SVĚTELNÁ TĚLA: VLASTNOSTI A ZPŮSOB, JAKÝM VYTVÁŘEJÍ SVÉ VLASTNÍ SVĚTLO - FYZICKÝ - 2025

Světelné tělo se nazývá jakýkoli přirozený nebo nepřirozený objekt, který vyzařuje své vlastní světlo, což je část elektromagnetického spektra viditelného lidskýma očima. Opakem světelného objektu je nesvítivý.

Nesvětelné objekty jsou viditelné, protože jsou osvětleny světlem emitovaným světelnými předměty. Nesvětelná těla se také nazývají osvětlená těla, ačkoli nejsou vždy v tomto stavu.

Slunce, světelné tělo, které osvětluje oblohu a moře. Zdroj: pixabay

Světelné objekty jsou primárními zdroji světla, protože jej vyzařují, zatímco nesvětelné objekty jsou sekundárními zdroji světla, protože odrážejí světlo produkované tímto prvkem.

Příklady světelných a nesvětelných těles

Světelné objekty

V přírodě jsou objekty schopné emitovat světlo. Tyto zahrnují:

- Slunce.

- Hvězdy.

- Luminiscenční hmyz, například světlušky a další.

- Paprsky.

- Polární záře nebo polární záře.

Jedná se o umělé světelné objekty:

- Žárovky nebo žárovky.

- Plamen svíčky.

- Zářivky.

- Led světla.

- Obrazovka mobilního telefonu.

Nesvětelné objekty

V přírodě existuje mnoho objektů, které nevyzařují světlo samy o sobě, ale mohou být osvětleny:

- Měsíc, který odráží sluneční světlo.

- Planety a jejich satelity, které také odrážejí sluneční světlo.

- Stromy, hory, zvířata odrážejí světlo oblohy a slunce.

- Modrá obloha a mraky. Jsou viditelné díky rozptylu slunečního světla.

Umělá světelná tělesná žárovka, která osvětluje naše noci. Zdroj: pixabay

Vlastnosti světelných těles a jejich světla

Hlavní charakteristikou světelných těles je to, že světlo, se kterým je můžeme vidět, je produkováno samotným objektem.

Vidíme lidi a předměty díky světlu vyzařovanému světelnými těly, ať už přírodními nebo umělými. A také proto, že nám příroda dala orgány zraku.

V nepřítomnosti světelných těl není možné vidět vše, co nás obklopuje. Pokud jste někdy zažili úplnou tmu, pak znáte význam světelných těl.

To znamená, že bez světla neexistuje žádná vize. Lidské a zvířecí vidění je interakce mezi světlem emitovaným světelnými těly a světlem odrážejícím nesvětelná těla s našimi světelnými senzory v oku a naším mozkem, kde je obraz konečně konstruován a interpretován.

Vize je možná, protože světlo emitované nebo odrážené objekty se pohybuje vesmírem a zasahuje naše oči.

Fotony

Foton je nejmenší množství světla, které může světelné tělo emitovat. Fotony jsou emitovány atomy světelných těl a odrážejí nebo rozptýlí nesvítící.

Vize je možná pouze tehdy, když některé z těchto fotonů, emitovaných, rozptýlených nebo odrážených, dosáhnou našich očí, kde vytvářejí elektronickou excitaci na koncích optického nervu, které přenášejí elektrický pulz do mozku.

Jak světelná těla generují světlo?

Fotony jsou emitovány atomy světelných těl, když byly excitovány takovým způsobem, že elektrony atomových orbitálů přecházejí do stavů vyšší energie, které se poté rozkládají na stavy nižší energie s následnou emisí fotonů.

Každé tělo, pokud se zvýší jeho teplota, se stane zdrojem světla. Kus kovu při pokojové teplotě je nesvětelné těleso, ale při teplotě 1000 stupňů Celsia je to světelné těleso, protože elektrony zaujímají vyšší úrovně a když klesají na nižší úrovně, emitují fotony v rozsahu viditelného spektra.

To se děje na atomové úrovni se všemi světelnými těly, ať už je to Slunce, plamen svíčky, vlákno žárovky, atomy fluorescenčního prášku energeticky úsporné žárovky nebo atomy LED diody, což je nejnovější umělé lehké tělo.

Co se liší případ od případu, je excitační mechanismus pro elektrony, aby šly na vyšší energetické atomové úrovně a pak se rozpadly a emitovaly fotony.

Vidíme jen minulost

Vize není okamžitá, protože světlo cestuje konečnou rychlostí. Rychlost světla ve vzduchu a ve vakuu je řádově 300 tisíc kilometrů za sekundu.

Fotony světla, které opouštějí povrch Slunce, potřebují k dosažení našich očí 8 minut a 19 sekund. A fotony vyzařované naší nejbližší hvězdou Alpha Centauri trvají 4,37 let, než se dostaneme do očí, pokud se díváme na oblohu.

Fotony, které můžeme pozorovat pouhým okem nebo dalekohledem v galaxii Andromeda, nejblíže k našemu vlastnímu, se odtamtud objeví před 2,5 miliony let.

