Физическая природа света: 6.1.2 Физическая природа света и цвета - Управленческое образование

Содержание

6.1.2 Физическая природа света и цвета

Напомним, что свет представляет собой электромагнитное излучение, связанное с флуктуацией электрического и магнитного полей. Иными словами, свет представляет собой энергию, а цвет есть продукт взаимодействия этой энергии с веществом. Однако для понимания природы цвета необходимо совершить небольшой экскурс в физику световых явлений и коснуться природы источников цвета.

Свет имеет двойственную природу, обладая свойствами волны и частицы. Корпускулы света, называемые фотонами, излучаются источником света в виде волн, распространяющихся с постоянной скоростью порядка 300000 км/с. Аналогично морским волнам световые волны имеют гребни и впадины. Поэтому в качестве характеристики световых волн используют длину волны, представляющую собой расстояние между двумя гребнями (единица измерения — метры или ангстремы, равные 10⁸

м), и амплитуду, определяемую как расстояние между гребнем и впадиной.

Разные длины волны воспринимаются нами как разные цвета: свет с большой длиной волны будет красным, а с маленькой — синим или фиолетовым. В случае если свет состоит из волн разной длины (например, белый цвет содержит все длины волн, то наш глаз смешивает разные длины воли в одну, получаем таким образом один результирующий цвет.

Рис. 6.3. Характеристики световой волны

Альтернативными характеристиками электромагнитного излучения являются частота (измеряемая в герцах или циклах/с) и энергия (измеряемая в электроно-вольтах). Чем короче длина волны, тем больше ее частота и выше энергия. И наоборот, чем больше длина волны, тем меньше частота и ниже энергия.

6.1.3 Излученный и отраженный свет

Все, что мы видим в окружающем нас пространстве, либо излучает свет, либо его отражает.

Излученный цвет — это свет, испускаемый активным источником. Примерами таких источников могут служить солнце, лампочка или экран монитора. В основе их действия обычно лежит нагревание металлических тел либо химические или термоядерные реакции. Цвет любого излучателя зависит от спектрального состава излучения. Если источник излучает световые волны во всем видимом диапазоне, то его цвет будет восприниматься нашим глазом как белый. Преобладание в его спектральном составе длин волн определенного диапазона (например, 400 — 450 нм) даст нам ощущение доминирующего в нем цвета (в данном случае сине-фиолетового). И наконец, присутствие в излучаемом свете световых компонент из разных областей видимого спектра (например, красной и зеленой) дает восприятие нами результирующего цвета (в данном случае желтого). Но при этом в любом случае попадающий в наш глаз излучаемый цвет сохраняет в себе все цвета, из которых он был создан.

Отраженный свет возникает при отражении некоторым предметом (вернее, его поверхностью) световых волн, падающих на него от источника света. Механизм отражения цвета зависит от цветового типа поверхности, которые можно условно разделить на две группы:

Первую группу составляют ахроматические (иначе бесцветные) цвета: черный, белый и все серые (от самого темного до самого светлого). Их часто называют нейтральными. В предельном случае такие поверхности либо отражают все падающие на них лучи, ничего не поглощая (идеально белая поверхность), либо полностью лучи поглощают, ничего не отражая (идеальная черная поверхность). Все остальные варианты (серые поверхности) равномерно поглощают световые волны разной длины. Отраженный от них цвет не меняет своего спектрального состава, изменяется только его интенсивность.

Вторую группу образуют поверхности, окрашенные в хроматические цвета, которые по-разному отражают свет с разной длиной волны. Так, если вы осветите белым

цветом листок зеленой бумаги, то бумага будет выглядеть зеленой, потому что ее поверхность поглощает все световые волны, кроме зеленой составляющей белого цвета. Что же произойдет, если осветить зеленую бумагу красным или синим цветом? Бумага будет восприниматься черной, потому что падающие на нее красный и синий цвета она не отражает. Если же осветить зеленый предмет зеленым светом, это позволит выделить его на фоне окружающих его предметов другого цвета.

Процесс отражения света сопровождается не только связанным с ним процессом поглощения в приповерхностном слое. При наличии полупрозрачных предметов часть падающего света проходит через них (рис. 6.4). На этом свойстве основано действие фильтров фотоаппаратов, вырезающих из области видимого спектра нужный цветовой диапазон (иначе — отсекающих нежелательный цветовой спектр). Чтобы лучше понять этот эффект, прижмите к поверхности лампочки пластину цветного оргстекла. В результате наш глаз «увидит» цвет, не поглощенный пластиком.

Рис. 6.4. Процессы отражения, поглощения и пропускания света объектом.

Каждый объект имеет спектральные характеристики отражения и пропускания. Эти характеристики определяют, как объект отражает и пропускает свет с определенными длинами волн.

• Спектральная кривая отражения определяется путем измерения отраженного

света при освещении объекта стандартным источником.

•Спектральная кривая пропускания определяется путем измерения света, яро-шедшего сквозь объект.

Некоторые измерительные устройства позволяют даже вводить поправки, компенсирующие изменение условий внешнего освещения.

Спектральные характеристики отражения и пропускания связаны с явлением мета» метрии, суть которого состоит в том, что объекты с разными спектральными характеристиками могут выглядеть одинаково при одном освещении и по-разному — при другом. Такое различие обусловлено как составом объектов, так и спектральным составом внешнего освещения. Для определения спектральных характеристик объектов используют специальные приборы, спектрофотометры, со стандартными источниками света.

Указанные различия в механизмах формирования излученного и отраженного

цвета важны для понимания восприятия цвета глазом человека.

Физическая природа света

Большинство свойств света͵ таких как интерференция, дифракция, преломление и поляризация, бывают объяснены на базе волновых представлений. При этом существуют явления (в частности фотоэффект, вынужденное и, особенно, спонтанное излучение), для объяснения которых крайне важно привлекать квантовые представления.

Согласно квантовым представлениям свет представляет собой поток частиц малой энергии, которые называются фотонами. Фотоны являются элементарными квантами энергии светового излучения определенной частоты (длины волны) и не бывают разделены на составные части без изменения частоты.

Энергия фотона определяется выражением:

(1.1) где [Дж·с] – постоянная Планка, – частота света [Гц]. Поскольку энергия фотонов растет с увеличением частоты, то важность учета квантовой природы света растет в области коротких длин волн.

Полезна взаимосвязь между единицами измерения частоты и энергии, используемыми в оптическом диапазоне (см. Таблицу 1).

Физическая природа света — понятие и виды. Классификация и особенности категории «Физическая природа света» 2017, 2018.

Физическая природа света и цвета.

То, что цвет — это электромагнитная волна, воспринимаемая человеческим глазом и видимый участок спектра, И. Ньютон описал в работе «Оптика». Несмотря на то, что задолго до этого английский философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон также наблюдал оптический спектр в стакане с водой, первое объяснение видимого излучения дал именно И. Ньютон. Подобные попытки исследования цвета чуть позже были проведены Иоганном Гете в труде «Теория цветов», в XVIII веке, в России, М. В. Ломоносовым.

И. Ньютону удалось разложить белый свет на цвета спектра что явилось первым значительный прорывом в изучении цвета.

Главной предпосылкой ученого к открытию спектра стало стремление усовершенствовать линзы для телескопов: основным недостатком телескопических изображений являлось наличие окрашенных в радужные цвета краев.

В 1666 году он произвел в Кембридже опыт разложения белого цвета призмой: через маленькое круглое отверстие в ставне окна в затемненную комнату проникал луч света, а на его пути оказывалась стеклянная трехгранная призма, пучок света в которой преломлялся. На экране, стоявшем за призмой, появлялась разноцветная полоса, позднее названная спектром. Он определил, что луч белого дневного света составляют лучи разных цветов, а именно: красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего (голубого), индиго и глубоко фиолетового.

Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. — М.: Государственное издательство тсхнико- теоретической литературы, 1954.

Он объяснил, что их смешение является главной причиной многообразия цветовых гармоний, богатства красок природы.

Он так же обнаружил, что цветной луч, отражаясь и преломляясь бесконечное множество раз, остается той же окраски, откуда следовало, что цвет — некая устойчивая характеристика. Он также заметил, что при добавлении к цветному лучу белого света происходит его усложнение, в результате чего цвет разрежается и слабнет, пока не исчезнет совсем, с образованием серого или белого. Таким образом, чем сложнее цвет, тем он менее полон и интенсивен.

И. Ньютон установил также, что можно наоборот, смешав семь цветов спектра, вновь получить белый цвет. Для этого он поместил на пути разложенного призмой цветного пучка (спектра) двояковыпуклую линзу, которая снова налагает различные цвета один на другой; сходясь, они образуют на экране белое пятно. Если же поместить перед линзой (на пути цветных лучей) узкую непрозрачную полоску, чтобы задержать какую-либо часть спектра, то пятно на экране станет цветным.

Ученый также определил показатель преломления лучей различного цвета. Для этой цели в экране прорезалось отверстие; перемещая экран, можно было выпустить через отверстие узкий пучок лучей того или иного цвета. Такой выделенный пучок, преломляясь во второй призме, уже не растягивался в полосу: ему соответствует определенный показатель преломления, значение которого зависит от цвета выделенного пучка. Зависимость показателя преломления от цвета получила название «дисперсия цвета» (от лат. dispergo – разбрасываю).

Изучая природу света и цвета, Ньютон пришел к выводу, что постоянные цвета естественных тел происходят по причине того, что некоторые тела отражают одни сорта лучей, другие тела — иные сорта обильнее, чем остальные¹. Цветные порошки, как заметил Ныотон, подавляют и удерживают в себе весьма значительную часть света, которым они освещаются. И они становятся цветными, отражая наиболее обильно свет их собственной окраски². Ньютон И. Оптика или трактат об сражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. — М.: Государственное издательство техшко- теоретической литературы, 1954. — 367 с.

Необходимо сказать, что, несмотря на дальнейшие изыскания, данную теорию (корпускулярная теория света) считать неверной нельзя, потому что цвет действительно можно рассматривать как поток фотонов — элементарных безмассовых частиц, двигающихся со скоростью света, и имеющих электрический заряд, равный нулю. Фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, то есть проявление одновременно свойств частицы и волны. Назвать И. Ньютона противником волновой теории не представляется возможным: он не отвергал эту идею. Ньютон провел аналогию между цветом и звуком, считая, что оба этих явления имеют подобную природу, чем, вероятно, предвосхитил открытие электромагнитной природы звука и света. «Как звук колокольчика, или музыкальной струны, или других звучащих тел есть не что иное, как колеблющееся движение, и в воздухе от предмет распространяется не что иное, как это движение… в последнем же появляются ощущения этих движений в форме цветов» .

С другой стороны в трактате, представленном в Королевское общество в 1675 году, он пишет, что свет не может быть просто колебаниями эфира, так как тогда он, например, мог бы распространяться по изогнутой трубе, как это делает звук. Но также он предлагает считать, что распространение света возбуждает колебания в эфире, что и порождает дифракцию и другие волновые эффекты.

В XVIII веке в России, М. В. Ломоносов исследуя проблемы цветовых явлений и делает ряд важных открытий, которые не получили широкой известности. Он обнаружил, что свет составляют, как бы три эфира, которые истекают от солнца и светящихся тел подобно реке. Эфиры обладают тремя типами движения, которые он назвал беспрестанным, зыблющимся и коловратным. Эфирные потоки составляют три типа частиц разных размеров. Из них, соляные частицы составляют эфир красного, ртутные — желтого, серные — голубого цвета. Остальные цвета образуются смешением красного, желтого и голубого. Эфирные частицы сцепляются с подходящими частицами на поверхности предметов и заставляют их колебаться с той или иной интенсивностью. Часть движения, таким образом, передастся, а оставшееся движение определяет видимый нами цвет. Если поверхность предмета поглотила коловратное или вращающиеся движение эфирных частиц — глаз видит черный цвет.

Так Ломоносов открыл физико-химическую природу цвета.

Согласно этой теории, температура влияет на интенсивность краски, что он доказал на опыте. Глаз человека воспринимает цвет, благодаря тому, что движение эфирных частиц, не поглощенное предметом, производит соответствующее движение на дне глаза.

По мере развития волновой теории света было уточнено то, что каждому цвету соответствует определенная частота световой волны. Английский ученый Т. Юнг, в 1800 году разработавший волновую теорию интерференции на основе сформулированного им принципа суперпозиции волн. По результатам своих опытов он довольно точно оценил длину волны света в различных цветовых диапазонах.

Согласно принципу интерференции (нелинейное сложение интенсивностей нескольких световых волн) темноту можно получить, сложив свет со светом, то есть взаимно погасить свет. Юнг исследовал различные приложения принципа интерференции и пришел к заключению, что свет должен распространяться волновым движением. Объяснить полосы интерференции с точки зрения истечения оказалось совершенно невозможным. Он вычислил также среднюю длину волны света различных цветов. Томас Юнг предполагал, что цвета соответствуют волнам различной длины, при чем в красных лучах волны самые длинные, в фиолетовых — самые короткие.

С развитием квантовой механики утвердилась идея Луи де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме, по которой свет должен обладать одновременно волновыми свойствами, чем объясняется его способность к дифракции и интерференции, и корпускулярными свойствами, чем объясняется его поглощение и излучение.

Для полного понимания сущности цвета обратимся к понятию электромагнитного излучения, то есть к распространяющемуся в пространстве возмущению электромагнитного поля. Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам, между которыми нет резких переходов — границы условны. На Рис.2 представлен полный спектр электромагнитного излучения, отградуированный по уменьшению частоты: радиоволны (начиная со сверхдлинных), инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.

Рисунок 2 ‑ Полный спектр электромагнитного излучения

В общем спектре электромагнитных излучений видимое излучение составляет очень небольшой процент.

Узнать еще:

Природа света Макса Планка / Наука / Независимая газета

Придется признать за этими световыми квантами известное реальное существование

Титульный лист брошюры: Макс Планк,
«Природа света», 1922. Вверху – автограф
переводчика Макса Блоха.

В 1922 году под эгидой Научно-технического отдела ВСНХ (Высшего совета народного хозяйства) РCФСР вышла брошюрка немецкого физика Макса Планка «Природа света» (перевод М.А. Блоха, с предисловием акад. П.П. Лазарева. Петроград: Научное химико-техническое издательство, 1922. 20 с.). Причем тираж ее был очень приличным – 3000 экземпляров. И это как раз в то время, которое историк Гюстав Мекке в 1932 году характеризовал так: «В 1921 году, когда разразился голод, объем сельскохозяйственного производства (в России. – «НГ-наука») составлял менее 60% довоенного (1914 год. – «НГ-наука»), промышленное производство – всего 20%. Более того, металлургическая промышленность составляла 2% довоенного уровня». Но вот академик Петр Лазарев в своем коротеньком – буквально в два предложения – предисловии к брошюре уверенно отмечал: «Знание оснований теории света важно в настоящее время не только для физиков, химиков, но и для физиологов и врачей, поэтому я полагаю, что книга М. Планка найдет среди русских читателей широкий круг поклонников и ценителей».

Автор перевода с немецкого, известный историк естествознания и химии, основатель Научного химико-технического издательства (1916) Макс Абрамович Блох уточняет: «Предлагаемый вниманию читателей перевод статьи проф. М. Планка «Природа света» представляет лекцию, читанную им в Kaiser Wilhelm Gesellschaft, вышедшую в течение одного года в Германии вторым изданием (в издательстве Springer’а в Берлине). Пропущены лишь несколько фраз, вызывавшихся характером публичной лекции. В типичной для его стиля форме знаменитый берлинский физик показывает применение своей теории квант в учении о свете».

