СВЕТЯЩИЕСЯ ТЕЛА: ХАРАКТЕРИСТИКИ И КАК ОНИ ГЕНЕРИРУЮТ СОБСТВЕННЫЙ СВЕТ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Светящимся телом называется любой естественный или неестественный объект, который излучает собственный свет, являющийся частью электромагнитного спектра, видимого человеческими глазами. Противоположность светящемуся объекту - несветящийся.

Несветящиеся объекты видимы, потому что они освещаются светом, излучаемым светящимися объектами. Несветящиеся тела также называют освещенными телами, хотя они не всегда находятся в таком состоянии.

Солнце, светящееся тело, освещающее небо и море. Источник: pixabay

Светящиеся объекты являются первичными источниками света, поскольку они излучают его, в то время как несветящиеся объекты являются вторичными источниками света, поскольку они отражают свет, создаваемый первыми.

Примеры светящихся и несветящихся тел

Светящиеся объекты

В природе есть объекты, способные излучать свет. Это включает:

- Солнце.

- Звезды.

- Люминесцентные насекомые, такие как светлячки и другие.

- Лучи.

- Северное сияние или северное сияние.

Ниже приведены искусственные светящиеся объекты:

- Лампы накаливания или лампочки.

- Пламя свечи.

- Флюоресцентные лампы.

- Светодиодные светильники.

- Экран мобильного телефона.

Несветящиеся объекты

В природе существует множество объектов, которые сами по себе не излучают свет, но могут быть освещены:

- Луна, отражающая солнечный свет.

- Планеты и их спутники, которые также отражают солнечный свет.

- Деревья, горы, животные отражают свет неба и Солнца.

- Голубое небо и облака. Они видны из-за рассеяния солнечных лучей.

Искусственная светящаяся лампочка для тела, которая освещает наши ночи. Источник: pixabay

Характеристики светящихся тел и их света

Основная характеристика светящихся тел состоит в том, что свет, с помощью которого мы можем их видеть, излучается самим объектом.

Мы можем видеть людей и предметы благодаря свету, излучаемому светящимися телами, естественным или искусственным. А еще потому, что природа наделила нас органами зрения.

В отсутствие светящихся тел невозможно увидеть все, что нас окружает. Если вы когда-либо сталкивались с полной темнотой, значит, вы знаете важность светящихся тел.

То есть без света нет видения. Зрение человека и животных - это взаимодействие между светом, излучаемым светящимися телами, и светом, отраженным несветящимися телами, с нашими датчиками света в глазу и с нашим мозгом, где изображение, наконец, создается и интерпретируется.

Зрение возможно, потому что свет, излучаемый или отраженный объектами, движется в пространстве и достигает наших глаз.

Фотоны

Фотон - это наименьшее количество света, которое может излучать светящееся тело. Фотоны испускаются атомами светящихся тел и отражаются или рассеиваются несветящимися.

Зрение возможно только тогда, когда некоторые из этих фотонов, испускаемые, рассеянные или отраженные, достигают наших глаз, где они вызывают электронное возбуждение в окончаниях зрительного нерва, которые переносят электрический импульс в мозг.

Как светящиеся тела генерируют свет?

Фотоны испускаются атомами светящихся тел, когда они возбуждены таким образом, что электроны атомных орбиталей переходят в состояния с более высокой энергией, которые позже распадаются на состояния с более низкой энергией с последующим испусканием фотонов.

Каждое тело, если его температура повышается, становится излучателем света. Кусок металла при комнатной температуре является несветящимся телом, но при 1000 градусах Цельсия это светящееся тело, потому что электроны занимают более высокие уровни и, распадаясь на более низкие уровни, они испускают фотоны в диапазоне видимого спектра.

Это то, что происходит на атомном уровне со всеми светящимися телами, будь то Солнце, пламя свечи, нить накаливания лампы накаливания, атомы флуоресцентного порошка энергосберегающей лампочки или атомы светодиодного диода, который является новейший корпус с искусственным освещением.

От случая к случаю меняется механизм возбуждения, по которому электроны переходят на более высокие атомные уровни, а затем распадаются и испускают фотоны.

Все, что мы видим, это прошлое

Видение не происходит мгновенно, поскольку свет распространяется с конечной скоростью. Скорость света в воздухе и в вакууме составляет порядка 300 тысяч километров в секунду.

Фотонам света, покидающим поверхность Солнца, требуется 8 минут 19 секунд, чтобы достичь наших глаз. А фотонам, излучаемым нашей ближайшей звездой, Альфой Центавра, требуется 4,37 года, чтобы достичь наших глаз, если мы смотрим в небо.

Фотоны, которые мы можем наблюдать невооруженным глазом или через телескоп в галактике Андромеды, ближайшей к нашей, ушли там 2,5 миллиона лет назад.

