Σήμερα θα μιλήσουμε για τη μετάδοση και τις σχετικές έννοιες. Όλες αυτές οι ποσότητες αναφέρονται στο τμήμα της γραμμικής οπτικής.
Φως στον αρχαίο κόσμο
Οι άνθρωποι συνήθιζαν να πιστεύουν ότι ο κόσμος ήταν γεμάτος μυστήρια. Ακόμη και το ανθρώπινο σώμα κουβαλούσε πολλά από το άγνωστο. Για παράδειγμα, οι αρχαίοι Έλληνες δεν καταλάβαιναν πώς βλέπει το μάτι, γιατί υπάρχει το χρώμα, γιατί έρχεται η νύχτα. Αλλά ταυτόχρονα, ο κόσμος τους ήταν πιο απλός: το φως, πέφτοντας σε ένα εμπόδιο, δημιούργησε μια σκιά. Αυτό ήταν το μόνο που έπρεπε να γνωρίζει ακόμη και ο πιο μορφωμένος επιστήμονας. Κανείς δεν σκέφτηκε τη μετάδοση του φωτός και της θέρμανσης. Και σήμερα το σπουδάζουν στο σχολείο.
Το φως συναντά το εμπόδιο
Όταν μια δέσμη φωτός χτυπά ένα αντικείμενο, μπορεί να συμπεριφέρεται με τέσσερις διαφορετικούς τρόπους:
- καταπιώ;
- scatter;
- reflect;
- προχωράμε.
Συνεπώς, κάθε ουσία έχει συντελεστές απορρόφησης, ανάκλασης, μετάδοσης και διασποράς.
Το απορροφούμενο φως αλλάζει τις ιδιότητες του ίδιου του υλικού με διάφορους τρόπους: το θερμαίνει, αλλάζει την ηλεκτρονική του δομή. Το διάχυτο και το ανακλώμενο φως είναι παρόμοια, αλλά εξακολουθούν να διαφέρουν. Κατά την ανάκλαση του φωτόςαλλάζει την κατεύθυνση διάδοσης και όταν σκεδάζεται, αλλάζει και το μήκος κύματός του.
Ένα διαφανές αντικείμενο που μεταδίδει φως και τις ιδιότητές του
Οι συντελεστές ανάκλασης και μετάδοσης εξαρτώνται από δύο παράγοντες - τα χαρακτηριστικά του φωτός και τις ιδιότητες του ίδιου του αντικειμένου. Σημασία έχει:
- Συνολική κατάσταση της ύλης. Ο πάγος διαθλάται διαφορετικά από τον ατμό.
- Η δομή του κρυσταλλικού πλέγματος. Αυτό το στοιχείο ισχύει για στερεά. Για παράδειγμα, η μετάδοση του άνθρακα στο ορατό τμήμα του φάσματος τείνει στο μηδέν, αλλά ένα διαμάντι είναι διαφορετικό θέμα. Είναι τα επίπεδα ανάκλασης και διάθλασής του που δημιουργούν ένα μαγικό παιχνίδι φωτός και σκιάς, για το οποίο οι άνθρωποι είναι πρόθυμοι να πληρώσουν υπέροχα χρήματα. Αλλά και οι δύο αυτές ουσίες είναι άνθρακες. Και ένα διαμάντι θα καεί σε μια φωτιά όχι χειρότερη από τον άνθρακα.
- Θερμοκρασία της ύλης. Παραδόξως, αλλά σε υψηλές θερμοκρασίες, ορισμένα σώματα γίνονται πηγή φωτός, έτσι αλληλεπιδρούν με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με ελαφρώς διαφορετικό τρόπο.
- Η γωνία πρόσπτωσης της δέσμης φωτός στο αντικείμενο.
Επίσης, να θυμάστε ότι το φως που βγαίνει από ένα αντικείμενο μπορεί να πολωθεί.
