Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. И так, мы с вами продолжаем изучать, так сказать, первый круг школьной физики, который можно условно назвать ознакомительной вводной экскурсией со школьной физикой с изучением всех тем на самом простом уровне. Через несколько лекции, когда мы закончим изучать две последние темы в этом первом круге - оптику и ядерную физику, мы начнем изучение второго круга и опять с темы механики, но уже на более новом качественном уровне. То что мы с вами уже прошли - это так называемая часть физики основной школы. Мы уже изучили с вами следующие физические явления: механические, тепловые, электрические и магнитные и на этой лекции мы переходим к изучению световых явлений, т.е оптики.
Но перед этим напомним, что мы с вами закончили изучение раздела: "электрический ток в различных средах". Давайте вспомним какие темы мы с вами прошли. И так...мы поговорили о характере движения носителей заряда в проводнике и об электрическом токе в металлах, о зависимости сопротивления металлов от температуры и температурном коэффициенте сопротивления, порешали задачи на тему электрического тока в металлах, поговорили об электрическом токе в жидкостях и законе Фарадея для электролиза, и об областях применения электролиза, а так же порешали задачи на эту тему, кроме этого порешали комбинированные задачи на электрические цепи и тепловое и химическое действие тока, вспомнив темы, "параллельное и последовательное соединение проводников" и действие "электрического тока", научились экспериментальному определению температурного коэффициента сопротивления металлов. Познакомились с темой электрический ток в газах и видах самостоятельного газового разряда и закончили изучение раздела ознакомительной темой об электрическом токе в полупроводниках.
И так давайте перейдем к изучению оптики... изучать мы с вами будем раздел, который называется геометрическая оптика. Дело в том, что существуют три раздела оптики: геометрическая и физическая, которая в свою очередь делиться на волновую и квантовую оптику, но о последних двух разделах оптики мы будем говорить на более поздних темах, а пока стоит отметить, что геометрическая оптика не интересуется тем, что из себя представляет свет. Геометрическую оптику интересует только одно: как меняется направление света в среде в которой распространяется свет в различных условиях. Мы уже сказали, что в основном мы будем заниматься геометрической оптикой, но сегодняшняя лекция отчасти будет относится и к физической оптике, потому что физическая оптика изучает природу света и взаимодействия света с веществом. Но, ведь, мы же хотим хоть приблизительно знать, что из себя представляет свет для того, чтобы , просто, ориентироваться в данной теме.
Для того, чтобы понять, что такое свет ученым пришлось "построить" новую физику в 1900 году Максом Планком. Им построена новая физика - квантовая физика, хотя, на этой лекции мы об этом только упомянем и заниматься этим не будем, а попробуем опереться на то, что мы уже знаем и как ни странно придется вспомнить кое-что из тепловых явлений....давайте вспомним, что есть такое явление как теплопередача - это изменение внутренней энергии тела без совершения работы. Мы уже говорили о том, что внутреннюю энергию тела, об этом можно судить по изменению температуры тела, можно изменить двумя способами: совершая работу, например, потерев ладошки друг о друга, и согрев эти ладошки каким-нибудь источником тепла. Если мы согреваем ладошки каким-то источником тепла, то они согреваются благодаря явлению теплопередачи. А теперь давайте вспомним какие виды теплопередачи мы знаем, их три: теплопроводность, конвекция и излучение. На этой лекции мы будем говорить об излучении. Помните, когда мы говорили об излучении, мы проводили такую демонстрацию: у нас была включенная раскаленная электроплитка, а рядом находился прибор, который регистрировал изменение температуры. Никакой конвекции не наблюдалось, конвекционные потоки над печкой поднимались вверх, а термоприемник находился сбоку и за счет излучения менялась температура термоприемника. Мы могли бы нашу плитку поднести на некоторое расстояние от нашей щеки (щеки и губы очень хорошо чувствуют тепло) и мы бы почувствовали тепло. И при этом мы говорим, что мы наблюдаем вид теплопередачи, которое называется излучением. А что будет если мы начнем увеличивать температуру нашей плитки? Это можно сделать, например, увеличивая напряжение, подаваемое на плитку, конечно, не на столько, чтобы она перегорела, но мы сможем заметить, что плитка при увеличении температуры начинает светиться. И чем выше ее температура, тем ярче она начинает светиться. Излучение - это вид теплопередачи, т.е это перенос энергии, от более нагретого тела - от плитки, к менее нагретому телу. Солнце согревает нас и светит нам. И вот возникает логический вопрос: а свет может переносить энергию или только тепловое излучение переносит энергию, а свет это что-то совсем другое? Можно ли с помощью света, например, что-то нагреть или расплавить? Оказывается, что можно. И чтобы это доказать давайте проведем следующую демонстрацию...
