Un poco de sentido común sobre la luz
La esencia de la luz son las ondas electromagnéticas que pueden provocar la visión, y también son partículas (fotones).
La luz puede propagarse en materiales transparentes como el vacío, el aire y el agua. Velocidad de la luz: La velocidad de la luz en el vacío es de 300.000 kilómetros por segundo.
La luz visible visible a simple vista es sólo una parte de todo el espectro electromagnético. El espectro visible de las ondas electromagnéticas es de aproximadamente 390 ~ 760 nm (10-9 m). La luz se puede dividir en luz artificial y luz natural.
Las fuentes de luz se dividen en fuentes de luz fría y fuentes de luz caliente: los objetos que pueden emitir luz por sí solos se denominan fuentes de luz. Fuente de luz fría: se refiere a emitir luz sin calentar (o generar calor a temperaturas muy bajas).
Como las luciérnagas; fuente de luz térmica: se refiere a emitir calor (debe ser calor de alta temperatura). Como el sol; los experimentos han demostrado que la luz es radiación electromagnética y el rango de longitud de onda de esta parte de las ondas electromagnéticas es de aproximadamente 0,77 micrones de luz roja a 0,39 micrones de luz violeta.
Las ondas electromagnéticas con longitudes de onda desde 0,77 micras hasta aproximadamente 1000 micras se denominan "rayos infrarrojos". Por debajo de 0,39 micrones hasta aproximadamente 0,04 micrones se denomina "ultravioleta".
Los rayos infrarrojos y ultravioleta no pueden provocar la visión, pero la presencia de dichos objetos luminosos se puede medir y detectar mediante instrumentos ópticos o fotografía. Por tanto, el concepto de luz en óptica también puede extenderse a los campos infrarrojo y ultravioleta. Incluso los rayos X se consideran luz y el espectro de la luz visible es sólo una parte del espectro electromagnético.
La luz tiene dualidad onda-partícula, es decir, puede considerarse como una onda electromagnética con una frecuencia muy alta, o puede considerarse como una partícula, denominada fotón. La velocidad de la luz reemplazó al reloj de platino conservado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de París como estándar para definir el "metro", y se acordó que la velocidad de la luz era estrictamente igual a 299.792.458 m/s, consistente con la definiciones del metro y del segundo en ese momento.
Más tarde, a medida que la precisión de los experimentos siguió mejorando, el valor de la velocidad de la luz cambió. Un metro se define como la distancia recorrida por la luz en 1/299792458 segundos, y la velocidad de la luz se representa con "C". La luz es una de las fuentes de vida en la tierra.
La luz es la base de la vida humana. La luz es una herramienta para que los humanos comprendan el mundo exterior.
La luz es un portador o medio de comunicación ideal para la información. Según las estadísticas, al menos el 90% de toda la información que reciben los órganos de los sentidos humanos del mundo exterior se transmite a través de los ojos... Cuando se proyecta un rayo de luz sobre un objeto, se producirá reflexión, refracción, interferencia y difracción.
La luz se propaga en línea recta en un medio uniforme. Las ondas de luz, incluida la infrarroja, tienen longitudes de onda más cortas y frecuencias más altas que las microondas. Por lo tanto, el paso de la comunicación por microondas en la comunicación eléctrica a la comunicación óptica es una tendencia natural e inevitable.
Luz ordinaria: Generalmente la luz está compuesta por muchos fotones. Bajo fluorescencia (luz diurna normal, luz de lámpara, luz de velas, etc.). ), no hay conexión entre los fotones, es decir, diferentes longitudes de onda, diferentes fases, diferentes direcciones de polarización y diferentes direcciones de propagación. Es como un ejército de fotones desorganizado e indisciplinado. Todos los fotones son soldados dispersos y no pueden actuar de manera unificada. Cuando la luz se refleja, el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia. En el mismo plano, a ambos lados de la normal, la trayectoria de la luz se puede invertir.
La luz que incide oblicuamente de un medio a otro provoca su refracción. Si la densidad del medio inyectado es mayor que la densidad de la luz original, el ángulo de incidencia es menor que el ángulo de refracción.
En cambio, si es menor que, entonces el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo de refracción. Pero si el ángulo de incidencia es 0, el ángulo de refracción es cero y no se produce ninguna refracción.
