Světelné záření je ... Světelné záření: energie, síla a frekvence

Dnes vám řekneme, proč světelné záření je nejdůležitějším pojmem moderní fyziky. Rovněž budou popsány vlastnosti kvantity elektromagnetické energie a historie jejich studia.

Slunce a měsíc

Ve světové kultuře existuje mnoho mýtů o původu a chování hlavních nebeských těles. Někde jsou to bratr a sestra, někde - manžel a manželka, někteří lidé věří, že toto je ovoce světového stromu, někteří - že jsou to drahokamy a bohové. A všechny legendy byly vytvořeny ve snaze pochopit, proč světlo záření je produktem Slunce a Měsíce.

Často se objevy objevují náhodou a cesta vědy není tak přímá, jak se zdá. Například pro počáteční porozumění tance nebeských těl bylo zapotřebí náboženství, které nejprve zakazovalo studium fenoménu, a ona sama se o to věnovala vědcům.

Velikonoce a kvantum

V šestnáctém století se papež Leo X rozhodl vylepšit tabulky pro výpočet data příchodu svátku velikonocky. Rozumět, kdy přesně tento den přichází, je neuvěřitelně obtížné, protože je zapotřebí spojit tři různé časové referenční systémy: dny v týdnu, sluneční a měsíční cykly.

1. Velikonoce je určitě neděle.
2. Svátek vždy přichází po dni jarní rovnodennosti.
3. Je důležité, že úplný měsíc už prošel příchodem Velikonoc.
4. Další podmínkou byla nesrovnalost mezi židovskými, katolickými a pravoslavnými tradicemi.

Nyní lze tento den předpovědět před tisíciletím, ale dříve než tabulky pro výpočet byly pravdivé pět až šest let a pak bylo nutné provést nový termín. Tato nízká přesnost byla spojena s naprostou důvěrou civilizovaných lidí, které na Zemi - Byt, který se nachází ve středu vesmíru, aby byly viditelné změny planet, Slunce a Měsíc vysvětlit přítomností epicycles, další malé kruhy, které nebeská tělesa točit.

Všechno to způsobilo spoustu potíží ve výpočtech. Aby se s touto věcí kdykoli neobtěžoval, Lev X objednal studii od tehdejších astronomů. A přišli k úžasnému objevu: Země není centrem vesmíru, zdrojem světla je Slunce a Měsíc pouze odráží světlo a sám je něco jako planeta. Starodávná studie později vedla k pochopení elektromagnetické a kvantové povahy světla.

Newton a Faraday

V sedmnáctém století osmnáctého anglický vědec Isaac Newton uvažoval: „Co je to sluneční paprsek“ Studenti ho znám jako autor gravitační zákon, ale také studoval optiku. V důsledku toho Newton dospěl k závěru, že světelné vlny slunečního záření jsou rozloženy do barevných složek, to znamená, že se změní na duhu. A tak položil základy pochopení vlnové povahy světla.

A ve dvacátém ročníku devatenáctého století dokázal anglický fyzik Michael Faraday: proud (a obecně jakýkoli pohyblivý předmět) je zdrojem elektromagnetického pole. Abychom pochopili, že světelné záření je kvantum elektromagnetického pole, bylo nutné vynalézt zcela novou fyziku světa elementárních částic.

Plank a kočka Schrodinger

Doba kvantum začala studiem ohřátých těles. Z klasické fyziky bylo známo, že tepelné záření je spojité. Maximální hodnota tohoto spektra se vztahovala k tělesné teplotě podle vzorce Rayleigh-Jeans. Ona popisuje experimentální data v malých vlnových délek, ale v modré oblasti spektra problémů začínají: energie jakýkoli objekt byl tak velký, že by to mohlo zničit celý vesmír. Tento jev byl nazván ultrafialové katastrofy.

V roce 1900 se Max Planck snažil napsat takový vzorec pro energii záření světla vyhřívaného těla, s výjimkou scénáře zničení světa. Současně byl německý fyzik nucen zavést množství, které nazval kvantovou akcí. A tento termín označuje nejmenší část elektromagnetického pole.

Planck sám považoval kvantum za nic víc než matematický, ale jiní vědci si uvědomili potenciál takového vynálezu. Celá škola vědců (mezi nimi Albert Einstein, Erwin Schrodinger, Werner Karl Heisenberg) vytvořil nový směr ve vědě - kvantová fyzika. Díky nim lidé konečně pochopili, proč vyzařují atomy a jaké světlo je.

Max Planck však dlouhou dobu nepřijal základní povahu svého objevu. Tvrdil s kolegy a dokonce přišel s paradoxem s kočkou Schrödingerovou, která je současně živá a mrtvá. Nějaký čas se vědce pokusil obejít kvantum ve vzorci záření absolutně černého těla různými matematickými triky. Ale nic z toho nebylo a nakonec se vzdálil.

Co je světlo?

Díky činnosti těchto nádherných a odvážných vědců nyní víme, že světlo je kvantum elektromagnetického záření, které má vlastnosti jak vlny, tak hmotné částice.

1. Vlnová délka světelného záření je vzdálenost mezi dvěma sousedními maximami oscilace elektromagnetického pole. Označeno dopisem lambda-. Obecně řečeno, jedná se o vzdálenost mezi identickými fázemi sousedních kmitů jedné vlny. Ale na obrázku můžete jasněji demonstrovat vzdálenost mezi "výkyvy" nebo "dutiny". Vlnová délka se měří v metrech s odpovídající předponou. Například viditelné záření je kvantové s lambda - od 380 do 780 nanometrů (nm).
2. Frekvence světelného záření je počet vln, které odpovídají jednotce času (za sekundu). Tato charakteristika je dočasnější než prostorová. Označuje ji řeckým symbolem nu- nebo latinské písmeny f.
3. Amplituda elektromagnetické oscilace je výška maxim a minima oscilace. Obecně ukazuje intenzitu elektrických a magnetických polí, které jsou ohnuty ve vzájemně kolmých rovinách.
4. Hmotnost částice je důvod, proč má světlo impuls. Tato vlastnost potvrzuje: kvantum elektromagnetického pole (tzv. Foton) je částice! Pravda, nezapomeňte, že zbytek hmoty je nulová, což znamená, že existuje pouze v pohybu.

Frekvence a vlnová délka světla souvisí s tímto vztahem lambda-nu- = c, kde c je rychlost osvětlení ve vakuu. Čím nižší je vlnová délka a čím vyšší je frekvence, tím vyšší je vlnová energie.

Jeden nebo více?

Pokud vezmeme v úvahu jeden foton, pak bude mít všechny výše popsané vlastnosti. Ale existují efekty a hodnoty, které vznikají pouze pokud jde o hmotnostní efekt.

Například každá osoba ví, že: při západu slunce je intenzita slunečního světla menší. V tomto okamžiku na disku centrálního svítidla lze snadno sledovat nechráněné oči. Zatímco slunce při jeho zenitu dokonce i nebezpečně vypadající - je možné být krátkodobě slepí a ztrácet orientaci ve vesmíru. A důvodem je zakřivení naší planety. Čím nižší je slunce, tím tlustší atmosféra prochází svými paprsky a čím více jsou absorbovány.

Na povrchu Země je stále méně fotonů. Tento jev lze popsat změnou síly světla.

Světelný tok a lidské oko

Současně je světelný tok velmi specifickým fyzikálním pojmem. A teď odhalíme jeho smysl.

Čím více fotonů klesá na metr čtvereční na jednotku času, tím větší je síla záření.

Pokud je počet kvantových světel stanoven nestranným strojem, zobrazí se z fyziky hlediska správná hodnota. Ale lidské oko má maximum, které vidí nejlépe a všechny ostatní frekvence zhoršují zrak. To znamená, že lidé červené a fialové vidí méně, než dopadnou na povrch, ale zelené jsou vnímány lépe. Takže světelný tok je proud záření, do kterého je provedena korekce spektrální citlivosti lidského oka.

Jaderný reaktor a výbuch

Jakákoli věda má opačný, temnou stránku. Jakmile byl vynalezen mechanický blok, byl použit k vytvoření hnacích strojů. Jakmile chemici pokročili ve studiu hmoty, jejich znalosti byly použity proti lidem. A atom zvýšil sílu lidských bojových schopností k úplnému zničení sebe i planety.

Jak je známo, silná reakce je zdrojem mnoha druhů částic a záření. Dokonce i velmi čistá chemická radioaktivní látka produkuje neutrony, alfa, beta, gamma záření, stejně jako elektromagnetické vlny všech rozsahů. Světlo záření z výbuchu zasáhne mnohem více přímo než samotná rázová vlna. Popáleniny jsou léčeny po dlouhou dobu a ponechávají jizvy. Vážné poškození živé hmoty přináší pouze radioaktivní složku tohoto nehumánního jednání, výbuchu atomové bomby.