سنتحدث اليوم عن النفاذية والمفاهيم ذات الصلة. كل هذه الكميات تشير إلى قسم البصريات الخطية
الضوء في العالم القديم
اعتاد الناس على الاعتقاد بأن العالم مليء بالألغاز. حتى جسم الإنسان يحمل الكثير من المجهول. على سبيل المثال ، لم يفهم الإغريق القدماء كيف ترى العين ، ولماذا يوجد اللون ، ولماذا يأتي الليل. لكن في الوقت نفسه ، كان عالمهم أبسط: الضوء ، الذي يسقط على عقبة ، يخلق ظلًا. هذا هو كل ما يحتاج حتى أكثر العلماء تعليما لمعرفته. لم يفكر أحد في نفاذية الضوء والتدفئة. واليوم يدرسونه في المدرسة
يلتقي الضوء بالعقبة
عندما يصطدم شعاع من الضوء بجسم ما ، يمكن أن يتصرف بأربع طرق مختلفة:
- تلتهم ؛
- مبعثر ؛
- تعكس ؛
- المضي قدما.
وفقًا لذلك ، أي مادة لها معاملات الامتصاص والانعكاس والانتقال والتشتت.
الضوء الممتص يغير خصائص المادة نفسها بطرق مختلفة: يسخنها ، ويغير هيكلها الإلكتروني. الضوء المنتشر والمنعكس متشابهان ، لكنهما لا يزالان مختلفين. عند عكس الضوءيغير اتجاه الانتشار ، وعندما يتشتت يتغير الطول الموجي أيضًا.
كائن شفاف ينقل الضوء وخصائصه
تعتمد معاملات الانعكاس والانتقال على عاملين - خصائص الضوء وخصائص الكائن نفسه. يهم:
- الحالة الإجمالية للمادة. ينكسر الجليد بشكل مختلف عن البخار.
- هيكل الشبكة البلورية. هذا البند ينطبق على المواد الصلبة. على سبيل المثال ، تميل نفاذية الفحم في الجزء المرئي من الطيف إلى الصفر ، لكن الماس أمر مختلف. إن مستويات انعكاسها وانكسارها هي التي تخلق مسرحية سحرية للضوء والظل ، والتي يكون الناس على استعداد لدفع أموال خرافية مقابلها. لكن كلتا هاتين المادتين عبارة عن كربون. والماس يحترق في النار ليس أسوأ من الفحم
- درجة حرارة المادة. الغريب ، ولكن في درجات الحرارة المرتفعة ، تصبح بعض الأجسام نفسها مصدرًا للضوء ، لذلك تتفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي بطريقة مختلفة قليلاً.
- زاوية سقوط شعاع الضوء على الجسم.
أيضًا ، تذكر أن الضوء الذي يخرج من جسم ما يمكن أن يكون مستقطبًا.
طول الموجة وطيف الإرسال
كما ذكرنا أعلاه ، تعتمد النفاذية على الطول الموجي للضوء الساقط. تبدو المادة غير الشفافة للأشعة الصفراء والخضراء شفافة لطيف الأشعة تحت الحمراء. بالنسبة للجسيمات الصغيرة المسماة "نيوترينوات" فإن الأرض شفافة أيضًا. لذلك ، على الرغم من حقيقة أنهمتولد الشمس بكميات كبيرة جدًا ، يصعب على العلماء اكتشافها. إن احتمال اصطدام النيوترينو بالمادة ضئيل للغاية.
لكن في أغلب الأحيان نتحدث عن الجزء المرئي من طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي. إذا كان هناك عدة أجزاء من المقياس في الكتاب أو المهمة ، فإن النفاذية الضوئية ستشير إلى ذلك الجزء منه الذي يمكن للعين البشرية الوصول إليه.
صيغة المعامل
الآن القارئ مستعد بما يكفي لرؤية وفهم الصيغة التي تحدد انتقال المادة. يبدو كالتالي: S=F / F0.
إذن ، النفاذية T هي نسبة تدفق الإشعاع لطول موجي معين يمر عبر الجسم (Ф) إلى تدفق الإشعاع الأصلي (Ф0).
قيمة T ليس لها بعد ، حيث يُشار إليها على أنها تقسيم لمفاهيم متطابقة إلى بعضها البعض. ومع ذلك ، فإن هذا المعامل لا يخلو من المعنى المادي. يوضح مقدار الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تمر به مادة معينة.
