Какие свойства у видимого излучения
Вы окружены электромагнитными волнами. Они везде! От света, который вы можете видеть, до ультрафиолета, проходящего через ваше окно от солнца. Даже если бы вы попробовали, вы не смогли бы избежать волн. Но опять же, зачем вам это нужно? Зачем чего-то избегать, если это можно применять? Что такое видимое излучение, кем и когда открыто? Как оно воздействует и где применяется?
Световые волны
Термин «световые волны» может использоваться по-разному разными людьми. Физики склонны небрежно использовать его на одном уровне с электромагнитными. Итак, в чем разница? Электромагнитные волны (или электромагнитное излучение) представляют собой волны, создаваемые колебательными магнитными и электрическими полями, и включают радиоволны, микроволны, инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Как и все волны, они несут энергию, и эта энергия может быть очень высокой интенсивности (например, электромагнитные волны, которые мы получаем от солнца).
При взгляде на спектр видимого света синим концом электромагнитного спектра является высокая частота, высокая энергия и короткая длина волны. Красный конец электромагнитного спектра представляет собой низкочастотную, малую энергию и большую длину волны. Свет — это лишь часть электромагнитного спектра, часть, которую могут видеть наши глаза. Каковы сферы применения видимого излучения, кроме той, которая позволяет человеку видеть все вокруг?
Различные типы световых волн
Радиоволны находятся на красном конце электромагнитного спектра. Красный конец также является наименьшей энергией, самой низкой частотой и самой большой длиной волны. Радиоволны в основном используются в коммуникациях, для передачи сигналов от одного места к другому. Радиостанции используют радиоволны, как и сотовые телефоны, телевизоры и беспроводные сети. Из-за большой длины волны радиоволн они могут отскочить от ионосферы Земли, позволяя радиостанциям передавать свои радиопередачи на большие расстояния, не находясь в прямой видимости всех своих слушателей.
Микроволны являются ближайшими к красному концу спектра. Вероятно, вы можете догадаться, что микроволны используются в наших кухонных микроволновках для приготовления пищи. Они имеют достаточно высокую энергию, чтобы увеличить движение молекул в вашей пище, не ионизируя атомы. Это важно, потому что это означает, что пища будет только нагреваться, – ее химический состав останется прежним.
Инфракрасный имеет длину волны немного больше, чем наши глаза могут обнаружить. Тело человека имеет температуру, которая производит излучение в этой части спектра, и поэтому инфракрасные детекторы могут использоваться как камеры ночного видения. ИК-порт также используется пультом дистанционного управления для отправки сигналов на телевизоры и другое аудио- или видеооборудование.
Видимый свет – это часть электромагнитного спектра, который наши глаза могут обнаружить, и та часть, с которой мы больше всего знакомы в нашей повседневной жизни. Он считается находящимся в «середине» электромагнитного спектра, хотя это довольно произвольно.
Ультрафиолет (часто сокращается до УФ) направляется в синюю сторону электромагнитного спектра, который является высокоэнергетической и более короткой волновой стороной. Ультрафиолетовое излучение слишком короткое в длине волны, чтобы наши глаза могли его обнаружить. УФ-волны являются достаточно высокой энергией, поэтому они способны ионизировать атомы, разрушая молекулярные связи и даже молекулы ДНК. По этой причине УФ вызывает солнечный ожог и даже рак кожи. Большинство вредных ультрафиолетовых волн Солнца поглощается атмосферой (особенно азотом) и озоновым слоем, но достаточно большая его часть попадает на землю. Поэтому стоит быть осторожными и использовать солнцезащитный крем и солнечные очки.
Рентгеновское излучение имеет очень высокую энергию и подобно УФ может ионизировать атомы в теле и наносить урон. Однако на правильных длинах волн и в правильных количествах их можно использовать безопасно, не повреждая ткани тела, чтобы создать, например, снимки грудной клетки. Также рентгеновские телескопы полезны при исследовании астрофизики.
Что такое видимый свет и как его можно использовать?
Каково применение видимого излучения? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно сначала дать определение этому термину. Видимый свет – это электромагнитное излучение, вызванное фотонами, поражающими поверхность и поглощаемыми электронами материала, при этом излучается цвет, который имеет наименьшую скорость поглощения. Например, огнетушители красные, потому что частицы краски поглощают зеленую частоту лучше, чем красную.
