This page uses a neural machine assisted language translation

Что такое свет и откуда он берется?

от | Фев 29, 2024 | blogs | Нет комментариев

Фото Nadine Shaabana на Unsplash

Слушайте и следуйте (только на английском языке)

Введение — Что такое свет?

Мы, неученые, считаем само собой разумеющимся, что свет — это просто свет, и почти не задумываемся о том, откуда он берется и как его производят. Так что если ваша работа связана со светом, освещением или даже выращиванием растений в закрытых помещениях, мы решили, что вам будет интересно узнать об этом.

Эта статья приоткрывает завесу над вопросом «Что такое свет?».

Введение Что такое свет?

Рис 1 Фото Umberto on Unsplash

Свет — это высвобождение энергии.

Одним словом, фотоны света, излучаемые источником света (например, лампой накаливания), — это просто выделение энергии. Чтобы объяснить это, приведем аналогию с защелкивающейся резинкой.

Допустим, вы прикладываете физическую энергию, чтобы растянуть резинку. При этом энергия передается материалу резинки в виде потенциальной энергии. Когда вы отпускаете один конец, резинка быстро сжимается, и вы слышите SNAP! Щелчок — это потенциальная энергия, высвобождающаяся в виде звука.

    Аналогия с резиновой лентой

    Рис 2 Аналогия с резиновой лентой

    Теперь поговорим о свете. Нить накаливания в лампе состоит из материала, называемого вольфрамом. Вольфрам состоит из молекул, которые представляют собой совокупность атомов, соединенных вместе. В атоме есть центр, называемый ядром, а вокруг него вращаются электроны.

    Рис 3a Нить накаливания в лампочке

    Комнатное садоводство

    Рис. 3 Вольфрамовая нить в лампе накаливания

    (Фото: alessandro-bianchi on unsplash)

    Начнем с электрона на его естественной низкой орбите (рис. 4-а).

    Когда вы приложите к лампочке энергию или электричество, электрон в атоме нити накаливания перейдет на более высокую орбиту и получит потенциальную энергию (рис. 4-b).

    Когда электрон вернется в свое нижнее или естественное состояние (рис. 4-c), он выделит энергию — но вместо звука он выпустит фотон света.

     

    Следовательно, свет — это просто высвобождение энергии. И хотя другие типы ламп (светодиодные, флуоресцентные и т. д.) отличаются друг от друга во многих отношениях, они все равно имеют один и тот же конечный результат — излучение фотонов света за счет того, что электроны переходят с более высоких орбиталей или состояний на более низкие.

    Отражение, поглощение, передача

    Рис 4 Фото Josie Weiss на Unsplash

    Электроны не остаются на более высокой орбите даже при постоянном электричестве.

    Почему бы электронам не продолжать оставаться на более высокой орбите — ведь постоянное электричество подается непрерывно.

    Электроны на высокой орбите похожи на человека на высокой проволоке (туго натянутом канате). Они всегда находятся в очень шатком, нестабильном состоянии, и им легко сойти с высокой орбиты. Но почему электроны нестабильны в этом состоянии?

    Физика и квантовая механика

    Короче говоря, субатомные частицы, такие как электроны, очень странные. Они живут в мире очень малого, в мире квантовой механики. Это означает, что вещи ведут себя не так, как в нашем земном мире, где мы осязаем, слышим, видим и обоняем.

    Само существование электрона в любой точке времени неопределенно, что делает его положение на проволоке шатким. Поэтому они легко падают и испускают фотон света.

    Под действием постоянного электричества следующий электрон поднимается в более высокое состояние и вскоре падает — и именно этот непрерывный подъем и падение миллиардов электронов дает нам поток света от лампочки.

    Комнатное садоводство

    Рис. 5 Электрон на высокой орбите — это как игра на проволоке — нестабильно и шатко

    Классический и квантовый взгляд на электроны (глубокое погружение).

    Кто-то возразит, что мое классическое описание атома, ядра и вращающихся электронов неточно. Я соглашусь, но именно так до сих пор преподают в классах, чтобы помочь студентам «облегчить» изучение сложных предметов физики и химии.

    В квантовом мире электрон существует как электронное облако. Из этого следует, что электрон постоянно появляется и исчезает вокруг ядра, но никогда не находится в одном месте, если его не наблюдать.

    Не волнуйтесь, если вы не поняли — даже наши самые талантливые ученые еще не до конца разгадали Квантовую механику. Но именно поэтому электроны остаются странными, и именно поэтому их положение во времени и пространстве всегда будет неустойчивым.