Μήκος κύματος και φάσμα μετάδοσης
Όπως αναφέραμε παραπάνω, η μετάδοση εξαρτάται από το μήκος κύματος του προσπίπτοντος φωτός. Μια ουσία που είναι αδιαφανής στις κίτρινες και πράσινες ακτίνες φαίνεται διαφανής στο υπέρυθρο φάσμα. Για τα μικρά σωματίδια που ονομάζονται «νετρίνα» η Γη είναι επίσης διαφανής. Επομένως, παρά το γεγονός ότι αυτοίπαράγει τον Ήλιο σε πολύ μεγάλες ποσότητες, που είναι τόσο δύσκολο για τους επιστήμονες να τις εντοπίσουν. Η πιθανότητα σύγκρουσης νετρίνου με την ύλη είναι εξαιρετικά μικρή.
Αλλά τις περισσότερες φορές μιλάμε για το ορατό τμήμα του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Εάν υπάρχουν πολλά τμήματα της κλίμακας στο βιβλίο ή την εργασία, τότε η οπτική μετάδοση θα αναφέρεται σε εκείνο το τμήμα της που είναι προσβάσιμο στο ανθρώπινο μάτι.
Τύπος συντελεστών
Τώρα ο αναγνώστης είναι αρκετά προετοιμασμένος για να δει και να κατανοήσει τον τύπο που καθορίζει τη μετάδοση μιας ουσίας. Μοιάζει με αυτό: S=F/F0.
Έτσι, η διαπερατότητα T είναι ο λόγος της ροής ακτινοβολίας ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος που πέρασε από το σώμα (Φ) προς την αρχική ροή ακτινοβολίας (Ф0).
Η τιμή του T δεν έχει διάσταση, καθώς συμβολίζεται ως διαίρεση πανομοιότυπων εννοιών μεταξύ τους. Ωστόσο, αυτός ο συντελεστής δεν στερείται φυσικής σημασίας. Δείχνει από πόση ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία διέρχεται μια δεδομένη ουσία.
Ροή ακτινοβολίας
Δεν είναι απλώς μια φράση, αλλά ένας συγκεκριμένος όρος. Η ροή ακτινοβολίας είναι η ισχύς που μεταφέρει η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μέσω μιας μονάδας επιφάνειας. Πιο αναλυτικά, αυτή η τιμή υπολογίζεται ως η ενέργεια που η ακτινοβολία κινείται σε μια μονάδα επιφάνειας σε μια μονάδα χρόνου. Η περιοχή είναι συνήθως ένα τετραγωνικό μέτρο και ο χρόνος είναι δευτερόλεπτα. Αλλά ανάλογα με τη συγκεκριμένη εργασία, αυτές οι συνθήκες μπορούν να αλλάξουν. Για παράδειγμα, για το κόκκινογίγαντας, που είναι χίλιες φορές μεγαλύτερος από τον Ήλιο μας, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε με ασφάλεια τετραγωνικά χιλιόμετρα. Και για μια μικροσκοπική πυγολαμπίδα, τετραγωνικά χιλιοστά.
Φυσικά, για να είναι δυνατή η σύγκριση, εισήχθησαν ενοποιημένα συστήματα μέτρησης. Αλλά οποιαδήποτε τιμή μπορεί να μειωθεί σε αυτά, εκτός εάν φυσικά μπερδευτείτε με τον αριθμό των μηδενικών.
Συσχετίζεται με αυτές τις έννοιες και το μέγεθος της κατευθυντικής μετάδοσης. Καθορίζει πόσο και τι είδους φως περνά μέσα από το γυαλί. Αυτή η έννοια δεν απαντάται στα εγχειρίδια φυσικής. Είναι κρυμμένο στις προδιαγραφές και τους κανόνες των κατασκευαστών παραθύρων.
Ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας
Αυτός ο νόμος είναι ο λόγος για τον οποίο η ύπαρξη μιας μηχανής αέναης κίνησης και μιας φιλοσοφικής πέτρας είναι αδύνατη. Αλλά υπάρχουν νερό και ανεμόμυλοι. Ο νόμος λέει ότι η ενέργεια δεν έρχεται από το πουθενά και δεν διαλύεται χωρίς ίχνος. Το φως που πέφτει σε ένα εμπόδιο δεν αποτελεί εξαίρεση. Από τη φυσική έννοια της διαπερατότητας δεν προκύπτει ότι αφού μέρος του φωτός δεν πέρασε από το υλικό, εξατμίστηκε. Στην πραγματικότητα, η προσπίπτουσα δέσμη είναι ίση με το άθροισμα του φωτός που απορροφάται, σκεδάζεται, ανακλάται και μεταδίδεται. Έτσι, το άθροισμα αυτών των συντελεστών για μια δεδομένη ουσία θα πρέπει να είναι ίσο με ένα.
Γενικά, ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας μπορεί να εφαρμοστεί σε όλους τους τομείς της φυσικής. Στα σχολικά προβλήματα, συμβαίνει συχνά το σχοινί να μην τεντώνεται, ο πείρος να μην θερμαίνεται και να μην υπάρχει τριβή στο σύστημα. Αλλά στην πραγματικότητα αυτό είναι αδύνατο. Επιπλέον, αξίζει πάντα να θυμόμαστε ότι οι άνθρωποι γνωρίζουνΟχι όλα. Για παράδειγμα, στη διάσπαση βήτα, χάθηκε μέρος της ενέργειας. Οι επιστήμονες δεν κατάλαβαν πού πήγε. Ο ίδιος ο Niels Bohr πρότεινε ότι ο νόμος για τη διατήρηση μπορεί να μην ισχύει σε αυτό το επίπεδο.
Αλλά τότε ανακαλύφθηκε ένα πολύ μικρό και πονηρό στοιχειώδες σωματίδιο - το λεπτόνιο των νετρίνων. Και όλα μπήκαν στη θέση τους. Έτσι, εάν ο αναγνώστης, όταν λύνει ένα πρόβλημα, δεν καταλαβαίνει πού πηγαίνει η ενέργεια, τότε πρέπει να θυμόμαστε: μερικές φορές η απάντηση είναι απλώς άγνωστη.
Εφαρμογή των νόμων μετάδοσης και διάθλασης του φωτός
Λίγο υψηλότερα είπαμε ότι όλοι αυτοί οι συντελεστές εξαρτώνται από το ποια ουσία παρεμποδίζει την δέσμη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Αλλά αυτό το γεγονός μπορεί να χρησιμοποιηθεί και αντίστροφα. Η λήψη του φάσματος μετάδοσης είναι ένας από τους απλούστερους και πιο αποτελεσματικούς τρόπους για να ανακαλύψετε τις ιδιότητες μιας ουσίας. Γιατί αυτή η μέθοδος είναι τόσο καλή;
Είναι λιγότερο ακριβής από άλλες οπτικές μεθόδους. Πολλά περισσότερα μπορούν να μάθουμε κάνοντας μια ουσία να εκπέμπει φως. Αλλά αυτό είναι το κύριο πλεονέκτημα της μεθόδου οπτικής μετάδοσης - κανείς δεν χρειάζεται να αναγκαστεί να κάνει τίποτα. Η ουσία δεν χρειάζεται να θερμανθεί, να καεί ή να ακτινοβοληθεί με λέιζερ. Δεν απαιτούνται πολύπλοκα συστήματα οπτικών φακών και πρισμάτων καθώς η δέσμη φωτός διέρχεται απευθείας από το υπό μελέτη δείγμα.
Επιπλέον, αυτή η μέθοδος είναι μη επεμβατική και μη καταστροφική. Το δείγμα παραμένει στην αρχική του μορφή και κατάσταση. Αυτό είναι σημαντικό όταν η ουσία είναι σπάνια ή όταν είναι μοναδική. Είμαστε σίγουροι ότι το δαχτυλίδι του Τουταγχαμών δεν αξίζει να καεί,για να μάθετε με μεγαλύτερη ακρίβεια τη σύνθεση του σμάλτου πάνω του.