340-750 нм – длина волны видимого спектра. Благодаря этим знаниям можно создавать диоды, которые излучают свет на определенных частотах. Одним из применений видимого света является светофор. Видимый свет – любая электромагнитная волна (или фотон как квантовый эквивалент), которая лежит в области синего и красного цветов спектра. Он имеет множество применений. Видимый свет используется как источник света, который можно увидеть человеческим глазом. Это лазеры, свободная космическая связь, оружие, сигнализация, освещение.
Он также используется в качестве сигнатурной эмиссии некоторых атомных и химических реакций, позволяя идентифицировать присутствие различных материалов, поэтому используется в судебной экспертизе и медицине. Видимый свет – это электромагнитное излучение в диапазоне частот от 430 до 770 ТГц, соответствующее длинам волн от 390 до 700 нм. Это диапазон электромагнитного излучения, который может быть получен глазами животных и человека. Эволюция, вероятно, оборудовала животных органом для получения этого диапазона излучения. Видимый свет представляет собой максимальную интенсивность солнечного излучения, и он довольно коротковолновой. Также он не повреждает живые клетки, в отличие от, например, УФ, рентгеновских или гамма-лучей.
Видимый свет – это электромагнитная волна
Обычно наблюдаемый свет представляет собой комбинацию различных цветных световых волн. Эти разные цвета света обусловлены разными частотами света. Видимый свет имеет много применений в оптике, материаловедении, конденсированном веществе, лазерных науках, разных отраслях промышленности, которые используют этот свет для экспериментов и каждый день. Примерами являются экраны проекторов, лазерный луч, используемый в шоу, или указатель, камера и так далее.
Свет – это часть электромагнитного спектра, к которому чувствительны наши глаза. Главное применение видимого света – это способность видеть вещи своими глазами. Излучение спектра передается волнами или частицами на разных длинах волн и частотах. Этот широкий диапазон длин волн известен как электромагнитный спектр. Этот спектр классически разделен на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Наши глаза могут обнаружить только крошечную часть электромагнитного спектра, называемую видимым светом.
Так работают лампочки: электрический ток нагревает ламповую нить примерно до 3000 градусов, и она светится горячим светом. Поверхность Солнца составляет около 5600 градусов и выделяет много света. Белый свет фактически состоит из целого ряда цветов, смешанных друг с другом. Это можно увидеть, если пропустить белый свет через стеклянную призму. Компакт-диски считываются лазерным излучением. Лазеры используются в компакт-дисках и DVD-плеерах, где свет отражается от крошечных ямок на диске, при этом происходит преобразование в звук или данные. Лазеры также используются в лазерных принтерах и в системах прицеливания самолетов.
Опасности видимого света
Видимые световые волны – единственные электромагнитные волны, которые может увидеть человеческий глаз. Люди видят их как цвета радуги, каждый из которых имеет свою длину волны. Красный имеет самую длинную, а фиолетовый – самую короткую. Когда все волны видны вместе, они создают белый свет. Конусы в глазах являются приемниками для этих крошечных волн видимого света. Солнце является естественным источником видимых световых волн, и глаза видят отражение этого солнечного света от окружающих объектов. Цвет объекта, который видит человек, это цвет отраженного света. Все остальные цвета поглощаются.
Слишком большое излучение может повредить сетчатку глаза. Это может произойти, если вы посмотрите на что-то очень яркое, например на Солнце. Хотя повреждение можно вылечить, но если воздействие видимого излучения является сильным и постоянным, это может иметь необратимые последствия.
Видимое излучение: источники, свойства, применение
Лампочки – еще один источник видимых световых волн. А еще лазеры. Кто их открыл? Альберт Эйнштейн (1917) предложил механизм стимулированного излучения – принцип действия лазера. Открытие спонтанного излучения Эйнштейна (процесс, происходящий в атомах) побудило его развить идею стимуляции светодиодов. В 1950-х годах исследователи предложили конструкции для устройства, которое стимулировало бы излучение для усиления света. Первый лазер был построен Теодором М. Майманом В 1960 году.
Как производится лазер?
Искусственный процесс включает в себя следующее:
- Источник энергии.
- Активная среда.
- Оптическая полость.
