Свет. Источники и приемники света

Свет. Источники и приемники света
Мы приступаем к рассмотрению световых (или оптических)
явлений. Достаточно обычная, на первый взгляд, вполне понятна и будничная
тема и в то же время достаточно загадочная и важная. Что дает нам
свет? Возможность видеть окружающий мир! Более 90% информации об
окружающем мире человек получает благодаря зрению! Под воздействием света
и тепла развивается и поддерживается жизнь на Земле (а, возможно, и на других
планетах Вселенной).
Нас окружают редкие и повседневные оптические явления, которые являются
загадочными именно потому, что мы или не можем объяснить причины их
возникновения, или просто не задумываемся над ними. Почему небо голубое, а
листья зеленые? Почему возникают миражи? Почему, когда идет дождь, мы не
всегда можем видеть радугу? Почему глубина бассейна нам кажется меньше,
чем она есть на самом деле? Почему Солнце светит и греет, а лампа дневного
света горит, не греет? Когда образуются ледяные сосульки на крышах домов? В
теплый зимний день или в мороз? Если в теплый день, то как может
замерзнуть вода при температуре выше нуля? Если в морозный, то откуда
берется вода? Что такое обман зрения, и как этим пользуются
иллюзионисты? Почему зайца называют раскосым? Что такое лазер,
фотоэлемент, световод, голограмма? И что же это такое - свет? В чем его
секрет?
Готовы ли вы раскрывать тайны света? Для этого вам следует вспомнить, что
такое материя и какие его виды. В пригодятся
ваши знания о энергию и строение вещества, ваши умения наблюдать,
экспериментировать, делать выводы, конструировать приборы. Вам следует
вооружиться некоторыми орудиями (фонариками, зеркалами, линзами), ведь
большинство открытий вы сможете сделать самостоятельно!
Излучение света. Что необходимо, чтобы тело начало светиться?
Как вам уже известно, все тела состоят из вещества. Вещество в свою очередь
состоит из молекул, молекулы из атомов, атомы из ядра и электронов, ядра из
протонов и нейтронов. Все частицы движутся и взаимодействуют между собой.
Движением и взаимодействием атомов и молекул определяется внутренняя
энергия тела. Часть внутренней энергии тела
может излучаться и распространяться в пространстве.
Все тела, без исключения, излучают тепловую энергию, или как точнее будет
сказано - инфракрасные лучи. Солнце, костер, человек, животные, и даже лед
излучают инфракрасные лучи.
Понятно, что энергия, излучаемая тело, зависит от температуры: чем выше
температура тела, тем больше энергии оно излучает. Температура некоторых
тел может быть настолько велика, что атомы вещества находятся, как говорят
физики, в возбужденном состоянии, то есть имеют «излишек», который и
излучается в виде видимого света.
Источники света. Тела, которые самостоятельно излучают свет в окружающее
пространство называются источниками света .
Как мы только выяснили тела в нагретом состоянии могут излучать
свет. Поэтому их еще называют тепловыми источниками света . Тепловыми
источниками света являются Солнце, звезды, костер, электрическая лампочка
накаливания. Их свечение достигается за счет внутренней энергии (рис. 39)
Рис. 39. Температура некоторых тепловых источников света
Кроме тепловых есть еще люминесцентные (холодные) источники
света . Излучение ими света осуществляется атомами или молекулами за счет
энергии внешнего воздействия.
Северное сияние, разноцветная иллюминация, лампы дневного света, экраны
телевизоров, мониторы компьютеров и мобильных телефонов, светлячки,
светящиеся краски - все это люминесцентные источники света.
Излучение ими света обусловлено различными причинами:
- Северное сияние возникает у полюсов Земли, где действует сильнее магнитное
поле. Потоки космических лучей захватываются магнитным полем, возбуждают
атомы верхних слоев атмосферы и вызывают их свечение.
- Некоторые вещества начинают светиться от того, вобравшие свет от других
источников. Вы могли это наблюдать, когда ехали ночью на автомобиле. При
освещении фарами дорожных знаков - начинает светиться нанесенная на них
краска.
Из перечисленных источников света можно выделить такие, которые
существуют в природе, и которые создал человек. По этому признаку
источника света делятся на естественные и искусственные.
Солнце, звезды, Северное сияние, молния - природные источники света. А вот
такой небесный объект, как Луна не излучает собственного света, он лишь
отражает свет, который поступает к нему от Солнца.
Искусственные источники света люди начали создавать еще в
древности. Сначала костер, позже свечи и керосиновые лампы. В XIX веке
появилась электрическая лампа накаливания, без которой вы наверное и не
представляете своего жилья. Но в лампе накаливания только 3-4% затраченного
энергии выделяется в виде света, другая часть затрачивается на нагрев самой
лампы, и воздух вокруг нее. Сегодня инженеры и ученые работают
над созданием новых источников света, которые требовали меньших затрат
энергии.
Приемники света. Свет, попадая на некоторые тела, может вызвать
определенные изменения в веществе.
Устройства, которые реагируют на свет, на них попадает и превращают его
называются приемниками света.
Например, фотопленка и фотобумага под действием света меняют свой
состав. На этом основан процесс получения фотографий.
Созданы специальные устройства - фотоэлементы, которые преобразуют
световую энергию в электрическую. Особенно широко используются
фотоэлементы в солнечных батареях, которые устанавливают на космических
кораблях, спутниках. Элементы таких батарей используют для питания
микрокалькуляторов.
Одними из самых важных и необходимых для живой природы приемников света
на Земле являются листья растений. Под действием света в них происходит
процесс фотосинтеза - образование органических соединений и выделение
кислорода.
Для человека главным приемником света является глаз. Свет вызывает в глазах
нервные раздражения, передаваемые в мозг человека, и человек воспринимает
окружающие предметы.
Наша кожа - тоже приемник солнечного света. Под действием света она меняет
цвет (загорает).
Вода, почва тоже приемники солнечного света. Под действием света они
нагреваются - преобразуют энергию света на внутреннюю энергию.
Природа света. Веками длились между учеными споры о природе света. Свет
стал для ученых одним из «крепких орешков», его даже называли «темным
пятном в физике»! Природу света удалось установить лишь в первой половине
ХХ века.
Инфракрасные лучи, свет, и как потом вы выясните, радиоволны, рентгеновские
лучи относятся к особому виду материи - электромагнитных волн . Они
имеют общие признаки: порождаются в результате движения и
взаимодействия электрически заряженных частиц, распространяющихся в
пространстве с одинаковой скоростью, характеризуются одинаковыми
величинами, подчиняются одинаковым законам.
Скорость распространения света крупнейшая в природе. В вакууме свет
распространяется со скоростью 300 000 км / с .
Именно этот факт, что свет и радиоволны распространяются с одинаковой
скоростью сыграл значительную роль в выяснении природы света.
Свет - вид электромагнитных волн, воспринимаемый глазом человека.
Ни радиоволны, ни рентгеновские лучи человек не может видеть. Только с
помощью специальных приборов (их называют приборами ночного видения),
людям удается фиксировать инфракрасные лучи.
Свет переносит энергию. Световая энергия может превращаться в тепловую,
химическую, электрическую. Под воздействием света и тепла развивается и
поддерживается жизнь на Земле.
Еще одна уникальная особенность света: свет распространяется в пространстве
как электромагнитная волна, а излучается и поглощается порциями (фотонами).
Исследованию световых явлений посвящен целый раздел физики, который
называется оптика (от греческого слова optike - наука о зрительные ощущения).
Вопросы для самоконтроля