Насколько нам известно, на русском языке эта небольшая популярная статья Макса Планка больше не переиздавалась. С некоторыми сокращениями мы воспроизводим ее. Возможно, это будет небезынтересно для историков науки. Орфография, пунктуация и написание некоторых имен – как в оригинале. Мы лишь позволили себе разбить текст Планка на отдельные главы, отбив их звездочками.

Редакция «НГ-науки»

Макс Планк

Первой задачей физической оптики, предпосылкой возможности чисто физической теории света является разложение всего комплекса процессов, связанных с ощущением света, на объективную и субъективную части. И действительно, какая идея могла бы казаться для непредубежденного более ясной и определенной, чем мысль, что нельзя себе представить света без воспринимающего глаза, что такая возможность – бессмыслица. Но то, что мы понимаем в таком случае под светом, совершенно отлично от светового луча физика, и хотя ради простоты в обоих случаях мы пользуемся одним и тем же термином, однако физическое учение о свете, или оптика, во всей своей совокупности имеет столь же мало общего с человеческим глазом или со световым ощущением, как, например, учение о колебаниях маятника с ощущением звука, и именно этот отказ от всякого чувственного ощущения, это ограничение чисто объективным реальным процессом, представляющее, конечно, значительную жертву, принесенную в интересах чистого познания с точки зрения непосредственного человеческого интереса, расчистило путь теории, расширив ее сверх всякого ожидания, и принесло для практических потребностей человечества богатые плоды.

* * *

Для разрешения вопроса о физической природе световых лучей решающее значение имело открытие, что свет, как исходящий от звезд, так и получаемый из земных источников света, требует определенного измеряемого времени, чтобы дойти с места своего возникновения к месту восприятия. Что же это такое, что распространяется в пустом мировом пространстве или атмосферном воздухе по всем направлениям с невероятной скоростью 300 000 километров в секунду? Основатель классической механики, Исаак Ньютон, сделал простейшее и наиболее вероятное предположение, что определенные, чрезвычайно маленькие вещественные частички летят от светового источника накаленного тела по всем направлениям со скоростью, различной для разных цветов. Мы здесь встречаемся с примером, поразительным еще и в настоящее время, что даже и в самой точной из всех естественных наук выдающийся авторитет при известных условиях может оказать задерживающее влияние на развитие науки. Ведь эта теория эманации Ньютона в течение целого столетия несомненно господствовала, несмотря на то что другой выдающийся исследователь, Христиан Гюйгенс, противопоставил ей свою теорию, которая с самого начала была более пригодна. Гюйгенс в основание своей теории положил световой эфир, тонкую материю, постоянно наполняющую все бесконечное пространство, волны которой вызывают в глазу такие же световые ощущения, какое волны воздуха в ухе: подобно тому, как для слуха высота тона, так и для зрения цвет характеризуется длиной волн или, что то же самое, количеством колебаний в секунду. Теория Гюйгенса после упорной борьбы одержала решительный перевес над теорией Ньютона, между прочим, благодаря тому факту, что если два световых луча одинакового цвета встречаются на одном и том же пути, – их интенсивность вовсе не всегда просто слагается, но при известных условиях даже уменьшается и может совершенно исчезнуть. Это явление интерференции, по воззрению Гюйгенса объясняющееся тем, что всегда гребень волны одного луча совпадает со скатом волны другого луча. Ньютоновская теория эманации совершенно не в состоянии объяснить этого явления, так как отнюдь нельзя себе представить, каким образом две равнозначные, летящие в одинаковом направлении с тою же скоростью частицы вещества взаимно могут нейтрализоваться.

Новый, принципиально значительный шаг вперед в понимании природы света был сделан благодаря установлению идентичности световых и тепловых лучей. Этот факт означает собою первый шаг на уже намеченном выше пути полной абстракции от человеческих чувственных восприятий. Утверждение, что холодные световые лучи луны в физическом смысле тождественны с темными тепловыми лучами изразцовой печи, отличаясь от них лишь значительно меньшей длиною, принадлежит к числу тех постулатов, относительно которых нельзя удивляться, что они сначала вызывали большие сомнения. Весьма любопытно, что, именно, тот физик, который принимал самое выдающееся участие в доказательстве его справедливости, Меллони, первоначально производил свои опыты с целью доказать неправильность этого воззрения.

Макс Планк: «Исаак Ньютон, сделал
предположение, что вещественные частички
летят от светового источника со скоростью,
различной для разных цветов». В Музее
мадам Тюссо (Лондон) к Ньютону не зарастает
народная тропа. Фото Андрея Ваганова

* * *

Не только Ньютон и Гюйгенс, но и их непосредственные последователи, при всем ином различии своих взглядов, сходились, однако, в том, что природу света можно понять, только исходя из механического воззрения на природу, и это направление научного мышления получило впоследствии мощную поддержку в блестящем развитии механической теории теплоты, связанной с открытием принципа сохранения энергии. Открытие поляризации вскоре показало, что движение эфира происходит не в направлении движения воздуха, как во флейте, в продольном направлении распространения, а подобно колебанию струн скрипки распространяется поперечно, перпендикулярно к направлению распространения. Исходя из законов общей механики и учения об упругости, не удавалось ближе изучить природу этого движения, и чем больше возникало гипотез на почве механической теории света, то принимавших эфир постоянно расширяющимся, то атомистически построенным, тем яснее обнаруживалась слабость каждой из этих гипотез. В середине прошлого столетия Клерк Максуэл (Джеймс Клерк Максвелл. – «НГ-наука») выступил со смелой гипотезой, что свет представляет собою явление электромагнитное. Его теория электричества привела его к выводу, что каждое электрическое возмущение распространяется от места своего возникновения в пустом пространстве волнообразно со скоростью 300 000 километров в секунду, и совпадение этих чисел, полученных из чисто электрических измерений, с величиной скорости света дало ему первый повод рассматривать свет именно как электромагнитное явление.

Правда, природа электромагнитных процессов нам ничуть не понятнее, чем природа оптических, но кто поставил бы электромагнитной теории света в упрек, что она на место одной неразрешенной загадки ставит другую, тот не понял бы значения этой теории, так как ее смысл состоит именно в том, что она сумела соединить воедино две области физики, до сих пор отличные, так что все положения, карающиеся одной области, применимы и в другой. Этого успеха не достигла и не могла достигнуть механическая теория света. Когда и где будет сделан этот последний шаг – слияние механики с электродинамикой, пока еще не ясно. Хотя как раз в настоящее время многие гениальные исследователи работают над этим вопросом, но пока он еще не кажется вполне зрелым для своего разрешения. Во всяком случае, механическое воззрение на природу, которое стремилось влить электродинамику в механику, рассматривая эфир или, если это было недостаточно, его заместителей, как носителя всех электрических явлений, в настоящее время у большинства физиков сильно отступило па задний план. Одно из следствий, вытекающих из теории относительности Эйнштейна, состоит в том, что является невозможность существования объективного, то есть независимого от измеряющего наблюдателя, вещественного эфира, так как в противном случае из двух двигающихся друг против друга в пространстве наблюдателей лишь один имел бы право утверждать, что он находится по отношению к эфиру в состоянии покоя, в то время как по теории относительности каждому из них присущи одинаковые права.

То, что Максуэл лишь мог пророчески предсказать, по прошествии человеческой жизни превратилось в факт. Гейнрих Герц научил нас действительно получать вычисленные Максуэлем электромагнитные волны, и, таким образом, он содействовал окончательной победе электромагнитной теории света, по которой электрические волны отличаются от термических и оптических лишь длиной волны. Таким образом, оптический спектр расширился непредвиденным образом в сторону медленных колебаний; вскоре эта теория могла также успешно развиться в противоположном направлении благодаря открытию рентгеновских лучей и еще значительно скорее колеблющихся, так называемых γ-лучей (гамма-лучей. – «НГ-наука») радиоактивных веществ. Эти лучи имеют характер световых лучей, они также представляют электромагнитные колебания лишь значительно более коротких волн. Недавно открытое Лауэ явление интерференции рентгеновских лучей еще более подтверждало подчинение их тем же законам. Интересно отметить, как легко и, так сказать, незаметно в физической литературе совершился переход от механического к электромагнитному воззрению. Это является хорошим примером того, что суть физической теории не лежит в воззрениях, из которых она исходит, а в тех законах, к которым она приводит.

* * *

Не впервые важная и широко поставленная задача разрешается таким путем, который затем оказывается неправильным. Можно было бы сделать попытку вывести отсюда заключение, что для теории было бы лучше вообще отказаться от разработки гипотез, выходящих за пределы непосредственного опыта, и ограничиться чисто фактическими результатами, то е.сть результатами измерений; она, таким образом, отказалась бы от важного вспомогательного средства, которое ей необходимо для дальнейшего логического развития поступательного хода научного мышления. Для этого нужен не только ум, но и фантазия. На самом деле, если даже механическая теория света отслужила свою службу, не будь ее, несомненно, оптика не достигла бы так быстро своего современного развития. Теория колебаний Гюйгенса также сохранила и после возникновения электромагнитной теории свой основной смысл, гласящий, что каждое возбуждение передается от центра возбуждения по всем направлениям в виде концентрических шаровых волн, с тою только разницею, что теперь то, что распространяется, не рассматривается больше как механическая, а как электромагнитная энергия, так как периодические колебания эфира заменяются колеблющейся электрической и магнитной силой поля.

С этой более широкой точки зрения учение о свете или, как теперь часто точнее говорят, о лучистой энергии представляет собою картину прочного, однородного, замкнутого, исполинского строения, в котором все электромагнитные колебания, как бы они ни были совершенно различны, находят в порядке свое место и, как волны Герца длиной в километр, с одной стороны, так с другой стороны, жесткие -лучи, миллиарды волн которых приходятся на один-единственный сантиметр, все подчиняются одним и тем же законам передвижения, согласно теории волн Гюйгенса. Таким образом, в оптике отделение физического основного понятия от специфически чувственного ощущения произошло совершенно так же, как в механике, где понятие силы уже давно потеряло свою первоначальную связь с ощущениями мускулов.

Макс Планк: «Согласно смелой гипотезе датского Физика
Нильса Бора, эмиссия света происходит в виде ударов…
Остающийся при этом избыток энергии оставляет атом
и вылетает в пространство в виде световых квант». Конверт
Почты Гренландии, посвященный Нильсу Бору.

* * *

Если бы я читал свою лекцию лет 20 тому назад, то я на этом место закончил бы ее, так как едва ли мог бы сообщить что-нибудь новое, увеличившее эффект величественной картины, но, вероятно, я бы тогда вообще не читал своей лекции из опасения сообщить только очень мало нового. В настоящее время все это преобразилось, так как с того времени картина совершенно изменилась. Незыблемое здание, которое я только что показал вам, дало в новейшее время в своих основах весьма значительные трещины, и немало физиков уже ныне считают необходимым новое его фундаментирование. Хотя электромагнитное воззрение, вероятно, навсегда останется незыблемым, но теория волн Гюйгенса кажется серьезно поколебленной, по крайней мере в своей существенной части, вследствие открытия некоторых новых фактов. Вместо того, чтобы из накопившегося многообразного материала сообщить вам возможно больше, я подробно остановлюсь лишь на одном из этих фактов.

Если действовать ультра-фиолетовым светом на кусок металла, находящегося в разреженном пространстве, то из металла выделится с большей или меньшей скоростью определенное количество электронов, и так как величина этой скорости зависит, главным образом, не от состояния металла, в особенности не от его температуры, то весьма вероятно заключение, что энергия выделяющихся электронов исходит не от металла, но от световых лучей, которые падают на металл. В этом не было бы ничего удивительного, нужно было бы только допустить, что электромагнитная энергия световых волн превратилась в кинетическую энергию движения электронов. Но непреодолимое затруднение теория волн Гюйгенса встретила в впервые установленном Филиппом Ленардом факте, что скорость электронов зависит не от интенсивности излучения, но от длины волны, то есть цвета применяемого света, причем она тем значительнее, чем короче применяемые волны. Если удалять металл на все большее расстояние от источника света, каковым служит, например, электрическая искра разряда, то, несмотря на более слабое освещение, электроны все-таки будут вылетать с тою же скоростью. Единственное отличие заключается в том, что с уменьшением силы света количество пролетающих в секунду электронов постоянно уменьшается.

Представляется затруднительным ответить на вопрос, откуда пролетающие электроны получают свою энергию движения, если, наконец, расстояние от источника света настолько увеличится, что интенсивность света почти совершенно исчезнет, в то время как не замечается никаких следов уменьшения скорости электронов. Очевидно, мы здесь имеем дело с некоторым видом накопления световой энергии на тех местах, куда выбрасываются электроны – накопления, которое совершенно чуждо всестороннему равномерному распределению электромагнитной энергии по теории волн Гюйгенса.

Единственно возможным объяснением этого своеобразного факта является предположение, что выделяемая источником света энергия не только во времени, но и в пространстве длительно концентрируется в известных местах накопления, или, другими словами, что световая энергия не распространяется совершенно равномерно по всем направлениям в бесконечно увеличивающемся разбавлении, а что она постоянно остается концентрированной в известных, определенных, зависящих только от цвета, квантах, которые со скоростью света летят по всем направлениям; каждая такая кванта, свет которой встречает металл, может тут же передать одному электрону свою энергию, и эта последняя тогда, конечно, остается одной и той же, как бы велико ни было расстояние от источника света.

Мы видим здесь возрождение теории эманации Ньютона в другой, энергетически видоизмененной форме, но то, что в свое время являлось преградой для дальнейшего развития теории эманации – явление интерференции света, представляет такое же чрезвычайное затруднение для теории световых квант, так как в настоящее время еще труднее предвидеть, каким образом могут две однородные самостоятельно летящие через пространство световые кванты, встречающиеся на общем пути, взаимно нейтрализоваться без нарушения принципа энергии.

Здесь перед теорией излучения встает настоятельная необходимость попытаться выйти из дилеммы, опасной с обеих сторон. Естественно предположить, что энергия электронов, отбрасываемых от металла, принадлежит не излучению, но металлу, так что излучения здесь действуют только активирующим образом, подобно тому как небольшая искра в бочке пороха может освободить любое количество энергии. В таком случае следовало бы сделать дальнейшее предположение, что количество выделенной энергии зависит, исключительно, от того способа, которым это выделение произведено.

Представляет ли намеченное здесь воззрение действительно спасительный выход для находящейся в опасности теории волн или же приводит и оно в конце концов в тупик, можно будет решить, лишь проверив описанный путь и убедившись, куда он приводит. Здесь, значит, прежде всего должна начаться работа теоретика: он должен, во-первых, углубиться в обе противостоящие гипотезы и, совершенно безотносительно к тому, к какой из них он относится с большим или меньшим доверием, разработать все вытекающие из них следствия и привести их в форму, доступную проверке опытом. Для этого, кроме знания физических дисциплин и необходимого математического образования, нужно еще правильное суждение о количестве тех требований, которые можно предъявить к точности измерения, так как ожидаемый эффект находится у предела ошибок наблюдения. Когда мы этим путем достигнем совершенно точных результатов, в настоящее время еще нельзя точно предсказать.

То, что я пытался высказывать вам здесь о действии света, совершенно подобным же образом касается и причины света, то есть возникновения световых лучей. И здесь, наряду с поразительно глубоким проникновением, сделанным в новейшее время в области закономерности естественных процессов, мы стоим перед многими трудно разрешимыми загадками. Несомненно лишь то, что и при возникновении света те же кванты играют выдающуюся роль.

