היום נדבר על שידור ומושגים קשורים. כל הכמויות הללו מתייחסות לקטע של אופטיקה ליניארית.
אור בעולם העתיק
אנשים חשבו שהעולם מלא בתעלומות. אפילו גוף האדם נשא הרבה מהלא נודע. למשל, היוונים הקדמונים לא הבינו איך העין רואה, למה צבע קיים, למה מגיע הלילה. אבל יחד עם זאת, עולמם היה פשוט יותר: אור, נופל על מכשול, יצר צל. זה כל מה שאפילו המדען המשכיל ביותר היה צריך לדעת. אף אחד לא חשב על העברת האור והחימום. והיום לומדים את זה בבית הספר.
אור פוגש מכשול
כאשר קרן אור פוגעת באובייקט, היא יכולה להתנהג בארבע דרכים שונות:
- לזלול;
- פיזור;
- reflect;
- עבור הלאה.
בהתאם, לכל חומר יש מקדמי ספיגה, השתקפות, שידור ופיזור.
אור נספג משנה את תכונות החומר עצמו בדרכים שונות: הוא מחמם אותו, משנה את המבנה האלקטרוני שלו. אור מפוזר ומוחזר דומים, אך עדיין שונים. כאשר מחזיר אורמשנה את כיוון ההתפשטות, וכאשר הוא מתפזר, אורך הגל שלו משתנה גם הוא.
אובייקט שקוף המעביר אור ותכונותיו
מקדמי השתקפות והעברה תלויים בשני גורמים - מאפייני האור ותכונות העצם עצמו. זה משנה:
- מצב מצטבר של חומר. קרח נשבר בצורה שונה מקיטור.
- מבנה סריג הקריסטל. פריט זה חל על מוצקים. למשל, העברת הפחם בחלק הגלוי של הספקטרום שואפת לאפס, אבל יהלום הוא עניין אחר. מישורי ההשתקפות והשבירה שלו הם שיוצרים משחק קסום של אור וצל, שאנשים מוכנים לשלם עבורו כסף נפלא. אבל שני החומרים הללו הם פחמנים. ויהלום ישרף באש לא גרועה מפחם.
- טמפרטורת החומר. באופן מוזר, אבל בטמפרטורות גבוהות, חלק מהגופים הופכים בעצמם למקור אור, ולכן הם מקיימים אינטראקציה עם קרינה אלקטרומגנטית בצורה מעט שונה.
- זווית הפגיעה של אלומת האור על האובייקט.
כמו כן, זכרו שהאור שיוצא מחפץ יכול להיות מקוטב.
אורך גל וספקטרום שידור
כפי שהזכרנו לעיל, השידור תלוי באורך הגל של האור הנכנס. חומר אטום לקרניים צהובות וירוקות נראה שקוף לספקטרום האינפרא אדום. עבור חלקיקים קטנים הנקראים "נייטרינו" גם כדור הארץ שקוף. לכן, למרות העובדה שהםמייצרת את השמש בכמויות גדולות מאוד, שכל כך קשה למדענים לזהות אותם. ההסתברות שניטרינו יתנגש בחומר היא קטנה ונעלמת.
אבל לרוב אנחנו מדברים על החלק הגלוי בספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית. אם יש מספר מקטעים של הסולם בספר או במשימה, אזי השידור האופטי יתייחס לאותו חלק שלו הנגיש לעין האנושית.
נוסחת מקדם
עכשיו הקורא מוכן מספיק כדי לראות ולהבין את הנוסחה הקובעת העברת חומר. זה נראה כך: S=F/F0.
אז, השידור T הוא היחס בין שטף הקרינה של אורך גל מסוים שעבר בגוף (Ф) לשטף הקרינה המקורי (Ф0).
לערך של T אין מימד, שכן הוא מסומן כחלוקה של מושגים זהים זה לזה. אולם, מקדם זה אינו חף ממשמעות פיזיקלית. זה מראה כמה קרינה אלקטרומגנטית עובר חומר נתון.
