Свет как электромагнитная волна (эмв). Шкала эмв и человеческая способность восприятия света
Скачать 0,78 Mb.
|
реферат ксе
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» Институт производственного менеджмента, экономики и торговли РЕФЕРАТ
по дисциплине: «Концепции современного естествознания» Выполнил студент группы 3733802/20008 П.Веденкова Руководитель: преподаватель А.Л.Литневский Санкт-Петербург 2022 г. Содержание Что такое свет? Свет как электромагнитная волна Доказательство электромагнитной природы света. Шкала электромагнитных волн. От света к цвету. Восприятие света Как глаз воспринимает свет? Литература Что такое свет? Свет представляет собой сложный физический объект и обладает корпускулярно-волновым дуализмом (двойственностью свойств): в зависимости от длины волны в одних случаях свет может рассматриваться либо как электромагнитная волна, скорость распространения в вакууме которой постоянна, либо как поток фотонов — частиц, обладающих определённой энергией, импульсом, собственным моментом импульса и нулевой массой. В конце XVII века возникли две научные гипотезы о природе света - корпускулярная и волновая. Согласно корпускулярной теории, свет представляет собой поток мельчайших световых частиц (корпускул), которые летят с огромной скоростью. Ньютон считал, что движение световых корпускул подчиняется законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика от плоскости. Преломление света объяснялось изменением скорости частиц при переходе из одной среды в другую. Волновая теория рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. Согласно современным представлениям, свет имеет двоякую природу, т.е. он одновременно характеризуется и корпускулярными, и волновыми свойствами. В таких явлениях, как интерференция и дифракция, на первый план выступают волновые свойства света, а в явлении фотоэффекта, - корпускулярные. Свет как электромагнитная волна. Под светом в оптике понимают электромагнитные волны достаточно узкого диапазона. Нередко, под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра. Исторически появился термин «невидимый свет» — ультрафиолетовый свет, инфракрасный свет, радиоволны. Длины волн видимого света лежат в диапазоне от 380 до 760 нанометров. Одной из характеристик света является его цвет, который определяется частотой световой волны. Белый свет представляет собой смесь волн различных частот. Он может быть разложен на цветные волны, каждая из которых характеризуется определенной частотой. Такие волны называются монохроматическими. Доказательство электромагнитной природы света. Майкл Фарадей (1791-1867). В 1833 году сформулировал законы электролиза (законы Фарадея), ввел понятия подвижность, анод, катод, ионы, электролиты, электроды. В 1845 году открыл диамагнетизм, а в 1847 – парамагнетизм. В 1845 году обнаружил явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). Это был первым экспериментальным доказательством связи между магнетизмом и светом. В 1846 году в своем мемуаре впервые высказал идею об электромагнитной природе света. Впервые связь между светом и магнетизмом была исследована Фарадеем в 1845 году. Пропуская поляризованный пучок света через свинцовое стекло, помещенное между полюсами электромагнита, он наблюдал поворот плоскости поляризации на значительный угол. Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879). Наиболее весомый вклад Максвелл сделал в молекулярную физику и электродинамику. В кинетической теории газов установил в 1859 году статистический закон, описывающий распределение молекул газа по скоростям (распределение Максвелла). В 1867 году первым показал статистическую природу второго начала термодинамики. Самым большим научным достижением Максвелла является теория электромагнитного поля, которую он сформулировал в виде системы уравнений, предсказав существование в свободном пространстве электромагнитных волн и их распространение со скоростью света. Последнее дало основание считать свет одним из видов электромагнитного излучения. Максвелл составил дифференциальные уравнения для напряженностей электрического и магнитного векторов, решениями которых являлись электромагнитные волны. Скорость распространения волн оказалась комбинацией размерных констант, вычисления которых дали значение, совпавшее с измерениями скорости света в опытах Физо и Фуко. Генрих Рудольф Герц (1857-1894). В 1887 году предложил удачную конструкцию генератора электромагнитных колебаний (вибратор Герца) и метод их обнаружения с помощью резонанса (резонатор Герца), впервые разработав теорию излучения электромагнитных волн. Экспериментально доказал существование предсказанных Максвеллом электромагнитных волн, наблюдал их отражение, преломление, интерференцию и поляризацию. Установил, что скорость их распространения равна скорости света. Экспериментальное подтверждение теории Максвелла был получено Герцем в опытах с разряжающейся лейденской банкой. Превратив ее в первое подобие антенны, Герц получил электромагнитные колебания и серией опытов доказал тождественность их свойств световым колебаниям (отражение, преломление, интерференция, дифракция, поляризация). Шкала электромагнитных волн. Радиоволны используются для осуществления