првпат биле електрично осветлени во 1879 година, со осветлување еквивалент на 32.000 свеќи. Денес, осветлувањето на Нијагарините водопади е еквивалентно на осветлувањето на 250 милиони свеќи.
12. Кога светлината поминува низ различни супстанции, успорува и прекршува. Така, леќата ги фокусира зраците во една точка и може да ја запали хартијата.
Законите на светлината
13. Светлината има импулс. Научниците развиваат начини да ја искористат оваа енергија за вселенски патувања на долги растојанија.
14. Очите на жабата се толку чувствителни на светлинадека истражувачите во Сингапур ги користат за да развијат неверојатно точни фотонски детектори.
15. Видливата светлина е само дел од електромагнетниот спектар што го гледаат нашите очи. Ова е причината зошто LED светилките се толку економични. За разлика од лампи со вжарено, LED светилки испуштаат само видлива светлина.
16. светулкиемитуваат ладен сјај преку хемиска реакцијасо 100% ефикасност. Научниците работат на имитирање светулки за да создадат повеќе енергетски ефикасни LED диоди.
17. Да проучуваме како нашите очи ја перципираат светлината, Исак Њутн вметнал игли во очниот отвор. Тој се обиде да разбере дали светлината е резултат на нешто што доаѓа од надвор или од внатре. (Одговор: двете претпоставки се точни, бидејќи прачките во очите реагираат на одредени фреквенции).
18. Ако само Сонцето одеднаш дојде до својот крај, никој на Земјата не би го забележал ова уште 8 минути и 17 секунди. Ова е времето потребно за сончевата светлина да стигне до Земјата. Но, не грижете се, на Сонцето му остануваат уште 5 милијарди години гориво.
19. И покрај нивното име, црните дупки се всушност најмногу светли објекти во Универзумот. Иако не можеме да видиме надвор од хоризонтот на настани, тие можат да генерираат повеќе енергија од галаксиите во кои се наоѓаат.
20. Виножито се јавува кога светлината наидува на капки вода во воздухот, се прекршува и се рефлектира во капката и повторно се прекршува, оставајќи ја зад себе.
Општи дефиниции
Од гледна точка на оптика, светлината е електромагнетно зрачење што го перцепира човечкото око. Вообичаено е да се земе регион во вакуум од 750 THz како единица за промена. Ова е крајот на спектарот со кратка бранова должина. Неговата должина е 400 nm. Што се однесува до границата на широките бранови, мерната единица е земена како дел од 760 nm, односно 390 THz.
Во физиката, светлината се гледа како збирка насочени честички наречени фотони. Брзината на дистрибуција на бранови во вакуум е константна. Фотоните имаат одреден моментум, енергија и нулта маса. Во поширока смисла, светлината е видлива.Брановите можат да бидат и инфрацрвени.
Од онтолошка гледна точка, светлината е почеток на битието. За ова зборуваат и филозофите и религиозните научници. Во географијата, овој термин обично се користи за да се однесува на одделни региони на планетата. Самата светлина е општествен концепт. Сепак, во науката има специфични својства, карактеристики и закони.
Природата и изворите на светлина
Електромагнетното зрачење се создава при интеракцијата на наелектризираните честички. Оптимална состојбаза ова ќе има топлина, која има континуиран спектар. Максималното зрачење зависи од температурата на изворот. Одличен пример за процесот е Сонцето. Нејзиното зрачење е блиску до она на целосно црно тело. Природата на светлината на Сонцето е одредена од температурата на загревање до 6000 К. Покрај тоа, околу 40% од зрачењето е во рамките на видливост. Максимумот на спектарот на моќност се наоѓа близу 550 nm.
Изворите на светлина исто така може да бидат:
- Електронски обвивки од молекули и атоми за време на преминот од едно ниво на друго. Ваквите процеси овозможуваат да се постигне линеарен спектар. Примерите вклучуваат LED диоди и светилки за празнење гас.
- која се формира кога наелектризираните честички се движат со фазна брзина на светлината.
- Процеси на фотонско сопирање. Како резултат на тоа, се формира синхроно- или циклотрон зрачење.
Природата на светлината може да се поврзе и со луминисценцијата. Ова се однесува и на вештачки и на органски извори. Пример: хемилуминисценција, сцинтилација, фосфоресценција итн.
За возврат, изворите на светлина се поделени во групи според температурните индикатори: A, B, C, D65. Најкомплексниот спектар е забележан во целосно црно тело.