تدفق الإشعاع
هذه ليست مجرد عبارة ، ولكنها مصطلح محدد. تدفق الإشعاع هو الطاقة التي يحملها الإشعاع الكهرومغناطيسي عبر سطح الوحدة. بمزيد من التفصيل ، تُحسب هذه القيمة على أنها الطاقة التي ينتقلها الإشعاع خلال وحدة مساحة في وحدة زمنية. غالبًا ما تكون المساحة مترًا مربعًا ، والوقت ثوانٍ. ولكن اعتمادًا على المهمة المحددة ، يمكن تغيير هذه الشروط. على سبيل المثال ، الأحمرعملاق ، أكبر ألف مرة من شمسنا ، يمكنك استخدام كيلومترات مربعة بأمان. ولليراعة الصغيرة ميليمتر مربع.
بالطبع ، للتمكن من المقارنة ، تم تقديم أنظمة قياس موحدة. لكن يمكن اختزال أي قيمة لهم ، ما لم تفسد بالطبع عدد الأصفار.
يرتبط بهذه المفاهيم أيضًا حجم النفاذية الاتجاهية. إنه يحدد مقدار ونوع الضوء الذي يمر عبر الزجاج. هذا المفهوم غير موجود في كتب الفيزياء. إنه مخفي في مواصفات وقواعد الشركات المصنعة للنوافذ.
قانون الحفاظ على الطاقة
هذا القانون هو سبب استحالة وجود آلة الحركة الدائمة وحجر الفيلسوف. ولكن هناك مياه وطواحين هواء. يقول القانون أن الطاقة لا تأتي من العدم ولا تذوب بدون أثر. سقوط الضوء على عقبة ليست استثناء. لا ينتج عن المعنى المادي للنفاذية أنه نظرًا لأن جزءًا من الضوء لم يمر عبر المادة ، فقد تبخر. في الواقع ، الشعاع الساقط يساوي مجموع الضوء الممتص والمبعثر والمنعكس والمرسل. وبالتالي ، يجب أن يكون مجموع هذه المعاملات لمادة معينة مساويًا لواحد.
بشكل عام ، يمكن تطبيق قانون الحفاظ على الطاقة في جميع مجالات الفيزياء. في مشاكل المدرسة ، غالبًا ما يحدث أن الحبل لا يتمدد ، والدبوس لا يسخن ، ولا يوجد احتكاك في النظام. لكن في الواقع هذا مستحيل. بالإضافة إلى ذلك ، من الجدير دائمًا أن نتذكر أن الناس يعرفونليس كل شيء. على سبيل المثال ، في اضمحلال بيتا ، فقد بعض الطاقة. لم يفهم العلماء إلى أين ذهب. نيلز بور نفسه اقترح أن قانون الحفظ قد لا يصمد عند هذا المستوى
ولكن بعد ذلك تم اكتشاف جسيم أولي صغير جدًا وماكر - النيوترينو ليبتون. وسقط كل شيء في مكانه. لذلك إذا كان القارئ ، عند حل مشكلة ، لا يفهم إلى أين تذهب الطاقة ، فعلينا أن نتذكر: أحيانًا تكون الإجابة ببساطة غير معروفة.
تطبيق قوانين انتقال وانكسار الضوء
قلنا أعلى قليلاً أن كل هذه المعاملات تعتمد على المادة التي تعترض طريق حزمة الإشعاع الكهرومغناطيسي. ولكن يمكن أيضًا استخدام هذه الحقيقة في الاتجاه المعاكس. يعد أخذ طيف الإرسال أحد أبسط الطرق وأكثرها فعالية لاكتشاف خصائص مادة ما. لماذا هذه الطريقة جيدة جدا؟
إنها أقل دقة من الطرق البصرية الأخرى. يمكن تعلم الكثير من خلال جعل مادة تنبعث منها ضوء. لكن هذه هي الميزة الرئيسية لطريقة النقل البصري - لا يحتاج أي شخص إلى إجبار على فعل أي شيء. لا تحتاج المادة إلى تسخينها أو حرقها أو تعريضها للإشعاع بالليزر. الأنظمة المعقدة للعدسات والمنشورات البصرية ليست مطلوبة لأن شعاع الضوء يمر مباشرة عبر العينة قيد الدراسة.
بالإضافة إلى ذلك ، هذه الطريقة غير جراحية وغير مدمرة. تظل العينة في شكلها وحالتها الأصلية. هذا مهم عندما تكون المادة نادرة ، أو عندما تكون فريدة من نوعها. نحن على يقين من أن خاتم توت عنخ آمون لا يستحق الاحتراق ،لمعرفة تكوين المينا بشكل أدق.
