GAISMAS ĶERMEŅI: RAKSTUROJUMS UN KĀ TIE PAŠI RADA GAISMU - FIZISKĀ - 2025

Gaismas ķermeni sauc par jebkuru dabisku vai nedabisku objektu, kas izstaro pats savu gaismu, tā ir elektromagnētiskā spektra daļa, ko redz cilvēka acis. Gaismas objekta pretstats ir neizgaismojošam.

Negaismojoši objekti ir redzami, jo tos apgaismo gaisma, ko izstaro gaismas objekti. Neatstarojošos ķermeņus sauc arī par apgaismotajiem ķermeņiem, kaut arī tie ne vienmēr atrodas šajā stāvoklī.

Saule, gaismas ķermenis, kas apgaismo debesis un jūru. Avots: pixabay

Gaismas objekti ir primārie gaismas avoti, jo tie to izstaro, savukārt gaismas nesēji objekti ir sekundāri gaismas avoti, jo tie atspoguļo pirmā radīto.

Gaismas un negaismas ķermeņu piemēri

Gaismas objekti

Dabā ir objekti, kas spēj izstarot gaismu. Tie ietver:

- Saule.

- Zvaigznes.

- Luminiscējoši kukaiņi, piemēram, tauriņi un citi.

- stari.

- ziemeļblāzma vai ziemeļblāzma.

Šie ir cilvēku radītie gaismas objekti:

- kvēlspuldzes vai spuldzes.

- sveces liesma.

- dienasgaismas spuldzes.

- LED lukturi.

- mobilā tālruņa ekrāns.

Negaismojoši objekti

Dabā ir daudz objektu, kas paši neizstaro gaismu, bet tos var apgaismot:

- Mēness, kas atspoguļo saules gaismu.

- Planētas un to pavadoņi, kas atspoguļo arī saules gaismu.

- Koki, kalni, dzīvnieki atspoguļo debesu un Saules gaismu.

- Zilas debesis un mākoņi. Tie ir redzami saules gaismas izkliedes dēļ.

Mākslīgā gaismas spuldze, kas apgaismo mūsu naktis. Avots: pixabay

Gaismas ķermeņu un to gaismas raksturojums

Gaismas ķermeņu galvenā īpašība ir tā, ka gaismu, ar kuru mēs tos varam redzēt, rada pats objekts.

Mēs varam redzēt cilvēkus un objektus, pateicoties gaismai, ko izstaro gaismas ķermeņi - dabiski vai mākslīgi. Un arī tāpēc, ka daba mums ir piešķīrusi redzes orgānus.

Ja trūkst gaismas ķermeņu, nav iespējams redzēt visu, kas mūs ieskauj. Ja jūs kādreiz esat piedzīvojis pilnīgu tumsu, tad jūs zināt, cik svarīgi ir gaismas ķermeņi.

Tas ir, bez gaismas nav redzes. Cilvēka un dzīvnieka redze ir mijiedarbība starp gaismu, kuru izstaro gaismas ķermeņi, un gaismu, ko atstaro gaismas ķermeņi, ar mūsu gaismas sensoriem acī un smadzenēm, kur attēls beidzot tiek konstruēts un interpretēts.

Redze ir iespējama, jo objektu izstarotā vai atstarotā gaisma pārvietojas pa kosmosu un sasniedz mūsu acis.

Fotoni

Fotons ir mazākais gaismas daudzums, ko var izstarot gaismas ķermenis. Fotonus izstaro gaismas ķermeņu atomi, un tos atstaro vai izkliedē gaismas diodes.

Redze ir iespējama tikai tad, kad daži no šiem izstarotajiem, izkliedētajiem vai atstarotajiem fotoniem nonāk mūsu acīs, kur tie rada elektronisku ierosmi redzes nerva galos, kas smadzenēm nes elektrisko impulsu.

Kā gaismas ķermeņi rada gaismu?

Fotonus izstaro gaismas ķermeņu atomi, kad tie ir uzbudināti tādā veidā, ka atomu orbitāļu elektroni nonāk augstākas enerģijas stāvokļos, kas vēlāk samazinās līdz zemākas enerģijas stāvokļiem ar sekojošo fotonu izstarojumu.

