CIAŁA ŚWIETLNE: CECHY I SPOSÓB, W JAKI WYTWARZAJĄ WŁASNE ŚWIATŁO - FIZYCZNY - 2026

Świetliste ciało nazywamy dowolnym naturalnym lub nienaturalnym obiektem, który emituje własne światło, będące częścią widma elektromagnetycznego widocznego dla ludzkich oczu. Przeciwieństwem świecącego przedmiotu jest nieświecącego.

Nieświecące przedmioty są widoczne, ponieważ są oświetlane światłem emitowanym przez świecące przedmioty. Ciała nieświecące są również nazywane ciałami oświetlonymi, chociaż nie zawsze są w takim stanie.

Słońce, świetliste ciało, które oświetla niebo i morze. Źródło: pixabay

Przedmioty świecące są pierwotnymi źródłami światła, ponieważ je emitują, podczas gdy przedmioty nie świecące są wtórnymi źródłami światła, ponieważ odbijają to, które wytwarza.

Przykłady ciał świecących i nieświecących

Świetliste przedmioty

W naturze istnieją obiekty zdolne do emitowania światła. Obejmują one:

- Słońce.

- Gwiazdy.

- Owady luminescencyjne, takie jak świetliki i inne.

- Promienie.

- Aurora borealis lub zorza polarna.

Poniżej znajdują się przedmioty świecące wykonane przez człowieka:

- Żarówki lub żarówki.

- Płomień świecy.

- Świetlówki.

- Światła ledowe.

- Ekran telefonu komórkowego.

Nieświecące przedmioty

W naturze istnieje wiele obiektów, które same nie emitują światła, ale można je oświetlić:

- Księżyc, który odbija światło słoneczne.

- Planety i ich satelity, które również odbijają światło słoneczne.

- Drzewa, góry, zwierzęta odbijają światło nieba i słońca.

- Błękitne niebo i chmury. Są widoczne dzięki rozpraszaniu światła słonecznego.

Sztuczna świetlista żarówka ciała, która oświetla nasze noce. Źródło: pixabay

Charakterystyka ciał świetlistych i ich światła

Główną cechą świecących ciał jest to, że światło, za pomocą którego możemy je zobaczyć, jest wytwarzane przez sam przedmiot.

Widzimy ludzi i przedmioty dzięki światłu emitowanemu przez świetliste ciała, naturalne lub sztuczne. A także dlatego, że natura wyposażyła nas w narządy wzroku.

W przypadku braku świetlistych ciał niemożliwe jest zobaczenie wszystkiego, co nas otacza. Jeśli kiedykolwiek doświadczyłeś całkowitej ciemności, to wiesz, jak ważne są świetliste ciała.

Oznacza to, że bez światła nie ma wizji. Wizja człowieka i zwierzęcia to interakcja między światłem emitowanym przez ciała świecące a światłem odbitym przez ciała nieświecące za pomocą naszych czujników światła w oku i mózgu, gdzie obraz jest ostatecznie konstruowany i interpretowany.

Wizja jest możliwa, ponieważ światło emitowane lub odbijane przez przedmioty przemieszcza się w przestrzeni i dociera do naszych oczu.

Fotony

Foton to najmniejsza ilość światła, jaką może wyemitować świetliste ciało. Fotony są emitowane przez atomy ciał świecących i odbijane lub rozpraszane przez nieświecące.

Wizja jest możliwa tylko wtedy, gdy niektóre z tych fotonów, emitowane, rozpraszane lub odbijane, docierają do naszych oczu, gdzie wytwarzają elektroniczne wzbudzenie na zakończeniach nerwu wzrokowego, które przenoszą impuls elektryczny do mózgu.

Jak świecące ciała generują światło?

Fotony emitowane są przez atomy ciał świecących, gdy zostaną wzbudzone w taki sposób, że elektrony orbitali atomowych przechodzą w stany o wyższej energii, które później rozpadają się do stanów o niższej energii, z następczą emisją fotonów.

Każde ciało, jeśli wzrośnie jego temperatura, staje się emiterem światła. Kawałek metalu w temperaturze pokojowej jest ciałem nieświecącym, ale przy 1000 stopni Celsjusza jest ciałem świecącym, ponieważ elektrony zajmują wyższe poziomy i rozpadając się do niższych poziomów emitują fotony w zakresie widzialnego widma.

Tak dzieje się na poziomie atomowym ze wszystkimi ciałami świecącymi, czy to ze Słońcem, płomieniem świecy, żarnikiem żarówki, atomami proszku fluorescencyjnego żarówki energooszczędnej lub atomami diody LED, która jest najnowszy sztuczny korpus oświetleniowy.

To, co różni się w zależności od przypadku, to mechanizm wzbudzania elektronów, które przechodzą na wyższe poziomy energetyczne, a następnie rozpadają się i emitują fotony.

Widzimy tylko przeszłość

Wizja nie jest natychmiastowa, ponieważ światło porusza się ze skończoną prędkością. Prędkość światła w powietrzu iw próżni jest rzędu 300 tysięcy kilometrów na sekundę.

Fotony światła, które opuszczają powierzchnię Słońca, docierają do naszych oczu w ciągu 8 minut i 19 sekund. A fotony emitowane przez Alpha Centauri, naszą najbliższą gwiazdę, potrzebują 4,37 roku, zanim dotrą do naszych oczu, jeśli patrzymy w niebo.

Fotony, które możemy obserwować gołym okiem lub przez teleskop w najbliższej naszej galaktyce Andromedy, wyłoniły się stamtąd 2,5 miliona lat temu.

Nawet kiedy widzimy Księżyc, widzimy stary Księżyc, ponieważ to, na co patrzymy, to obraz sprzed 1,26 sekundy. A obraz zawodników piłki nożnej, który widzimy na trybunach 300 metrów od zawodników, to stary obraz sprzed jednej milionowej sekundy.

Dwoistość światła

Zgodnie z najbardziej akceptowanymi teoriami światło jest falą elektromagnetyczną, podobnie jak fale radiowe, mikrofale, za pomocą których gotuje się żywność, mikrofale z telefonów komórkowych, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie ultrafioletowe.

Jednak światło jest falą, ale składa się również z cząstek zwanych fotonami, jak powiedzieliśmy wcześniej. Światło ma to podwójne zachowanie, które w fizyce jest znane jako dualizm korpuskularno-falowy.

Wszystkie rodzaje fal elektromagnetycznych różnią się długością fali. Część widma elektromagnetycznego, którą ludzkie oko jest w stanie dostrzec, nazywana jest widmem widzialnym.

Widmo widzialne odpowiada wąskiemu zakresowi widma elektromagnetycznego od 0,390 mikrona do 0,750 mikrona. Jest to rozmiar charakterystyczny dla pierwotniaka (ameby lub pantofelka).

Poniżej widma widzialnego, pod względem długości fali, mamy promieniowanie ultrafioletowe, którego długość fali jest porównywalna z wielkością cząsteczek organicznych.

A powyżej widma widzialnego znajduje się promieniowanie podczerwone, którego rozmiar jest porównywalny z końcówką igły. Na końcu tej igły mieści się od 10 do 100 pierwotniaków, czyli od 10 do 100 długości fal widzialnego widma.

W przeciwieństwie do tego mikrofale mają długość fal od centymetrów do metrów. Fale radiowe mają długość od setek do tysięcy metrów. Promienie rentgenowskie mają długość fal porównywalną z wielkością atomu, podczas gdy promienie gamma mają długości fal porównywalne z jądrem atomowym.

Kolory i widzialne widmo

Widmo widzialne obejmuje różnorodność kolorów, które można rozróżnić w tęczy lub w świetle słonecznym rozproszonym na szklanym pryzmacie. Każdy kolor ma długość fali, którą można wyrazić w nanometrach, czyli jedną milionową milimetra.

Widmo światła i jego długości fal w nanometrach (nm), od największej do najniższej, są następujące:

- czerwony. Między 618 a 780 nm.

- Pomarańczowy. Między 581 a 618 nm.

- Żółty. Między 570 a 581 nm.

- Zielony. Między 497 a 570 nm.

- Cyjan. Między 476 a 497 nm.

- Niebieski. Między 427 a 476 nm.

- fioletowy. Między 380 a 427 nm.

Świetliste czarne ciało, energia i pęd

Światło ma energię i pęd. Każdy kolor w widmie widzialnym odpowiada fotonom o różnej energii i różnym pędzie lub pędzie. Było to znane dzięki pionierom fizyki kwantowej, takim jak Max Planck, Albert Einstein i Louis De Broglie.

Max Planck odkrył, że energia światła jest zawarta w paczkach lub kwantach, których energia E jest mierzona w dżulach i jest równa iloczynowi podstawowej stałej natury znanej jako stała Plancka, która jest oznaczona literą hi częstotliwością f w Herc.

E = h ∙ f

To odkrycie zostało dokonane przez Plancka w celu wyjaśnienia widma promieniowania ciała świetlistego, które tylko emituje promieniowanie, ale go nie odbija, zwanego „ciałem czarnym” i którego widmo emisji zmienia się w zależności od temperatury.

Stała Plancka to h = 6,62 × 10 ^ -34 J * s.

Ale to Albert Einstein niewątpliwie potwierdził, że światło to fotony o energii podanej zgodnie ze wzorem Plancka, jako jedyny sposób wyjaśnienia zjawiska zwanego efektem fotoelektrycznym, w którym materiał oświetlony światłem emituje elektrony. To za tę pracę Einstein otrzymał Nagrodę Nobla.

Ale foton, jak każda cząstka i pomimo braku masy, ma impuls lub pęd nadany przez zależność odkrytą przez Louisa De Broglie w ramach dualizmu falowo-cząsteczkowego fotonu i obiektów kwantowych.

Z relacji de Brogliego wynika, że ​​pęd p fotonu jest równy ilorazowi stałej h Plancka i długości fali λ fotonu.

P = h / λ

Kolor czerwony ma długość fali 618 × 10 ^ -9 mi częstotliwość 4,9 x 10 ^ 14 Hz, więc energia fotonu wynosi 3,2 × 10 ^ -19J, a jego pęd 1,0 × 10 ^ -27 kg * m / s.

Na drugim końcu widma widzialnego jest fiolet o długości fali 400 × 10 ^ -9 mi częstotliwości 7,5 x 10 ^ 14 Hz, więc energia fotonu wynosi 4,9 × 10 ^ -19J a jego pęd 1,7 × 10 ^ -27 kg * m / s. Z tych obliczeń wnioskujemy, że fiolet ma więcej energii i większy pęd niż czerwień.

Bibliografia

1. Tippens, P. 2011. Fizyka: koncepcje i zastosowania. 7th Edition. Mac Graw Hill. 262-282.
2. Wikipedia. Widoczne widmo. Odzyskany z wikipedia.com
3. Wikipedia. Widmo elektromagnetyczne. Odzyskany z wikipedia.com
4. Wikipedia. Źródło światła. Odzyskany z wikipedia.com
5. Wikibooks. Fizyka, optyka, natura światła. Odzyskany z: es.wikibooks.org