Карактеристики на светлината
Човечкото око субјективно го перцепира електромагнетното зрачење како боја. Значи, светлината може да дава бели, жолти, црвени, зелени нијанси. Ова е само визуелна сензација која е поврзана со фреквенцијата на зрачењето, без разлика дали тоа е спектрално или монохроматско во составот. Докажано е дека фотоните можат да се шират дури и во вакуум. Во отсуство на материја, брзината на протокот е 300.000 km/s. Ова откритие е направено уште во раните 1970-ти.
На границата на медиумот, протокот на светлина доживува или рефлексија или прекршување. Како што се пропагира, се распрснува низ материјата. Можеме да кажеме дека оптичките индикатори на медиумот се карактеризираат со рефрактивна вредност еднаква на односот на брзините во вакуум и апсорпција. Кај изотропните супстанции, ширењето на протокот не зависи од насоката. Презентирано овде скаларна количина, определен со координати и време. Во анизотропен медиум, фотоните се појавуваат во форма на тензор.
Покрај тоа, светлината може да биде поларизирана или не. Во првиот случај, главната количина на дефиницијата ќе биде брановиот век. Ако протокот не е поларизиран, тогаш тој се состои од збир на честички насочени во случајни насоки.
Најважната карактеристика на светлината е нејзиниот интензитет. Таа е дефинирана на следниов начин фотометриски величиникако моќ и енергија.
Основни својства на светлината
Фотоните не само што можат да комуницираат едни со други, туку и да имаат насока. Како резултат на контакт со надворешен медиум, протокот доживува рефлексија и прекршување. Ова се две основни својства на светлината. Со рефлексија, сè е повеќе или помалку јасно: зависи од густината на материјата и аголот на инциденца на зраците. Меѓутоа, со рефракција ситуацијата е многу посложена.
За почеток, можеме да разгледаме едноставен пример: ако спуштите слама во вода, тогаш однадвор ќе изгледа свиткано и скратено. Ова е прекршување на светлината што се случува на границата на течен медиум и воздухот. Овој процес се одредува според насоката на дистрибуција на зраците додека минуваат низ границата на материјата.
Кога млаз светлина ја допира границата помеѓу медиумите, неговата бранова должина значително се менува. Сепак, фреквенцијата на ширење останува иста. Ако зракот не е ортогонален на границата, тогаш и брановата должина и неговата насока ќе се променат.
Вештачките често се користат во истражувачки цели(микроскопи, леќи, зголемувачи). Очилата се исто така извор на промени во карактеристиките на брановите.
Класификација на светлината
Во моментов се прави разлика помеѓу вештачки и природна светлина. Секој од овие типови се одредува со карактеристичен извор на зрачење.
Природната светлина е збир на наелектризирани честички со хаотична и брзо променлива насока. Ова електромагнетно поле е предизвикано од наизменични флуктуации на напоните. Природните извори вклучуваат топли тела, сонцето и поларизираните гасови.
Вештачката светлина доаѓа во следниве типови:
- Локално. Се користи на работното место, на кујнскиот простор, ѕидовите итн. Таквото осветлување игра важна улога во дизајнот на ентериерот.
- Општо. Ова е еднообразно осветлување на целата област. Изворите се лустери, подни светилки.
- Комбинирани. Мешавина од првиот и вториот тип за да се постигне идеално осветлување на просторијата.
- Итен случај. Исклучително е корисен при прекини на струја. Напојувањето најчесто се снабдува од батерии.
сончева светлина
Денес тоа е главниот извор на енергија на Земјата. Нема да биде претерување да се каже тоа сончева светлинавлијае на сите важни работи. Ова е квантитативна константа што ја дефинира енергијата.
Горните слоеви на земјината атмосфера содржат околу 50% инфрацрвено и 10% ултравиолетово зрачење. Затоа, квантитативната компонента на видливата светлина е само 40%.
Сончевата енергија се користи во синтетички и природни процеси. Ова вклучува фотосинтеза, трансформација на хемиски форми, загревање и многу повеќе. Благодарение на сонцето, човештвото може да користи електрична енергија. За возврат, светлосните текови можат да бидат директни или дифузни ако минуваат низ облаците.
Три главни закони
Од античките времиња, научниците ја проучуваат геометриската оптика. Денес, следните закони на светлината се основни:
Перцепција на светлината
Светот околу нас е видлив за една личност благодарение на способноста на неговите очи да комуницираат со електромагнетно зрачење. Светлината се перцепира од ретинални рецептори, кои можат да детектираат и да одговорат на спектралниот опсег на наелектризирани честички.
Луѓето имаат 2 вида сетилни клетки во окото: конуси и шипки. Првите го одредуваат механизмот на видот кај дењена високо нивоосветлување. Прачките се почувствителни на зрачење. Тие му дозволуваат на човекот да гледа ноќе.
Визуелните нијанси на светлина се одредуваат според брановата должина и нејзината насока.