Radiația luminoasă este ... Radiația luminoasă: energie, putere și frecvență

Astăzi vă vom spune de ce radiația luminoasă este cel mai important concept al fizicii moderne. De asemenea, vor fi descrise proprietățile cuantelor energiei electromagnetice și istoria studiului lor.

Soare și lună

În cultura mondială există numeroase mituri despre originea și comportamentul principalelor corpuri cerești. Undeva sunt frate și soră, undeva - soț și soție, unii oameni cred că acesta este rodul copacului lumii, unii - că acestea sunt pietre prețioase și zei. Toate legendele au fost create în încercarea de a înțelege de ce radiația luminoasă este produsul Soarelui și al Lunii.

Deseori, descoperirile se întâmplă întâmplător, iar calea științei nu este la fel de simplă cum pare. De exemplu, pentru o înțelegere inițială a dansului corpurilor cerești a avut nevoie de o religie care a interzis primul pentru a investiga fenomenul, și atunci aceeași oameni de știință și a întrebat despre el.

Paște și Quantum

În secolul al XVI-lea, Papa Leo X a decis să îmbunătățească tabelele pentru calcularea datei venirea Sărbătoarei Paștelui. Pentru a înțelege exact ce zi vine, este incredibil de dificilă, deoarece este necesar să se conecteze trei sisteme de referință diferite: zilele săptămânii, ciclurile solare și lunare.

1. Paștele este cu siguranță duminică.
2. Sărbători intră mereu după ziua echinocțiului de primăvară.
3. Este important ca luna plină să fi trecut deja până la venirea Paștelui.
4. O altă condiție a fost discrepanța dintre tradițiile evreiești, catolice și ortodoxe.

Acum, această zi este posibil să se prevadă Mileniului înainte, dar înainte de tabel pentru calculele au fost corecte cinci sau șase ani, iar apoi a fost necesar să se efectueze o nouă date de ajustare. Această acuratețe scăzută a fost asociată cu încredere oameni complet civilizate că pământul - plat, situat în centrul universului, și schimbări vizibile ale planetelor, Soarele și Luna explică prin prezența epiciclurile, cercuri suplimentare mici, care corpurile cerești se învârt.

Toate acestea au cauzat multe probleme în calcule. Pentru a nu deranja acest lucru de fiecare data, Lev X a ordonat un studiu de la astronomii din acea vreme. Și au ajuns la o descoperire uimitoare: Pământul nu este centrul universului, sursa radiației luminoase este Soarele, iar Luna reflectă numai lumina și ea însăși este ceva asemănător unei planete. Un studiu antic mai târziu a condus la o înțelegere a naturii electromagnetice și cuantice a luminii.

Newton și Faraday

In secolul al saptesprezecelea - optsprezecelea știință englez Isaac Newton întrebat: „Ce este o rază de soare“ Studenții îl cunosc ca autor al legii gravitației, dar el a studiat, de asemenea, optica. Ca rezultat, Newton a ajuns la concluzia că undele luminoase ale radiației solare sunt descompuse în componente de culoare, adică se transformă într-un curcubeu. Și astfel a pus bazele înțelegerii naturii luminoase a luminii.

Și în cel de-al douăzecilea an al secolului al XIX-lea fizicianul englez Michael Faraday a dovedit: curentul (și în general orice obiect încărcat în mișcare) este sursa câmpului electromagnetic. Pentru a înțelege că radiația luminii este o cuantă a câmpului electromagnetic, a trebuit să inventeze o fizică fundamentală nouă a lumii particulelor elementare.

Plank și pisica Schrodinger

Epoca cuantului a început cu studiul corpurilor încălzite. Din fizica clasică se știa că radiația termică este continuă. Maximul acestui spectru a fost legat de temperatura corpului prin formula Rayleigh-Jeans. Ea a descris datele experimentale la lungimi de undă mici, dar în zona albastră a spectrului au apărut probleme: energia oricărui obiect a fost atât de mare încât ar putea distruge universul. Acest fenomen a fost numit catastrofa ultravioletă.

În 1900, Max Planck a încercat să scrie o astfel de formulă pentru energia radiației luminoase a unui corp încălzit, excluzând scenariul distrugerii lumii. În același timp, fizicianul german a fost nevoit să introducă o cantitate, pe care a numit-o cuantumul de acțiune. Și acest termen denota cea mai mică porțiune a câmpului electromagnetic.

Planck el însuși a considerat cuantumul a fi nimic mai mult decât un joc matematic, dar alți oameni de știință au realizat potențialul unei astfel de invenții. O întreagă școală de cercetători (printre care și Albert Einstein, Erwin Schrodinger, Werner Karl Heisenberg) a creat o nouă direcție în știință - fizica cuantică. Mulțumită lor, oamenii au înțeles în sfârșit de ce atomii radiază și ce lumină este.