Sin embargo, la refracción de la luz todavía se produce en el mismo medio no homogéneo. En teoría, se puede inyectar desde una dirección sin refracción. Pero debido a que los límites no son claros, generalmente están divididos en varios niveles y no son planos, la refracción ocurrirá de todos modos. Por ejemplo, ver el fondo tranquilo de un lago desde la orilla es la primera refracción, pero ver un espejismo es la segunda refracción.
La acción de las lentes convexas y cóncavas se debe a la primera refracción. Láseres: en el nuevo mundo de la óptica, todos los fotones están correlacionados, lo que significa que tienen la misma frecuencia (o longitud de onda), fase, dirección de polarización y dirección de propagación.
El láser es como un ejército de fotones bien disciplinado que actúa al unísono, por lo que tiene una gran efectividad en el combate. Ésta es la razón principal por la que los láseres pueden hacer muchas cosas que la luz del sol, las luces y las velas no pueden.
Los tipos de fuentes de luz se pueden dividir en tres tipos. La primera es la luz producida por efectos térmicos, siendo la luz solar un buen ejemplo. Más allá de eso, lo mismo ocurre con las velas y otros artículos. Esta luz cambia de color a medida que cambia la temperatura.
La segunda es la luminiscencia de los átomos. La sustancia fluorescente recubierta en la pared interior del tubo fluorescente es excitada por la energía de ondas electromagnéticas para producir luz. El principio de las luces de neón es el mismo. La luminiscencia atómica tiene su propio color básico y debemos hacer las correcciones correspondientes al fotografiar colores.
El tercer tipo es que el sincrotrón emite luz y transporta energía poderosa al mismo tiempo. Este es el tipo de luz emitida por un horno atómico, y casi no tenemos contacto con este tipo de luz en la vida diaria. Basta recordar los dos primeros. Dispersión de la luz El fenómeno de dividir la luz policromática en luz monocromática se llama dispersión óptica. Newton observó por primera vez la dispersión de la luz en 1666 utilizando un prisma, que dividía la luz blanca en bandas de colores (espectro). El fenómeno de dispersión muestra que la velocidad de la luz en el medio (o índice de refracción n=c/v) cambia con la frecuencia de la luz. La dispersión de la luz se puede lograr mediante el uso de prismas, rejillas de difracción, interferómetros, etc. La luz blanca se compone de rojo.
El rojo, el naranja, el amarillo, el verde y otros colores se denominan luz monocromática. Dispersión: el fenómeno de descomponer la luz policromática en luz monocromática para formar un espectro se llama dispersión óptica.
La dispersión se puede conseguir utilizando prismas o rejillas como "sistemas de dispersión". Después de que la luz policromática ingresa al prisma, tiene un índice de refracción diferente para la luz de varias frecuencias, y la dirección de propagación de varias luces policromáticas tiene diversos grados de desviación, por lo que cuando sale del prisma, se separan y dispersan para formar un espectro.
El índice de refracción de dispersión de la luz cambia con la frecuencia de la onda luminosa o la longitud de onda en el vacío. Cuando la luz policromática se refracta en la interfaz del medio, el medio tiene diferentes índices de refracción para la luz de diferentes longitudes de onda, y la luz de cada color se separa entre sí debido a diferentes ángulos de refracción.
En 1672, Newton utilizó un prisma para descomponer la luz solar en bandas de colores. Este fue el primer experimento de dispersión realizado por personas. La ley de dispersión generalmente se describe mediante la relación entre el índice de refracción n o la relación de dispersión dn/dλ y la longitud de onda λ.
La dispersión de cualquier medio se puede dividir en dispersión normal y dispersión anormal. El fenómeno de dividir la luz policromática en luz monocromática para formar un espectro. Si un rayo de luz blanca incide sobre un prisma de vidrio, la luz se refractará a través del prisma.
2. Hay muy poco conocimiento sobre el sol
La astronomía explica que su volumen es más de 654,38+0,3 millones de veces el de la tierra, y es el objeto central de la Tierra. sistema solar.
Una estrella ordinaria de la Vía Láctea. La distancia media a la Tierra es de 149,6 millones de kilómetros y el diámetro es de 139,0 millones de kilómetros. Se necesitan más de 3.500 años para caminar desde la Tierra hasta el Sol y más de 20 años para viajar en avión.
La densidad promedio es 1,409 g/cm3, la masa es 1,989 * 10 33 g, la temperatura de la superficie es 5770 ℃ y la temperatura central es 150 000 ℃. De adentro hacia afuera se encuentran la zona de reacción nuclear solar, la troposfera solar y la atmósfera solar.
