Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 151
Текст из файла (страница 151)
'Таким образом, адаптированный глаз может воспринимать световой поток, состоящий из нескольких десятков квантов в секунду (при Л = = 550 нм) (ср. ~ 178). С другой стороны, в состоянии максимальной приспособленности к яркому освещению (адаптация к свету) глаз может без вреда для организма переносить сравнительно большие яркости. Благодаря этому вариации светового потока, лежащие еще в пределах способности восприятия, очень велики: от 2 10 ~7 Дж,'с до 2. 10 " Дж/с. При больших яркостях источника необходимо защищать глаз искусственно. Так, наблюдение Солнца (солнечного затмения) можно вести только через дымчатые (закопченные) стекла или другие подходящие светофильтры.
При пребывании на ледниках также необходимо применение дымчатых или цветных очков и т.д.; в этом случае, правда, очки необходимы и для поглощения ультрафиолетового света, кото- ДЕЙСТВИЯ СВЕТА рый достигает на болыпих высотах значительной интенсивности и вреден для глаза. Сильное изменение яркости, происходящее настолько быстро, что защитный аппарат глаза не успевает подействовать, может привести к тяжелым расстройствам зрения и даже к полной его потере. Если ~работа~ палочек (сумеречное зрение) может считаться в какой-то мере разъясненной, то действие колбочек и вообще восприятие цветов (дневное зрение) продолжает оставаться егце не вполне ясным. Из существующих теорий цветного зрения лучше других объясняет известные факты трехцветная теория Гельмгольца.
В отношении первичного рецепторного механизма она является даже единственно возможной. Действительно, непосредственно экспериментально доказана возможность получения излучения любого цвета (с небольшими оговорками) смешением излучений красного, зеленого и сине-фиолетового цветов. Согласно трехцветной теории это есть следствие существования в сетчатке глаза трех светочувствительных приемников, у которых различны области спектральной чувствительности. Поэтому сине-фиолетовый свет (коротковолновый) возбуждает по преимуществу только один из трех приемников, зеленый (средняя часть спектра) возбуждает главным образом второй, а красный свет — почти исключительно третий.
Поэтому смешивая излучения трех цветов в разных количествах, мы можем получить практически любую комбинацию возбуждений трех приемников, а это и значит получать любые цвета. Приведенные соображения несколько схематичны, и в действительности все обстоит сложнее. Дело в том, что области чувствительности приемников сильно перекрываются, и поэтому любые излучения возбуждают не один, а по крайней мере два или даже сразу все три приемника. Это усложняет приведенную выше упрощенную схему, но не лишает ее физического смысла. Детальный анализ обнаруживает идеальное количественное соответствие существующей трехцветной теории и эксперимента.
Электрофизиологические эксперименты на животных, о которых сказано вьппе, вместе с исследованиями зрительных пигментов дали новое подкрепление теории Гельмгольца. Следует, однако, заметить, что все, о чем говорилось до сих пор, касается способности глаза различать излучения, но совсем не затрагивает всех вопросов, связанных с цветовыми ощущениями, которые связаны в зна |ительной мере с психологией и выходят за рамки физики. В частности, важно заметить, что цветовые ощущения не связаны однозначно со спектральным составом излучении.
Опи зависят от предварительных воздействий (адаптация, последовательные образы), от окружения (одновременный контраст) и даже от всей обстановки наблюдений. Например, пальто человека, освещенное солнцем, кажется черным, а стена дома в тени — белой, хотя пальто в этих условиях отражает больше света, чем стена. Приведенный пример показывает невозможность связать все сложные явления зрительных возбуждений с первичным механизмом фоторецепции в сетчатке.
ТЕПЛОВОЕ ИЗЛ У"ЧЕНИЕ Г л а в а ХХХЪ1 ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО ИЗЛ'У'ЧЕНИЯ ~ 194. Тепловое излучение Электромагнитное излучение всех длин волн обусловливается колебаниями электрических зарядов, входящих в состав вещества, т.е. электронов и ионов. При этом колебания ионов, составляющих вещество, соответствуют излучению низкой частоты (инфракрасному) вследствие значительной массы колеблющихся зарядов. Излучение, возникающее в результате движения электронов, может иметь высокую частоту (видимое и ультрафиолетовое излучение), если электроны эти входят в состав атомов или молекул и, следовательно, удерживаются около своего положения равновесия значительными силами. В металлах, где много свободных электронов, излучение последних соответствует иному типу движения; в таком случае нельзя говорить о колебаниях около положения равновесия; свободные электроны, приведенные в движение, испытывают нерегулярное торможение, и их излучение приобретает характер импульсов, т.е.
характеризуется спектром различных длин волн, среди которых могут быть хоропто представлены и волны низкой частоты. Излучение тела сопровождается потерей энергии. Для того чтобы обеспечить возможность длительного излучения энергии, необходимо пополнять убыль ее; в противном случае излучение будет сопровождаться какими-либо изменениями внутри тела, и состояние излучающей системы будет непрерывно изменяться.
Указанные процессы могут быть весьма разнообразны, и следовательно, может быть различен и характер свечения. Известны процессы излучения, сопровождающие химические превращения внутри тела, — так называемая хемилюмииесцеиция. Сюда относится, например, свечение гниющего дерева или свечение фосфора, медленно окисляющегося на воздухе.
