Ma az áteresztőképességről és a kapcsolódó fogalmakról fogunk beszélni. Mindezek a mennyiségek a lineáris optika szakaszára vonatkoznak.
Fény az ókori világban
Az emberek azt hitték, hogy a világ tele van rejtélyekkel. Még az emberi test is sok ismeretlent hordozott. Például az ókori görögök nem értették, hogyan lát a szem, miért létezik a szín, miért jön az éjszaka. De ugyanakkor világuk egyszerűbb volt: a fény az akadályra esve árnyékot hozott létre. Ez minden, amit a legműveltebb tudósnak is tudnia kellett. Senki nem gondolt a fény áteresztőképességére és a fűtésre. És ma ezt tanulják az iskolában.
A fény akadályba ütközik
Amikor egy fénysugár elér egy tárgyat, az négy különböző módon viselkedhet:
- zabál;
- szórás;
- reflect;
- lépj tovább.
Ennek megfelelően minden anyagnak van abszorpciós, visszaverődési, átviteli és szórási együtthatója.
Az elnyelt fény különféle módon megváltoztatja magának az anyagnak a tulajdonságait: felmelegíti, megváltoztatja az elektronikus szerkezetét. A szórt és a visszavert fény hasonló, de mégis különbözik. A fény visszaverésekorváltoztatja a terjedés irányát, szórva pedig a hullámhossza is változik.
Egy átlátszó tárgy, amely átereszti a fényt és annak tulajdonságait
A visszaverődési és áteresztési együttható két tényezőtől függ – a fény jellemzőitől és magának a tárgynak a tulajdonságaitól. Ez számít:
- Az anyag halmazállapota. A jég másképpen törik, mint a gőz.
- A kristályrács szerkezete. Ez a tétel a szilárd anyagokra vonatkozik. Például a szén áteresztőképessége a spektrum látható részén nullára hajlik, de a gyémánt más kérdés. A tükröződés és a fénytörés síkjai varázslatos fény-árnyékjátékot hoznak létre, amelyért az emberek mesés pénzt hajlandóak fizetni. De mindkét anyag szén. És a gyémánt sem fog rosszabbul égni a tűzben, mint a szén.
- Az anyag hőmérséklete. Furcsa módon, de magas hőmérsékleten bizonyos testek maguk is fényforrássá válnak, így kissé eltérő módon lépnek kölcsönhatásba az elektromágneses sugárzással.
- A fénysugár tárgyra eső beesési szöge.
Ne feledje, hogy a tárgyból kiáramló fény polarizálható.
Hullámhossz és átviteli spektrum
Amint fentebb említettük, az áteresztőképesség a beeső fény hullámhosszától függ. A sárga és zöld sugarak számára átlátszatlan anyag átlátszónak tűnik az infravörös spektrum számára. A "neutrínónak" nevezett kis részecskék számára a Föld is átlátszó. Ezért annak ellenére, hogy őknagyon nagy mennyiségben generálja a Napot, ezért a tudósok számára olyan nehéz észlelni őket. Eltűnően kicsi annak a valószínűsége, hogy egy neutrínó összeütközik az anyaggal.
De leggyakrabban az elektromágneses sugárzás spektrumának látható részéről beszélünk. Ha a skála több szegmense van a könyvben vagy feladatban, akkor az optikai áteresztőképesség az emberi szem számára hozzáférhető részre vonatkozik.
Együttható képlet
Most az olvasó kellőképpen felkészült arra, hogy lássa és megértse az anyag átvitelét meghatározó képletet. Így néz ki: S=F/F0.
Tehát a T áteresztőképesség egy bizonyos hullámhosszú, a testen áthaladó sugárzási fluxus (Ф) és az eredeti sugárzási fluxus (Ф0) aránya.
A T értékének nincs dimenziója, mivel azonos fogalmak egymásra osztásaként jelölik. Ez az együttható azonban nem mentes a fizikai jelentéstől. Megmutatja, hogy egy adott anyag mekkora elektromágneses sugárzáson megy keresztül.