La reacción termonuclear continúa en su región central, y la energía producida se emite al espacio a través de radiación. Una de las 2.200 millones de energías se irradia hacia la Tierra y se convierte en la principal fuente de luz y calor de la Tierra.
Las celebridades también tienen su propia historia de vida, desde el nacimiento, el crecimiento hasta el envejecimiento y finalmente la muerte. Son de diferentes tamaños, diferentes colores y evolucionaron de manera diferente.
La conexión entre las estrellas y la vida va más allá de la luz y el calor que proporcionan. De hecho, los átomos pesados que forman los planetas y la vida se crean en explosiones que ocurren al final de la vida de algunas estrellas.
El radio del parámetro físico básico del sol es 696.295km. La masa es 1.989 * 10 30k g. Temperatura 5770°C (superficie) 15,6 millones°C (núcleo). La potencia radiada total es 3,83 * 10,26 julios por segundo. Cuando la Tierra está ubicada a la distancia media entre el Sol y la Tierra, la energía total del espectro completo de radiación solar recibida por el límite superior de la atmósfera terrestre por unidad de tiempo y perpendicular a los rayos del Sol por unidad de área se llama constante solar.
La unidad común para la constante solar es el vatio por metro cuadrado. Debido a los diferentes métodos y tecnologías de observación, los valores de las constantes solares obtenidos también son diferentes.
La constante solar anunciada por la Organización Meteorológica Mundial (OMM) en 1981 fue de 1368 W/m2. Más del 99% del espectro de radiación solar en el límite superior de la atmósfera terrestre se encuentra entre 0,15 y 4,0 micrones.
Aproximadamente el 50 % de la energía de la radiación solar está en el espectro visible (longitud de onda: 0,4 ~ 0,76 micrones), el 7 % está en el espectro ultravioleta (longitud de onda; 0,76 micrones) y la energía máxima está en una longitud de onda de 0,475 micras. Dado que la longitud de onda de la radiación solar es mucho más pequeña que la longitud de onda de la radiación terrestre y atmosférica (alrededor de 3 a 120 micrones), generalmente se la llama radiación de onda corta y radiación de onda larga.
Los cambios en la actividad solar y la distancia entre el sol y la tierra provocarán cambios en el límite superior de energía de radiación solar en la atmósfera terrestre. Para los humanos, el glorioso sol es sin duda el cuerpo celeste más importante del universo.
Todas las cosas crecen bajo el sol. Sin el sol, no habría diversos fenómenos de vida en la Tierra y, por supuesto, no existirían los seres humanos como criaturas inteligentes. El sol da luz y calor a las personas, provoca el ciclo del día, la noche y las estaciones, afecta los cambios en la temperatura de la Tierra y proporciona diversas formas de energía para la vida en la Tierra.
En la historia de la humanidad, el sol siempre ha sido objeto de culto por parte de muchas personas. Los antepasados de la nación china consideran a su antepasado Yan Di como el dios del sol.
En la mitología griega antigua, el dios sol es hijo de Zeus (el rey de los dioses). ¿De qué está hecho el sol, un planeta imponente, y cuál es su estructura interna? De hecho, el sol es simplemente una estrella muy común y corriente. En el vasto mundo de las estrellas, el brillo, el tamaño y la densidad de la materia del Sol se encuentran en un nivel intermedio.
Al estar más cerca de la Tierra, parece el objeto más grande y brillante del cielo. Otras estrellas están lejos de nosotros. Incluso la estrella más cercana está 270.000 veces más lejos que el Sol y parece una luz parpadeante.
La mayoría de los materiales que componen el sol son gases ordinarios, de los cuales el hidrógeno representa aproximadamente el 71%, el helio aproximadamente el 27% y otros elementos el 2%. Desde el centro hacia afuera, el Sol se puede dividir en zona de reacción nuclear, zona de radiación, zona de convección y atmósfera solar.
La atmósfera del Sol es igual que la atmósfera terrestre. Se puede dividir en tres capas según diferentes alturas y propiedades, a saber, la fotosfera, la cromosfera y la corona. La superficie del sol que vemos habitualmente es la capa más baja de la atmósfera solar, con una temperatura de unos 6000°C.