В этом случае исттускание лучистой энергии идет параллельно с изме~епием химического состава вещества и уменьшением заттаса его внутренней энергии. Процессы излучения, вызываемые освещением тела, одновременным или предварительным, объединяются под названием фотолюминесценции. В данном случае для поддержания свечения необходимо подводить к телу энергию в виде излучения, поступающего от впептнего источника.
Весьма распространен способ возбуждения свечения путем электрического воздействия ~а излучающую систему, Наиболее распро- 622 тепловое излучение страненным свечением такого рода (злвкхиролю.иинесценция) является свечение газов или паров под действием проходящего через них электрического разряда, который может иметь разнообразные формьп тлеющий разряд, обычно наблюдаемый в гейслеровых трубках, лампы ~дневного света», электрическая дуга, искра. Во всех таких случаях энергия, необходимая для излучения, сообщается атомам и молекулам газа путем бомбардировки электронами, разгоняемыми электрическим полем разряда. Бомбардировка электронами может вызвать также свечение твердых тел, например, минералов (катподолюминесце~сция).
Наконец. можно заставить тело светиться, сообщая ему необходимую энергию нагреванием. И в этом случае можно поддерживать излучение неизменным, если убыль энергии, уносимой излучением, пополнять сообщением соответствующего количества тепла. Последний вид свечения наиболее распространен и называется тепловым излучением. Собственно говоря, такое тепловое излучение имеет место и при низких температурах ~например, при комнатной), но только в этих условиях излучение практически ограничивается лип|ь очень длинными инфракрасными волнами. Тепловое излучение тел можно противопоставить всем иным видам излучения в силу особенностей, представление о которых дает следующее рассуждение.
Предположим, что излучающее тело окружено идеально отражающей, непроницаемой для излучения оболочкой. Тогда излучение, испускаемое телом, пе рассеивается по всему пространству, а, отражаясь сполна стенками, .сохраняется в пределах полости, падая вновь на излучающее тело и в большей или меньшей степени вновь им поглощаясь. В таких условиях никакой потери энергии наша система - излучающее тело и излучение — не испытывают.
Однако это еще не значит, что испускающее тело и излучение находятся в равновесии между собой. Энергия нашей системы содержится частично в виде энергии излучения ~электромагнитных волн), частично в виде внутренней энергии излучающего тела. Состояние системы будет равновесным, Осли с течением времени распределение энергии между телом и излучением не меняется. Поместим внутрь полости нагретое тело (твердое, жидкое или газообразное -- безразлично).
Если в единицу времени тело больше испускает, чем поглощает (или наоборот), то температура его будет понижаться (или повышаться). При этом будет ослабляться или усиливаться испускание, пока, наконец, не установится равновесие. Такое равновесное состояние устойчиво. После всякого нарушения его. в силу описанного механизма, вновь воССтанОвитСя равновЕСноЕ СОСтояние. Наоборот, излучение, возбуждаемое не нагреванием, а какими- либо другими процессами, не будет равновесным. Пусть, например, излучение имеет характер хемилюмипесценции, т.е. сопровождает какой-то процесс химического изменения вещества.
Поглощение большей или меныпей доли испущенной световой энергии не вернет вещество в его первоначальное состояние. Более того, повышение температуры, вызванное поглощением тепла, обычно ведет лишь к более энергичному протеканию химической реакции. Процесс непрерывно- Гл.
ххху!. 3АкОны теплОВОЕО излучепия 623 го изменения излучающей системы будет продолжаться до тех пор, пока может идти химическая реакция, и, следовательно, система все больше и больше удаляется от первоначального состояния. Равновесие установится только тогда, когда закончится химический процесс, а с ним и хемилюминеспенция, и характер установившегося излучения будет определяться температурой нашего тела, т.е. равновесное состояние будет соответствовать опять-таки тепловому излучению. То же справедливо и при фотолюминесценции.
Внесем в зеркальную полость какое-нибудь фосфоресцирующее вещество, предварительно возбужденное освещением. Свечение нашего тела будет постепенно ослабевать: действительно, свет фосфоресцепции, отраженньпл зеркальными стенками, может частично поглощаться нашим веществом и нагревать его; ОднакО он не смОжет поддерживать длительной фосфоресценции, для возбуждения которой требуется освещение светом более короткой длины волны, чем испускаемьпл свет (закон Стокса). Значит, и в данном случае будут иметь место постепенное нагревание тела за счет света фосфоресценции и постепенная замена этого излучения тепловым излучением нагретого тела., т.е. излучением, интенсивность и спектральный состав которого определяются температурой тела.
Аналогично будет затухать свечение, вызванное кратковременным электрическим разрядом, и заменяться тепловым излучением, соответствующим установившейся температуре системы. Таким образом, равновесное излучение всегда имеет характер теплового излучения, причем такое равновесие между излучением и веществом может иметь место для любого тела (твердого, жидкого, газообразного).
Это тепловое, или равновесное, излучение подчиняется определенным общим закономерностям, вытекающим из принципов термодинамики, в силу которых установившееся тепловое равновесие изолированной системы не может нарушиться вследствие излучения какими-либо частями данной системы или вследствие каких-либо других тепловых обменов. Тепловое излучение иногда называют температурным. ~ 195. Тепловое излучение и правило Прево Основная величина, характеризующая тепловое состояние тела, ЕСть Его температура.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