Ikviens ķermenis, ja tā temperatūra tiek paaugstināta, kļūst par gaismas izstarotāju. Metāla gabals istabas temperatūrā ir neizgaismots ķermenis, bet pie 1000 grādiem pēc Celsija tas ir gaismas ķermenis, jo elektroni aizņem augstākus līmeņus un, kad tie samazinās līdz zemākam līmenim, tie izstaro fotonus redzamā spektra diapazonā.

Tas notiek atomu līmenī ar visiem gaismas ķermeņiem, vai tā būtu Saule, sveces liesma, kvēlspuldzes kvēlspuldze, enerģijas taupīšanas spuldzes fluorescējošā pulvera atomi vai LED diodes atomi, kas ir jaunākais mākslīgās gaismas ķermenis.

Dažādos gadījumos atšķiras ierosmes mehānisms, kas ļauj elektroniem pāriet uz augstāku enerģijas atomu līmeni un pēc tam sadalīties un izstarot fotonus.

Viss, ko mēs redzam, ir pagātne

Redze nav acumirklīga, jo gaisma pārvietojas ierobežotā ātrumā. Gaismas ātrums gaisā un vakuumā ir 300 tūkstoši kilometru sekundē.

Gaismas fotoniem, kas atstāj Saules virsmu, nepieciešamas 8 minūtes un 19 sekundes, lai sasniegtu mūsu acis. Un mūsu tuvākās zvaigznes Alfa Kentauru izstarotajiem fotoniem ir nepieciešami 4,37 gadi, lai sasniegtu mūsu acis, ja skatāmies debesīs.

Fotoni, kurus mēs varam novērot ar neapbruņotu aci vai caur teleskopu Andromedas galaktikā, kas ir vistuvāk mūsu pašu teritorijai, būs parādījušies tur pirms 2,5 miljoniem gadu.

Pat tad, kad mēs redzam Mēnesi, mēs redzam veco Mēnesi, jo tas, ko mēs skatāmies, ir attēls no 1,26 sekundēm pirms. Un futbola spēles dalībnieku attēls, kuru mēs redzam stendos 300 metru attālumā no spēlētājiem, ir sens attēls, kas ir pagājis ar vienu sekundes simtdaļu.

Gaismas divdabība

Saskaņā ar vispieņemtajām teorijām gaisma ir elektromagnētiskais vilnis, tāpat kā radioviļņi, mikroviļņu krāsnis, ar kuru palīdzību tiek pagatavota pārtika, mikroviļņu krāsnis no mobilajiem tālruņiem, rentgena un ultravioletais starojums.

Tomēr gaisma ir vilnis, bet to veido arī daļiņas, ko sauc par fotoniem, kā mēs teicām iepriekš. Gaismai ir šī divējāda uzvedība, ko fizikā sauc par viļņu-daļiņu divdabību.

Visu elektromagnētisko viļņu dažādība atšķiras pēc viļņu garuma. Elektromagnētiskā spektra daļu, ko cilvēka acs spēj uztvert, sauc par redzamo spektru.

Redzamais spektrs atbilst šauram elektromagnētiskā spektra diapazonam no 0,390 mikroniem līdz 0,750 mikroniem. Tas ir vienšūņu raksturīgais lielums (amēba vai paramecijs).

Zem redzamā spektra viļņu garumā mums ir ultravioletais starojums, kura viļņa garums ir salīdzināms ar organisko molekulu lielumu.

Un virs redzamā spektra ir infrasarkanais starojums, kura izmērs ir salīdzināms ar adatas galu. Šīs adatas galā var ietilpt 10 līdz 100 vienšūņi, tas ir, no 10 līdz 100 redzamā spektra viļņu garumiem.

Turpretī mikroviļņu viļņu garums ir no centimetriem līdz metriem. Radioviļņu garums ir no simtiem metru līdz tūkstošiem metru. Rentgenstaru viļņu garums ir salīdzināms ar atoma lielumu, savukārt gamma stariem ir viļņu garums, kas salīdzināms ar atoma kodolu.