Согласно смелой гипотезе датского Физика Нильса Бора, успех которой как раз в последнее время поразительно распространился, в каждом электроне (sic! Так в оригинале. По-видимому, правильно будет – «в каждом атоме». – «НГ-наука») светящегося газа происходят колебания электронов, которые в большем или меньшем количестве и в различных состояниях вращаются вокруг тяжелого атомного ядра по точно определенным путям и по тем же точно законам, как планеты вращаются вокруг солнца, но свет, возникающий от этих колебаний, вовсе не передается непрерывно и равномерно от атома в окружающее пространство, подобно звуковым волнам. Эмиссия света происходит в виде ударов, так как не обусловливается регулярным колебанием самих электронов, а происходит лишь, когда эти колебания электронов вызывают внезапные изменения, известную катастрофу, переводящую электроны из их первоначальных путей на другие, более стабильные, снабженные большей энергией. Остающийся при этом избыток энергии оставляет атом и вылетает в пространство в виде световых квант.

Самое поразительное при этом процессе, что период эмитированного света, то есть цвет, ни в малейшей степени не зависит от периода колебаний электронов, ни в их первоначальных, ни в их позднейших путях; он зависит исключительно от количества эмитированной энергии. Так как световой квант тем больше, чем скорее следуют колебания, то большому количеству энергии, в виде светового кванта, соответствует более короткая волна. Если, например, выделено много энергии, то образуются или ультрафиолетовые, или даже рентгеновские лучи; если выделено мало, то образуются красные или инфракрасные лучи, но почему колебания образующегося таким образом света происходят с чрезвычайной аккуратностью, строго монохроматически, до сих пор совершенно покрыто мраком неизвестности.

* * *

Право, можно было бы предположить, что все эти представления являются игрой, хотя блестящей, но пустой фантазии, но если, с другой стороны, принять во внимание, что с помощью этой гипотезы удается сразу осветить полную таинственности структуру спектров различных химических элементов, исследовавшихся в течение десятилетий рядом непрерывных усилий многочисленных физиков, в особенности разъяснить запутанные закономерности в расположении спектральных линий, по поводу которых уже собран и критически рассмотрен громадный ценный опытный материал не только в целом, но, как впервые показал Арнольд Зоммерфельд, и в частности до мельчайших подробностей с точностью, которая конкурирует с самыми точнейшими измерениями и даже местами их превосходит, если все это, повторяю, принять во внимание, то тогда получается впечатление, что снова удалось, в буквальном смысле слова, хотя немного проникнуть в тайны природы, и тогда придется признать за этими световыми квантами известное реальное существование, по крайней мере в момент их возникновения. Что затем образуется из них после дальнейшего распространения света в окружающее пространство, остается ли энергия кванта пространственно и длительно неизменной в смысле Ньютоновской теории эманации или же распространяется она по теории волн Гюйгенса по всем направлениям, растворяясь в бесконечности, это другой вопрос, на основное значение которого уже раньше мною было указано.

Таким образом, мой сегодняшний доклад о наших познаниях о физической природе света явится не гордым утверждением, а скромным вопрошением. Вопрос, сами ли световые лучи представляют собою кванты, или действие квант происходит только в материи, действительно является первой и самой трудной дилеммой, которая стоит перед основной теорией квант и от ответа на которую зависит ее дальнейшее развитие.

В своем изложении я завел вас дальше, может быть, чем многим казалось бы правильным, к крайнему фронту научной работы, до одного из тех мест, где в настоящее время пионеры всех наций в бескровном соревновании стремятся найти твердую точку опоры на неисследованной ниве.

Спектральные характеристики света

Уторова Лилия

Старший инженер-светотехник

Работает в светотехнической отрасли с 2015 года. Выпускница Санкт-Петербургского научно-исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики. Любимая цитата: «Нет никаких причин чувствовать себя одиноким, когда в мире есть любовь и свет.»

1. Введение

Ежедневно на протяжении всей своей жизни мы неразрывно связаны со светом, что оказывает влияние не только на наше зрительное восприятие окружающего мира, но и на здоровье, самочувствие, продуктивность и настроение.

С давних времен по своей природе человек с восходом солнца просыпается, когда солнце находится в своём пике – работает, а с наступлением ночи готовится ко сну. Это не случайно и взаимосвязано со светом. Каким образом? Для этого необходимо рассмотреть характеристики света

Световое излучение характеризуется такими параметрами, как световой поток, сила света, яркость, освещенность и др., но подробней хотелось бы остановиться на спектральных характеристиках и их взаимосвязи с природой.

Свет – это видимая область электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 380 нм до 780 нм. Именно в этом диапазоне оптическое излучение способно возбуждать сетчатку глаза человека и создавать зрительный образ.

Помимо видимой области излучения в светотехнике рассматривают также ультрафиолетовое (длина волны от 1 нм до 380 нм) и инфракрасное излучение (длина волны от 780 нм до 1 мк).

Видимое излучение с разной длиной волны воспринимаются глазом как разные цвета:

Таблица 1. Длины волн различных цветов

Длина волны	Цвет
от 380 нм до 450 нм	фиолетовый
от 450 нм до 480 нм	синий
от 480 до 510	голубой
от 510 до 550	зеленый
от 550 до 575	жёлто-зеленый
от 575 до 590	жёлтый
от 590 до 610	оранжевый
более 610	красный

Границы цветов приблизительны – разные люди отличаются друг от друга восприятием цветовых сигналов головным мозгом. Для нас же самым наглядным примером видимого спектра в природе является радуга.

Полный видимый спектр на шкале излучений различных длин волн выглядит так:

Белый свет является смешением всех (или нескольких) цветов спектра в определенной пропорции. Если луч белого света пропустить через стеклянную призму, то он разложится на спектр (явление дисперсии света).

Различные цвета мы видим каждый день и не придаём значения тому, что это очень сложный процесс восприятия. Цвет предмета определяется спектральным составом света и спектральными характеристиками отражения и пропускания материалов.

Цвет – это объективная величина, которая может быть измерена и выражена конкретными параметрами. Для этого чаще всего используют колориметрическую систему координат цветности:

На рис. 3 представлено поле реальных цветов. На ограничивающей его кривой линии отмечены длины волн монохроматических излучений, воспринимаемых глазом – от 380 (фиолетовый цвет) до 700 (красный цвет) нм.

Средняя часть цветового поля – это область белых цветов. В ней проходит линия – кривая теплового излучения, то есть кривая координат цветности белого света.

Цветность белого света зависит от цветовой температуры – температуры чёрного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового фона, что и рассматриваемое излучение. Цветовая температура измеряется в градусах Кельвина.

Цвет излучения тепловых источников света (ламп накаливания) очень точно соответствует данной кривой на графике.

На рис. 4 представлено наглядное сравнение источников света с различной цветовой температурой.

Многие ошибаются, полагая, что чем выше цветовая температура, тем свет «теплее», чем ниже – «холоднее». Ассоциация происходит с температурой тела и воздуха, когда при повышении температуры становится теплее.

В случае цветовой температуры света можно провести аналогию с цветом звёзд.

Цвет звезды зависит от температуры на поверхности: чем больше тепла звезда излучает, тем более голубой цвет она имеет, и наоборот, самые холодные звёзды по температуре на поверхности имеют оранжевый и красный цвет. Как видно из рис. 5, самые горячие небесные тела – голубые звёзды с температурой 30000 К, самые холодные звёзды – красные с температурой 3500 К, солнце в середине дня имеет температуру на поверхности 6000 К и желто-белый цвет.

2. Влияние цветовой температуры источников света на человека

В современном мире большая часть нашего активного времени суток проходит на рабочем месте, т.е. под воздействием искусственного освещения. Качество света и его достаточное количество – важная составляющая верного восприятия окружающего мира. Формы объектов, цвета, люди, предполагаемые опасности распознаются нами, если обеспечивается достаточные уровень освещенности, время воздействия света и его цветность. Наравне с визуальными эффектами, цветность влияет также и на другие сферы жизни человека.

С конца 20-го века было проведено большое количество исследований незрительного воздействия света на организм. Оказалось, что в глазах человека имеются не только известные рецепторы – колбочки и палочки, воспроизводящие изображения предметов, но и фоторецепторы, воспринимающие свет без образования изображения – меланопсин. Эти рецепторы отвечают за выработку гормона мелатонина, кортизола, регулируя циркадные ритмы человека.

Циркадные ритмы – это внутренние фундаментальные биологические циклы организма с периодом 24 часа, такие как сон, температура тела, пищеварение. Циркадные ритмы влияют на выработку гормона «сна» — мелатонина, производят и выравнивают определенные физиологические реакции в зависимости от уровня освещенности и цветовой температуры.

Гормон мелатонин отвечает за отдых и расслабление организма и работает в партнерстве с другими гормонами (кортизол, серотонин, допамин). В течение дня кортизол обеспечивает бодрость и стрессовую реакцию организма, серотонин контролирует импульс и углеводную потребность, а допамин обеспечивает хорошее настроение, удовольствие, бдительность и координацию.

Высокий уровень мелатонина является причиной сонливости, но он может быть урегулирован воздействием на другие гормоны. Т.к. в течение рабочего дня регулировать уровень естественного освещения сложно, то оказывать влияние на эти четыре гормона, следовательно, и на циркадные ритмы, можно благодаря правильному выбору цветовой температуры источников искусственного освещения.

Воздействие на циркадные ритмы человека происходит за счет изменения уровня освещенности и цветовой температуры в определенные фазы суток. Например, синяя спектральная составляющая подавляет мелатонин и активизирует кортизол, что подходит для середины дня, обеспечивая высокую работоспособность человека, умственную и физическую активность. Излучения в желтом спектре подходят для утра и вечера, когда организм расслабляется и восполняет жизненные силы. Таким образом, изменяя цветовую температуру можно напрямую влиять на самочувствие человека, его настроение и работоспособность в течении дня, не нарушая жизненных циклов.

3. Практическое применение различной цветовой температуры в искусственном освещении

В настоящее время стало возможным применить на практике знания, что освещение в теплом спектре активизирует гормоны отдыха и действует расслабляюще на организм, освещение в нейтрально белом цвете обеспечивает комфортное выполнение текущих задач, а освещение в холодном спектре способствует умственной активности.

Для этого можно обеспечить биологически и эмоционально эффективное освещение двумя способами:

Первый способ – это эффективное распределение освещения с различной цветовой температурой по времени и зонам:

Например, для стандартного рабочего времени подходит цветовая температура источников света равная 4000 К.

Для совещаний и важных переговоров необходима цветовая температура в 5000 К. За счёт более холодной цветовой температуры активизируется выработка гормона кортизола, что приводит к улучшению мозговой деятельности и концентрации.

Но в течение рабочего дня человеку необходим ещё и отдых для восстановления сил. Для этой цели в помещениях отдыха обеспечивают цветовую температуру источников света 3000 К.

Второй способ – это обеспечение повторения суточного солнечного цикла с помощью источников света.

В основе данного метода лежит зависимость естественного солнечного цикла от цветовой температуры излучения и зависимость человека от солнечного цикла. Если понаблюдать за солнцем в течение дня, то можно увидеть следующую картину:

Как известно, человек ориентируется во времени по естественному освещению (смена дня и ночи), и что свет имеет влияние на человеческие биоритмы.

Утром, при восходе солнца (при теплой цветовой температуре) начинает снижаться выработка мелатонина, и организм пробуждается. Днём (при переходе от нейтральной цветовой температуры к холодной) при выработке кортизола повышается работоспособность. Вечером (при тёплой цветовой температуре) выработка кортизола уменьшается, мелатонина – увеличивается, организм входит в состояние покоя и готовится ко сну. Сохранить гармоничный для организма человека цикл цветовой температуры в искусственном освещении можно, организовав запрограммированное изменение цветовой температуры источников света.

Таблица 2. Зависимость организма от цветовой температуры источников света

*Цветовая температура*	*Что происходит*	*Эффект*
2700 – 3000 К, тёплая	Выработка гормона мелатонина, снижение выработки гормона кортизола	Утром – пробуждение, днём – отдых, расслабление, вечером – подготовка ко сну
4000 – 5000 К, нейтральная	Выработка гормона кортизола, снижение выработки гормона мелатонина	Основное рабочее время – увеличение концентрации
5000 – 6500 К, холодная	Выработка гормона кортизола	Пик активности мозга, концентрации, внимания и продуктивности

Таким образом, обеспечив один из подходов управления освещением на рабочем месте, можно грамотно положительно влиять на самочувствие и продуктивность сотрудников.

4. Торговое освещение

Где ещё можно наблюдать влияние цветовой температуры источников света на человека? В магазине. Да, это влияние не меняет настроения покупателя, но помогает сделать выбор. При правильном освещении булочки будут выглядеть вкуснее, а рыба и мясо – свежее.

В настоящее время вопрос, какой товар и в каком магазине выбрать, возникает каждый день. Современного потребителя, т.е. каждого из нас, окружает множество магазинов, конкурирующих между собой, но мы всегда пойдём в тот, где товар лучше. А товар лучше там, где его правильно презентуют.

В чём состоит взаимосвязь презентации товара и спектральных характеристик света?

Для торгового освещения важным требованием является качественная передача визуальной информации о товаре потребителю, что можно обеспечить с помощью качественного освещения. За это отвечают такие параметры как высокий уровень освещенности, высокий индекс цветопередачи, правильно подобранная цветовая температура источника и использование специальных спектров.

Различные группы товаров требуют различного освещения: существуют специальные спектры излучения источников, подчеркивающие натуральные оттенки предметов.

К примеру, мясо подсвечивают спектром со смещением в красный цвет, чтобы оно выглядело аппетитно.

Замороженные продукты и рыбу подсвечивают светом с холодной цветовой температурой (5000-6500 К), что подчеркивает свежесть, блеск и охлажденность.

Хлебобулочные изделия подсвечивают теплым светом (2700-3000 К). Как правило, хлеб выложен на натуральных материалах теплых оттенков (дереве), что усиливает гармоничный вид.

Фрукты и овощи освещают направленным светом с высокой цветопередачей, чтобы товар выглядел ярким, свежим и привлекательным.

В табл. 3 приведены дополнительные виды товаров, которые также можно выгодно подчеркнуть:

Таблица 3. Виды товарного ассортимента и необходимые им цветовая температура и смещение спектра

*Товарный ассортимент*	*Цветовая температура, К;* *Смещение спектра в цвет*
Бытовые товары	3000 – 4000 К
Одежда и обувь	3000 – 4000 К
Автомобили	3000 – 4000 К
Охлажденное мясо	3700 К, красный
Охлажденная рыба	5000 – 6500 К, синий
Фрукты и овощи	2700 – 3000 К, жёлтый
Хлебобулочные изделия	2700 К, жёлтый
Молоко	3000 – 4000 К
Колбаса и копчености	3700 К, красный

Важно помнить, что обеспечение комфортной среды для покупок – это сложная и точная настройка различных параметров источников света, на которой не следует экономить при проектировании, ведь человек охотней совершит покупки в магазине, который для себя воспринимает как комфортный и с качественным товаром.

5. Заключение

В статье рассмотрены важнейшие спектральные характеристики источников света, умело используя которые, можно создать комфортную среду для нашей жизни и работы.

Оптимизация искусственного освещения в рабочем пространстве способствует поддержанию циркадного ритма человека, что напрямую влияет на самочувствие, настроение и продуктивность.

Грамотное проектирование искусственного освещения в магазинах с учетом требований различных товаров помогает создавать в магазине комфортную среду и представлять товары в самом выгодном свете для покупателей, что положительно сказывается на уровне продаж.