Es opaco, por lo que no podemos ver directamente la estructura interna del sol. Sin embargo, los astrónomos han establecido un modelo de la estructura interna y el estado físico del sol basado en teorías físicas y estudios de diversos fenómenos en la superficie del sol.
Este modelo también ha sido confirmado por estudios de otras estrellas, al menos en grandes aspectos, es creíble.
Aunque el núcleo del sol es muy pequeño, con un radio de sólo 1/4 del radio del sol, es la verdadera fuente de la enorme energía del sol.
La temperatura del núcleo del Sol es extremadamente alta, alcanza los 15 millones de grados Celsius, y la presión también es extremadamente alta, lo que provoca que la reacción termonuclear del hidrógeno se fusione en helio, liberando así una enorme energía. Esta energía sólo puede transferirse a través del material de la capa radiativa y la troposfera, transmitirse al fondo de la fotosfera solar y luego irradiarse a través de la fotosfera.
La fotosfera solar es la superficie circular del sol que solemos ver, y el radio del sol es también el radio de la fotosfera. La superficie de la fotosfera es gaseosa, con una densidad media de sólo unos cientos de millones de veces la del agua, pero debido a su espesor de 500 kilómetros, la fotosfera es opaca.
Hay una intensa actividad en la atmósfera fotosférica. Con un telescopio, se puede ver que hay muchas estructuras puntuales densamente empaquetadas en la superficie de la fotosfera, que son muy similares a los granos de arroz. Se llaman granos de arroz. Son extremadamente inestables, generalmente duran sólo de 5 a 10 minutos y sus temperaturas son de 300 a 400 °C más altas que la temperatura promedio de la fotosfera.
Actualmente se cree que esta estructura de partículas está provocada por la violenta convección de gas bajo la fotosfera. Otra actividad famosa en la superficie de la fotosfera son las manchas solares.
Las manchas solares son enormes remolinos de aire en la fotosfera, la mayoría de los cuales tienen forma casi elíptica. Parecen más oscuras contra el fondo brillante de la fotosfera, pero en realidad sus temperaturas alcanzan los 4000°C. Si las manchas solares pudieran eliminarse individualmente, una mancha solar grande podría emitir tanta luz como una luna llena. La apariencia de las manchas solares en la superficie del sol cambia constantemente, reflejando cambios en la energía de la radiación solar.
Existe un fenómeno cíclico complejo en los cambios de las manchas solares, con un ciclo de actividad promedio de 11,2 años. La atmósfera cercana a la fotosfera se llama cromosfera y no es fácil de observar. En el pasado, esta zona sólo era visible durante un eclipse solar total.
Cuando la luna bloquea la luz brillante de la fotosfera, se puede encontrar un brillo de color rosa en el borde de la rueda solar.
3. Conocimiento físico sobre los fenómenos de búsqueda de luz
Fenómeno luminoso 1. La luz viaja en línea recta en el mismo medio uniforme.
La propagación lineal de la luz puede explicar muchos fenómenos comunes, como la formación de sombras y los eclipses solares y lunares. 2. La luz es una línea recta que indica la dirección de propagación de la luz.
Al dibujar la luz, debes utilizar flechas para indicar la dirección en la que viaja la luz. 3. La velocidad de propagación de la luz en diferentes medios no es igual.
La velocidad máxima de la luz en el vacío es de 3 * 108 m/s, y la velocidad de la luz en otros medios es menor que la velocidad en el vacío.
La velocidad de la luz en el aire es cercana a la del vacío, y también puede considerarse como 3 * 108 m/s 4. Cuando la luz incide en la superficie de un objeto, es reflejada por la superficie del objeto. Este fenómeno se llama reflexión de la luz.
5. La línea recta perpendicular al espejo desde el punto de luz incidente o se llama línea normal. El ángulo entre la luz incidente y la normal se llama ángulo de incidencia y se representa con el símbolo I.
El ángulo entre la luz reflejada y la normal se llama ángulo de reflexión, representado por el símbolo R. 6. Leyes de reflexión de la luz: a. La luz reflejada, la luz incidente y la línea normal están en el mismo plano.
b. La luz reflejada y la luz incidente están separadas a ambos lados de la normal. c. El ángulo de emisión es igual al ángulo de incidencia.
7. Las superficies lisas reflejan la luz en la misma dirección, lo que se llama reflexión especular. 8. Las superficies irregulares reflejarán la luz en todas direcciones, lo que se denomina reflexión difusa.