Активная среда поглощает энергию из источника, сохраняет ее и высвобождает ее как свет. Что-то из этого света запускает другие атомы, чтобы высвободить их энергию, поэтому к запущенному добавляется еще больше света. Зеркала в конце оптической полости отражают свет обратно в активную среду, и процесс начинается снова, заставляя свет усиливаться и вызывая его часть в виде узкого луча – лазера. Для увеличения светового излучения в возбужденном состоянии должно быть больше атомов, чем было изначально. Это называется инверсией данных. Это состояние не происходит при нормальных условиях. Поэтому этому процессу должны помочь искусственные технологии, а не природа.
Лекарственное средство
Применение видимого излучения в медицине – это обычное дело. Лазеры используются в микрохирургических процедурах, таких как выполнение небольших точных разрезов, операций на печени и капиллярной хирургии, что приводит к небольшой потере крови. Лазеры также используются в офтальмологии (удаление катаракты и коррекция зрения), дерматологии (удаление татуировок и шрамов), стоматологии (очищение полости), онкологии (лечение рака кожи).
Какой можно привести пример применения видимого излучения в медицине? Светотерапия также используется для облегчения сезонного аффективного расстройства, регулирует ваши внутренние биологические часы (суточные ритмы) и влияет на настроение. Терапевтическое применение света и цвета также исследуется во многих больницах и исследовательских центрах по всему миру. Результаты пока показывают, что полный спектр, ультрафиолетовый, цветной и лазерный свет могут иметь терапевтическое значение для ряда условий – от хронической боли и депрессии до иммунных расстройств.
Видимое излучение: кем и когда открыто?
Первым объяснил возникновение спектра (этот термин был употреблен впервые в 1671 году) видимого излучения Исаак Ньютон в своем труде «Оптика» и Иоганн Гете в своей работе «Теория цветов». Что такое видимое излучение? Кем и когда открыто? Также похожими исследованиями занимался Роджер Бэкон, который наблюдал за спектром в стакане воды задолго до Ньютона и Гете.
Применение в жизни видимого излучения дает возможность видеть что-либо вообще. Свет движется, как волна, отскакивая от объектов, чтобы люди могли их видеть. Без этого все были бы в полной темноте. Но в физике свет может относиться к любой электромагнитной волне: радиоволнам, микроволнам, инфракрасному, видимому, ультрафиолетовому, рентгеновскому излучению или гамма-лучам.
Электромагнитный спектр представляет диапазон всех частот или длин волн электромагнитного излучения от очень низких энергетических частот как радиоволны до очень высоких частот, таких как гамма-лучи. Свет это часть электромагнитного излучения, которая является видимой для человеческого глаза и называется видимый свет.
Солнечные лучи гораздо шире видимого спектра света и описываются как полный спектр, включающий диапазон длин волн, необходимых для поддержания жизни на земле и влияния Солнца на человека: инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый (УФ).
Человеческий глаз реагирует только на видимый свет, который лежит между инфракрасным и ультрафиолетовым излучением имеющий крошечные длины волн. Длина волны видимого света составляет всего от 400 до 700 Нм (нанометр миллиардная метра).
Видимый спектр света включает семь цветных полос, когда солнечные лучи преломляются через призму: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.
Первым человеком, открывшим что белый состоит из цветов радуги был Исаак Ньютон который в 1666 году направил солнечный луч через узкую щель и затем через призму на стену – получив все видимые цвета.
Видимый свет применение
За годы светотехническая промышленность стремительно развивала электрические и искусственные источники, которые копировали свойства солнечного излучения.
В 1960-х годов ученые придумали термин «полный спектр освещения» для описания источников, испускающих подобие полного естественного освещения, который включал ультрафиолетовый и видимый спектр необходимый для здоровья организма человека, животных и растений.
Искусственное освещение для дома или офиса подразумевает естественное освещение в непрерывном распределении спектральной мощности который представляет мощность источника в зависимости от длины волны с равномерным уровнем лучистой энергии связанный с флуоресцентными и галогенновыми лампами.
Видимый свет – это часть электромагнитного излучения (ЭМ), как радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и микроволны. Как правило, видимый свет определяется как визуально определяемый для большинства человеческих глаз
ЭМ излучение передает волны или частицы на различных величинах волн и частотах. Такой широкий диапазон длин волн называется электромагнитным спектром.
Спектр, как правило, делится на семь диапазонов в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Общее обозначение представляет радиоволны, микроволны, инфракрасное (ИК), видимый свет, ультрафиолетовое (УФ), рентгеновские лучи и гамма-лучи.