Источники:

«Справочная книга по светотехнике», под ред. Ю.Б. Айзенберга, 3-е издание, 2006
«Элементарная светотехника», Л.П. Варфоломеев, 2013
Журнал «Современная светотехника», №4, 2018
Буклет по решениям «Биологически и эмоционально эффективное освещение (Human Centric Lighting), Световые технологии, 2019
Интернет-ресурс: v-kosmose.com
Рисунки 4 и 6 — нарисованы и принадлежат bigpro.ru; остальные — взяты с интернет-ресурса: pinterest.ru.

Физическая природа света

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 21Следующая ⇒

Классическая физика применима главным образом к объектам макромира. В микро- и мегамире это применение становится условным, так как ее понятия требуют расширения или уточнения. Но и в самом макромире можно указать явления, не укладывающиеся в рамки классических теорий и поэтому кажущиеся чем-то загадочным.

Пример такой загадки являет собой свет. Несмотря на свою неуловимость для человеческого мышления, он позволяет человеку получать более 90% всей информации. Видимо, поэтому феномен света присутствует практически во всех картинах мира древних народов в качестве первичного элемента. Как правило, он отождествляется либо с огнем, либо с солнцем, ибо его роль для жизни на Земле всегда была очевидна.

По своим свойствам свет резко отличается от других объектов, и еще в древности появились различные теории световых явлений. Поскольку древние греки считали человеческое бытие встроенным в окружающий мир естественным образом, то они рассматривали свет преимущественно в связи с его значением для зрения. Свет как бы истекает из наших глаз и направляется на окружающие тела. Мы ощупываем вещь органом зрения, т.е. зрение сродни осязанию. Столь же теоретично утверждение Аристотеля о мгновенности распространения света.

Античное представление о свете как посреднике человеческого познания еще больше укрепилось в Средние века. Вещи высвечиваются светом, приобретают свой настоящий облик и видимый цвет только при воздействии света. Так как в вещах и явлениях видели прежде всего духовное содержание, то и свет считали носителем духовного начала мира.

После выделения физики как науки на основе эксперимента обратили внимание на то, что свет обладает энергией и переносит ее в пространстве. Поскольку энергию могут переносить либо тела, либо волны, были выдвинуты две прогрессивные гипотезы о природе света. По одной из них свет есть вещество, по другой – волна, т.е. распространение колебаний особого рода (движений колебательных).

Первая гипотеза легла в основу корпускулярной теории Ньютона. Согласно Ньютону, свет состоит из малых частичек-корпускул вещества, испускаемых во всех направлениях светящимся телом по прямым линиям-лучам. Если эти лучи попадают на глаз, мы видим их источник. С точки зрения Ньютона, эта теория естественным образом объясняла прямолинейное распространение света. Преломление и отражение света на границе двух веществ Ньютон объяснял притяжением и отталкиванием световых корпускул молекулами этих веществ в соответствии с законом всемирного тяготения.

Вторая гипотеза отстаивалась Гюйгенсом в его волновой теории света. Он представлял свет в виде механических волн, т.е. распространения механических колебаний частиц особого эфира. Этот эфир заполняет все пространство, а также прозрачные тела в нем. Лучи – это просто математические линии, перпендикулярные волновым фронтам, т.е. поверхностям, до которых дошли колебания. Движением этих поверхностей он объяснял как преломление, отражение, так и огибание светом препятствий малых размеров, т.е. дифракционные явления.

Хотя обе эти теории были предложены одновременно и хорошо объясняли все известные в XVII-XVIII веках световые явления, утвердилась теория Ньютона, видимо, в связи с его бóльшим авторитетом и с ее видимой простотой (логической). Ведь волновая теория требовала дополнительного предположения о существовании эфира.

Волновая теория получила признание только в XIX веке в связи с экспериментами по изучению волновых свойств света.

В 1801 году Юнг провел следующий опыт. Две светящиеся щели S₁ и S₂ в экране Э₁ испускали свет на экран Э₂. На Э₂ наблюдалась картина чередования светлых и темных полос. Юнг впервые истолковал этот эффект как результат интерференции, т.е. наложения двух световых волн источников S₁ и S₂, при котором происходит перераспределение световой энергии в пространстве между экранами Э₁и Э₂. Формула Юнга позволяла вычислить микроскопическую характеристику световых колебаний – длину волны

λ = 3,8∙10^{-7 м (фиолетовый цвет) – 7,6∙10-7 м (красный).}

В формуле Юнга:

d – расстояние между щелями,

x – расстояние между полосами,

L – расстояние между экранами.

Рисунок 12

Френель изучал дифракционные явления и установил, что свет может попасть в область геометрической тени и способен обогнуть препятствие, если его размер сравним с длиной волны.

Скорость света была измерена и оказалась различной в разных веществах.

Наконец, Майкельсон и Морли экспериментально доказали, что эфира обнаружить нельзя, а измерения скорости света любыми способами всегда дают одно и то же значение.

Следовательно, природа световых волн немеханическая. Максвелл предположил, что эта природа электромагнитная, на том основании, что из его теории электромагнитного поля следует, что электромагнитные волны распространяются со скоростью, равной скорости света. Источником света он считал колеблющиеся электрические заряды, которые вызывают периодические изменения электромагнитного поля в пространстве. Цвет световой волны определяется частотой этих колебаний.

Волновая теория Максвелла хорошо объясняла явления, связанные с распространением света, но была непригодна к описанию его испускания или поглощения.

Чтобы объяснить также и эти явления, Планк в 1900 году выдвинул гипотезу об испускании света нагретыми телами в виде определенных и неделимых порций энергии, названных квантами или фотонами.

В дальнейшем Эйнштейн использовал гипотезу Планка для создания квантовой теории света. Эта теория связывала волновые и корпускулярные свойства света. Математически связь между ними выражена формулой Планка:

, где W – энергия кванта (светового), ν – частота колебаний электромагнитного поля (волны), h = 6,62∙10^-34 Дж∙с – постоянная Планка.

Таким образом, световая волна заданной частоты ν состоит из световых квантов с определенной энергией W. Пока фотон существует, он движется с постоянной скоростью, равной скорости света. При встрече с веществом он может быть поглощен, т.е. исчезает, а его энергия целиком переходит к поглотившей его частице вещества.

В рамках квантовой теории физическая природа света двойственна. В одних явлениях свет обнаруживает волновые свойства, а в других – корпускулярные. Однако, неясно, как такие противоречивые свойства объединяются в процессе испускания света, и поэтому даже физическая природа света сохраняет некоторую загадочность.

Поиск по сайту:

Свет и цвет: основы основ / Хабр

Мы часто говорим о таком понятии как свет, источниках освещения, цвете изображений и объектов, но не совсем хорошо себе представляем, что такое свет и что такое цвет. Пора разобраться с этими вопросами и перейти от представления к понимаю.

Мы окружены

Осознаем мы этого или нет, но мы находимся в постоянном взаимодействии с окружающим миром и принимаем на себя воздействие различных факторов этого мира. Мы видим окружающее нас пространство, постоянно слышим звуки от различных источников, ощущаем тепло и холод, не замечаем, что пребываем под воздействием естественного радиационного фона, а также постоянно находимся в зоне излучения, которое исходит от огромного количества источников сигналов телеметрии, радио и электросвязи. Почти всё вокруг нас испускает электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение — это электромагнитные волны, созданные различными излучающими объектами – заряженными частицами, атомами, молекулами. Волны характеризуются частотой следования, длинной, интенсивностью, а также рядом других характеристик. Вот вам просто ознакомительный пример. Тепло, исходящее от горящего костра – это электромагнитная волна, а точнее инфракрасное излучение, причем очень высокой интенсивности, мы его не видим, но можем почувствовать. Врачи сделали рентгеновский снимок – облучили электромагнитными волнами, обладающими высокой проникающей способностью, но мы этих волн не ощутили и не увидели. То, что электрический ток и все приборы, которые работают под его действием, являются источниками электромагнитного излучения, вы все, конечно же, знаете. Но в этой статье я не стану рассказать вам теорию электромагнитного излучения и его физическую природу, я постараюсь более мене простым языком объяснить, что же такое видимый свет и как образуется цвет объектов, которые мы с вами видим. Я начал говорить про электромагнитные волны, чтобы сказать вам самое главное: Свет – это электромагнитная волна, которая испускается нагретым или находящимся в возбужденном состоянии веществом. В роли такого вещества может выступить солнце, лампа накаливания, светодиодный фонарик, пламя костра, различного рода химические реакции. Примеров может быть достаточно много, вы и сами можете привести их в гораздо большем количестве, чем я написал. Необходимо уточнить, что под понятием свет мы будем подразумевать видимый свет. Всё выше сказанное можно представить в виде вот такой картинки (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Место видимого излучения среди других видов электромагнитного излучения.

На Рисунке 1 видимое излучение представлено в виде шкалы, которая состоит из «смеси» различных цветов. Как вы уже догадались – это спектр. Через весь спектр (слева направо) проходит волнообразная линия (синусоидальная кривая) – это электромагнитная волна, которая отображает сущность света как электромагнитного излучения. Грубо говоря, любое излучение – есть волна. Рентгеновское, ионизирующее, радиоизлучение (радиоприемники, телевизионная связь) – не важно, все они являются электромагнитными волнами, только каждый вид излучения имеет разную длину этих волн. Синусоидальная кривая является всего лишь графическим представлением излучаемой энергии, которая изменяется во времени. Это математическое описание излучаемой энергии. На рисунке 1 вы также можете заметить, что изображенная волна как бы немного сжата в левом углу и расширена в правом. Это говорит о том, что она имеет разную длину на различных участках. Длина волны – это расстояние между двумя её соседними вершинами. Видимое излучение (видимый свет) имеет длину волны, которая изменяется в пределах от 380 до 780nm (нанометров). Видимый свет — всего лишь звено одной очень длинной электромагнитной волны.

От света к цвету и обратно

Ещё со школы вы знаете, что если на пути луча солнечного света поставить стеклянную призму, то большая часть света пройдет через стекло, и вы сможете увидеть разноцветные полосы на другой стороне призмы. То есть изначально был солнечный свет — луч белого цвета, а после прохождения через призму разделился на 7 новых цветов. Это говорит о том, что белый свет состоит из этих семи цветов. Помните, я только что говорил, что видимый свет (видимое излучение) — это электромагнитная волна, так вот, те разноцветные полосы, которые получились после прохождения солнечного луча через призму – есть отдельные электромагнитные волны. То есть получаются 7 новых электромагнитных волн. Смотрим на рисунок 2.

Рисунок 2 – Прохождение луча солнечного света через призму.

Каждая из волн имеет свою длину. Видите, вершины соседних волн не совпадают друг с другом: потому что красный цвет (красная волна) имеет длину примерно 625-740nm, оранжевый цвет (оранжевая волна) – примерно 590-625nm, синий цвет (синяя волна) – 435-500nm., не буду приводить цифры для остальных 4-х волн, суть, я думаю, вы поняли. Каждая волна – это излучаемая световая энергия, то есть красная волна излучает красный свет, оранжевая – оранжевый, зеленая – зеленый и т.д. Когда все семь волн излучаются одновременно, мы видим спектр цветов. Если математически сложить графики этих волн вместе, то мы получим исходный график электромагнитной волны видимого света – получим белый свет. Таким образом, можно сказать, что спектр электромагнитной волны видимого света – это сумма волн различной длины, которые при наложении друг на друга дают исходную электромагнитную волну. Спектр «показывает из чего состоит волна». Ну, если совсем просто сказать, то спектр видимого света – это смесь цветов, из которых состоит белый свет (цвет). Надо сказать, что и у других видов электромагнитного излучения (ионизирующего, рентгеновского, инфракрасного, ультрафиолетового и т.д.) тоже есть свои спектры.

Любое излучение можно представить в виде спектра, правда таких цветных линий в его составе не будет, потому, как человек не способен видеть другие типы излучений. Видимое излучение – это единственный вид излучений, который человек может видеть, потому-то это излучение и назвали – видимое. Однако сама по себе энергия определенной длины волны не имеет никакого цвета. Восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение.

Но только ли путем сложения семи основных цветов мы можем получить белый цвет? Отнюдь. В результате научных исследований и практических экспериментов было установлено, что все цвета, которые способен воспринимать человеческий глаз, можно получить смешиванием всего лишь трех основных цветов. Три основных цвета: красный, зеленый, синий. Если с помощью смешивания этих трех цветов можно получить практически любой цвет, значит можно получить и белый цвет! Посмотрите на спектр, который был приведен на рисунке 2, на спектре четко просматриваются три цвета: красный, зеленый и синий. Именно эти цвета лежат в основе цветовой модели RGB (Red Green Blue).

Проверим как это работает на практике. Возьмем 3 источника света (прожектора) — красный, зеленый и синий. Каждый из этих прожекторов излучает только одну электромагнитную волну определенной длины. Красный – соответствует излучению электромагнитной волны длиной примерно 625-740nm (спектр луча состоит только из красного цвета), синий излучает волну длиной 435-500nm (спектр луча состоит только из синего цвета), зеленый – 500-565nm (в спектре луча только зеленый цвет). Три разных волны и больше ничего, нет никакого разноцветного спектра и дополнительных цветов. Теперь направим прожектора так, чтобы их лучи частично перекрывали друг друга, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 — Результат наложения красного, зеленого и синего цветов.

Посмотрите, в местах пересечения световых лучей друг с другом образовались новые световые лучи – новые цвета. Зеленый и красный образовали желтый, зеленый и синий – голубой, синий и красный — пурпурный. Таким образом, изменяя яркость световых лучей и комбинируя цвета можно получить большое многообразие цветовых тонов и оттенков цвета. Обратите внимание на центр пересечения зеленого, красного и синего цветов: в центре вы увидите белый цвет. Тот самый, о котором мы недавно говорили. Белый цвет – это сумма всех цветов. Он является «самым сильным цветом» из всех видимых нами цветов. Противоположный белому – черный цвет. Черный цвет – это полное отсутствие света вообще. То есть там, где нет света — там мрак, там всё становится черным. Пример тому — иллюстрация 4.

Рисунок 4 – Отсутствие светового излучения

Я как-то незаметно перехожу от понятия свет к понятию цвет и вам ничего не говорю. Пора внести ясность. Мы с вами выяснили, что свет – это излучение, которое испускается нагретым телом или находящимся в возбужденном состоянии веществом. Основными параметрами источника света являются длина волны и сила света. Цвет – это качественная характеристика этого излучения, которая определяется на основании возникающего зрительного ощущения. Конечно же, восприятие цвета зависит от человека, его физического и психологического состояния. Но будем считать, что вы достаточно хорошо себя чувствуете, читаете эту статью и можете отличить 7 цветов радуги друг от друга. Отмечу, что на данный момент, речь идет именно о цвете светового излучения, а не о цвете предметов. На рисунке 5 показаны зависимые друг от друга параметры цвета и света.

Рисунки 5 и 6– Зависимость параметров цвета от источника излучения

Существуют основные характеристики цвета: цветовой тон (hue), яркость (Brightness), светлость (Lightness), насыщенность (Saturation).

Цветовой тон (hue)

– Это основная характеристика цвета, которая определяет его положение в спектре. Вспомните наши 7 цветов радуги – это, иначе говоря, 7 цветовых тонов. Красный цветовой тон, оранжевый цветовой тон, зелёный цветовой тон, синий и т.д. Цветовых тонов может быть довольно много, 7 цветов радуги я привел просто в качестве примера. Следует отметить, что такие цвета как серый, белый, черный, а также оттенки этих цветов не относятся к понятию цветовой тон, так как являются результатом смешивания различных цветовых тонов.