Даже когда мы видим Луну, мы видим старую Луну, потому что то, на что мы смотрим, - это изображение, сделанное 1,26 секунды назад. А изображение футболистов футбольного матча, которое мы видим на трибунах в 300 метрах от игроков, - это старое изображение на одну миллионную долю секунды прошлого.

Двойственность света

Согласно наиболее распространенным теориям, свет - это электромагнитная волна, как и радиоволны, микроволны, с помощью которых готовится пища, микроволны сотовых телефонов, рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение.

Однако свет - это волна, но он также состоит из частиц, называемых фотонами, как мы заявляли ранее. Свет имеет это двойное поведение, известное в физике как дуальность волна-частица.

Все многообразие электромагнитных волн различается по длине волны. Часть электромагнитного спектра, которую может воспринимать человеческий глаз, называется видимым спектром.

Видимый спектр соответствует узкому диапазону электромагнитного спектра от 0,390 мкм до 0,750 мкм. Это характерный размер простейших (амеб или парамеций).

Ниже видимого спектра по длине волны находится ультрафиолетовое излучение, длина волны которого сравнима с размером органических молекул.

А выше видимого спектра находится инфракрасное излучение, размер которого сопоставим с острием иглы. На кончике этой иглы может поместиться от 10 до 100 простейших, то есть от 10 до 100 длин волн видимого спектра.

В отличие от них, микроволны имеют длину волны от сантиметров до метров. Радиоволны имеют длину от сотен метров до тысяч метров. Рентгеновские лучи имеют длины волн, сравнимые с размером атома, в то время как гамма-лучи имеют длины волн, сопоставимые с атомным ядром.

Цвета и видимый спектр

Видимый спектр включает множество цветов, которые можно различить в радуге или в солнечном свете, рассеянном на стеклянной призме. У каждого цвета есть длина волны, которая может быть выражена в нанометрах, что составляет одну миллионную миллиметра.

Спектр света и его длины волн в нанометрах (нм), от самого высокого до самого низкого, следующие:

- Красный. Между 618 и 780 нм.

- Оранжевый. Между 581 и 618 нм.

- желтый. Между 570 и 581 нм.

- Зеленый. Между 497 и 570 нм.

- Голубой. Между 476 и 497 нм.

- Синий. Между 427 и 476 нм.

- Виолетта. Между 380 и 427 нм.

Светящееся черное тело, энергия и импульс

У света есть энергия и импульс. Каждый цвет в видимом спектре соответствует фотонам разной энергии и разного импульса или импульса. Это стало известно благодаря пионерам квантовой физики, таким как Макс Планк, Альберт Эйнштейн и Луи де Бройль.

Макс Планк обнаружил, что световая энергия приходит в виде пакетов или квантов, энергия которых E измеряется в Джоулях и равна произведению фундаментальной постоянной природы, известной как постоянная Планка, которая обозначается буквой h, и частоты f в Герц.

E = h ∙ f

Это открытие было сделано Планком для объяснения спектра излучения светящегося тела, которое только испускает излучение, но не отражает его, известного как «черное тело» и чей спектр излучения изменяется в зависимости от температуры.

Постоянная Планка h = 6,62 × 10 ^ -34 Дж * с.

Но именно Альберт Эйнштейн, несомненно, подтвердил, что свет - это фотоны с энергией, заданной согласно формуле Планка, как единственный способ объяснить явление, известное как фотоэлектрический эффект, при котором материал, освещенный светом, излучает электроны. Именно за эту работу Эйнштейн получил Нобелевскую премию.

Но фотон, как и каждая частица, несмотря на то, что не имеет массы, имеет импульс или импульс, заданный соотношением, обнаруженным Луи де Бройлем в рамках дуальности волна-частица фотона и квантовых объектов.

Соотношение де Бройля гласит, что импульс фотона p равен отношению постоянной Планка h к длине волны фотона λ.

P = h / λ

Красный цвет имеет длину волны 618 × 10 ^ -9 м и частоту 4,9 х 10 ^ 14 Гц, поэтому энергия фотона составляет 3,2 × 10 ^ -19 Дж, а его импульс равен 1,0. × 10 ^ -27 кг * м / с.

На другом конце видимого спектра фиолетовый цвет с длиной волны 400 × 10 ^ -9 м и частотой 7,5 × 10 ^ 14 Гц, поэтому энергия фотона составляет 4,9 × 10 ^ -19 Дж. и его импульс 1,7 × 10 ^ -27 кг * м / с. Из этих расчетов мы заключаем, что фиолетовый имеет больше энергии и больше импульса, чем красный.

Ссылки

1. Типпенс, П. 2011. Физика: концепции и приложения. 7-е издание. Мак Гроу Хилл. 262-282.
2. Wikipedia. Видимый спектр. Восстановлено с wikipedia.com
3. Wikipedia. Электромагнитный спектр. Восстановлено с wikipedia.com
4. Wikipedia. Источник света. Восстановлено с wikipedia.com
5. Wikibooks. Физика, оптика, природа света. Получено с: es.wikibooks.org