Heute werden wir über Transmission und verwandte Konzepte sprechen. Alle diese Größen beziehen sich auf den Bereich Linearoptik.
Licht in der Antike
Früher dachten die Leute, die Welt sei voller Geheimnisse. Sogar der menschliche Körper trug viel Unbekanntes in sich. Zum Beispiel verstanden die alten Griechen nicht, wie das Auge sieht, warum es Farben gibt, warum die Nacht kommt. Aber gleichzeitig war ihre Welt einfacher: Licht, das auf ein Hindernis fiel, erzeugte einen Schatten. Das ist alles, was selbst der gebildetste Wissenschaftler wissen musste. An Licht- und Wärmedurchlässigkeit hat niemand gedacht. Und heute lernen sie es in der Schule.
Licht trifft auf Hindernis
Wenn ein Lichtstrahl auf ein Objekt trifft, kann er sich auf vier verschiedene Arten verh alten:
- auffressen;
- scatter;
- reflektieren;
- weiter.
Dementsprechend hat jede Substanz Absorptions-, Reflexions-, Transmissions- und Streuungskoeffizienten.
Absorbiertes Licht verändert die Eigenschaften des Materials selbst auf unterschiedliche Weise: es erwärmt es, verändert seine elektronische Struktur. Diffuses und reflektiertes Licht sind ähnlich, aber dennoch unterschiedlich. Beim Reflektieren von Lichtändert die Ausbreitungsrichtung, und wenn gestreut wird, ändert sich auch seine Wellenlänge.
Ein transparentes Objekt, das Licht durchlässt und seine Eigenschaften
Reflexions- und Transmissionskoeffizienten hängen von zwei Faktoren ab - den Eigenschaften des Lichts und den Eigenschaften des Objekts selbst. Es ist wichtig:
- Aggregatzustand der Materie. Eis wird anders gebrochen als Dampf.
- Die Struktur des Kristallgitters. Dieser Punkt gilt für Feststoffe. Zum Beispiel tendiert die Transmission von Kohle im sichtbaren Teil des Spektrums gegen Null, aber ein Diamant ist eine andere Sache. Es sind die Ebenen seiner Reflexion und Brechung, die ein magisches Spiel von Licht und Schatten erzeugen, für das die Menschen bereit sind, sagenhaftes Geld zu zahlen. Aber beide dieser Substanzen sind Kohlenstoffe. Und ein Diamant wird in einem Feuer nicht schlechter brennen als Kohle.
- Temperatur der Materie. Seltsamerweise werden einige Körper bei hohen Temperaturen selbst zu einer Lichtquelle, sodass sie auf etwas andere Weise mit elektromagnetischer Strahlung interagieren.
- Der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf das Objekt.
Denken Sie auch daran, dass das Licht, das von einem Objekt ausgeht, polarisiert sein kann.
Wellenlänge und Übertragungsspektrum
Wie oben erwähnt, hängt die Transmission von der Wellenlänge des einfallenden Lichts ab. Eine Substanz, die für gelbe und grüne Strahlen undurchlässig ist, erscheint für das Infrarotspektrum transparent. Auch für kleine Teilchen namens „Neutrinos“ist die Erde durchsichtig. Daher, obwohl siedie Sonne in sehr großen Mengen erzeugt, ist es für Wissenschaftler so schwierig, sie nachzuweisen. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Neutrino mit Materie kollidiert, ist verschwindend gering.
Aber meistens sprechen wir über den sichtbaren Teil des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung. Wenn das Buch oder die Aufgabe mehrere Segmente der Skala enthält, bezieht sich die optische Transmission auf den Teil davon, der für das menschliche Auge zugänglich ist.
Koeffizientenformel
Jetzt ist der Leser bereit genug, um die Formel zu sehen und zu verstehen, die die Übertragung einer Substanz bestimmt. Das sieht so aus: S=F/F0.
Die Transmission T ist also das Verhältnis des Strahlungsflusses einer bestimmten Wellenlänge, der durch den Körper (Ф) gegangen ist, zum ursprünglichen Strahlungsfluss (Ф0).
Der Wert von T ist dimensionslos, da er als Teilung identischer Begriffe ineinander bezeichnet wird. Dieser Koeffizient ist jedoch nicht ohne physikalische Bedeutung. Sie zeigt an, wie viel elektromagnetische Strahlung eine bestimmte Substanz durchlässt.