Яркость (Brightness)

– Характеристика, которая показывает, насколько сильно излучается световая энергия того или иного цветового тона (красного, желтого, фиолетового и т.п.). А если она вообще не излучается? Если не излучается – значит, её нет, а нет энергии — нет света, а там где нет света, там черный цвет. Любой цвет при максимальном снижении яркости становится черным цветом. Например, цепочка снижения яркости красного цвета: красный — алый — бордовый — бурый — черный. Максимальное увеличение яркости, к примеру, того же красного цвета даст «максимально красный цвет».

Светлость (Lightness)

– Степень близости цвета (цветового тона) к белому. Любой цвет при максимальном увеличении светлости становится белым. Например: красный — малиновый — розовый — бледно-розовый — белый.

Насыщенность (Saturation)

– Степень близости цвета к серому цвету. Серый цвет является промежуточным цветом между белым и черным. Серый цвет образуется путем смешивания в равных количествах красного, зеленого, синего цвета с понижением яркости источников излучения на 50%. Насыщенность изменяется непропорционально, то есть понижение насыщенности до минимума не означает, что яркость источника будет снижена до 50%. Если цвет уже темнее серого, при понижении насыщенности он станет ещё более темным, а при дальнейшем понижении и вовсе станет черным цветом.

Такие характеристики цвета как цветовой тон (hue), яркость (Brightness), и насыщенность (Saturation) лежат в основе цветовой модели HSB (иначе называемая HCV).

Для того чтобы разобраться в этих характеристиках цвета, рассмотрим на рисунке 7 палитру цветов графического редактора Adobe Photoshop.

Рисунок 7 – Палитра цветов Adobe Photoshop

Если вы внимательно посмотрите на рисунок, то обнаружите маленький кружочек, который расположен в самом верхнем правом углу палитры. Этот кружочек показывает, какой цвет выбран на цветовой палитре, в нашем случае это красный. Начнем разбираться. Сначала посмотрим на числа и буквы, которые расположены в правой половине рисунка. Это параметры цветовой модели HSB. Самая верхняя буква – H (hue, цветовой тон). Он определяет положение цвета в спектре. Значение 0 градусов означает, что это самая верхняя (или нижняя) точка цветового круга – то есть это красный цвет. Круг разделен на 360 градусов, т.е. получается, в нем 360 цветовых тонов. Следующая буква – S (saturation, насыщенность). У нас указано значение 100% — это значит, что цвет будет «прижат» к правому краю цветовой палитры и имеет максимально возможную насыщенность. Затем идет буква B (brightness, яркость) – она показывает, насколько высоко расположена точка на палитре цветов и характеризует интенсивность цвета. Значение 100% говорит о том, что интенсивность цвета максимальна и точка «прижата» к верхнему краю палитры. Буквы R(red), G(green), B(blue) — это три цветовых канала (красный, зеленый, синий) модели RGB. В каждом в каждом из них указывается число, которое обозначает количество цвета в канале. Вспомните пример с прожекторами на рисунке 3, тогда мы выяснили, что любой цвет может быть получен путем смешивания трех световых лучей. Записывая числовые данные в каждый из каналов, мы однозначно определяем цвет. В нашем случае 8-битный канал и числа лежат в диапазоне от 0 до 255. Числа в каналах R, G, B показывают интенсивность света (яркость цвета). У нас в канале R указано значение 255, а это значит, что это чистый красный цвет и у него максимальная яркость. В каналах G и B стоят нули, что означает полное отсутствие зеленого и синего цветов. В самой нижней графе вы можете увидеть кодовую комбинацию #ff0000 — это код цвета. У любого цвета в палитре есть свой шестнадцатиричный код, который определяет цвет. Есть замечательная статья Теория цвета в цифрах, в которой автор рассказывает как определять цвет по шестнадцатеричному коду.
На рисунке вы также можете заметить перечеркнутые поля числовых значений с буквами «lab» и «CMYK». Это 2 цветовых пространства, по которым тоже можно характеризовать цвета, о них вообще отдельный разговор и на данном этапе незачем вникать в них пока не разберетесь с RGB.
Можете открыть цветовую палитру Adobe Photoshop и поэксперовать со значением цветов в полях RGB и HSB. Вы заметите, что изменение числовых значений в каналах R, G, и B приводит к изменению числовых значений в каналах H, S, B.

Цвет объектов

Пора поговорить о том, как так получается, что окружающие нас предметы принимают свой цвет, и почему он меняется при различном освещении этих предметов.

Объект можно увидеть, только если он отражает или пропускает свет. Если же объект почти полностью поглощает падающий свет, то объект принимает черный цвет. А когда объект отражает почти весь падающий свет, он принимает белый цвет. Таким образом, можно сразу сделать вывод о том, что цвет объекта будет определяться количеством поглощенного и отраженного света, которым этот объект освещается. Способность отражать и поглощать свет определятся молекулярной структурой вещества, иначе говоря — физическими свойствами объекта. Цвет предмета «не заложен в нем от природы»! От природы в нем заложены физические свойства: отражать и поглощать.

Цвет объекта и цвет источника излучения неразрывно связаны между собой, и эта взаимосвязь описывается тремя условиями.

— Первое условие: Цвет объект может принимать только при наличии источника освещения. Если нет света, не будет и цвета! Красная краска в банке будет выглядит черной. В темной комнате мы не видим и не различаем цветов, потому что их нет. Будет черный цвет всего окружающего пространства и находящихся в нем предметов.

— Второе условие: Цвет объекта зависит от цвета источника освещения. Если источник освещения красный светодиод, то все освещаемые этим светом объекты будут иметь только красные, черные и серые цвета.

— И наконец, Третье условие: Цвет объекта зависит от молекулярной структуры вещества, из которого состоит объект.

Зеленая трава выглядит для нас зеленой, потому что при освещении белым светом она поглощает красную и синюю волну спектра и отражает зеленую волну (Рисунок 8).

Рисунок 8 – Отражение зеленой волны спектра

Бананы на рисунке 9 выглядят желтыми, потому что они отражают волны, лежащие в желтой области спектра (желтую волну спектра) и поглощает все остальные волны спектра.

Рисунок 9 – Отражение желтой волны спектра

Собачка, та что изображена на рисунке 10 – белая. Белый цвет – результат отражения всех волн спектра.

Рисунок 10 – Отражение всех волн спектра

Цвет предмета – это цвет отраженной волны спектра. Вот так предметы приобретают видимый нами цвет.

В следующей статье речь пойдет о новой характеристике цвета — цветовой температуре.

The Nature of Light — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

введение

Свет — это поперечная электромагнитная волна, которую может увидеть обычный человек. Волновая природа света была впервые проиллюстрирована с помощью экспериментов по дифракции и интерференции. Как и все электромагнитные волны, свет может перемещаться в вакууме. Поперечный характер света можно продемонстрировать с помощью поляризации.

В 1678 году Христиан Гюйгенс (1629–1695) опубликовал Traité de la Lumiere , где он приводил доводы в пользу волновой природы света.Гюйгенс заявил, что расширяющаяся сфера света ведет себя так, как если бы каждая точка на фронте волны была новым источником излучения той же частоты и фазы.
Томас Янг (1773–1829) и Огюстен-Жан Френель (1788–1827) опровергли корпускулярную теорию Ньютона.

источника

Свет получают одним из двух способов…

Накаливание — это излучение света «горячей» материей (T 800 K).
Люминесценция — это излучение света, когда возбужденные электроны падают на более низкие энергетические уровни
(в материи, которая может быть или не быть «горячей»).

скорость

Пока только заметки. Скорость света в вакууме обозначается буквой c от латинского celeritas — стремительность. Измерения скорости света.

Veramente non l’ho sperimentata, salvo che in lontananza piccola, cioè manco d’un miglio, dal che non ho potuto assicurarmi se veramente la comparsa del lume opposto sia instanea; ма бен, се non instantea, velocissima…. Фактически, я пробовал эксперимент только на небольшом расстоянии, менее мили, с которого я не мог с уверенностью установить, было ли появление противоположного света мгновенным или нет; но если не мгновенно, то необычайно быстро ….
Галилео Галилей, 1638 Галилео Галилей, 1638

Оле Рёмер (1644–1710) Дания. «Демонстрация трогательного движения люмьерных труб г-на Ремера Академии наук». Journal des Scavans . 7 декабря 1676 г. Идея Ремера заключалась в том, чтобы использовать транзиты луны Юпитера Ио для определения времени. Не местное время, которое уже было возможно, а «универсальное» время, которое было бы одинаковым для всех наблюдателей на Земле. Знание стандартного времени позволило бы определить свою долготу на Земле — удобную вещь, которую нужно знать при навигации по безликие океаны.

К сожалению, Io не оказались хорошими часами. Рёмер заметил, что время между затмениями становилось короче по мере приближения Земли к Юпитеру и больше по мере удаления Земли. Он предположил, что это изменение связано со временем, которое требуется свету, чтобы пройти меньшее или большее расстояние, и подсчитал, что время, за которое свет проходит диаметр орбиты Земли, расстояние в две астрономические единицы, составляет 22 минуты.

Скорость света в вакууме — универсальная постоянная во всех системах отсчета.
Согласно текущему определению метра, скорость света в вакууме составляет 299 792 458 м / с.
Скорость света в среде всегда меньше скорости света в вакууме.
Скорость света зависит от среды, в которой он движется. Скорость чего-либо, имеющего массу, всегда меньше скорости света в вакууме.

прочие характеристики

Амплитуда световой волны зависит от ее интенсивности.

Интенсивность — это абсолютная мера плотности мощности световой волны.
Яркость — это относительная интенсивность, воспринимаемая средним человеческим глазом.

Частота световой волны зависит от ее цвета.

Цвет — настолько сложная тема, что ей есть отдельный раздел в этой книге.
Монохроматический свет описывается только одной частотой.
- Лазерный свет эффективно монохроматический.
- В английском (и многих других языках) шесть простых названных цветов, каждый из которых связан с полосой монохроматического света.В порядке увеличения частоты это красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый .
- Свет иногда также называют видимым светом , чтобы отличать его от «ультрафиолетового света» и «инфракрасного света»
- Другие формы электромагнитного излучения, невидимые для человека, иногда также неофициально известны как «свет».
Полихроматический свет описывается множеством разных частот.
- Почти каждый источник света полихроматичен.
- Белый свет полихроматичен.

График зависимости относительной интенсивности от частоты называется спектром (во множественном числе: спектров ).
Хотя этот термин часто ассоциируется со светом, его можно применять к любым волновым явлениям.

Непрерывный спектр — это спектр, в котором каждая частота присутствует в некотором диапазоне.
- Излучатели черного тела излучают непрерывный спектр.
Дискретный спектр — это спектр, в котором присутствует только четко определенный набор изолированных частот.
(Дискретный спектр — это конечный набор монохроматических световых волн.)
- Возбужденные электроны в газе излучают дискретный спектр.

Длина световой волны обратно пропорциональна ее частоте.

Свет часто описывается длиной волны в вакууме .
Свет имеет длину волны от 400 нм на фиолетовом конце до 700 нм на красном конце видимого спектра.

Разность фаз между световыми волнами может вызывать видимые эффекты интерференции.
(В этой книге есть несколько разделов, посвященных интерференционным явлениям и свету.)

Остатки о животных.

Сокол видит на 10 см. объект с расстояния 1,5 км.
Fly’s Eye имеет скорость слияния мерцания 300 / с. У людей скорость слияния мерцания составляет всего 60 / с при ярком свете и 24 / с при тусклом. Скорость слияния мерцания — это частота, с которой «мерцание» изображения не может быть выделено как отдельное событие. Как кадр из фильма … если вы его замедлите, вы увидите отдельные кадры.Ускорьте его, и вы увидите постоянно движущееся изображение. Глаз осьминога имеет частоту слияния мерцаний 70 / с при ярком свете.
Penguin имеет плоскую роговицу, которая обеспечивает четкое зрение под водой. Пингвины также могут видеть в ультрафиолетовом диапазоне электромагнитного спектра.
Sparrow Retina имеет 400 000 фоторецепторов на квадрат. мм.
Олени могут видеть ультрафиолетовые волны, что может помочь им увидеть контрасты в их преимущественно белом окружении.

Физическая природа света · BEGA

Физически явление света можно описать двумя основными концептуальными моделями:
С одной стороны, свет подчиняется законам теории волн в широких макроскопических областях.По этой причине монохроматический свет можно довольно хорошо описать как непрерывное электромагнитное излучение определенной частоты и интенсивности. Определенные частоты или длины волн могут быть присвоены различным типам света (ИК, видимый свет, УФ, а также отдельные цвета). Если мы расположим их в порядке этих длин волн, это приведет к хорошо известному спектру видимого света.

Здесь частота отдельных цветов соответствует относительному содержанию энергии света.Таким образом, в относительном выражении красный свет имеет меньше энергии, чем синий. Инфракрасный свет также имеет значительно меньше энергии, чем ультрафиолетовый свет.

Другой подход основан на квантово-физических свойствах света. Если мы оставим макроскопическое поле, свет (и другие формы электромагнитного излучения) будут иметь прерывистый характер.

Лучистая энергия не передается непрерывно — как в волновой теории. Напротив, энергия, кажется, характеризуется определенной гранулярностью.Следовательно, свет не может передаваться срезами произвольного размера, он переносится посредством передачи крошечных единиц. Планк был первым, кто открыл это явление, и ввел термин «постоянная Планка». По аналогии с волновой теорией, каждый квант света имеет определенную энергию, которая соответствует его цвету или длине волны. Отдельный квант света неделим, поэтому монохроматический свет можно представить как кратное такому кванту света.

Обе теории имеют свое обоснование и различаются в основном стандартами, в которых они действительны.Это называется дуальностью волна-частица. Поскольку это руководство охватывает только микроскопическую область, волновая теория будет в основном использоваться в дальнейшем.

В еще более широком контексте свет можно также представить в упрощенной лучевой модели. Здесь лучи света формируются вдоль соединительной линии между источником света и целевой точкой, которую нужно наблюдать. Многие соответствующие оптические явления, такие как отражение, преломление и рассеяние, можно относительно точно описать с помощью этой простой модели.

Как уже упоминалось выше, можно представить монохроматический свет с помощью определенной длины волны.Согласно принципу суперпозиции световые волны можно свободно перемешивать.

Смешивание отдельных монохроматических компонентов создает смешанный свет. Если посмотреть на спектральный состав такого света, отдельные монохроматические компоненты можно идентифицировать и разделить даже после смешивания. Таким образом, волновые свойства первоначально использовавшихся типов света остаются неизменными. Смешивание отдельных монохроматических компонентов для формирования полихроматического света может быть расширено по желанию. Проще говоря: если спектр содержит свет всех видимых длин волн и если их интенсивности распределены соответствующим образом, этот свет кажется нам белым.Здесь идеальный белый свет представлен спектром солнца.

Качество искусственного источника света всегда должно быть сопоставимо с характеристиками солнечного света, поскольку в результате развития, длившегося несколько миллионов лет, наши глаза адаптировались к этому качеству света.

1.1: Природа света

Навыки для развития

Объясните основное поведение волн, включая бегущие и стоячие волны
Опишите волновую природу света
Используйте соответствующие уравнения для вычисления связанных свойств световой волны, таких как период, частота, длина волны и энергия

Видео \ (\ PageIndex {1} \): Свет — это частица или волна? В этом разделе мы исследуем ответы на этот вопрос.