Sugárzási fluxus
Ez nem csak egy kifejezés, hanem egy konkrét kifejezés. A sugárzási fluxus az a teljesítmény, amelyet az elektromágneses sugárzás egy egységnyi felületen keresztül visz. Részletesebben, ez az érték az az energia, amelyet a sugárzás egységnyi idő alatt áthalad egy egységnyi területen. A terület legtöbbször egy négyzetméter, az idő pedig másodperc. De az adott feladattól függően ezek a feltételek módosíthatók. Például a piroshozóriás, amely ezerszer nagyobb, mint a mi Napunk, nyugodtan használhatja a négyzetkilométert. Egy apró szentjánosbogárhoz pedig négyzetmilliméter.
Természetesen az összehasonlíthatóság érdekében egységes mérési rendszereket vezettek be. De bármilyen értéket le lehet redukálni rájuk, kivéve persze, ha elrontja a nullák számát.
Ezekhez a fogalmakhoz kapcsolódik az irányáteresztés nagysága is. Meghatározza, hogy mennyi és milyen fény jut át az üvegen. Ez a fogalom nem található meg a fizika tankönyvekben. Ez el van rejtve az ablakgyártók specifikációiban és szabályaiban.
Az energiamegmaradás törvénye
Ez a törvény az oka annak, hogy az örökmozgó és a bölcsek köve léte lehetetlen. De vannak víz és szélmalmok. A törvény azt mondja, hogy az energia nem jön a semmiből, és nem oldódik fel nyomtalanul. Ez alól az akadályra eső fény sem kivétel. Az áteresztőképesség fizikai jelentéséből nem következik, hogy mivel a fény egy része nem ment át az anyagon, az elpárolgott. Valójában a beeső sugár egyenlő az elnyelt, szórt, visszavert és áteresztett fény összegével. Így ezen együtthatók összegének egy adott anyagra egyenlőnek kell lennie eggyel.
Általában az energiamegmaradás törvénye a fizika minden területére alkalmazható. Iskolai problémáknál gyakran előfordul, hogy nem nyúlik meg a kötél, nem melegszik fel a csap, és nincs súrlódás a rendszerben. De a valóságban ez lehetetlen. Ezen kívül mindig érdemes emlékezni arra, hogy az emberek tudjákNem mind. Például a béta-bomlás során az energia egy része elveszett. A tudósok nem értették, hová tűnt. Niels Bohr maga javasolta, hogy a természetvédelmi törvény nem biztos, hogy megállja a helyét ezen a szinten.
De aztán felfedeztek egy nagyon kicsi és ravasz elemi részecskét – a neutrínó leptont. És minden a helyére került. Tehát ha az olvasó egy probléma megoldása során nem érti, hová megy az energia, akkor emlékeznünk kell: néha egyszerűen ismeretlen a válasz.
A fényáteresztés és -törés törvényeinek alkalmazása
Kicsit magasabban azt mondtuk, hogy ezek az együtthatók attól függnek, hogy milyen anyag kerül az elektromágneses sugárzás útjába. De ez a tény fordítva is használható. Az átviteli spektrum felvétele az egyik legegyszerűbb és leghatékonyabb módja egy anyag tulajdonságainak megismerésére. Miért olyan jó ez a módszer?
Ez kevésbé pontos, mint más optikai módszerek. Sokkal többet meg lehet tanulni, ha egy anyagot fényt bocsátunk ki. De ez az optikai átviteli módszer fő előnye - senkit nem kell kényszeríteni semmire. Az anyagot nem kell melegíteni, elégetni vagy lézerrel besugározni. Nincs szükség összetett optikai lencsékre és prizmákra, mivel a fénysugár közvetlenül áthalad a vizsgált mintán.
Ez a módszer ráadásul nem invazív és nem roncsoló. A minta eredeti formájában és állapotában megmarad. Ez akkor fontos, ha az anyag kevés, vagy ha egyedi. Biztosak vagyunk benne, hogy Tutanhamon gyűrűjét nem érdemes elégetni,hogy pontosabban megtudja a rajta lévő zománc összetételét.
