Поговорим о свете.
Наше обсуждение – это будет популярное обсуждение темы «свет».
Почему говорят «довести до белого каления»?
Долгое время люди не могли разобраться, что такое свет.
Наблюдали за звездами, солнцем, луной, горящим деревом.
Одно время считали, что свет – это щупальцы, выходящие из наших глаз, щупальцы предметов, которые мы видим.
Итак: горение.
Горение – это химическая реакция соединения углерода с кислородом, с образованием углекислого газа, тепла и света.
Все органические вещества горят. Имеющие углерод.
Органические вещества – это дрова, нефть, газ.
Горит ещё водород.
А что происходит на Солнце? Солнце - это звезда, яркое светило, которое находится рядом с Землёй.
Там происходят термоядерные реакции между дейтерием и тритем, с образованием гелия и нейтрона.
Частицы, образованные в этой реакции, вылетают с огромными скоростями, то есть имеют очень большие энергии.
Газообразная смесь начинает светиться. Выделяется энергия в виде света, тепла. Но в этом разобрались только в начале 20 века, когда изучили строение атома, изучили радиоактивность, ядерные реакции.
Проведено много экспериментов на Земле, чтобы понять то, что происходит на Солнце, на поверхности которого 6000 град.
История изучения света начиналась не с Солнца, а с простых опытов с призмой.
С помощью призмы белый свет можно разложить в спектр видимого света, который мы видим на радуге после дождя.
В шкале электромагнитных волн видимый свет – это очень узкое окно. Там есть длинные волны (низкочастотные), короткие волны (высокочастотные).
Но с развитием ядерной физики, изучением ядерных реакций, пришли к выводу, что свет распространяется в виде частиц - фотонов, квантов.
Кванты света – это порция энергии.
Энергия кванта выражается знаменитой формулой Планка (в честь немецкого ученого) – hν, где ν – частота света. h - постоянная Планка.
Энергия кванта пропорциональна частоте. Формула связывает волновые свойства (частота) со свойствами частиц.
Фотон света испускается атомом, если электрон ( в атоме)переходит с уровня с большей энергией на уровень с меньшей энергией.
Именно это знание привело к созданию лазера.
Представьте, если мы высший уровень в атоме накачаем (внешней энергией) большим количеством электронов,
а потом, при определенных условиях и технологии, одновременно эти электроны упадут на низший уровень.
Это падение сопровождается мощным потоком фотонов света
( или квантов).
Почему такое разнообразие цветов вокруг нас?
Почему небо голубое, а закат красный? Цветок красный или желтый?
Ведь сам космос чёрный, хотя немало звёзд. Когда летишь на самолете на очень большой высоте, то в окне видна верхняя темная часть.
Почему небо не становится ярко освещенным большим количеством звёзд? Во - первых: космос безвоздушный. Свет в атмосфере рассеивается на частицах воздуха.
Во- вторых:
Увидите ли вы звёзды, если будете стоять под ярким фонарём?
Проведём простой эксперимент.
Возьмём металлическую крышку с зеркальной поверхностью
и используем монитор как звёздное небо.
Фотовспышка у нас будет вместо Солнца.
По двум фотографиям видно, что яркая вспышка, которая заменила Солнце, затмила звёздное небо экрана. Конечно, здесь нельзя не учитывать особенность глаз человека.
В абсолютно темной комнате все предметы черные. Но при солнечном свете помидор красный, огурец зеленый....Почему? Белый свет - это семь цветов радуги, попадающие в наши глаза. От помидора отражается только красный свет, остальные лучи белого света поглощаются помидором. От огурца отражаются зеленые лучи, остальные поглощаются....
Перейдём к цвету неба и к закату Солнца. Почему мы видим небо голубое. Голубой, синий свет- это высокочастотная часть по шкале электромагнитных волн. Эти лучи лучше рассеивается молекулами воздуха, чем другие. Поэтому мы видим небо голубым.
Разберем закат Солнца.
На фото видим: верхняя часть небосвода голубая или тёмно-голубая, фиолетовая, а нижняя часть красная.
Иногда проглядываются жёлтые полосы.
Присутствие облаков изменяет цвет заката. Рассмотрим два случая:
когда Солнце в зените, то есть почти над головой, и когда Солнце на закате.
Свет проходит разные пути. Посмотрим на рисунок:
Когда свет над головой,
то путь короче, чем путь ( длиннее) света, который идет от Солнца, "исчезающего" за горизонтом.
В первом случае голубые лучи рассеиваются ( как высокочастотные) в атмосфере - небо голубое.
Но во втором случае ( закат): вся высокочастотная часть( голубая, синяя), излучаемого Солнцем, света
рассеивается в атмосфере, проходя длинный путь. Поэтому красные и жёлтые лучи попадают нам в глаза.
В результате, мы видим небо на закате красно-жёлтое.
В лампах накаливания происходит переход электрической энергии в тепловую и световую. Кстати, патент на эиу лампу русский ученый А.Лодыгин продал американцу Эдмсону, который сделал бизнес по производству лампочек
Вернёмся к нашей теме.
Что значит довести до белого каления?
Цвет пламени зависит от температуры.
Белое свечение имеет 1400 градусов по Цельсию, а красное свечение - 600 градусов.
В физике имеет место
Закон смещения Вина, который
связывает длину волны света и температуру. Смотрим рисунок:
Мы видим на этом графике температуру красного,
жёлтого света. Учтем:чем больше длина волны, тем меньше частота.
Теперь понятна фраза «довести до белого коления».
То есть, когда закаливают металл,
самая высокая температура у белой ( светло - голубой)части металла. Тлеющие угольки красноватые, с сравнительно невысокой температурой.
Сегодня в разделе
Физики - "оптика"
свет считается и частицей, и волной.
Только в одних экспериментах свет проявляет себя как частица, а в других экспериментах свет проявляет себя как волна.
Поведение света, как частицы, проявляется в электронике. Теория этого явления обсуждается в квантовой физике.
В этой области физики прославились и русские ученые А.Столетов, С.Вавилов, С.Лебедев, Н.Басов, А.Прохоров, Ж.Алферов и др..
Посмотрим рассказанное на видео: