Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Это делается, однако, лишь для того, чтобы уменьшить распыление нити, т. е, удлинить срок службы лампы. Свет же от нити распространяется и н лампах с самой совершенной откачкой !аз рость их распространения. Астрономические наблюдения иад затмениями спутников Юпитера, выполненные Ремером (см. $ 157), показали, что скорость распространения света в мировом пространстве близка к 300 000 км!с (3 10' мыс). Такова же практически и скорость света в воздухе, где звук распространяется со скоростью, примерно в миллион раз меньшей. Огромная скорость распространения света выделяла оптические явления из всех других, известных в первой четверти Х !Х вена. Примерно полвека спустя Дж. Максвелл установил, исходя из теоретических соображений, что с такой именно скоростью должно распространяться в с я к о е электромагнитное возмущение. Через некоторое время Г.
Герц на опыте осуществил элеитромагнитные волны, скорость распространения которых действительно оказалась равной скорости распространения света. Дальнейшими исследованиями и в первую очередь опытами П. Н. Лебедева, получившего самые короткие потому времени электромагнитные волны (6 мм), было установлено, что все основные свойства электромагнитных волн совпадают со свойствами волн световых. Все эти важные факты привели к мысли, что световые волны представляют собой электромагнитньи волньь отличающиеся от волн, обычно применяемых в радиотехнике, своей очень малой длиной (меньше микрометра) (см.
958). Электромагнитной природой световых волн объясняется испускание электронов освещенными металлами, т. е. так называемый фотоэлектрический эффект, о котором мы упоминалн в томе П, З 9 и с которым подробнее познакомимся в гл. ХХ1. Существует и ряд других явлений, обнаруживающих связь между светом и электромагнитными процессами. Опираясь иа всю совокупность экспериментальных и теоретических данных, мы можем считать установленным, что световые волны представляют собой электромагнитные волны. Светящиеся тела (например, Солнце) испускают электромагнигные (первичные) волны. Попадая на какое- нибудь тело, .такая первичная волна вызывает вынужденные колебания его электронов, которые стаковятся источниками вторичных электромагнитных волн.
Все многообразие све. товых явлений, все видимые нами окраски и очертания предметов представляют собой суперпозицию (наложение) первичных и вторичных волн. Как уже указывалось раньше, многие черты волновых явлений оказываются сходными для волновых процессов самой разнообразной природы. Поэтому и в дальнейшем, знакомясь с основными законами и по- 184 питиями оптики, мы воспользуемся сведениями о волнах, изложенными в гл. !Ъ', Ч и Ч1. Накопление новых экспериментальных данных привело в ХХ веке к заключению, что свет наряду с волновыми обладает и корпускулярными свойствами (кванты света или фотоны, в 184). В настоящее время квантовая теория объединяет волновые и корпуску. парные представления о свете в единое целое, так же как она объединяет волновые и корпускулярные представления об электронах, атомах и других частицах (см.
~ 210). Г л а в а %!!. ФОТОМЕТРИЯ И СВЕТОТЕХНИКА й 68. Энергия излучения. Световой поток. В 9 65 мы указывали уже, что разнообразные действия света обусловлены в первую очередь наличием определенной энергии излучения (световой энергии). Непосредственное восприятие света обусловлено действием световой энергии, поглощенной чувствительными элементами глаза. То же имеет место и в любом приемнике, способном реагировать на свет, например в фотоэлементе, термоэлементе и фотопластинке. Вследствие этого измерения света сводятся к измерению световой энергии или к измерению величин, так или 8 иначе с нею связанньгх.
Отдел оптики, изучающий методы и приемы измерения световой энергии, называется фолоРис. гйй. Г!оток световой аиер- у сии, излучаемой источииком о, проходит череэ площадку о Выделим мысленно на пути света, распространяющегося от какого-либо источника 5 (рис. !54)„небольшую площадку о. Через эту площадку за время ! пройдет некоторая энергия излучения (Т'. Для того чтобы измерить эту энергию, надо представить себе эту площадку в виде пленки, покрытой веществом, полностью поглощающим всю падающую на него энергию излучения, например сажей, и измерить поглощенную энергию по нагреванию этой пленки. Отношение Ф = )й'г'г (66.!) показывает, какая энергия протекает через плогцадку за единицу времени, и называется потоком излучин!!я (монгкостью излучения) через площадку о.
Напомним, что мощность, переносимую световой волной через единичную плогцадку, называют инленсивноспгыо волны (см, э 39). Поток излучения оценивается в обычных единицах мощности, т. е. в ваттах, а интенсивность излучения — в ват- тах на квадратный метр. Однако для восприятия и использования световой энергии исключительно важную роль играет глаз. Поэтому наряду с энергетической оценкой света пользуются оценкой, основанной на непосредственном световом восприятии глаза.
Поток излучения, оцениваемый по зрительному ощущению, называется световым потоком. Таким образом, в световых измерениях используются две системы обозначений и две системы единиц; одна из них основана на энергетической оценке света, другая — на оценке света по зрительному ощущению. Так как чувствительность глаза к свету разной длины волны 1разного цвета) весьма различна, то энергетическая оценка света и оценка светового потока по зрительному ощущению аюгут существенно отличаться. Так, прн одной и той же мощности излучения зрительное ощущение от лучей зеленого цвета будет примерно в 100 раз больше, чем от лучей красного или сине-фиолетового цвета. Поэтому для зрительной оценки световых потоков необходимо знать ч у вствительность глаза к свету различной йппс О П,вв пап впп алп лвп пгп пвп ппп пап пвп Рис. 155.
Криван относительной спектральной чувствительности глаза д л и н ы в о л н ы или так называемую кривую относительной спектральной чувствительности глаза, изображенную на рис. 155. На этой кривой показана относительная чувствительносгь ик человеческого глаза в зависимости от длины волны ),. Если чувствительность глаза для длины волны 1=555 им=5550 А ") (зеленый свет) принять за единицу, то для более длинных и более коротких волн чувствительность быстро уменьшается, как и показано на кривой. *) Значок А обозначает длину, равную 1О" гз м=0,1 нм. Эта единица получила название ангстрем в честь шведского ученого К. Ангстрема (!814 — 1874).
187 Так, для Л=510 нм и для Л=610 нм чувствительность будет равна 0,5 (т. е. уменьшается вдвое); для Л=470 нм (голубой) и Л=650 нм (оранжево-красный) чувствительность составит около 0,1; для Л=430 нм (сине-фиолетовый) и Л=675 нм (красный) — примерно 0,01 и т, д. Кривые чувствительности глаза различных людей несколько различны, особенно в области малых чувствительностей. Кривая, приведенная на рис. 155, получена на основании многочисленных измерений; она характеризует чувствительность среднего нормального глаза и утверждена Мемсдународным комитетом по стандартам. 9 69. Точечные источники света.
Все вопросы, связанные с определением световых величин, особенно просто решаются в том случае, когда источник излучает свет равномерно во всех направлениях. Таким источником является, например, раскаленный металлический шарик. Подобный шарик посылает свет равномерно во все стороны; световой поток от него распределен р а в н о м е р н о по всем направлениям. Это означает, что действие источника на какой. либо приемник света будет зависеть только от р а с с т о я н и я между приемником и центром светящегося шарика и не будет зависеть от н а и р а в л е н и я радиуса, проведенного к приемнику из центра шарика. Во многих случаях действие света изучается на расстоянии 1г', настолько превосходяШем Радиус г светящегося гнарпка, что размеры последнего можно не учитывать.
Тогда можно считать, что излучение света происходит как бы нз одной точки — центра светящегося шара. В подобных случаях источник света называется точечным пстоснпком. Само собой разумеется, что точечный источник не является точкой в геометрическом смысле, а имеет, как и всякое физическое тело, конечные размеры. Источник излучения исчезающе малых размеров не имеет физического смысла, ибо такой источник должен был бы с единицы своей поверхности излучать бесконечно большую мощность, что невозможно. Более того, источник, который мы можем считать точечным, не всегда должен быть м а л ы м. 1(ело не в аосолютных размерах источника, а в соотношении между его размерами и теми расстояниями от источника, на которых исследуется его действие.
Так, для всех практических задач наилучшим образцом точечных источников являются звезды; хотя они имеют огромные размеры, расстояния от нпх до Земли во много раз превосходят зги размеры. Иеобходимо также помнить, что прообразом точечного источника является р а в н о м е р н о светящийся шарик. Поэтому источник света, посылающий свет неравномерно в разные стороны, не является точечным, хотя бы он был и очень маленьким по сравнению с расстоянием до точки наблюдения. Определим более точно, что понимается под равномерным излучением света во все стороны Для этого надо воспользоваться представлением о телесном угле 11, который равен 4у 9 отношению площади поверх- Р Ы 'ф ° н Р *нт '"' Р ке 5, к кваДРатУ Ралиуса г Рис. 186.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