    кривая отражения яблока

    Рис. 6 Классическое изображение электрона на орбите

    кривая отражения яблока

    Рис 7 Электронное облако квантовой механики

    Свет — это и частица, и волна

    Легко воспринимать свет как частицы из-за его поведения: Он отскакивает от стен и зеркал, как теннисный мяч. Хотя мы не видим частицы света, по их поведению мы делаем вывод, что они есть.

    Свет, в то же время, тоже является волной, но не потому, что мы можем видеть свет как водянистые волны, а из-за поведения. Был проведен знаменитый эксперимент «Двойная щель», в котором свет пропускали через две щели, и результат оказался удивительно похож на то, как волны воды проходят через те же две щели. Поскольку свет ведет себя и как частица, и как волна, было решено, что свет — это и то, и другое.

    кривая отражения яблока

    Рис. 8 Фотоны света. Каждый фотон имеет свою длину волны.

    Использование спектрометра для различения частиц и волн

    Светомер может измерять и видеть как частицы, так и волны света. Свет состоит из частиц, называемых фотонами. Спектрометр или измеритель освещенности может измерить количество фотонов, поступающих от света, измеряя LUX или PPFD (лампы для выращивания). Чем выше LUX, тем больше фотонов попадает на квадратный метр.

    Спектрометр — это сложный измеритель света, который также может измерять волны, и эти волны имеют частоту, связанную с определенным цветом. Синие цвета имеют более короткую частоту, а красные — более длинную.

    Каждый фотон имеет соответствующую длину волны, которая определяет его цвет, а спектр, снятый спектрометром, может показать относительное количество фотонов для каждого видимого цвета в свете.

    Рис. 11 Синие цвета имеют более короткие частоты, красные — более длинные

    LUX

    Рис. 9 Измерение LUX (люмены / метр квадратный)

    кривая отражения яблока

    Рис. 10 Измерение спектра с помощью спектрометра (лампы накаливания, светодиоды)

    Заключение — Раздвигаем занавески на тему «Что такое свет».

    Свет — это высвобождение энергии, подобно тому, как щелкает резинка. Вы должны понимать орбитальные электроны, которые переходят в более высокое состояние. Из-за неопределенности своего существования электроны легко возвращаются в свое естественное состояние, высвобождая энергию в виде фотонов. Непрерывное движение миллиардов электронов вверх и вниз создает поток света, который мы уже не воспринимаем как нечто само собой разумеющееся.

    Каждый может стать ученым!

    Рис. 12 При любом освещении падающие электроны производят фотоны света.

    MK350S и Wing Wireless Card

    Рис. 13 — Полнофункциональный спектрометр MK350S Premium

    MK350S Premium — это полнофункциональный спектрофотометр компании UPRtek.

    В проектах, связанных с критически важным освещением, приходится использовать неудобные приборы, которым не хватает точности, гибкости, удобства, хранения данных и возможности подключения к другим устройствам.

    MK350S Premium Handheld Spectrometer — это универсальный прибор лабораторного класса, используемый исследователями, преподавателями, светодизайнерами, производителями светодиодов, организациями по стандартизации света. Он обладает полным набором функций и световых показателей для решения любых задач освещения под солнцем.

     

     

    0 Комментариев

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    серия справочников

    Руководство по мерцанию

    Все, что вам нужно знать о мерцании, коварном и потенциально серьезном световом артефакте, влияющем на визуальную безопасность в общественных местах, таких как больницы, офисы, библиотеки и т. д.

    ▸ Получи!

    О УПОТЭКе

    United Power Research and Technology

    UPRtek (2010) - производитель портативных высокоточных приборов для измерения освещенности; ручных спектрометров, ПАР-метров, спектрорадиометров, светокалибровочных решений.

    Штаб-квартира UPRtek, НИОКР и производство расположены за пределами Тайваня, с мировым представительством через наших сертифицированных глобальных реселлеров.

    ▸ Читать дальше

    Объявления

    Медицинские учреждения, использующие светодиодные или люминесцентные лампы

    Что такое спектрометр, спектрофотометр, спектрорадиометр?

    В сфере спектральных приборов выделяют три устройства: спектрометр, спектрофотометр и спектрорадиометр. Однако эти термины стали настолько взаимозаменяемыми, что мы сочли своим долгом разъяснить их различия в одной небольшой статье.

    ▸ Спектрометр v Спектрофотометр v Спектрорадиометр

    Категория