радиосвязи, радиолокации, телепередач, космической связи. Инфракрасное излучение - имеет большое значение для жизни человека, животных, растений, которые могут осуществлять свою деятельность только в определённом интервале температур. Видимое излучение - видимый свет, который даёт возможность ориентироваться живым организмам в пространстве, видеть окружающие предметы, участвует в реакции фотосинтеза зелёных насаждений, обеспечивающей образование кислорода, обязательного для дыхания. Гамма-излучение образуется при ядерных реакциях, обладает большой проникающей способностью, оказывает губительное действие на человека. Гамма-излучение, поступающее из космоса (ядерные реакции в недрах Солнца и звёзд), поглощается атмосферой Земли, благодаря чему сохраняется жизнь на Земле. Ультрафиолетовое излучение. Основной источник – Солнце. Ультрафиолет солнца делает нашу кожу здоровой и смугло-красивой. От света к цвету. Если на пути луча солнечного света поставить стеклянную призму, то большая часть света пройдет через стекло, и вы сможете увидеть разноцветные полосы на другой стороне призмы. То есть изначально был солнечный свет — луч белого цвета, а после прохождения через призму разделился на 7 новых цветов. Это говорит о том, что белый свет состоит из этих семи цветов. Видимый свет (видимое излучение) — это электромагнитная волна, те разноцветные полосы, которые получились после прохождения солнечного луча через призму – есть отдельные электромагнитные волны. То есть получаются 7 новых электромагнитных волн. Каждая из волн имеет свою длину. Вершины соседних волн не совпадают друг с другом: потому что красный цвет (красная волна) имеет длину примерно 625-740nm, оранжевый цвет (оранжевая волна) – примерно 590-625nm, синий цвет (синяя волна) – 435-500nm и так далее. Каждая волна – это излучаемая световая энергия, то есть красная волна излучает красный свет, оранжевая – оранжевый, зеленая – зеленый и т.д. Когда все семь волн излучаются одновременно, мы видим спектр цветов. Если математически сложить графики этих волн вместе, то мы получим исходный график электромагнитной волны видимого света – получим белый свет. Таким образом, спектр электромагнитной волны видимого света – это сумма волн различной длины, которые при наложении друг на друга дают исходную электромагнитную волну. Спектр «показывает из чего состоит волна». Спектр видимого света – это смесь цветов, из которых состоит белый свет (цвет). У других видов электромагнитного излучения (ионизирующего, рентгеновского, инфракрасного, ультрафиолетового и т.д.) тоже есть свои спектры. Любое излучение можно представить в виде спектра, правда таких цветных линий в его составе не будет, потому, как человек не способен видеть другие типы излучений. Видимое излучение – это единственный вид излучений, который человек может видеть, потому-то это излучение и назвали – видимое. Однако сама по себе энергия определенной длины волны не имеет никакого цвета. Восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение. Восприятие света Свет является источником цвета, но цвет не служит свойством света. Это впечатление, которое производится в мозгу электромагнитной волной различной длины. Человеческий глаз воспринимает световые волны в видимом диапазоне, поэтому для людей остаются недоступными ультрафиолетовые и инфракрасные волны. Они могут восприниматься только с помощью специальных приборов. Видимый человеку свет имеет диапазон волны 400-720 нанометров. Как глаз воспринимает свет? Когда окружающий свет поступает в глаз, он проходит через глазной хрусталик. Свет фокусируется на сетчатке, которая покрывает 65% дальней стенки глаза. Сетчатка содержит палочки и колбочки – очень чувствительные глазные клетки. При попадании света активизируются процессы, которые порождают электрические импульсы. Палочки передают, насколько интенсивно изображение, темное оно или светлое, а колбочки определяют цвет и четкость. Импульсы передаются на глазной нерв в мозг. Клетки мозга анализируют полученную информацию. По краям сетчатки расположены палочки, а в центре – колбочки. Воспринимаемое изображение получается четким только по центру, по краям – размытым. Человек видит окружающий мир четким благодаря мозгу: он обрабатывает информацию и додумывает элементы получаемого изображения. Поэтому все предметы, которые мы видим, красочные, насыщенные и хорошо различаются. Механизм восприятия света человеком таков. Когда свет попадает на любой предмет, его часть поглощается или отражается им. Отраженную электромагнитную волну воспринимают глазные рецепторы. Палочки и колбочки в сетчатке создают перевернутое изображение, которое гораздо меньше реального. Только благодаря передаче импульсов в мозг происходит анализ полученной информации. Цвет воспринимается и обрабатывается головным мозгом мгновенно, поэтому человек не замечает его и не запоминает. Поэтому цветовое восприятие субъективно: разные наблюдатели видят цвета неоднозначно и неточно. Белый цвет – тот, что полностью отражает свет, попадающий на него, а черный поглощает любой свет. Литература Википедия. Свободная энциклопедия. http://fizmat.by/kursy/voln_optika/svet_kak_volna Скачать 0,78 Mb. Поделитесь с Вашими друзьями:
|