Природа света была предметом исследования с древних времен. В семнадцатом веке Исаак Ньютон провел эксперименты с линзами и призмами и смог продемонстрировать, что белый свет состоит из отдельных цветов радуги, объединенных вместе. Ньютон объяснил свои открытия в оптике «корпускулярным» взглядом на свет, в котором свет состоит из потоков чрезвычайно крошечных частиц, движущихся с высокой скоростью в соответствии с законами движения Ньютона. Другие в семнадцатом веке, такие как Христиан Гюйгенс, показали, что оптические явления, такие как отражение и преломление, могут быть столь же хорошо объяснены с точки зрения света, как волны, движущиеся с высокой скоростью через среду, называемую «светоносным эфиром», которая, как считалось, пронизывала все пространство.В начале девятнадцатого века Томас Янг продемонстрировал, что свет, проходя через узкие, близко расположенные щели, создает интерференционные картины, которые нельзя объяснить с помощью ньютоновских частиц, но можно легко объяснить с помощью волн. Позже, в девятнадцатом веке, после того, как Джеймс Клерк Максвелл разработал свою теорию электромагнитного излучения и показал, что свет является видимой частью обширного спектра электромагнитных волн, представление о свете в виде частиц было полностью дискредитировано.К концу девятнадцатого века ученые рассматривали физическую вселенную как примерно состоящую из двух отдельных областей: материю, состоящую из частиц, движущихся согласно законам движения Ньютона, и электромагнитное излучение, состоящее из волн, управляемых уравнениями Максвелла. Сегодня эти области называют классической механикой и классической электродинамикой (или классическим электромагнетизмом). Хотя было несколько физических явлений, которые нельзя было объяснить в рамках этой структуры, ученые в то время были настолько уверены в общей надежности этой структуры, что рассматривали эти аберрации как загадочные парадоксы, которые в конечном итоге каким-то образом разрешатся в рамках этой структуры.Как мы увидим, эти парадоксы привели к современной структуре, которая тесно связывает частицы и волны на фундаментальном уровне, называемом дуальностью волна-частица, которая вытеснила классический взгляд.

Видимый свет и другие формы электромагнитного излучения играют важную роль в химии, поскольку их можно использовать для определения энергии электронов внутри атомов и молекул. Большая часть современных технологий основана на электромагнитном излучении. Например, радиоволны от мобильного телефона, рентгеновские лучи, используемые стоматологами, энергия, используемая для приготовления пищи в вашей микроволновой печи, лучистое тепло от раскаленных докрасна объектов и свет экрана вашего телевизора — это формы электромагнитного излучения, которые все демонстрируют волнообразное поведение.

Волны

Видео \ (\ PageIndex {2} \): Исследование света как волны.

Волна — это колебание или периодическое движение, которое может переносить энергию из одной точки пространства в другую. Обычные примеры волн встречаются повсюду. Встряхивание конца веревки передает энергию от руки к другому концу веревки, падение камешка в пруд заставляет волны подниматься по поверхности воды, а расширение воздуха, которое сопровождает удар молнии, генерирует звуковые волны (гром ), которые могут путешествовать на несколько миль.В каждом из этих случаев кинетическая энергия передается через материю (веревку, воду или воздух), в то время как материя остается практически на месте. Поучительный пример волны возникает на спортивных стадионах, когда болельщики в узкой зоне сидений одновременно поднимаются и стоят с поднятыми вверх руками в течение нескольких секунд, прежде чем снова сесть, в то время как болельщики в соседних частях также встают и садятся по очереди. Хотя эта волна может быстро охватить большой стадион за несколько секунд, на самом деле ни один из фанатов не движется вместе с волной — все они остаются на своих местах или над ними.

Волнам не нужно ограничивать движение сквозь материю. Как показал Максвелл, электромагнитные волны состоят из электрического поля, колеблющегося синхронно с перпендикулярным магнитным полем, оба из которых перпендикулярны направлению движения. Эти волны могут распространяться в вакууме с постоянной скоростью 2,998 × 10 ⁸ м / с, скорость света (обозначается как c ).

Все волны, включая формы электромагнитного излучения, характеризуются длиной волны (обозначается λ , строчная греческая буква лямбда), частотой (обозначается ν , строчной греческой буквой ню) и амплитудой.Как видно на рисунке \ (\ PageIndex {1} \), длина волны — это расстояние между двумя последовательными пиками или впадинами волны (измеряется в метрах в системе СИ). Электромагнитные волны имеют длины волн, которые попадают в огромный диапазон — длины волн от километров (10 ³ м) до пикометров (10 ⁻¹² м) наблюдались. Частота — это количество волновых циклов, которые проходят заданную точку в пространстве за заданный промежуток времени (в системе СИ это измеряется в секундах).Цикл соответствует одной полной длине волны. Единицей измерения частоты, выраженной в циклах в секунду [с ^-1], является герц (Гц). Общие кратные этого устройства — мегагерцы (1 МГц = 1 × 10 ⁶ Гц) и гигагерцы (1 ГГц = 1 × 10 ⁹ Гц). Амплитуда соответствует величине смещения волны, поэтому на рисунке это соответствует половине высоты между пиками и впадинами. Амплитуда связана с интенсивностью волны, которая для света — это яркость, а для звука — громкость.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Одномерные синусоидальные волны показывают взаимосвязь между длиной волны, частотой и скоростью. Волна с самой короткой длиной волны имеет самую высокую частоту. Амплитуда равна половине высоты волны от пика до впадины.

Произведение длины волны ( λ ) и ее частоты ( ν ), λν , и есть скорость волны. Так, для электромагнитного излучения в вакууме:

\ [c = \ mathrm {2.{−1}} = λν \ label {6.2.1} \]

Длина волны и частота обратно пропорциональны: с увеличением длины волны частота уменьшается. Обратная пропорциональность проиллюстрирована на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). На этом рисунке также показан электромагнитный спектр, диапазон всех видов электромагнитного излучения. Каждый из различных цветов видимого света имеет определенные частоты и длины волн, связанные с ними, и вы можете видеть, что видимый свет составляет лишь небольшую часть электромагнитного спектра.Поскольку технологии, разработанные для работы в различных частях электромагнитного спектра, различны, по причинам удобства и исторического наследия, для разных частей спектра обычно используются разные единицы. Например, радиоволны обычно указываются как частоты (обычно в единицах МГц), тогда как видимая область обычно указывается в длинах волн (обычно в единицах нм или ангстремах).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Части электромагнитного спектра показаны в порядке убывания частоты и увеличения длины волны.Примеры некоторых приложений для различных длин волн включают сканирование позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), рентгеновское изображение, дистанционное управление, беспроводной Интернет, сотовые телефоны и радио. (кредит «Космический луч»: модификация работы НАСА; кредит «ПЭТ-сканирование»: модификация работы Национального института здравоохранения; кредит «Рентген»: модификация работы доктора Йохена Ленгерке; кредит «Стоматологическое лечение» : модификация работы военно-морского ведомства; кредит «Ночное видение»: модификация работы министерства армии; кредит «Remote»: модификация работы Эмилиана Роберта Виколя; кредит «Сотовый телефон»: модификация работы Бретт Джордан; кредит «Микроволновая печь»: модификация работы Билли Мабрея; кредит «Ультразвук»: модификация работы Джейн Уитни; кредит «AM-радио»: модификация работы Дэйва Клаузена)

Область Тера-Герц

Терагерцовое излучение — это область электромагнитного спектра с частотами 0.От 3 до 3 ТГц (или от 1 мм до 0,1 мм) и ранее определялся как микроволновые радиоволны или дальний ИК-диапазон. Из-за того, что он предназначен для микроволн и инфракрасного излучения, ученые начали называть этот регион «терагерцовым промежутком». Из-за способности нескольких атмосферных газов поглощать энергию в этой области спектра, он не подходит для радиосвязи, но За последнее десятилетие было проведено множество исследований использования технологий в этой области спектра. Чтобы узнать больше об этом, посетите здесь или здесь.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): определение частоты и длины волны излучения

Натриевый уличный фонарь излучает желтый свет с длиной волны 589 нм (1 нм = 1 × 10 ⁻⁹ м). Какая частота у этого света?

Раствор

Мы можем изменить уравнение \ ref {6.2.1}, чтобы найти частоту:

\ [\ nu = \ dfrac {c} {λ} \]

Поскольку c выражается в метрах в секунду, мы также должны преобразовать 589 нм в метры.{−1}} \]

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Одна из частот, используемых для передачи и приема сигналов сотовых телефонов в США, составляет 850 МГц. Какова длина в метрах этих радиоволн?

Видео \ (\ PageIndex {3} \): Краткое описание поведения света как волны.

Беспроводная связь

Многие ценные технологии работают в радиодиапазоне (от 3 кГц до 300 ГГц) электромагнитного спектра.На низкочастотном (низкоэнергетическом, длинноволновом) конце этой области находятся радиосигналы AM (амплитудная модуляция) (540–2830 кГц), которые могут передаваться на большие расстояния. Радиосигналы FM (частотная модуляция) используются на более высоких частотах (87,5-108,0 МГц). В AM-радио информация передается путем изменения амплитуды волны (Рисунок \ (\ PageIndex {5} \)). В FM-радио, напротив, амплитуда постоянна, а мгновенная частота меняется.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Вышки радиосвязи и сотовой связи обычно используются для передачи длинноволнового электромагнитного излучения.Все чаще вышки сотовой связи проектируются так, чтобы сливаться с ландшафтом, как в Тусоне, штат Аризона, вышка сотовой связи (справа), замаскированная под пальму. (кредит слева: модификация работы сэра Милдред Пирс; в середине кредита: модификация работы М.О. Стивенса)

Другие технологии также работают в радиоволновой части электромагнитного спектра. Например, сигналы сотовых телефонов 4G имеют частоту около 880 МГц, а сигналы глобальной системы позиционирования (GPS) работают на частотах 1,228 и 1.575 ГГц, локальные беспроводные сети (Wi-Fi) работают на частотах от 2,4 до 5 ГГц, а датчики дорожных сборов работают на частоте 5,8 ГГц. Частоты, связанные с этими приложениями, удобны, потому что такие волны, как правило, не сильно поглощаются обычными строительными материалами.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): На этой схеме показано, как амплитудная модуляция (AM) и частотная модуляция (FM) могут использоваться для передачи радиоволн.

Одно особенно характерное явление волн возникает при соприкосновении двух или более волн: они интерферируют друг с другом.На рисунке \ (\ PageIndex {5} \) показаны интерференционные картины, возникающие при прохождении света через узкие щели, расположенные близко друг к другу на длине волны. Образцы полос зависят от длины волны, при этом полосы расположены более близко для более коротковолнового света, проходящего через заданный набор щелей. Когда свет проходит через две щели, каждая щель эффективно действует как новый источник, в результате чего две близкорасположенные волны вступают в контакт с детектором (в данном случае камерой).Темные области на рисунке \ (\ PageIndex {5} \) соответствуют областям, где пики для волны из одной щели совпадают с впадинами для волны из другой щели (деструктивная интерференция), а самые яркие области соответствуют области совпадения пиков двух волн (или их двух впадин) (конструктивная интерференция). Точно так же, когда два камня бросают близко друг к другу в пруд, интерференционные узоры видны во взаимодействиях между волнами, создаваемыми камнями.Такие интерференционные картины нельзя объяснить движением частиц по законам классической механики.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Образцы интерференционных полос показаны для света, проходящего через две близко расположенные узкие щели. Расстояние между полосами зависит от длины волны, при этом полосы более близко расположены для более коротковолнового синего света. (кредит: PASCO)

Дороти Ходжкин

Поскольку длины волн рентгеновских лучей (10-10 000 пикометров [пм]) сравнимы с размерами атомов, рентгеновские лучи можно использовать для определения структуры молекул.Когда пучок рентгеновских лучей проходит через молекулы, упакованные вместе в кристалле, рентгеновские лучи сталкиваются с электронами и рассеиваются. Конструктивная и деструктивная интерференция этих рассеянных рентгеновских лучей создает специфическую дифракционную картину. Рассчитывая в обратном направлении по этой схеме, можно очень точно определить положение каждого из атомов в молекуле. Одним из пионеров, которые помогли создать эту технологию, была Дороти Кроуфут Ходжкин.

Она родилась в Каире, Египет, в 1910 году, где ее британские родители изучали археологию.Еще в юности она увлекалась минералами и кристаллами. Когда она была студенткой Оксфордского университета, она начала исследовать, как можно использовать рентгеновскую кристаллографию для определения структуры биомолекул. Она изобрела новые методы, которые позволили ей и ее ученикам определить структуру витамина B _{, 12,}, пенициллина и многих других важных молекул. Диабет, заболевание, которым страдают 382 миллиона человек во всем мире, связано с гормоном инсулином. Ходжкин начала изучать структуру инсулина в 1934 году, но потребовалось несколько десятилетий прогресса в этой области, прежде чем она наконец сообщила о структуре в 1969 году.Понимание структуры привело к лучшему пониманию болезни и вариантов лечения.

Не все волны являются бегущими волнами. Стоячие волны (также известные как стационарные волны) остаются ограниченными в некоторой области пространства. Как мы увидим, стоячие волны играют важную роль в нашем понимании электронной структуры атомов и молекул. Простейшим примером стоячей волны является одномерная волна, связанная с колеблющейся струной, закрепленной в двух конечных точках.На рисунке \ (\ PageIndex {6} \) показаны четыре стоячие волны с наименьшей энергией (основная волна и три низшие гармоники) для колеблющейся струны с определенной амплитудой. Хотя струна движется в основном в плоскости, сама волна считается одномерной, так как она проходит по длине струны. Движение сегментов струны в направлении, перпендикулярном длине струны, генерирует волны, и поэтому амплитуда волн видна как максимальное смещение кривых, показанных на рисунке \ (\ PageIndex {6} \).Ключевое наблюдение из рисунка состоит в том, что могут образовываться только те волны, которые имеют целое число n половин длин волн между конечными точками. Система с фиксированными конечными точками, такая как эта, ограничивает количество и тип возможных сигналов. Это пример квантования, в котором наблюдаются только дискретные значения из более общего набора непрерывных значений некоторого свойства. Другое важное наблюдение заключается в том, что все гармонические волны (волны, отображающие более половины длины волны) имеют одну или несколько точек между двумя конечными точками, которые не находятся в движении.Эти особые точки являются узлами. Энергии стоячих волн заданной амплитуды в колеблющейся струне увеличиваются с числом полуволн n . Поскольку количество узлов составляет n — 1, можно также сказать, что энергия зависит от количества узлов, как правило, возрастая по мере увеличения числа узлов.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Вибрирующая струна показывает некоторые одномерные стоячие волны. Поскольку две конечные точки струны удерживаются неподвижными, могут образовываться только волны с целым числом полуволн.Точки на веревке между конечными точками, которые не двигаются, называются узлами.

Пример двумерных стоячих волн показан на рисунке \ (\ PageIndex {7} \), который показывает модели колебаний на плоской поверхности. Хотя амплитуды колебаний нельзя увидеть так, как они могли бы быть в колеблющейся струне, узлы стали видимыми, посыпав поверхность барабана порошком, который собирается на участках поверхности с минимальным смещением. Для одномерных стоячих волн узлы были точками на линии, но для двумерных стоячих волн узлами являются линии на поверхности (для трехмерных стоячих волн узлами являются двумерные поверхности в трехмерном пространстве). объем).Из-за круговой симметрии поверхности барабана его граничные условия (поверхность барабана жестко ограничена окружностью барабана) приводят к двум типам узлов: радиальным узлам, которые охватывают все углы с постоянным радиусом и, таким образом, видны в виде кругов вокруг центра, а угловые узлы, охватывающие все радиусы под постоянными углами и, таким образом, видны как линии, проходящие через центр. Верхнее левое изображение на рисунке \ (\ PageIndex {7} \) показывает два радиальных узла, в то время как изображение в правом нижнем углу показывает колебательный паттерн, связанный с тремя радиальными узлами и двумя угловыми узлами.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \) : Двумерные стоячие волны можно визуализировать на вибрирующей поверхности. Поверхность посыпана порошком, который собирается около узловых линий. Видны два типа узлов: радиальные узлы (круги) и угловые узлы (радиусы). Чтобы посмотреть более анимированное видео, перейдите по этой ссылке.