שטף קרינה
זה לא רק ביטוי, אלא מונח ספציפי. שטף הקרינה הוא הכוח שקרינה אלקטרומגנטית נושאת דרך משטח יחידה. ביתר פירוט, ערך זה מחושב כאנרגיה שקרינה עוברת דרך יחידת שטח ביחידת זמן. השטח הוא לרוב מטר מרובע, והזמן הוא שניות. אך בהתאם למשימה הספציפית, ניתן לשנות את התנאים הללו. למשל, עבור אדוםענק, שגדול פי אלף מהשמש שלנו, אתה יכול להשתמש בבטחה בקילומטרים רבועים. ולגחלילית זעירה, מילימטרים רבועים.
כמובן, על מנת שניתן יהיה להשוות, הוכנסו מערכות מדידה מאוחדות. אבל ניתן לצמצם כל ערך אליהם, אלא אם כן, כמובן, אתה מתעסק במספר האפסים.
משויך למושגים האלה גם גודל השידור הכיווני. זה קובע כמה ואיזה סוג של אור עובר דרך הזכוכית. מושג זה אינו נמצא בספרי לימוד בפיזיקה. זה מוסתר במפרטים ובכללים של יצרני חלונות.
חוק שימור האנרגיה
חוק זה הוא הסיבה לכך שקיומה של מכונת תנועה מתמדת ואבן חכמים הוא בלתי אפשרי. אבל יש מים וטחנות רוח. החוק אומר שאנרגיה אינה מגיעה משום מקום ואינה מתמוססת ללא עקבות. אור הנופל על מכשול אינו יוצא מן הכלל. לא נובע מהמשמעות הפיזית של השידור שמכיוון שחלק מהאור לא עבר בחומר, הוא התאדה. למעשה, האלומה הפוגעת שווה לסכום האור הנקלט, המפוזר, המוחזר והמועבר. לפיכך, סכום המקדמים הללו עבור חומר נתון צריך להיות שווה לאחד.
באופן כללי, ניתן ליישם את חוק שימור האנרגיה על כל תחומי הפיזיקה. בבעיות בבית הספר קורה לא פעם שהחבל לא נמתח, הסיכה לא מתחממת ואין חיכוך במערכת. אבל במציאות זה בלתי אפשרי. בנוסף, תמיד כדאי לזכור שאנשים יודעיםלא הכל. לדוגמה, בדעיכת בטא, חלק מהאנרגיה אבדה. מדענים לא הבינו לאן זה נעלם. נילס בוהר עצמו הציע שחוק השימור לא יתקיים ברמה זו.
אבל אז התגלה חלקיק יסודי קטן וערמומי מאוד - הלפטון הנייטרינו. והכל נפל על מקומו. אז אם הקורא, בעת פתרון בעיה, אינו מבין לאן האנרגיה הולכת, אז עלינו לזכור: לפעמים התשובה פשוט לא ידועה.
יישום חוקי ההעברה ושבירה של האור
קצת יותר גבוה אמרנו שכל המקדמים האלה תלויים באיזה חומר יפריע לקרן הקרינה האלקטרומגנטית. אבל ניתן להשתמש בעובדה זו גם הפוך. לקיחת ספקטרום השידור היא אחת הדרכים הפשוטות והיעילות ביותר לגלות את תכונותיו של חומר. למה השיטה הזו כל כך טובה?
זה פחות מדויק משיטות אופטיות אחרות. ניתן ללמוד הרבה יותר על ידי גורם לחומר לפלוט אור. אבל זה היתרון העיקרי של שיטת השידור האופטי – אין צורך להכריח אף אחד לעשות דבר. אין צורך לחמם, לשרוף או להקרין את החומר בלייזר. מערכות מורכבות של עדשות אופטיות ומנסרות אינן נדרשות מכיוון שקרן האור עוברת ישירות דרך המדגם הנבדק.
בנוסף, שיטה זו אינה פולשנית ואינה הרסנית. המדגם נשאר בצורתו ובמצבו המקוריים. זה חשוב כאשר החומר דל, או כאשר הוא ייחודי. אנחנו בטוחים שהטבעת של תותנקאמון לא שווה לשרוף,כדי לברר בצורה מדויקת יותר את הרכב האמייל שעליו.