Cu toate acestea, Max Planck nu a acceptat natura fundamentală a descoperirii sale pentru mult timp. El a susținut cu colegii și chiar a venit cu un paradox cu pisica Schrödinger, care este viu și mort în același timp. De ceva timp, omul de știință a încercat să eludeze cuantumul în formula radiației unui corp absolut negru prin diferite trucuri matematice. Dar nimic nu a venit din ea și, în cele din urmă, a renunțat.

Ce este lumina?

Datorită activității acestor oameni de știință minunați și curajoși, știm acum: lumina este o cuantă a radiației electromagnetice care are proprietățile atît de undă, cît și de particule particulare.

1. Lungimea de undă a radiației luminoase este distanța dintre două maxime adiacente ale oscilației câmpului electromagnetic. Denunțat prin scrisoare lambda-. În general, aceasta este distanța dintre fazele identice ale oscilațiilor vecine ale unui val. Dar în figură puteți demonstra mai clar distanța dintre "huluri" sau "goluri". Lungimea de undă este măsurată în metri, cu prefixul corespunzător. De exemplu, radiațiile vizibile sunt cuantice cu lambda-de la 380 la 780 nanometri (nm).
2. Frecvența radiației luminoase este numărul de valuri care se încadrează într-o unitate de timp (pe secundă). Această caracteristică este mai temporară decât spațială. Este marcat de simbolul grecesc litere latine sau latine f.
3. Amplitudinea oscilației electromagnetice este înălțimea maximelor și a minimelor oscilației. În general, arată intensitatea câmpurilor electrice și magnetice, care sunt îndoite în planuri reciproc perpendiculare.
4. Masa unei particule este motivul pentru care lumina are un impuls. Această caracteristică confirmă: cuantumul unui câmp electromagnetic (numit foton) este o particulă! Adevărat, nu uitați că masa de repaus este zero, ceea ce înseamnă că există doar în mișcare.

Frecvența și lungimea de undă a luminii sunt legate de relație lambda-nu- = c, unde c este viteza luminii în vid. Cu cât lungimea de undă este mai mică și cu cât frecvența este mai mare, cu atât energia valurilor este mai mare.

Unu sau mulți?

Dacă luăm în considerare un foton, atunci acesta va avea toate caracteristicile descrise mai sus. Dar există efecte și valori care apar numai atunci când vine vorba de efectul de masă.

De exemplu, orice persoană știe: la apus, intensitatea luminii solare este mai mică. În acest moment, pe discul luminatorului central se pot urmări cu ușurință ochii neprotejați. În timp ce pe soarele la zenit chiar și să pară periculos - este posibil să fii orb pentru un timp scurt și să pierzi orientarea în spațiu. Iar motivul este curbura planetei noastre. Cu cât soarele devine mai jos, cu atât atmosfera mai groasă trece prin razele sale și cu cât sunt mai mult absorbite.

Pe suprafața pământului există mai puțini fotoni. Acest fenomen poate fi descris prin schimbarea puterii radiației luminoase.

Fluxul luminos și ochiul uman

În același timp, fluxul de lumină este un termen fizic foarte specific. Și acum îi vom dezvălui sensul.

Cele mai multe fotoni scad pe metru pătrat pe unitate de timp, cu atât mai mare este puterea fluxului de radiații.

Dacă numărul de quanta de lumină este fixat de o mașină imparțială, va arăta valoarea corectă din punctul de vedere al fizicii. Dar ochiul uman are un maxim, pe care îl vede cel mai bine, și toate celelalte frecvențe se agravează. Adică, fotonii roșii și violeți văd mai puțini decât cei care cad la suprafață, dar cei verzi sunt percepuți mai bine. Deci, fluxul luminos este un flux de radiații, în care se face o corecție pentru sensibilitatea spectrală a ochiului uman.

Reactor nuclear și explozie

Orice știință are opusul, partea întunecată. Odată ce a fost inventat un bloc mecanic, acesta a fost folosit pentru a crea mașini de propulsare. Odată ce chimiștii au avansat în studiul materiei, cunoștințele lor au fost folosite împotriva oamenilor. Și atomul a crescut puterea capacităților de luptă umane până la distrugerea completă a ei și a planetei.

După cum se știe, reacția viguroasă este sursa multor tipuri de particule și radiații. Chiar și o substanță radioactivă chimică foarte pură produce neutroni, alfa, beta, radiații gamma, precum și undele electromagnetice de toate intervalele. Radiația luminoasă din explozie lovește mult mai direct decât valul de șoc în sine. Arsurile sunt tratate pentru o lungă perioadă de timp și lasă cicatricile. Daune mai grave materiei vii aduce numai componenta radioactivă a acestui act de inumanitate, explozia unei bombe atomice.