Инфракрасное и видимое излучение
Инфракрасный имеет длину волны немного больше, чем наши глаза могут обнаружить. Тело человека имеет температуру, которая производит излучение в этой части спектра, и поэтому инфракрасные детекторы могут использоваться как камеры ночного видения. ИК-порт также используется пультом дистанционного управления для отправки сигналов на телевизоры и другое аудио- или видеооборудование.
Видимый свет – это часть электромагнитного спектра, который наши глаза могут обнаружить, и та часть, с которой мы больше всего знакомы в нашей повседневной жизни. Он считается находящимся в «середине» электромагнитного спектра, хотя это довольно произвольно.
Рентгеновское излучение имеет очень высокую энергию и подобно УФ может ионизировать атомы в теле и наносить урон. Однако на правильных длинах волн и в правильных количествах их можно использовать безопасно, не повреждая ткани тела, чтобы создать, например, снимки грудной клетки. Также рентгеновские телескопы полезны при исследовании астрофизики.
Инфракрасный свет – практикум невидимо тёплого излучения — ZetSila
Видимый свет
Как известно, электромагнитные волны различаются частотой и длиной волны. И в зависимости от этих значений электромагнитное излучение делят по частотным диапазонам.
В физике видимым светом принято считать электромагнитные волны, длины которых лежат в диапазоне от 380 нм (частота колебаний 750 ТГц) до 780 нм (частота колебаний 429 ГГц).
Вне физической оптики к понятию «свет» относят также электромагнитные волны, не видимые глазом человека, в инфракрасном диапазоне с длиной волны 1 мм — 780 нм и частотой 300 ГГц — 429 ТГц и в ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 380 — 10 нм и частотой 7,5·1014 Гц — 3·1016 Гц.
Инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучения называют оптической областью спектра. Верхняя граница оптического диапазона является длинноволновой границей инфракрасного излучения, а нижняя — коротковолновой границей ультрафиолетового излучения. Таким образом, диапазон оптического излучения — от 1 мм до 10 нм.
Как же возникает свет? Оказывается, он образуется в результате процессов, происходящих внутри атомов при изменении их состояния. При этом возникает поток частиц, называемых фотонами. Они не имеют массы, но обладают энергией.
Получается, что свет одновременно обладает свойствами электромагнитной волны и свойствами дискретных частиц — фотонов.
Яркий ультрафиолетовый мир
По ту сторону видимой части спектра нас ждут уже более экзотические вещи. Сначала ультрафиолет, главный источник которого для нас — Солнце. К счастью, от самой жёсткой (коротковолновой) его части нас защищает озоновый слой, но и той небольшой доли ультрафиолета, которая проходит сквозь стратосферу, достаточно, чтобы сделать долгое пребывание на солнце вредным.
Если бы мы видели в ультрафиолете, все вокруг были бы покрыты веснушками (кроме маленьких детей, кожа которых ещё не успела покрыться участками, насыщенными пигментом). Кроме того, мир стал бы намного ярче: невзрачные птицы, цветы и некоторые грибы заиграли бы новыми красками.
Солнце на снимке рентгеновского телескопа «Чандра». Над чёрной поверхностью — бури рентгеновского излучения.
Что такое синий свет и как он влияет на нас? |
Оптика
Изучение света и взаимодействия света и материи называется оптикой . Наблюдение и изучение оптических явлений, таких как радуга и северное сияние, дают много ключей к разгадке природы света.
Преломление
Пример преломления света. Соломинка кажется изогнутой из-за преломления света, когда она попадает в жидкость (в данном случае вода) из воздуха.
Преломление — это изгиб световых лучей при прохождении через поверхность между одним прозрачным материалом и другим. Это описывается законом Снеллиуса :
где θ 1 — угол между лучом и нормалью к поверхности в первой среде, θ 2 — угол между лучом и нормалью к поверхности во второй среде, а n 1 и n 2 — показатели преломления , n = 1 в вакуума и п > 1 в прозрачном веществе .
Когда луч света пересекает границу между вакуумом и другой средой или между двумя разными средами, длина волны света изменяется, но частота остается постоянной. Если луч света не ортогонален (или, скорее, нормален) к границе, изменение длины волны приводит к изменению направления луча. Это изменение направления называется рефракцией .
Качество преломления линз часто используется для управления светом с целью изменения видимого размера изображений. Увеличительные стекла , очки , контактные линзы , микроскопы и преломляющие телескопы — все это примеры этой манипуляции.
Как выглядит электромагнитное излучение
Источники света
Атомы излучают и поглощают свет с характерной энергией. Это создает « эмиссионные линии » в спектре каждого атома. Излучение может быть спонтанным , как в светодиодах , газоразрядных лампах (например, неоновые лампы и неоновые вывески , ртутные лампы и т. Д.) И пламени (свет от самого горячего газа — например, натрий в газовое пламя излучает характерный желтый свет). Излучение также можно стимулировать , как в лазере или микроволновом мазере .
Некоторые вещества излучают свет, когда они освещаются более энергичным излучением — процесс, известный как флуоресценция . Некоторые вещества медленно излучают свет после возбуждения более энергичным излучением. Это известно как фосфоресценция . Фосфоресцирующие материалы также можно возбуждать, бомбардируя их субатомными частицами. Катодолюминесценция — один из примеров. Этот механизм используется в телевизорах с электронно-лучевой трубкой и компьютерных мониторах .
Когда концепция света предназначена для включения фотонов очень высоких энергий (гамма-лучей), дополнительные механизмы генерации включают:
Диаграмма Герцшпрунга–Рассела
Видимый блеск звезд измеряют в обратной логарифмической шкале звездных величин (слайд 43), но для физика это неинтересно. Ему важна полная мощность излучения звезды, а ее мы не можем просто так по фотографии угадать.
Солнце, звезда с температурой около 6000 K и с единичной мощностью, располагается почти посередине этой диаграммы. Вдоль диапазона изменения обоих параметров звезды распределены практически непрерывно, но по плоскости диаграммы они не как попало разбросаны, а группируются в компактные области.
В процессе своей эволюции звезда может менять положение на диаграмме. Об этом – в одной из следующих лекций.