9. Ya sea reflexión especular o reflexión difusa, la reflexión de cada rayo de luz obedece a la ley de la reflexión de la luz. 10. Características de la imagen especular plana: la distancia entre la imagen y el espejo es igual; el tamaño de la imagen y el objeto son iguales; la línea que conecta el punto correspondiente en la imagen y el objeto es perpendicular a la superficie del espejo ( es decir, la imagen y el objeto son simétricos respecto de la superficie del espejo); la imagen formada por el espejo plano es una imagen virtual.
11. Imagen virtual: No está formada por la intersección de luces reales y no puede ser aceptada por la pantalla. 12. Cuando la luz pasa oblicuamente de un medio a otro, la dirección de propagación generalmente cambia. Este fenómeno se llama refracción de la luz.
Aunque sea el mismo medio, si el medio no es uniforme la luz se refractará. Cuando la luz incide verticalmente sobre una interfaz, su dirección de propagación no cambia.
13. El ángulo entre la luz refractada y la normal se llama ángulo de refracción. 14. Cuando la luz ingresa al aire de manera oblicua desde el aire hacia el agua u otros medios, la luz refractada se desvía hacia la dirección normal y el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo de refracción cuando la luz ingresa al aire de manera oblicua desde el agua u otros medios, la luz refractada; se desvía hacia la interfaz, el ángulo de refracción es mayor que el ángulo de incidencia.
(El ángulo entre la luz en el aire y la normal siempre es relativamente grande, es decir, el "ángulo vacío es grande") 15. La profundidad del agua vista por los ojos es menor que la profundidad real; los palillos insertados en el agua en ángulo se pueden ver en el agua. Levántese e inclínese hacia arriba; vea el sol sumergirse debajo del horizonte; apunte debajo del pez cuando los espejismos y otros fenómenos son causados por la refracción de la luz; . 16. Los espejos cóncavos (reflexión) pueden hacer converger la luz paralela y pueden usarse para fabricar cocinas solares.
Según el principio de trayectoria de luz reversible, una fuente de luz enfocada puede reflejar luz paralela: una linterna. 17. Los espejos convexos (reflexión) pueden difundir la luz paralela y aumentar el campo de visión.
Ejemplos: espejo retrovisor de coche, espejo de esquina de calle. 18. En la reflexión y refracción de la luz, el camino de la luz es reversible.
4. Algunos conocimientos sobre la difracción de la luz. No estoy familiarizado con este conocimiento.
Acerca de la difracción de la luz: 1. Fenómeno: Cuando el tamaño del obstáculo [o agujero] es comparable a la longitud de onda de la luz, la luz puede sortear el obstáculo y llegar al lugar donde se encuentra. sombra.
2. La difracción es una característica de las ondas, por lo que los partidarios de la teoría ondulatoria creen que la esencia de la luz son las ondas. 3. Esencia: Desde la perspectiva de las ondas, cuando la luz encuentra un obstáculo [o agujero], el frente de onda se divide en varias fuentes de ondas puntuales. La luz emitida por estas fuentes de luz se superpone durante el proceso de propagación. Una determinada área se fortalece y otra se debilita, por lo que se convierte en una franja de luz y oscuridad alternas [el lugar reforzado es brillante]; los fotones evitan los obstáculos, la probabilidad de llegar a cada punto es diferente y la franja brillante es donde la probabilidad de que lleguen los fotones es alta.
4. La ciencia moderna cree que la luz tiene dualidad onda-partícula, y que una gran cantidad de fotones de baja energía pueden exhibir fácilmente la naturaleza ondulatoria de la luz. Energía pequeña significa longitud de onda larga y los obstáculos son fáciles de igualar para formar difracción; desde la perspectiva de las partículas, la energía es muy pequeña y el rendimiento de un solo fotón es difícil de detectar. Sólo las manifestaciones de una gran cantidad de fotones son fácilmente detectables, por lo que existe difracción debido a la probabilidad de aparición de partículas. 5. La difracción de rejilla es un tipo de difracción en la que se tallan varias franjas a distancias iguales en un portaobjetos de vidrio y la luz pasa a través de ellas. Este experimento es fácil de hacer y muy obvio.
6. Es fácil hacer experimentos de difracción con láser [frecuencia única]. Las fuentes láser actuales son fáciles de encontrar.
Linterna láser infantil de juguete.