Dnes budeme hovoriť o priepustnosti a súvisiacich pojmoch. Všetky tieto veličiny sa vzťahujú na časť lineárnej optiky.
Svetlo v starovekom svete
Ľudia si mysleli, že svet je plný záhad. Aj ľudské telo nieslo veľa neznámeho. Napríklad starí Gréci nerozumeli tomu, ako oko vidí, prečo existuje farba, prečo prichádza noc. Ale zároveň bol ich svet jednoduchší: svetlo dopadajúce na prekážku vytváralo tieň. To je všetko, čo potreboval vedieť aj ten najvzdelanejší vedec. Nikto sa nezamýšľal nad priepustnosťou svetla a vykurovaním. A dnes sa to učí v škole.
Svetlo sa stretáva s prekážkou
Keď lúč svetla zasiahne objekt, môže sa správať štyrmi rôznymi spôsobmi:
- hltať sa;
- scatter;
- reflect;
- pokračovať.
Podľa toho má každá látka koeficienty absorpcie, odrazu, priepustnosti a rozptylu.
Absorbované svetlo mení vlastnosti samotného materiálu rôznymi spôsobmi: ohrieva ho, mení jeho elektronickú štruktúru. Rozptýlené a odrazené svetlo sú podobné, no predsa odlišné. Pri odrážaní svetlamení smer šírenia a pri rozptýlení sa mení aj jeho vlnová dĺžka.
Priehľadný objekt, ktorý prenáša svetlo a jeho vlastnosti
Koeficienty odrazu a priepustnosti závisia od dvoch faktorov – od vlastností svetla a od vlastností samotného objektu. Záleží:
- Agregovaný stav hmoty. Ľad sa láme inak ako para.
- Štruktúra kryštálovej mriežky. Táto položka sa vzťahuje na pevné látky. Napríklad priepustnosť uhlia vo viditeľnej časti spektra má tendenciu k nule, ale diamant je iná záležitosť. Práve roviny jeho odrazu a lomu vytvárajú magickú hru svetla a tieňa, za ktorú sú ľudia ochotní zaplatiť rozprávkové peniaze. Ale obe tieto látky sú uhlíky. A diamant zhorí v ohni nie horšie ako uhlie.
- Teplota hmoty. Napodiv, ale pri vysokých teplotách sa niektoré telesá samy stávajú zdrojom svetla, takže interagujú s elektromagnetickým žiarením trochu iným spôsobom.
- Uhol dopadu svetelného lúča na objekt.
Pamätajte tiež, že svetlo, ktoré vychádza z objektu, môže byť polarizované.
Vlnová dĺžka a prenosové spektrum
Ako sme spomenuli vyššie, priepustnosť závisí od vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla. Látka, ktorá je nepriehľadná pre žlté a zelené lúče, sa javí ako priehľadná pre infračervené spektrum. Pre malé častice nazývané „neutrína“je Zem tiež priehľadná. Preto aj napriek tomu, že onigeneruje Slnko vo veľmi veľkých množstvách, preto je pre vedcov také ťažké ich odhaliť. Pravdepodobnosť zrážky neutrína s hmotou je mizivo malá.
Najčastejšie však hovoríme o viditeľnej časti spektra elektromagnetického žiarenia. Ak je v knihe alebo úlohe niekoľko segmentov stupnice, potom sa optická priepustnosť bude vzťahovať na tú časť stupnice, ktorá je prístupná ľudskému oku.
Vzorec koeficientu
Teraz je čitateľ dostatočne pripravený na to, aby videl a pochopil vzorec, ktorý určuje prenos látky. Vyzerá to takto: S=F/F0.
Priepustnosť T je teda pomer toku žiarenia určitej vlnovej dĺžky, ktoré prešlo telom (Ф) k pôvodnému toku žiarenia (Ф0).
Hodnota T nemá žiadny rozmer, pretože sa označuje ako rozdelenie identických pojmov do seba. Tento koeficient však nie je zbavený fyzického významu. Ukazuje, koľko elektromagnetického žiarenia daná látka prejde.