И так давайте разбираться почему лопнул шарик? Потому что расплавилась резина под действием светового излучения. Лазер - это не тепловой источник света, это не плитка и не лампа накаливания. В лазере происходят совершенно другие физические процессы. Лазер - это достаточно мощный источник света, и он - свет, обладает достаточной световой энергией для того, что бы разрушить резину. Таким образом, что же такое свет? Свет - это вид излучения. Но только в отличии от излучения, которое испускает электроплитка или раскаленный утюг - это излучение мы видим. Поэтому первое определение, которое мы запишем будет звучать так...
Свет - это вид излучения, воспринимаемый глазом.
И поскольку свет - это излучение той же самой природы, что и тепловые лучи, то и свойства света имеют много общего со свойствами тепловых лучей. Оказывается световое излучение, или как его называют, видимое излучение отличается от теплового излучения только количественно. Характеристика - длина волны или частота колебаний в электромагнитное волне, которую представляет собой свет и излучение тепловое, просто разные, а природа при этом у них одинаковая. Поэтому свет может распространяться точно так же как и тепловое излучение в абсолютной пустоте. Солнце отделено от Земли 150 млн. км. пустоты и тем не менее Солнце, как греет, так и светит. Какие же источники света существуют? Источников света огромное количество...давайте сначала посмотрим на естественные источники света...
Естественные источники света - это природные материальные объекты и явления, основным или вторичным свойством которых является способность испускать видимый свет.
Давайте поговорим об искусственных источниках света, а точнее об исторических искусственных источниках света...
Искусственные источники света (общий контекст) - это источники, которые созданы человеком.
Ну а теперь поговорим о современных искусственных источниках света, которые работают от электричества.
Искусственные источники света (в контексте современных источников света) - технические устройства различной конструкции, которые преобразуют энергию в световое излучение.
И естественные и искусственные источники света могут работать на разных принципах. В некоторых случая свет излучается за счет того, что в источнике света что-то имеет очень высокую температуру. Например, костер, лава, молния... и др - это все так называемые тепловые источники света. Тепловыми источниками света могут быть и искусственные источники света. А вот, например, светлячок светится оставаясь при этом холодным. Это так называемый люминесцентный источник света.
Люминесцентный источник света - это источник света, который имеет не тепловую природу.
Естественные люминесцентные источники света - это медузы, кальмары, светлячки и т.д
Искусственные люминесцентные источники света. Мы сейчас и рассмотрим...
Дело в том, что тепловые источники света больше греют, чем светят. Если взять ту же самую лампу. Лампу накаливания...то она только 3 или 4 процента излучает в виде светового излучения, а остальное в виде теплового.
А еще более современными источниками света являются источники света на основе светодиодов...
Частным случаем люминесцентных источников света являются - хемилюминесцентные источники...
И наконец, так же очень современным источником света являются лазерные источники света.
Таким образом источников света существует огромное множество и давайте еще раз повторим, что все их можно разделить на:
- естественные;
- искусственные.
Это с одной стороны. С другой стороны источники света, как естественные, так и искусственные могут быть:
- тепловыми;
- люминесцентными.
И наконец не забудем упомянуть так же то, что источники света могут быть:
- само светящиеся;
- не само светящиеся.
Стоит сделать уточнение о том, что иногда не само светящиеся источники света не относят к источникам света вообще. Т.е, например, нужно быть осторожным при ответе на вопрос: Луна - это источник света или нет. И мы должны объяснить, что мы имеем ввиду, когда говорим о том, что Луна является не само светящимся источником света. Если Луна способна, что-то освещать, то мы можем считать ее источником света, но с другой стороны Луна сама не светит, а раз так, то в этом смысле ее можно не считать источником света.
