Šodien mēs runāsim par caurlaidību un ar to saistītiem jēdzieniem. Visi šie lielumi attiecas uz lineārās optikas sadaļu.
Gaisma senajā pasaulē
Cilvēki agrāk domāja, ka pasaule ir pilna ar noslēpumiem. Pat cilvēka ķermenis nesa daudz nezināmā. Piemēram, senie grieķi nesaprata, kā acs redz, kāpēc pastāv krāsa, kāpēc nāk nakts. Bet tajā pašā laikā viņu pasaule bija vienkāršāka: gaisma, krītot uz šķēršļa, radīja ēnu. Tas ir viss, kas bija jāzina pat visizglītotākajam zinātniekam. Neviens nedomāja par gaismas caurlaidību un apkuri. Un šodien viņi to mācās skolā.
Gaisma sastopas ar šķērsli
Kad gaismas stars ietriecas objektā, tas var darboties četros dažādos veidos:
- arī;
- izkaisīt;
- atspoguļot;
- turpini.
Attiecīgi jebkurai vielai ir absorbcijas, atstarošanas, caurlaidības un izkliedes koeficienti.
Absorbētā gaisma dažādos veidos maina paša materiāla īpašības: silda to, maina tā elektronisko struktūru. Izkliedētā un atstarotā gaisma ir līdzīgas, bet tomēr atšķirīgas. Atstarojot gaismumaina izplatīšanās virzienu, un, izkliedējot, mainās arī tā viļņa garums.
Caurspīdīgs objekts, kas izlaiž gaismu un tās īpašības
Atstarošanas un caurlaidības koeficienti ir atkarīgi no diviem faktoriem – gaismas īpašībām un paša objekta īpašībām. Tas ir svarīgi:
- Vielas kopējais stāvoklis. Ledus laužas savādāk nekā tvaiks.
- Kristāla režģa struktūra. Šis vienums attiecas uz cietām vielām. Piemēram, ogļu caurlaidība spektra redzamajā daļā mēdz būt līdz nullei, bet dimants ir cita lieta. Tieši tā atstarošanas un laušanas plaknes rada maģisku gaismas un ēnu spēli, par ko cilvēki ir gatavi maksāt pasakainu naudu. Bet abas šīs vielas ir oglekli. Un dimants ugunī sadegs ne sliktāk par oglēm.
- Materijas temperatūra. Savādi, bet augstā temperatūrā daži ķermeņi paši kļūst par gaismas avotu, tāpēc tie mijiedarbojas ar elektromagnētisko starojumu nedaudz savādāk.
- Gaismas stara krišanas leņķis uz objektu.
Tāpat atcerieties, ka gaisma, kas izplūst no objekta, var būt polarizēta.
Viļņa garums un pārraides spektrs
Kā jau minēts iepriekš, caurlaidība ir atkarīga no krītošās gaismas viļņa garuma. Viela, kas ir necaurredzama dzelteniem un zaļiem stariem, šķiet caurspīdīga infrasarkanajā spektrā. Mazajām daļiņām, ko sauc par "neitrīniem", Zeme ir arī caurspīdīga. Tāpēc, neskatoties uz to, ka viņiģenerē Sauli ļoti lielos daudzumos, zinātniekiem ir tik grūti tos atklāt. Neitrīno sadursmes ar vielu iespējamība ir izzūdoši maza.
Bet visbiežāk mēs runājam par elektromagnētiskā starojuma spektra redzamo daļu. Ja grāmatā vai uzdevumā ir vairāki skalas segmenti, tad optiskā caurlaidība attieksies uz to tās daļu, kas ir pieejama cilvēka acij.
Koeficienta formula
Tagad lasītājs ir pietiekami sagatavots, lai redzētu un saprastu formulu, kas nosaka vielas pārnesi. Tas izskatās šādi: S=F/F0.
Tātad, caurlaidība T ir noteikta viļņa garuma starojuma plūsmas attiecība, kas izgājusi caur ķermeni (Ф) pret sākotnējo starojuma plūsmu (Ф0).
T vērtībai nav dimensijas, jo tā tiek apzīmēta kā identisku jēdzienu sadalījums savā starpā. Tomēr šim koeficientam nav fiziskas nozīmes. Tas parāda, cik daudz elektromagnētiskā starojuma konkrētā viela iziet cauri.