Krāsas un redzamais spektrs

Redzamais spektrs ietver dažādas krāsas, kuras var atšķirt varavīksnē vai saules gaismā, kas izkaisīta uz stikla prizmas. Katrai krāsai ir viļņa garums, ko var izteikt nanometros, un tas ir viena milimetra simtdaļa.

Gaismas spektrs un tā viļņu garumi nanometros (nm) no augstākā līdz zemākajam ir šādi:

- Sarkans. Starp 618 un 780 nm.

- Apelsīns. Starp 581 un 618 nm.

- dzeltens. Starp 570 un 581 nm.

- zaļš. Starp 497 un 570 nm.

- Ciāna. Starp 476 un 497 nm.

- zils. Starp 427 un 476 nm.

- Violets. Starp 380 un 427 nm.

Gaismas melnais korpuss, enerģija un impulss

Gaismai ir enerģija un impulss. Katra krāsa redzamajā spektrā atbilst fotoniem ar atšķirīgu enerģiju un atšķirīgu impulsu vai impulsu. Tas bija zināms, pateicoties tādiem kvantu fizikas pionieriem kā Makss Planks, Alberts Einšteins un Luiss De Broglie.

Makss Planks atklāja, ka gaismas enerģija nāk paciņās vai kvantās, kuru enerģija E tiek mērīta džoulos un ir vienāda ar būtiskas dabas konstantes, kas pazīstama kā Planka konstante, reizinājumu, ko apzīmē ar burtu h un frekvenci f Hercs.

E = h ∙ f

Šo atklājumu izdarīja Planks, lai izskaidrotu gaismas ķermeņa starojuma spektru, kurš tikai izstaro starojumu, bet neatspoguļo nevienu, kas pazīstams kā “melnais ķermenis” un kura emisijas spektrs mainās atkarībā no temperatūras.

Planka konstante ir h = 6,62 × 10 ^ -34 J * s.

Bet tas bija Alberts Einšteins, kas, bez šaubām, apstiprināja, ka gaisma ir fotoni ar enerģiju, kas dota pēc Planka formulas, kā vienīgo veidu, kā izskaidrot fenomenu, kas pazīstams kā fotoelektriskais efekts, kurā ar gaismu apgaismots materiāls izstaro elektronus. Tieši par šo darbu Einšteins saņēma Nobela prēmiju.

Bet fotonam, tāpat kā katrai daļiņai, un, neskatoties uz to, ka tai nav masas, ir impulss vai impulss, ko dod attiecības, kuras atklāja Luiss De Brogijs fotonu un kvantu objektu viļņu-daļiņu divkosības ietvaros.

De Broglie attiecība nosaka, ka fotona impulss p ir vienāds ar Planka konstanti h un fotona viļņa garumu λ.

P = h / λ

Sarkanās krāsas viļņa garums ir 618 × 10 ^ -9 m un frekvence 4,9 x 10 ^ 14 Hz, tāpēc fotona enerģija ir 3,2 × 10 ^ -19J, un tā impulss ir 1,0 × 10 ^ -27 kg * m / s.

Redzamā spektra otrajā galā ir violets ar viļņa garumu 400 × 10 ^ -9 m un frekvenci 7,5 x 10 ^ 14 Hz, tātad fotona enerģija ir 4,9 × 10 ^ -19J un tā impulss ir 1,7 × 10 ^ -27 kg * m / s. No šiem aprēķiniem mēs secinām, ka violetai ir vairāk enerģijas un vairāk impulsa nekā sarkanai.

Atsauces

1. Tippens, P. 2011. Fizika: jēdzieni un pielietojumi. 7. izdevums. Mac Graw Hill. 262-282.
2. Wikipedia. Redzamais spektrs. Atgūts no wikipedia.com
3. Wikipedia. Elektromagnētiskais spektrs. Atgūts no wikipedia.com
4. Wikipedia. Gaismas avots. Atgūts no wikipedia.com
5. Wikibooks. Fizika, optika, gaismas raksturs. Atgūts no: es.wikibooks.org