А теперь давайте представим себе звезду, например, наше Солнце диаметр, которого 1,4 млн км. Другие звезды еще больше, но они очень далеко и мы не видим диска этой звезды. Единственное звезда диск, которой виден - это Солнце. И вот в связи с этим, как вы думаете, что проще описать, как источник света: далекую звезду, диска, которой не видно или близкую звезду, которая имеет достаточные размеры, чтобы мы увидели ее диск? В каком случае описать этот источник света проще? Например, если мы описываем диск Солнца, то он светиться не равномерно. По центру он светится ярче, а на периферии более тускло. Значит, что-то уже дополнительное нужно рассказывать об этом источнике света. А если звезда очень далекая, то единственное, что мы о ней знаем - это то, что она является источником света, размерами ее, не смотря на то, что они огромны, можно пренебречь и вот такие источники света носят особое название и называются они точечные источники света. И мы снова с вами сталкиваемся с ситуацией, когда физики упрощают, что-то для того, чтобы построить какую-то теорию этого чего-то для того, чтобы описать это на количественном уровне. И вот первое о чем мы сейчас будем говорить - это точечный источник света и это модель. Точечных источников света в натуральном смысле этого слова не существует. Но, например, с некоторым упрощением фонарик мобильного телефона можно считать точечным источником света. Почему? Потому что размеры его очень малы по сравнению с расстоянием до освещаемых тел. И так давайте запишем определение.
Точечный источник света - это источник света, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до освещаемых тел.
Если этого сделать нельзя, то такой источник света мы будем называть протяженным источником света.
Протяженный источник света - это источник света, размерами которого нельзя пренебречь.
И еще давайте введем несколько терминов, которые потихоньку будут образовывать язык на котором мы будем "разговаривать". Для начал нужно определить и в дальнейшем знать различие в таких понятиях, как световой пучок и световой луч. Например, очень распространены такие фразы: "луч света от лазера разрушил шарик"....ничего подобного! Пучок света от лазера разрушил шарик.
Пучок света - это поток световой энергии. И стоит это ясно себе уяснить, что пучок - это понятие физическое.
А луч света - это понятие геометрическое. Луч - это линия. Луч света - это линия вдоль которой распространяется энергия от источника. Давайте запишем строгое определение.
Луч света - это линия вдоль, которой распространяется энергия от источника.
Лучи света используются для того, чтобы описать пучки. Т.е пучок - это огромное множество лучей и эти лучи могут быть по-разному размещены в этом пучке. Вот, например, у нас есть точечный источник света...
А теперь давайте посмотрим на сходящийся пучок света
И наконец представьте себе, что мы источник света отодвинули очень и очень далеко и рассматриваем лучи, которые расположены друг от друга, тогда они фактически будут параллельными и поэтому один из видов пучков света носит название параллельных пучков света.
Кстати, когда мы будем говорить о том, что Солнце освещает Землю или звезды освещают Землю мы будем считать, что свет от Солнца падает на Землю в виде параллельного пучка. Это будет всегда подразумеваться при решении задач в дальнейшем. А теперь давайте обратим внимание вот на что...на всех рисунках мы изобразили лучи почему-то в виде прямых линий. Почему? Ведь линий огромное множество: парабола, гипербола, окружность и т.д. Так почему мы изобразили пучки только прямыми линиями. Мы намекаем на то, что свет распространяется по прямым линиям? И, кстати, мы этим постоянно пользуемся. Если, например, мы хотим проверить качество школьной линейки для черчения на доске мы смотрим вдоль нее и может увидеть, что она немного кривая, потому что световой луч идущий с конца линейки к нам в глаз идет по прямой, а серединка почему-то просела. Следовательно, мы можем использовать прямолинейность распространения света на практике. А всегда ли свет распространяется прямолинейно? Всегда ли световые лучи будут прямыми линиями? Например, можно в черновом варианте сформулировать закон прямолинейного распространения света. "Свет распространяется в виде прямых линий" или "световые лучи распространяются по прямым". А теперь давайте представим себе, что световой пучок падаем, ну например, в ртуть. Свет падающий на поверхность ртути может распространяться внутри нее? Нет, ртуть не прозрачна. Значит для того, чтобы сформулировать закон прямолинейного распространения света нужно обязательно упомянуть, что среда в которой распространяется свет должна быть прозрачной. А может ли быть так, что среда прозрачна, а свет в ней будет распространяться не прямолинейно? Для того, чтобы ответить на этот вопрос давайте проведем такой опыт...
Ну а на следующей лекции мы с вами сформулируем закон прямолинейного распространения света.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.