Длина волны видимого света находится в диапазоне электромагнитного спектра между инфракрасным (ИК) и ультрафиолетовым (УФ).
Она имеет частоту от 4 × 1014 до 8 × 1014 циклов в секунду, или герц (Гц) и длина колебаний от 740 нанометров (нм) или 7,4 × 10-5 см до 380 нм или 3,8 × 10-5 см.
Что такое цвет
Пожалуй, наиболее важной характеристикой видимого света является пояснение что такое цвет. Цвет является неотъемлемым свойством и артефактом человеческого глаза. Как ни странно, но объекты “не имеют” цвета – он существует только в голове смотрящего. Наши глаза содержат специализированные клетки, образующие сетчатку глаза, которая действует как приемники, настроенные на длины волн в этой узкой полосе частот.
Излучение в нижней части видимого спектра, имеющей большую длину волны (около 740 нм) воспринимается как красный, в середине, как зеленый, и на верхнем конце спектра, с длиной волны около 380 нм, считается синий. Все остальные цвета, которые мы воспринимаем, являются смесью этих цветов.
Например, желтый цвет содержит красный и зеленый; голубой – смесь зеленого и синего, пурпурный – смесь красного и синего. Белый содержит все цвета в сочетании. Черный – это полное отсутствие видимого излучения.
Цвет и температура
Излучение энергии воспринимается как изменение цвета. Например, пламя паяльной лампы меняется от красноватого до синего и можно отрегулировать, чтобы жарче горела. Этот процесс превращения тепловой энергии в видимую энергию называется накаливание.
Лампа накаливания высвобождает часть своей тепловой энергии в виде фотонов. Около 800 градусов по Цельсию энергия, излучаемая объектом, достигает инфракрасного излучения. При увеличении температуры, энергия переходит в видимый спектр и у объекта появляется красноватое свечение. Когда объект становится жарче, цвет меняется до “белого каления” и в итоге превращается в синий.
Видимое излучение в астрономии
Видимый свет горячих объектов, таких как звезды, может быть использован для оценки их температуры.
Например, температура поверхности Солнца составляет примерно 58000 по Кельвину или 55270 по Цельсию.
Излучаемая энергия имеет пиковую длину колебаний около 550 нм, которые мы воспринимаем как видимый белый (или слегка желтоватый).
Если бы температура поверхности Солнца была прохладнее, около 3000 0С, это бы выглядело как красноватый цвет, как звезда Бетельгейзе. Если бы это было жарче, около 120000 С, это будет выглядеть голубым, как звезда Ригель.
Звезда Бетельгейзе
Звезда Ригель
Астрономы также могут определить, какие объекты из чего состоят, так как каждый элемент поглощает свет в определенных длинах волн, называемых спектром поглощения. Зная спектры поглощения элементов, астрономы могут использовать спектроскопы для определения химического состава звезд, газопылевых облаков и других удаленных объектов.
Электромагнитное излучение представляет собой форму энергии, которая находится вокруг нас. Оно принимает множество форм, таких как радиоволны, микроволны, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Солнечный свет также является формой электромагнитной энергии. Но видимый свет представляет собой лишь небольшую часть электромагнитного спектра, который содержит широкий диапазон электромагнитных волн.
Электромагнитная теория
Когда-то считалось, что электричество и магнетизм являются отдельными силами. Однако в 1873 году шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл разработал единую теорию электромагнетизма. Изучение электромагнетизма связано с тем, как электрически заряженные частицы взаимодействуют друг с другом и с магнитными полями.
Существует четыре основных электромагнитных взаимодействия:
◾ Сила притяжения или отталкивания между электрическими зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
◾ Магнитные полюса притягивают и отталкивают друг друга, подобно электрическим зарядам.
◾ Электрический ток в проводе создает магнитное поле, направление которого зависит от направления тока.
◾ Движущееся электрическое поле создает магнитное поле и наоборот.
Для описания этих явлений, Максвелл разработал набор формул, называемых уравнениями Максвелла.
Джеймс Клерк Максвелл
Волны и поля
Электромагнитное излучение создается, когда атомная частица, такая как электрон, ускоряется электрическим полем, что заставляет его двигаться. Движение создает колебательные электрические и магнитные поля, которые движутся под прямым углом друг к другу в пучке световой энергии, называемой фотоном. Фотоны движутся в гармонических волнах с наивысшей скоростью во Вселенной — 299 792 458 метров в секунду в вакууме. То есть со скоростью света. Волны имеют определенные характеристики, такие как частота, длина волны или энергия.
Электромагнитные волны формируются, когда электрическое поле (красные стрелки) соединяется с магнитным полем (синие стрелки). Магнитные и электрические поля электромагнитной волны перпендикулярны друг другу и направлению волны.
Длина волны -это расстояние между двумя последовательными пиками волны. Это расстояние указывается в метрах или его десятых долях. Частота — это число волн, которые формируются за определенный промежуток времени. Ее обычно измеряют как число волновых циклов в секунду, или герц (Гц). Короткая длина волны означает, что частота будет выше, потому что один цикл может пройти за более короткий промежуток времени. Более длинная волна имеет более низкую частоту, потому что каждый цикл занимает больше времени.
Электромагнитный спектр
Электромагнитное излучение охватывает огромный диапазон длин волн и частот. Этот диапазон известен как электромагнитный спектр. Он обычно делится на семь областей, в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты — радиоволны, микроволны, инфракрасные (ИК), видимые, ультрафиолетовые (УФ), рентгеновские и гамма-лучи. Обычно излучение с более низкой энергией, такое как радиоволны, выражается как частота. Микроволны, инфракрасный, видимый и УФ-излучение обычно выражаются как длина волны. Излучение более высокой энергии, такое как рентгеновское излучение и гамма-излучение, выражается через энергию на фотон.
Электромагнитный спектр обычно делится на семь областей в порядке убывания длины волны и увеличения энергии и частоты — радиоволны, микроволны, инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи.
Радиоволны
Радиоволны находятся в самом низком диапазоне электромагнитного спектра, с частотами до 30 миллиардов герц, или 30 гигагерц (ГГц), и длинами волн больше, чем 10 миллиметров. Радио используется в основном для связи, переговоров, передачи данных и в средствах массовой информации.
Микроволны
Микроволны попадают в диапазон электромагнитного спектра между радио и ИК. Они имеют примерные частоты от 3 ГГц до 30 триллионов герц или 30 терагерц (ТГц), и длину волны от 10 мм до 100 мкм. Микроволны используются в портативных средствах связи, в радарах и как бесконтактный источник тепла, например в микроволновой печи.
Инфракрасное излучение
ИК излучение находится между микроволнами и видимым светом. ИК имеет примерные частоты от 30 до 400 ТГц, и длину волны от 100 мкм до 740 нм. ИК свет невидим для глаз человека, но мы можем ощущать его как тепло при его достаточной интенсивности.
Видимый свет
Видимый свет находится в середине электромагнитного спектра — между ИК и УФ. Его примерные частоты от 400 до 800 ТГц. Длины волны видимого света около 740 нм до 380 нм. Видимый свет является видимым для большинства человеческих и животных глаз.
Ультрафиолетовый свет
УФ свет находится между видимым светом и рентгеновскими лучами. Его приблизительные частоты от 8*10 14 до 3*10 16 Гц, а длины волн могут быть от 10 до 400 нм. Ультрафиолет является частью солнечного света, однако, он невидим для человеческого глаза, но существуют другие живые организмы, способные видеть его. УФ применяется во множестве медицинских и промышленных целях. Но он способен повредить живую ткань.
Рентгеновские лучи
Рентгеновские лучи подразделяются на два типа: мягкие рентгеновские лучи и жесткие рентгеновские лучи. Мягкие рентгеновские лучи в электромагнитном спектре находятся между УФ и гамма-лучами. Их частота составляет от 3*10 16 до 10*18 Гц, а длина волны от 10 нм до 100 мкм. Жесткие рентгеновские лучи находятся в той же области спектра, что и гамма-лучи. Единственной их различие в том, что рентгеновские лучи создаются ускоряющимися электронами, а гамма-лучи — атомными ядрами.
Гамма-излучение
Гамма-излучение находятся в диапазоне спектра выше мягких рентгеновских лучей, с частотой 3*10 18 Гц и длиной волны менее 100 мкм. Гамма-излучение вызывает повреждение живой ткани. Поэтому оно так необходимо для уничтожения раковых клеток, при применении в небольших и тщательно измеренных дозах. Неконтролируемое воздействие такого излучения чрезвычайно опасно для человека.
???? ???? ????