Светлинната радиация е ... Светлинна радиация: енергия, сила и честота

Днес ще ви кажем защо светлинната радиация е най-важната концепция за съвременната физика. Ще бъдат описани и свойствата на квантите на електромагнитната енергия и историята на тяхното изследване.

Слънце и луна

В световната култура има много митове за произхода и поведението на главните небесни тела. Някъде те са брат и сестра, някъде - съпруг и съпруга, някои хора смятат, че това е дърво плодовете на свят, някои - това е скъпоценни камъни и боговете. И всички легенди са създадени в опит да се разбере защо светлинната радиация е продукт на Слънцето и Луната.

Често откритията се случват случайно, а пътят на науката не е толкова ясен, колкото изглежда. Например, за първоначалното разбиране на танца на небесни тела, е необходима религия, която в началото забраняваше изучаването на явлението, а след това самата тя попитала учени за нея.

Великден и Квант

През шестнадесети век папа Лео Х решил да подобри таблиците за изчисляване на датата на идването на Празника на Пасхата. Да разберем кога идва точно този ден е невероятно трудно, защото се изисква да се свържат три различни времеви референтни системи: дните от седмицата, слънчевите и лунните цикли.

1. Великден със сигурност е неделя.
2. Празникът винаги идва след деня на пролетното равноденствие.
3. Важно е пълната луна да е преминала преди времето на идването на Великден.
4. Друго условие е несъответствието между еврейската, католическата и православната традиция.

Сега този ден е възможно да се предскаже хилядолетие напред, но преди таблицата за изчисленията са правилни пет или шест години, след което е било необходимо да се извършат нови дати за корекция. Това ниско точност е свързано с пълна увереност цивилизовани хора, че земята - плоски, намиращ се в центъра на вселената, както и видими промени на планетите, Слънцето и Луната се обяснява с наличието на епицикли, допълнителни малки кръгове, които небесните тела се въртят.

Всичко това предизвика много проблеми при изчисленията. За да не се занимава с това всеки път, Лев X поръча проучване от астрономи от онова време. И те стигнаха до едно невероятно откритие: Земята не е център на вселената, източникът на светлинна радиация е Слънцето, а Луната отразява само светлината и самата тя е нещо като планета. Древно изследване по-късно доведе до разбиране на електромагнитната и квантовата природа на светлината.

Нютон и Фарадей

В век английски учен седемнадесети осемнадесети Исак Нютон се чудеше: "Каква е слънчев лъч" Студентите го познават като автор на закона за гравитацията, но той също учи оптика. В резултат на това Нютон до заключението, че светлинните вълни слънчевата радиация разлага на цветни елементи, които се превръща в дъга. По този начин полагат основите на разбирането на вълновата природа на светлината.

А в двадесетата година на XIX век английският физик Майкъл Фарадей доказа: токът (и изобщо всеки движещ се зареден обект) е източникът на електромагнитното поле. За да разберем, че светлинното лъчение е квантово на електромагнитното поле, е било необходимо да се измисли фундаментално нова физика на света на елементарните частици.

Планк и котката Шрьодингер

Епохата на кванта започва с изучаването на отопляеми тела. От класическата физика беше известно, че топлинното излъчване е непрекъснато. Максимумът на този спектър е свързан с телесната температура по формула на Rayleigh-Jeans. Тя описва експерименталните данни на малки вълни, но в синята част на спектъра възникват проблеми: енергията на всеки обект е толкова голяма, че може да унищожи вселената. Това явление беше наречено ултравиолетово бедствие.

През 1900 г. Макс Планк се опита да напише такава формула за енергията на светлинното излъчване на топло тяло, с изключение на сценария за унищожаване на света. В същото време германският физик бил принуден да въведе количество, което той нарече "квантово действие". И този термин обозначава най-малката част от електромагнитното поле.

Самият Планк смята, че квантът не е нищо повече от математическа тематика, но други учени осъзнават потенциала на такова изобретение. Цяло училище от изследователи (сред които са и Алберт Айнщайн, Ервин Шрьодингер, Вернер Карл Хайзенберг) създава ново направление в науката - квантова физика. Благодарение на тях хората най-накрая разбраха защо атомите излъчват и каква светлина е.