Radiācijas plūsma
Šī nav tikai frāze, bet konkrēts termins. Starojuma plūsma ir jauda, ko elektromagnētiskais starojums nes caur vienības virsmu. Sīkāk, šo vērtību aprēķina kā enerģiju, ko starojums laika vienībā pārvieto pa laukuma vienību. Platība visbiežāk ir kvadrātmetrs, un laiks ir sekundes. Bet atkarībā no konkrētā uzdevuma šos nosacījumus var mainīt. Piemēram, sarkanai krāsaimilzis, kas ir tūkstoš reižu lielāks par mūsu Sauli, varat droši izmantot kvadrātkilometrus. Un mazai ugunspuķei - kvadrātmilimetros.
Protams, lai varētu salīdzināt, tika ieviestas vienotas mērīšanas sistēmas. Bet jebkura vērtība var tikt samazināta līdz tām, ja vien, protams, jūs nesajaucat ar nulles skaitu.
Ar šiem jēdzieniem ir saistīts arī virziena caurlaidības lielums. Tas nosaka, cik daudz un kāda veida gaisma iziet cauri stiklam. Šis jēdziens nav atrodams fizikas mācību grāmatās. Tas ir paslēpts logu ražotāju specifikācijās un noteikumos.
Enerģijas nezūdamības likums
Šis likums ir iemesls, kāpēc mūžīgās kustības mašīnas un filozofu akmens pastāvēšana nav iespējama. Bet ir ūdens un vējdzirnavas. Likums saka, ka enerģija nerodas no nekurienes un neizšķīst bez pēdām. Gaisma, kas krīt uz šķēršļa, nav izņēmums. No caurlaidības fiziskās nozīmes neizriet, ka, tā kā daļa gaismas netika cauri materiālam, tā iztvaikoja. Faktiski krītošais stars ir vienāds ar absorbētās, izkliedētās, atstarotās un pārraidītās gaismas summu. Tādējādi šo koeficientu summai konkrētai vielai jābūt vienādai ar vienu.
Kopumā enerģijas nezūdamības likumu var attiecināt uz visām fizikas jomām. Skolas problēmās nereti gadās, ka virve neizstiepjas, tapa nesasilst, un sistēmā nav berzes. Bet patiesībā tas nav iespējams. Turklāt vienmēr ir vērts atcerēties, ka cilvēki zinaNe viss. Piemēram, beta sabrukšanas gadījumā daļa enerģijas tika zaudēta. Zinātnieki nesaprata, kur tas aizgāja. Pats Nīlss Bors ierosināja, ka saglabāšanas likums varētu nebūt spēkā šajā līmenī.
Bet tad tika atklāta ļoti maza un viltīga elementārdaļiņa - neitrīno leptons. Un viss nostājās savās vietās. Tātad, ja lasītājs, risinot problēmu, nesaprot, kur aiziet enerģija, tad jāatceras: dažreiz atbilde vienkārši nav zināma.
Gaismas caurlaidības un laušanas likumu piemērošana
Nedaudz augstāk mēs teicām, ka visi šie koeficienti ir atkarīgi no tā, kāda viela nonāk elektromagnētiskā starojuma stara ceļā. Taču šo faktu var izmantot arī otrādi. Pārraides spektra ņemšana ir viens no vienkāršākajiem un efektīvākajiem veidiem, kā noskaidrot vielas īpašības. Kāpēc šī metode ir tik laba?
Tā ir mazāk precīza nekā citas optiskās metodes. Daudz vairāk var uzzināt, liekot vielai izstarot gaismu. Bet tā ir optiskās pārraides metodes galvenā priekšrocība – nevienu nevajag kaut ko piespiest. Viela nav jākarsē, jādedzina vai jāapstaro ar lāzeru. Nav nepieciešamas sarežģītas optisko lēcu un prizmu sistēmas, jo gaismas stars iet tieši caur pētāmo paraugu.
Turklāt šī metode ir neinvazīva un nesagraujoša. Paraugs saglabājas sākotnējā formā un stāvoklī. Tas ir svarīgi, ja vielas ir maz vai ja tā ir unikāla. Mēs esam pārliecināti, ka Tutanhamona gredzenu nav vērts sadedzināt,lai precīzāk noskaidrotu uz tā esošās emaljas sastāvu.