I když vidíme Měsíc, vidíme starý Měsíc, protože to, co se díváme, je obrázek před 1,26 sekundami. A obraz hráčů fotbalové hry, který vidíme ve stojanech 300 metrů od hráčů, je starý obraz miliontiny sekundy v minulosti.

Dualita světla

Podle nejvíce přijímaných teorií je světlo elektromagnetickou vlnou, stejně jako rádiové vlny, mikrovlny, kterými se vaří jídlo, mikrovlny z mobilních telefonů, rentgenové paprsky a ultrafialové záření.

Světlo je však vlna, ale skládá se také z částic zvaných fotony, jak jsme již dříve uvedli. Světlo má toto dvojí chování, které je ve fyzice známé jako dualita vlnových částic.

Všechny různé elektromagnetické vlny se liší svou vlnovou délkou. Část elektromagnetického spektra, kterou lidské oko dokáže vnímat, se nazývá viditelné spektrum.

Viditelné spektrum odpovídá úzkému rozmezí elektromagnetického spektra mezi 0,390 mikrony a 0,750 mikrony. Toto je charakteristická velikost protozoanu (améba nebo paramecium).

Pod viditelným spektrem máme ve vlnové délce ultrafialové záření, jehož vlnová délka je srovnatelná s velikostí organických molekul.

Nad viditelným spektrem je infračervené záření, jehož velikost je srovnatelná s hrotem jehly. Na špičce této jehly se vejde 10 až 100 prvoků, to znamená 10 až 100 vlnových délek viditelného spektra.

Naproti tomu mikrovlny mají vlnové délky mezi centimetry a metry. Rádiové vlny mají délky od stovek metrů do tisíců metrů. Rentgenové paprsky mají vlnové délky srovnatelné s velikostí atomu, zatímco paprsky gama mají vlnové délky srovnatelné s atomovým jádrem.

Barvy a viditelné spektrum

Viditelné spektrum zahrnuje paletu barev, které lze rozlišit u duhy nebo na slunci rozptýleném na skleněném hranolu. Každá barva má vlnovou délku, kterou lze vyjádřit v nanometrech, což je jedna miliontina milimetru.

Světelné spektrum a jeho vlnové délky v nanometrech (nm), od nejvyšší po nejnižší, jsou následující:

- Červené. Mezi 618 a 780 nm.

- Oranžový. Mezi 581 a 618 nm.

- Žlutá. Mezi 570 a 581 nm.

- Zelená. Mezi 497 a 570 nm.

- Tyrkysová. Mezi 476 a 497 nm.

- Modré. Mezi 427 a 476 nm.

- Fialový. Mezi 380 a 427 nm.

Světelné černé tělo, energie a hybnost

Světlo má energii a hybnost. Každá barva ve viditelném spektru odpovídá fotonům různé energie a různé hybnosti nebo hybnosti. Toto bylo známé díky průkopníkům kvantové fyziky, jako je Max Planck, Albert Einstein a Louis De Broglie.

Max Planck objevil, že světelná energie přichází v paketech nebo quantach, jejichž energie E je měřena v Joulech a je rovna součinu základní konstanty přírody známé jako Planckova konstanta, která je označena písmenem h a frekvencí f in Hertz.

E = h ∙ f

Tento objev provedl Planck, aby vysvětlil spektrum záření světelného tělesa, které emituje pouze záření, ale neodráží žádné, známé jako „černé tělo“ a jehož emisní spektrum se mění podle teploty.

Planckova konstanta je h = 6,62 × 10 ^ -34 J * s.

Ale Albert Einstein nepochybně potvrdil, že světlo jsou fotony s energií danou podle Planckova vzorce, jako jediný způsob, jak vysvětlit jev známý jako fotoelektrický efekt, ve kterém materiál osvětlený světlem emituje elektrony. Právě za tuto práci získal Einstein Nobelovu cenu.

Ale foton, stejně jako každá částice a přestože nemá hmotu, má impuls nebo hybnost danou vztahem objeveným Louisem De Broglie v rámci duality vlnových částic fotonových a kvantových objektů.

De Broglieho vztah uvádí, že hybnost p fotonu se rovná kvocientu Planckovy konstanty ha vlnové délce λ fotonu.

P = h / λ

Červená barva má vlnovou délku 618 × 10 ^ -9 ma frekvenci 4,9 x 10 ^ 14 Hz, takže energie fotonu je 3,2 × 10 ^ -19J a jeho hybnost je 1,0 × 10 ^ -27 kg * m / s.

Na druhém konci viditelného spektra je fialová s vlnovou délkou 400 × 10 ^ -9 ma frekvencí 7,5 x 10 ^ 14 Hz, takže energie fotonu je 4,9 × 10 ^ -19J a jeho hybnost je 1,7 × 10 ^ -27 kg * m / s. Z těchto výpočtů usoudíme, že fialová má více energie a více hybnosti než červená.

Reference

1. Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikace. 7. vydání. Mac Graw Hill. 262-282.
2. Wikipedia. Viditelné spektrum. Obnoveno z wikipedia.com
3. Wikipedia. Elektromagnetické spektrum. Obnoveno z wikipedia.com
4. Wikipedia. Zdroj světla. Obnoveno z wikipedia.com
5. Wikibooky. Fyzika, optika, podstata světla. Obnoveno z: es.wikibooks.org