Макс Планк обаче отдавна не приема основното естество на своето откритие. Той спори с колеги и дори излезе с парадокс с котката Шрьодингер, която е жива и мъртва в същото време. За известно време ученият се опитал да заобиколи квантовата формула на излъчването на абсолютно черно тяло чрез различни математически трикове. Но нищо не се получи от него и в крайна сметка се отказа.

Какво е светлината?

Благодарение на дейността на тези прекрасни и смели учени, сега знаем, че светлината е квантова електромагнитна радиация, която притежава свойствата както на вълна, така и на материална частица.

1. Дължината на вълната на светлинната радиация е разстоянието между две съседни максимуми на трептенията на електромагнитното поле. Обозначено с писмото ламбда. Обикновено това е разстоянието между идентични фази на съседни колебания на една вълна. Но във фигурата можете да покажете по-ясно разстоянието между "гърбиците" или "кухините". Дължината на вълната се измерва в метри със съответния префикс. Например, видимата радиация е кванта с ламбда - от 380 до 780 нанометра (nm).
2. Честотата на светлинната радиация е броят на вълните, които се побират в единица време (за секунда). Тази характеристика е по-временна от пространствената. Обозначава се с гръцкия символ не- или латински букви е.
3. Амплитудата на електромагнитните трептения е височината на максимумите и минималните стойности на трептенията. По принцип тя показва интензивността на електрическите и магнитните полета, които са огънати в взаимно перпендикулярни равнини.
4. Масата на частицата е причината светлината да има импулс. Тази характеристика потвърждава: квантът на електромагнитното поле (наричано фотон) е частица! Вярно, не забравяйте, че останалата маса е нула, което означава, че тя съществува само в движение.

Честотата и дължината на вълната на светлината са свързани с връзката lambda-nu- = c, където c е скоростта на светлината във вакуум. Колкото по-ниска е дължината на вълната и колкото е по-висока честотата, толкова по-висока е вълновата енергия.

Едно или много?

Ако разгледаме един фотон, той ще има всички описани по-горе характеристики. Но има ефекти и ценности, които възникват само когато става дума за масовия ефект.

Например, всеки човек знае: при залез слънце, интензивността на слънчевата светлина е по-малка. По това време на диска на централното осветително тяло лесно може да се наблюдават незащитени очи. Докато на слънцето при зенита си дори да изглежда опасно - възможно е да бъдете слепи за кратко време и да загубите ориентация в космоса. И причината е кривината на нашата планета. Колкото по-ниско слънцето залязва, толкова по-дебела атмосферата преминава през лъчите му и колкото повече се поглъщат.

На повърхността на земята има все по-малко фотони. Това явление може да бъде описано чрез промяна на силата на светлинната радиация.

Светлинният поток и човешкото око

В същото време светлинният поток е много специфичен физически термин. И сега ще разкрием значението му.

Колкото повече фотони падат на квадратен метър на единица време, толкова по-голяма е мощността на радиационния поток.

Ако броят на квантите на светлината се фиксира от една безпристрастна машина, тя ще покаже правилната стойност от гледна точка на физиката. Но човешкото око има максимум, който вижда най-добре, а всички други честоти се влошават. Това означава, че червените и виолетовите фотони виждат по-малко хора, отколкото падат на повърхността, но зелените се възприемат по-добре. Така светлинният поток е поток от радиация, в който се прави корекция на спектралната чувствителност на човешкото око.

Ядрен реактор и експлозия

Всяка наука има обратното - тъмната страна. След като е измислен механичен блок, той се използва за създаване на двигатели. След като химиците са напреднали в изучаването на материята, знанията им са използвани срещу хората. Атомът увеличи силата на човешките бойни способности до пълното унищожение на себе си и на планетата.

Както е известно, енергичната реакция е източник на много видове частици и излъчвания. Дори много чисто химическо радиоактивно вещество произвежда неутрони, алфа, бета, гама лъчение, както и електромагнитни вълни от всички диапазони. Светлинната радиация от експлозията се удари много по-директно от самата вълна на ударите. Изгарянията се лекуват дълго време и оставят белези. По-сериозното увреждане на живата материя носи само радиоактивния компонент на този акт на нехуманност, експлозията на атомна бомба.