Tok žiarenia
Toto nie je len fráza, ale konkrétny výraz. Tok žiarenia je výkon, ktorý elektromagnetické žiarenie prenáša cez povrch jednotky. Podrobnejšie je táto hodnota vypočítaná ako energia, ktorú žiarenie prenesie cez jednotku plochy za jednotku času. Plocha je najčastejšie meter štvorcový a čas sú sekundy. Ale v závislosti od konkrétnej úlohy sa tieto podmienky môžu zmeniť. Napríklad na červenúobra, ktorý je tisíckrát väčší ako naše Slnko, pokojne využijete aj kilometre štvorcové. A pre malú svetlušku štvorcové milimetre.
Samozrejme, aby bolo možné porovnávať, boli zavedené jednotné systémy merania. Ale dá sa na ne zredukovať akákoľvek hodnota, pokiaľ si, samozrejme, nepokazíte počet núl.
S týmito pojmami súvisí aj veľkosť smerovej priepustnosti. Ten určuje, koľko a aký druh svetla prejde sklom. Tento pojem sa v učebniciach fyziky nenachádza. Je skrytý v špecifikáciách a pravidlách výrobcov okien.
Zákon zachovania energie
Tento zákon je dôvodom, prečo je existencia stroja na večný pohyb a kameňa mudrcov nemožná. Ale sú tu vodné a veterné mlyny. Zákon hovorí, že energia neprichádza odnikiaľ a nerozpúšťa sa bez stopy. Svetlo dopadajúce na prekážku nie je výnimkou. Z fyzikálneho významu priepustnosti nevyplýva, že keďže časť svetla materiálom neprešla, vyparila sa. V skutočnosti sa dopadajúci lúč rovná súčtu absorbovaného, rozptýleného, odrazeného a prepusteného svetla. Súčet týchto koeficientov pre danú látku by sa teda mal rovnať jednej.
Vo všeobecnosti možno zákon zachovania energie aplikovať na všetky oblasti fyziky. V školských problémoch sa často stáva, že sa lano nenatiahne, kolík sa nezohrieva a v systéme nedochádza k treniu. Ale v skutočnosti je to nemožné. Okrem toho je vždy potrebné pamätať na to, že ľudia vediaNie všetko. Napríklad pri beta rozpade sa časť energie stratila. Vedci nechápali, kam sa podel. Niels Bohr sám navrhol, že zákon ochrany nemusí platiť na tejto úrovni.
Potom však bola objavená veľmi malá a prefíkaná elementárna častica – neutríno leptón. A všetko do seba zapadlo. Ak teda čitateľ pri riešení problému nechápe, kam ide energia, potom si musíme pamätať: niekedy je odpoveď jednoducho neznáma.
Uplatnenie zákonov priepustnosti a lomu svetla
O niečo vyššie sme povedali, že všetky tieto koeficienty závisia od toho, aká látka sa dostane do cesty lúču elektromagnetického žiarenia. Ale tento fakt sa dá využiť aj opačne. Meranie prenosového spektra je jedným z najjednoduchších a najefektívnejších spôsobov, ako zistiť vlastnosti látky. Prečo je táto metóda taká dobrá?
Je menej presné ako iné optické metódy. Oveľa viac sa dá naučiť tým, že látka vyžaruje svetlo. To je ale hlavná výhoda metódy optického prenosu – nikoho netreba do ničoho nútiť. Hmotu nie je potrebné zahrievať, páliť ani ožarovať laserom. Nie sú potrebné zložité systémy optických šošoviek a hranolov, pretože lúč svetla prechádza priamo cez skúmanú vzorku.
Táto metóda je navyše neinvazívna a nedeštruktívna. Vzorka zostáva v pôvodnej podobe a stave. To je dôležité, keď je látka vzácna alebo keď je jedinečná. Sme si istí, že Tutanchamónov prsteň nestojí za spálenie,aby ste na ňom presnejšie zistili zloženie skloviny.