Strahlungsfluss
Das ist nicht nur ein Satz, sondern ein bestimmter Begriff. Der Strahlungsfluss ist die Leistung, die elektromagnetische Strahlung durch eine Einheitsfläche trägt. Genauer gesagt wird dieser Wert als die Energie berechnet, die Strahlung in einer Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit bewegt. Die Fläche beträgt meistens einen Quadratmeter und die Zeit Sekunden. Aber je nach Aufgabenstellung können diese Bedingungen verändert werden. Zum Beispiel für RotRiesen, der tausendmal größer ist als unsere Sonne, können Sie bedenkenlos Quadratkilometer nutzen. Und für ein winziges Glühwürmchen Quadratmillimeter.
Um vergleichen zu können, wurden natürlich einheitliche Messsysteme eingeführt. Aber jeder Wert kann auf sie reduziert werden, es sei denn natürlich, Sie vermasseln die Anzahl der Nullen.
Assoziiert mit diesen Konzepten ist auch die Größe der gerichteten Transmission. Sie bestimmt, wie viel und welche Art von Licht durch das Glas fällt. Dieses Konzept findet sich nicht in Physiklehrbüchern. Es verbirgt sich in den Vorgaben und Vorschriften der Fensterhersteller.
Energieerh altungssatz
Dieses Gesetz ist der Grund, warum die Existenz eines Perpetuum mobile und eines Steins der Weisen unmöglich ist. Aber es gibt Wasser- und Windmühlen. Das Gesetz besagt, dass Energie nicht aus dem Nichts kommt und sich nicht spurlos auflöst. Licht, das auf ein Hindernis fällt, ist keine Ausnahme. Aus der physikalischen Bedeutung der Transmission folgt nicht, dass ein Teil des Lichts, da es das Material nicht durchdrang, verdunstet ist. Tatsächlich ist der einfallende Strahl gleich der Summe aus absorbiertem, gestreutem, reflektiertem und durchgelassenem Licht. Daher sollte die Summe dieser Koeffizienten für eine gegebene Substanz gleich eins sein.
Generell lässt sich der Energieerh altungssatz auf alle Bereiche der Physik anwenden. Bei Schulproblemen kommt es häufig vor, dass sich das Seil nicht dehnt, der Stift nicht erhitzt und keine Reibung im System entsteht. Aber in Wirklichkeit ist dies unmöglich. Darüber hinaus ist es immer wert, sich daran zu erinnern, dass die Leute es wissennicht alle. Zum Beispiel ging beim Beta-Zerfall ein Teil der Energie verloren. Wissenschaftler verstanden nicht, wohin es ging. Niels Bohr selbst schlug vor, dass das Erh altungsgesetz auf dieser Ebene möglicherweise nicht gilt.
Aber dann wurde ein sehr kleines und gerissenes Elementarteilchen entdeckt - das Neutrino Lepton. Und alles passte zusammen. Wenn der Leser also beim Lösen eines Problems nicht versteht, wohin die Energie geht, dann müssen wir uns daran erinnern: Manchmal ist die Antwort einfach unbekannt.
Anwendung der Transmissions- und Brechungsgesetze
Etwas höher sagten wir, dass all diese Koeffizienten davon abhängen, welche Substanz dem elektromagnetischen Strahlungsbündel im Wege steht. Diese Tatsache lässt sich aber auch umgekehrt nutzen. Die Aufnahme des Transmissionsspektrums ist eine der einfachsten und effektivsten Methoden, um die Eigenschaften einer Substanz herauszufinden. Warum ist diese Methode so gut?
Es ist weniger genau als andere optische Methoden. Viel mehr kann man lernen, indem man eine Substanz dazu bringt, Licht zu emittieren. Aber das ist der große Vorteil des optischen Übertragungsverfahrens – niemand muss zu irgendetwas gezwungen werden. Die Substanz muss nicht erhitzt, verbrannt oder mit einem Laser bestrahlt werden. Komplexe Systeme aus optischen Linsen und Prismen sind nicht erforderlich, da der Lichtstrahl direkt durch die zu untersuchende Probe geht.
Darüber hinaus ist diese Methode nicht-invasiv und zerstörungsfrei. Die Probe bleibt in ihrer ursprünglichen Form und Beschaffenheit. Dies ist wichtig, wenn die Substanz knapp oder einzigartig ist. Wir sind sicher, dass Tutanchamuns Ring es nicht wert ist, verbrannt zu werden,um die Zusammensetzung des darauf befindlichen Zahnschmelzes genauer herauszufinden.