Радиальные узлы и Imogen Heap

Вы можете наблюдать за формированием различных радиальных узлов внизу, пока певица Имоджен Хип проецирует свой голос на барабан.

Видео \ (\ PageIndex {4} \): Певица Имоджен Хип проецирует свой голос на барабан.

Излучение черного тела и ультрафиолетовая катастрофа

Последние несколько десятилетий девятнадцатого века стали свидетелями интенсивной исследовательской деятельности по коммерциализации недавно открытого электрического освещения. Это потребовало лучшего понимания распределения света, излучаемого различными рассматриваемыми источниками. Искусственное освещение обычно имитирует естественный солнечный свет в пределах ограничений базовой технологии.Такое освещение состоит из диапазона широко распределенных частот, образующих непрерывный спектр. На рисунке \ (\ PageIndex {8} \) показано распределение длин волн солнечного света. Наиболее интенсивное излучение находится в видимой области, при этом интенсивность быстро спадает для более коротковолнового ультрафиолетового (УФ) света и медленнее для более длинноволнового инфракрасного (ИК) света.

Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): Спектральное распределение (интенсивность света в зависимости от длины волны) солнечного света достигает атмосферы Земли в виде ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света.Непоглощенный солнечный свет в верхней части атмосферы имеет распределение, которое приблизительно соответствует теоретическому распределению черного тела при 5250 ° C, представленному синей кривой. (кредит: модификация работы Американского общества по испытаниям материалов (ASTM) Наземные эталонные спектры для оценки фотоэлектрических характеристик)

На рисунке \ (\ PageIndex {8} \) солнечное распределение сравнивается с репрезентативным распределением, называемым спектром черного тела, которое соответствует температуре 5250 ° C.Спектр абсолютно черного тела достаточно хорошо совпадает со спектром Солнца. Черное тело — это удобный идеальный излучатель, который приближается к поведению многих материалов при нагревании. Он «идеален» в том же смысле, что идеальный газ — это удобное, простое представление реальных газов, которое хорошо работает, при условии, что давление не слишком высокое, а температура слишком низкая. Хорошее приближение к черному телу, которое можно использовать для наблюдения излучения черного тела, — это металлическая печь, которую можно нагреть до очень высоких температур.В духовке есть небольшое отверстие, через которое свет, излучаемый внутри духовки, можно наблюдать с помощью спектрометра, чтобы можно было измерить длины волн и их интенсивность. На рисунке \ (\ PageIndex {8} \) показаны результирующие кривые для некоторых типичных температур. Каждое распределение зависит только от одного параметра: температуры. Максимумы на кривых черного тела, λ _max, смещаются в сторону более коротких длин волн при повышении температуры, отражая наблюдение, что металлы, нагретые до высоких температур, начинают светиться более темным красным цветом, который становится ярче при повышении температуры, в конечном итоге становясь белыми. горячий при очень высоких температурах, так как становится заметной интенсивность всех видимых длин волн.Это общее наблюдение лежало в основе первого парадокса, показавшего фундаментальные ограничения классической физики, которые мы рассмотрим.

Физики вывели математические выражения для кривых черного тела, используя общепринятые концепции из теорий классической механики и классического электромагнетизма. Теоретические выражения как функции температуры хорошо соответствуют наблюдаемым экспериментальным кривым черного тела на более длинных волнах, но показывают значительные расхождения на более коротких длинах волн.Теоретические кривые не только не показывали пика, они абсурдно показывали, что интенсивность становится бесконечно большой по мере уменьшения длины волны, что означает, что предметы повседневного обихода при комнатной температуре должны излучать большое количество ультрафиолетового света. Это стало известно как «ультрафиолетовая катастрофа», потому что никто не мог найти никаких проблем с теоретической трактовкой, которая могла бы привести к такому нереалистичному коротковолновому поведению. Наконец, около 1900 года Макс Планк вывел теоретическое выражение для излучения черного тела, которое точно соответствовало экспериментальным наблюдениям (в пределах экспериментальной ошибки).Планк развил свою теоретическую трактовку, расширив более раннюю работу, основанную на предположении, что атомы, составляющие духовку, колеблются с возрастающими частотами (или уменьшающимися длинами волн) при повышении температуры, причем эти колебания являются источником испускаемого электромагнитного излучения. Но там, где более ранние методы лечения позволяли колеблющимся атомам иметь любые значения энергии, полученные из непрерывного набора энергий (что вполне разумно, согласно классической физике), Планк обнаружил, что, ограничивая колебательные энергии дискретными значениями для каждой частоты, он мог получить выражение для излучения черного тела, интенсивность которого правильно быстро падала для коротких волн в УФ-области.

\ [E = nhν, \: n = 1,2,3, \ :. . . \]

Величина h — это постоянная, теперь известная как постоянная Планка в его честь. Хотя Планк был доволен, что разрешил парадокс излучения черного тела, он был обеспокоен тем, что для этого ему нужно было предположить, что колеблющимся атомам требуется квантованная энергия, которую он не мог объяснить. Значение постоянной Планка очень мало, 6,626 × 10 ^-34 джоуль-секунды (Дж · с), что помогает объяснить, почему квантование энергии не наблюдалось ранее в макроскопических явлениях.

Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): Кривые спектрального распределения черного тела показаны для некоторых типичных температур.

Видео \ (\ PageIndex {5} \): Обзор ультрафиолетовой катастрофы.

Фотоэлектрический эффект

Следующий парадокс классической теории, который необходимо разрешить, касается фотоэлектрического эффекта (Рисунок \ (\ PageIndex {10} \)). Было замечено, что электроны могут быть выброшены с чистой поверхности металла, когда на нее падает свет с частотой, превышающей некоторую пороговую частоту.Удивительно, но кинетическая энергия выброшенных электронов не зависела от яркости света, а увеличивалась с увеличением частоты света. Поскольку электроны в металле удерживают определенное количество энергии связи, падающий свет должен иметь больше энергии для освобождения электронов. Согласно классической волновой теории, энергия волны зависит от ее интенсивности (которая зависит от ее амплитуды), а не от ее частоты. Одна часть этих наблюдений заключалась в том, что количество электронов, выброшенных в течение определенного периода времени, увеличивалось по мере увеличения яркости.В 1905 году Альберт Эйнштейн смог разрешить парадокс, включив результаты квантования Планка в дискредитированное представление о свете в виде частиц (на самом деле Эйнштейн получил Нобелевскую премию за эту работу, а не за теорию относительности, которой он наиболее известен).

Эйнштейн утверждал, что квантованные энергии, которые Планк постулировал в своей трактовке излучения черного тела, могут быть применены к свету в фотоэлектрическом эффекте, так что свет, падающий на металлическую поверхность, следует рассматривать не как волну, а как поток частиц. (позже называемые фотонами), энергия которых зависит от их частоты, согласно формуле Планка, E = hν (или, используя длину волны, используя c = νλ , \ (E = \ dfrac {hc} { λ} \)).Электроны выбрасывались при попадании фотонов с достаточной энергией (с частотой выше порога). Чем выше частота, тем больше кинетическая энергия передается убегающим электронам в результате столкновений. Эйнштейн также утверждал, что интенсивность света не зависит от амплитуды падающей волны, а вместо этого соответствует количеству фотонов, падающих на поверхность в течение заданного периода времени. Это объясняет, почему количество выброшенных электронов увеличивалось с увеличением яркости, поскольку чем больше количество поступающих фотонов, тем больше вероятность того, что они столкнутся с некоторыми электронами.

С открытиями Эйнштейна природа света приобрела новую загадочность. Хотя многие световые явления можно объяснить либо с помощью волн, либо с помощью частиц, некоторые явления, такие как интерференционные картины, полученные при прохождении света через двойную щель, полностью противоречили представлению о свете частицами, в то время как другие явления, такие как фотоэлектрические эффект, были полностью противоположны волновому взгляду на свет. Каким-то образом на глубоком фундаментальном уровне, все еще не полностью изученном, свет одновременно волнообразен и подобен частицам.Это известно как дуальность волна-частица.

Рисунок \ (\ PageIndex {10} \): Фотоны с низкими частотами не обладают достаточной энергией, чтобы вызвать выброс электронов за счет фотоэлектрического эффекта. Для любой частоты света выше пороговой кинетическая энергия выброшенного электрона будет линейно увеличиваться с энергией падающего фотона.

Пример \ (\ PageIndex {2} \): расчет энергии излучения

Когда мы видим свет от неоновой вывески, мы наблюдаем излучение возбужденных атомов неона.{−19} \: J}
\ end {align *} \]

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

Микроволны в духовке имеют определенную частоту, которая нагревает молекулы воды, содержащиеся в пище. (Вот почему большинство пластиков и стекла не нагреваются в микроволновой печи — они не содержат молекул воды.) Эта частота составляет примерно 3 × 10 ⁹ Гц. Какова энергия одного фотона в этих микроволнах?

Ответ: 2 × 10 ⁻²⁴ Дж

Пример \ (\ PageIndex {3} \): Фотоэлектрический эффект

Определите, какие из следующих утверждений неверны, и, при необходимости, измените слово или фразу, выделенные курсивом, чтобы сделать их правдивыми, в соответствии с объяснением фотоэлектрического эффекта Эйнштейном.

Увеличение яркости падающего света увеличивает на кинетическую энергию выброшенных электронов.
Увеличение длины волны входящего света увеличивает кинетическую энергию выброшенных электронов.
Увеличение яркости падающего света увеличивает на количество выброшенных электронов.
Увеличение частоты входящего света может увеличить количество выброшенных электронов.

Решение

Ложь. Увеличение яркости падающего света не влияет на кинетическую энергию выброшенных электронов, . Только энергия, а не количество или амплитуда фотонов влияет на кинетическую энергию электронов.
Ложь. Увеличение частоты входящего света увеличивает кинетическую энергию выброшенных электронов. Частота пропорциональна энергии и обратно пропорциональна длине волны.Частоты выше порогового значения переводят избыточную энергию в кинетическую энергию электронов.
Верно. Поскольку количество столкновений с фотонами увеличивается с увеличением яркости света, количество выброшенных электронов увеличивается.
Верно в отношении пороговой энергии связывания электронов с металлом. Ниже этого порога электроны не испускаются, а выше — они. После превышения порогового значения дальнейшее увеличение частоты не приводит к увеличению количества выброшенных электронов

Упражнение \ (\ PageIndex {3} \)

Рассчитайте пороговую энергию электронов в алюминии в кДж / моль, учитывая, что фотон с самой низкой частотой, для которого наблюдается фотоэлектрический эффект, равен \ (9.{14} \; Гц \).

Ответ: \ (3.94 \: кДж / моль \)

Видео \ (\ PageIndex {6} \): Обзор фотоэлектрического эффекта.

Сводка

Видео \ (\ PageIndex {7} \): Обзор волновой природы света.

Свет и другие формы электромагнитного излучения движутся в вакууме с постоянной скоростью c , равной 2.998 × 10 ⁸ м с ⁻¹. Это излучение демонстрирует волнообразное поведение, которое можно охарактеризовать частотой ν и длиной волны λ , так что c = λν . Свет — это пример бегущей волны. К другим важным волновым явлениям относятся стоячие волны, периодические колебания и колебания. Стоячие волны демонстрируют квантование, поскольку их длины волн ограничены дискретными целыми числами, кратными некоторым характерным длинам. Электромагнитное излучение, которое проходит через две близко расположенные узкие щели, имеющие размеры, примерно равные длине волны, покажет интерференционную картину, которая является результатом конструктивной и деструктивной интерференции волн.Электромагнитное излучение также демонстрирует свойства частиц, называемых фотонами. Энергия фотона связана с частотой (или, альтернативно, длиной волны) излучения как E = hν (или \ (E = \ dfrac {hc} {λ} \)), где h — постоянная Планка. Этот свет демонстрирует как волнообразное, так и частичное поведение, известное как дуальность волны-частицы. Все формы электромагнитного излучения обладают этими свойствами, хотя различные формы, включая рентгеновские лучи, видимый свет, микроволны и радиоволны, по-разному взаимодействуют с веществом и имеют очень разные практические применения.Электромагнитное излучение может быть вызвано возбуждением материи до более высоких энергий, например, ее нагреванием. Излучаемый свет может быть либо непрерывным (источники накаливания, такие как солнце), либо дискретным (от определенных типов возбужденных атомов). Непрерывные спектры часто имеют распределения, которые можно аппроксимировать как излучение абсолютно черного тела при некоторой подходящей температуре. Линейчатый спектр водорода можно получить, пропустив свет от наэлектризованной трубки с газообразным водородом через призму. Этот линейчатый спектр был достаточно простым, чтобы из спектра можно было вывести эмпирическую формулу, называемую формулой Ридберга.Три исторически важных парадокса конца 19 — начала 20 веков, которые не могли быть объяснены в рамках существующих рамок классической механики и классического электромагнетизма, — это проблема черного тела, фотоэлектрический эффект и дискретные спектры атомов. Разрешение этих парадоксов в конечном итоге привело к квантовым теориям, которые вытеснили классические теории.

Предварительный просмотр раздела 1.2

Видео \ (\ PageIndex {8} \): Переход к следующему разделу…

Ключевые уравнения

в = λν
\ (E = hν = \ dfrac {hc} {λ} \), где h = 6,626 × 10 ⁻³⁴ Дж с

Глоссарий

амплитуда: степень смещения, вызванного волной (для синусоидальных волн это половина разницы между высотой пика и глубиной впадины, а интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды)

черное тело: идеальный идеальный поглотитель всего падающего электромагнитного излучения; такие тела излучают электромагнитное излучение в характерном непрерывном спектре, называемом излучением черного тела

непрерывный спектр: электромагнитное излучение, испускаемое в непрерывной серии длин волн (например,г., белый свет от солнца)

электромагнитное излучение: энергия, передаваемая волнами, имеющими компонент электрического поля и компонент магнитного поля

электромагнитный спектр: диапазон энергий, который может содержать электромагнитное излучение, включая радио, микроволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-лучи; поскольку энергия электромагнитного излучения пропорциональна частоте и обратно пропорциональна длине волны, спектр также может быть задан диапазонами частот или длин волн

частота ( ν ): количество волновых циклов (пиков или впадин), которые проходят заданную точку в пространстве за единицу времени

герц (Гц): единица частоты, которая представляет собой количество циклов в секунду, с ⁻¹

интенсивность: свойство энергии, распространяемой волной, связанное с амплитудой волны, например яркость света или громкость звука

картина интерференции: узор, обычно состоящий из чередующихся светлых и темных полос; возникает в результате конструктивной и деструктивной интерференции волн

узел: любая точка стоячей волны нулевой амплитуды

фотон: наименьший возможный пакет электромагнитного излучения, частица света

квантование: встречается только в определенных дискретных значениях, а не непрерывно

стоячая волна: (также, стационарная волна) явление локализованной волны, характеризующееся дискретными длинами волн, определяемыми граничными условиями, используемыми для генерации волн; стоячие волны по своей природе квантованы

волна: колебание, которое может переносить энергию из одной точки в другую в пространстве

длина волны ( λ ): расстояние между двумя последовательными пиками или впадинами волны
дуальность волна-частица: Термин, используемый для описания того факта, что элементарные частицы, включая материю, проявляют свойства как частиц (включая локализованное положение, импульс), так и волн (включая нелокализацию, длину волны, частоту)

Авторы

Пол Флауэрс (Университет Северной Каролины — Пембрук), Клаус Теопольд (Университет Делавэра) и Ричард Лэнгли (Стивен Ф.Austin State University) с участвующими авторами. Учебный контент, созданный OpenStax College, находится под лицензией Creative Commons Attribution License 4.0. Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/85abf193-2bd…[email protected]).
Аделаида Кларк, Технологический институт Орегона
Crash Course Physics: Crash Course — это подразделение Complexly, и видео можно бесплатно транслировать в образовательных целях.
Crash Course Astronomy: Crash Course — это подразделение Complexly, и видео можно бесплатно транслировать в образовательных целях.
Стремление TED-Ed создавать уроки, которыми стоит поделиться, является продолжением миссии TED по распространению великих идей. В растущей библиотеке TED-Ed анимаций вы найдете тщательно подобранные образовательные видео, многие из которых представляют собой сотрудничество между талантливыми педагогами и аниматорами, номинированными через веб-сайт TED-Ed.

Обратная связь

Хотите оставить отзыв об этом тексте? Кликните сюда.

Нашли опечатку и хотите получить дополнительный балл? Кликните сюда.

Физические характеристики света

Свет, видимый человеческим глазом, представляет собой электромагнитное излучение с длинами волн от 380 до 760 нанометров. Ниже 400 нанометров мы говорим об ультрафиолетовом излучении (УФ), которое составляет до 10 нм как об чрезвычайно жестком УФ-излучении. УФ-диапазоны излучения, входящие в состав солнечного света, обозначаются как УФ-В от 280 до 320 нм и как УФ-А от 320 до 400 нм. За пределами видимого спектра света мы говорим об инфракрасном излучении, которое также ошибочно называют «ИК-светом».Он включает длины волн от 780 нм до 2500 мм в ближнем ИК-диапазоне, длины волн от 2,5 мкм до 50 мкм называются средним ИК-диапазоном.

Электромагнитный спектр

Фиолетовый 380-450 нм Синий 450-495 нм Зеленый 495-570 нм Желтый 570-590 нм Оранжевый 590-620 нм Красный 620-700нм

Свойства света можно описать как характер волны и характер частицы (дуальность волна-частица).В промышленном машинном зрении также проявляются различные явления и эффекты, которые могут быть получены непосредственно из этих характеристик.

Волновые характеристики света используются в качестве теоретической основы геометрической оптики: путь световых лучей через линзу, вызванный преломлением, подчиняется этим законам. Специалист по машинному зрению использует эти принципы для выбора оптики и расчета рабочих расстояний. Но и отражения от поверхностей подчиняются принципам геометрической оптики.Работа со структурами, размер которых находится в диапазоне длин волн света, приведет к дальнейшим взаимодействиям. Возможные эффекты теоретической волновой оптики — интерференция, дифракция и поляризация.

Характеристики частиц света изучаются и описываются в квантовой оптике. Эти квантово-механические аспекты света объясняют эффекты излучения и поглощения тел, комптоновское / рамановское рассеяние и формирование спектральных линий, например источников освещения, таких как светодиодное освещение, люминесцентные лампы и металлогалогенные лампы в источниках холодного света.

Большинство этих теоретических основ может быть изучено пользователем на практике машинного зрения в качестве тестовых объектов…

поглощают определенные диапазоны длин волн света (т.е. они окрашены)
излучают определенные диапазоны длин волн
отражать падающий свет
иногда создают (в основном мешающие) интерференционные картины
преломляют свет на своей поверхности
генерировать эффекты поляризации

Заключение:
Некоторые из этих эффектов нежелательны и затрудняют оценку проверки деталей.С другой стороны, эти специфические свойства объектов можно использовать в сочетании с соответствующим освещением, правильной линзой или подходящим фильтром для обнаружения ошибок или дефектов в тестируемом объекте. Подходящий датчик камеры также может помочь решить проблему.

Свойства света

Наши глаза воспринимают эти длины волн как разные цвета. Если только одна длина волны или ограниченный диапазон длин волн присутствуют и входят в наших глазах они интерпретируются как определенный цвет.Если один длина волны присутствует, мы говорим, что у нас есть монохроматический свет . Если присутствуют все длины волн видимого света, наши глаза интерпретируют это как белый свет. Если длины волн в видимом диапазоне отсутствуют, мы интерпретируем это как темное.

Взаимодействие света с веществом

Скорость света и показатель преломления

Энергия света связана с его частотой и скорость следующая:

E = hν = hC / λ

где E = энергия
h = постоянная Планка, 6.62517 x 10 ^-27 эрг ^. сек
ν = частота
C = скорость света = 2,99793 x 10 ¹⁰ см / сек
λ = длина волны

Скорость света C в вакууме составляет 2,99793 x 10 ¹⁰ см / сек. Свет не может двигаться быстрее, чем это, но если он проходит через вещество, его скорость уменьшится. Обратите внимание, что из уравнение, приведенное выше —

С = νλ

Частота колебаний, ν, остается постоянным, когда свет проходит через вещество.Таким образом, если скорость C уменьшается при прохождении через вещество, длина волны λ также должна уменьшаться.

Здесь мы определяем показатель преломления , n, материал или вещество как отношение скорости света в вакууме, C до скорости света в материале, через который он проходит, C _м.

n = C / C _м

Обратите внимание, что значение показателя преломления всегда будет больше 1.0, так как C _m никогда не может быть больше C. Как правило, C _м зависит от плотности материала, при этом C _м уменьшается с увеличением плотность. Таким образом, материалы с более высокой плотностью будут иметь более высокий коэффициент преломления индексы.

Показатель преломления любого материала зависит от длины волны света. потому что разным длинам волн в разной степени мешают атомы, составляющие материал.В целом показатель преломления варьируется линейно с длиной волны.

Материалы можно разделить на 2 класса в зависимости от того, как скорость света определенной длины волны меняется в зависимости от материал.

Материалы, показатель преломления которых не зависит от направления, световые путешествия называются изотропными материалами. В этих материалах скорость света не зависит от направление, в котором движется свет.Изотропные материалы имеют единый постоянный показатель преломления для каждой длины волны. Минералы которые кристаллизуются в изометрической системе в силу своей симметрии, изотропны. Точно так же стекло, газы, большинство жидкостей и аморфные твердые тела изотропны.
Материалы, показатель преломления которых зависит от направления, в котором световые путешествия называются анизотропными материалы.Эти типы материалов будут иметь ряд показатели преломления между двумя крайними значениями для каждого длина волны. Анизотропные материалы можно разделить на два подкласса, хотя рассуждения, лежащие в основе этих подразделений, будут станет ясно в более поздней лекции.
1. Минералы, кристаллизующиеся в тетрагональной и гексагональной формах кристаллические системы (а также некоторые пластмассы) — одноосные и характеризуются двумя крайними показателями преломления для каждого длина волны.
2. Минералы, кристаллизующиеся в триклинной, моноклинной и орторомбические кристаллические системы двухосные и характеризуется 3 показателями преломления, один из которых промежуточное звено между двумя другими.

Воздух изотропен, так как это газ. Показатель преломления воздуха обычно принимается равным 1.0, хотя его истинное значение — 1.0003.

Свет и его свойства | Давайте поговорим о науке

Введение

Свет повсюду вокруг нас. Он не только позволяет нам видеть в темноте, но и свойства света важны для многих аспектов нашей жизни. Отражения в зеркалах заднего вида автомобилей помогают нам обезопасить себя. Преломление через линзы очков или контактных линз помогает некоторым людям видеть лучше. В более общем смысле, электромагнитные волны (из которых видимый свет является одним из примеров) передаются как сигнал, который улавливают наши радиоприемники, чтобы мы могли слушать музыку.Импульсы инфракрасного света передаются в виде сигналов, поэтому мы можем общаться с нашими телевизорами. В этой статье рассказывается о видимом свете и о том, как мы с ним взаимодействуем.

Свет и его свойства

В вакууме (контейнер без воздуха) свет движется со скоростью примерно 299 792 458 метров в секунду (м / с). Это известно как скорость света . Это самое быстрое движение во Вселенной! Для сравнения, скорость звука всего около 300 м / с.Вот почему во время грозы вы всегда видите молнию, прежде чем услышите гром.

Что важно знать о свете, так это то, что он проходит по прямой через материал.

Волны и спектр света

Свет обладает свойствами волн. Подобно океанским волнам, световые волны имеют гребни и впадины. Расстояние между одним гребнем и другим, равное расстоянию между одним гребнем и другим, называется длиной волны .Частота волны — это количество гребней (или впадин), которые проходят точку за одну секунду. Длина волны, умноженная на частоту, равна скорости распространения волны.

Цвета видимого света: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Эти разные цвета света имеют разные длины волн и разные частоты. Красный свет имеет самую длинную длину волны и самую низкую частоту видимого спектра. Фиолетовый цвет имеет самую короткую длину волны и самую высокую частоту видимого спектра.Посмотрите на две волны на картинке ниже. Вы можете себе представить, как, если бы они оба двигались вправо с одинаковой скоростью, количество фиолетовых гребней, пересекающих край прямоугольника за одну секунду, было бы больше, чем количество красных гребней.

Есть еще свет, невидимый для человека. Ультрафиолетовый свет и рентгеновские лучи также являются светом, но имеют слишком малую длину волны и слишком высокую частоту, чтобы быть видимыми для нас. Инфракрасный свет , который может быть обнаружен очками ночного видения, и радиоволны , которые улавливаются вашим радио, чтобы вы могли слышать музыку, имеют слишком длинные длины волн и слишком низкие частоты, чтобы их мог видеть человеческий глаз.

Цветок хризантемы в видимом свете (вверху), ультрафиолетовом свете (в центре) и инфракрасном свете (внизу) (Источник: Дэйв Кеннард [CC BY-SA] через Wikimedia Commons).

Видимый свет вместе с этими невидимыми типами огней составляют так называемый электромагнитный спектр (EMS).

Электромагнитный спектр (давайте поговорим о науке, используя изображение, предоставленное Inductiveload через Wikimedia Commons).

Основные цвета света

Из художественного класса вы помните, что основные цвета — красный, желтый и синий. Они могут смешиваться, образуя второстепенные цвета — оранжевый, зеленый и фиолетовый. У света тоже есть основные цвета. Но эти цвета отличаются от цветов, которые мы используем в красках и маркерах. Основные цвета света: красный , зеленый и синий .Вторичные цвета света: , голубой, (полученный путем объединения синего и зеленого), , пурпурный, (полученный путем комбинирования синего и красного) и , желтый, (сделанный путем комбинирования зеленого и красного). Компьютерные экраны используют различное количество красного, синего и зеленого света, чтобы передать все цвета, которые вы видите. Когда основные цвета света комбинируются, получается , белый свет (см. Ниже).

Основные цвета света. Синий, зеленый и красный свет освещают черную стену, чтобы показать второстепенные цвета, с белым светом посередине (Источник: Pko [общественное достояние] через Wikimedia Commons).

Человеческий глаз воспринимает цвет с помощью трех типов фоторецепторов клеток , которые чувствительны к длинным, средним и коротким длинам волн видимого света. Например, длина волны желтого света воспринимается так же, как комбинация красного и зеленого света, как на изображении выше. Это потому, что они таким же образом стимулируют клетки глаза. Другими словами, чистый желтый свет физически отличается от комбинации красного и зеленого света, но оба они воспринимаются нами как желтые.Знаете ли вы, что два оттенка зеленого легче различить человеческому глазу, чем другие цвета? Если вы пойдете в малярный цех и наложите все красные и все зеленые варианты краски, вам будет легче различать зеленые оттенки, чем красные. Это связано с тем, что зеленый цвет находится в середине видимого спектра.

Характеристики света

Уравнения Максвелла объединили исследования электромагнетизма и оптики.Свет — это относительно узкая полоса частот электромагнитных волн, к которым чувствительны наши глаза. На рисунке показан спектр видимого света . Длины волн обычно измеряются в единицах нанометров (1 нм = 10 ⁻⁹ м) или в единицах ангстрем (1Å = 10 ⁻¹⁰ м). Цвета видимого спектра простираются от фиолетового с самой короткой длиной до красного с самой длинной волной.

Рисунок 1

Спектр электромагнитного излучения, в который входит видимый свет.

Скорость света

Свет распространяется с такой высокой скоростью, 3 × 10 ⁸ м / сек, что исторически было трудно измерить. В конце 1600-х годов Клаус Ремер наблюдал различия в периодах спутников Юпитера, которые варьировались в зависимости от положения Земли. Он правильно предположил конечную скорость света. Он пришел к выводу, что годовая вариация связана с изменением расстояния между Юпитером и Землей; таким образом, более длительный период указывал на то, что свету нужно было пройти дальше.Его оценка 2,1 × 10 ⁸ м / с, основанная на его значении радиуса земной орбиты, была неточной, но его теории были здравыми. Арман Физо первым измерил скорость света на поверхности Земли. В 1849 году он использовал вращающееся зубчатое колесо, чтобы найти близкое приближение скорости света: 3,15 × 10 ⁸ м / с. Как показано на рисунке, луч света прошел через колесо, отразился зеркалом на расстоянии ( d ) от него, а затем снова прошел через отверстие между зубьями.

Рисунок 2

Аппарат Физо для измерения скорости света.

Предположим, что скорость колеса отрегулирована так, что свет, проходящий через отверстие a , затем проходит через отверстие b после отражения.Если зубчатое колесо вращается с угловой скоростью ω и угол между двумя отверстиями равен θ, то время прохождения света 2 d равно

, поэтому скорость света можно рассчитать по

, где c обозначает скорость света. Более современные методы с использованием лазеров позволяют проводить измерения с точностью до девяти десятичных знаков.

Свет и другое электромагнитное излучение могут быть поляризованными, поскольку волны поперечные.Колебательное движение, перпендикулярное направлению движения волны, является отличительной чертой поперечных волн. Продольные волны, такие как звук, нельзя поляризовать. Поляризованный свет имеет колебания, ограниченные одной плоскостью, перпендикулярной направлению движения.

Veramente non l’ho sperimentata, salvo che in lontananza piccola, cioè manco d’un miglio, dal che non ho potuto assicurarmi se veramente la comparsa del lume opposto sia instanea; ма бен, се non instantea, velocissima….		Фактически, я пробовал эксперимент только на небольшом расстоянии, менее мили, с которого я не мог с уверенностью установить, было ли появление противоположного света мгновенным или нет; но если не мгновенно, то необычайно быстро ….

Галилео Галилей, 1638		Галилео Галилей, 1638

6.1.2 Физическая природа света и цвета

6.1.3 Излученный и отраженный свет

Физическая природа света

Читайте также

Физическая природа света и цвета.

Узнать еще:

Природа света Макса Планка / Наука / Независимая газета

Спектральные характеристики света

1. Введение

2. Влияние цветовой температуры источников света на человека

3. Практическое применение различной цветовой температуры в искусственном освещении

4. Торговое освещение

5. Заключение

Источники:

Физическая природа света

Свет и цвет: основы основ / Хабр

Мы окружены

От света к цвету и обратно

Цвет объектов

The Nature of Light — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

введение

источника

скорость

прочие характеристики

Физическая природа света · BEGA

1.1: Природа света

Волны

Беспроводная связь

Излучение черного тела и ультрафиолетовая катастрофа

Фотоэлектрический эффект

Сводка

Предварительный просмотр раздела 1.2

Ключевые уравнения

Глоссарий

Авторы

Обратная связь

Физические характеристики света

Электромагнитный спектр

Большинство этих теоретических основ может быть изучено пользователем на практике машинного зрения в качестве тестовых объектов…

Свойства света

Свет и его свойства | Давайте поговорим о науке

Введение

Свет и его свойства

Волны и спектр света

Основные цвета света

Характеристики света

Скорость света

Author: alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики