SVETELNÉ TELÁ: VLASTNOSTI A SPÔSOB, AKÝM VYTVÁRAJÚ SVOJE VLASTNÉ SVETLO - FYZICKÝ - 2026

Svetelné telo sa nazýva akýkoľvek prírodný alebo neprirodzený objekt, ktorý vyžaruje svoje vlastné svetlo, čo je súčasťou elektromagnetického spektra viditeľného ľudskými očami. Opak opakujúceho sa svetelného objektu je nesvetelný.

Nesvetelné objekty sú viditeľné, pretože sú osvetlené svetlom vyžarovaným svetelnými predmetmi. Nesvietiace telá sa nazývajú aj osvetlené telesá, hoci nie vždy sú v tomto stave.

Slnko, svietiace telo, ktoré osvetľuje oblohu a more. Zdroj: pixabay

Svetelné objekty sú primárnymi zdrojmi svetla, pretože ich vyžarujú, zatiaľ čo nesvietivé objekty sú sekundárnymi zdrojmi svetla, pretože odzrkadľujú tie, ktoré sú produkované prvými.

Príklady svetelných a nesvetelných telies

Svetelné objekty

V prírode sú objekty schopné vyžarovať svetlo. Tie obsahujú:

- Slnko.

- Hviezdy.

- Luminiscenčný hmyz, ako sú svetlušky a iné.

- Lúče.

- Polárna žiara alebo polárna žiara.

Svetelné objekty sú človekom:

- Žiarovky alebo žiarovky.

- Plameň sviečky.

- Žiarivky.

- LED svetlá.

- Obrazovka mobilného telefónu.

Nesvetelné objekty

V prírode existuje veľa objektov, ktoré samy nevyžarujú svetlo, ale môžu byť osvetlené:

- Mesiac, ktorý odráža slnečné svetlo.

- Planéty a ich satelity, ktoré odrážajú aj slnečné svetlo.

- Stromy, hory, zvieratá odrážajú svetlo oblohy a slnka.

- Modré nebo a mraky. Sú viditeľné v dôsledku rozptylu slnečného svetla.

Umelá svetelná žiarovka tela, ktorá osvetľuje naše noci. Zdroj: pixabay

Vlastnosti svetelných telies a ich svetla

Hlavnou charakteristikou svetelných telies je to, že svetlo, s ktorým ich môžeme vidieť, vytvára samotný objekt.

Vidíme ľudí a objekty vďaka svetlu vyžarovanému svetelnými teliesami, či už prírodných alebo umelých. A tiež preto, že príroda nás obdarila zrakovými orgánmi.

V neprítomnosti žiarivých telies nie je možné vidieť všetko, čo nás obklopuje. Ak ste niekedy zažili úplnú tmu, potom poznáte význam svetelných telies.

To znamená, že bez svetla niet vízie. Ľudské a zvieracie videnie je interakcia medzi svetlom vyžarovaným svetelnými teliesami a odrazom nesvietivých telies s našimi svetelnými senzormi v oku a na našom mozgu, kde je obraz konečne skonštruovaný a interpretovaný.

Videnie je možné, pretože svetlo vyžarované alebo odrážané predmetmi sa pohybuje vesmírom a zasahuje naše oči.

fotóny

Fotón je najmenšie množstvo svetla, ktoré môže žiarivé telo vyžarovať. Fotóny sú emitované atómami svetelných telies a odrážajú alebo rozptyľujú nesvietivé telá.

Vízia je možná iba vtedy, keď sa niektoré z týchto fotónov, emitovaných, rozptýlených alebo odrážajúcich, dostanú do našich očí, kde vytvárajú elektronické vzrušenie na koncoch optického nervu, ktoré prenášajú elektrický impulz do mozgu.

Ako svetelné telá generujú svetlo?

Fotóny sú emitované atómami svetelných telies, keď sú excitované takým spôsobom, že elektróny atómových orbitálov prechádzajú do stavov s vyššou energiou, ktoré sa potom rozpadnú na stavy s nižšou energiou s následnou emisiou fotónov.

Každé telo, ak sa zvýši jeho teplota, sa stane zdrojom svetla. Kus kovu pri izbovej teplote je nesvetelné teleso, ale pri 1000 stupňov Celzia je to svetelné teleso, pretože elektróny zaberajú vyššie úrovne a keď klesajú na nižšie úrovne, emitujú fotóny v rozsahu viditeľného spektra.

To sa deje na atómovej úrovni so všetkými svietiacimi telesami, či už je to Slnko, plameň sviečky, žiarovka žiarovky, atómy žiarivkového prášku úspornej žiarovky alebo atómy LED diódy, ktorá je najnovšie umelé ľahké telo.

Čo sa líši od prípadu k prípadu, je mechanizmus excitácie elektrónov, aby prešli na atómové úrovne s vyššou energiou a potom sa rozpadli a emitovali fotóny.

Vidíme len minulosť

Vízia nie je okamžitá, pretože svetlo sa pohybuje konečnou rýchlosťou. Rýchlosť svetla vo vzduchu a vo vákuu je rádovo 300 tisíc kilometrov za sekundu.

Fotóny svetla, ktoré opúšťajú povrch Slnka, sa dostanú do našich očí za 8 minút a 19 sekúnd. A fotóny emitované našou najbližšou hviezdou Alpha Centauri trvajú 4,37 rokov, aby sme sa dostali k našim očiam, ak sa pozrieme na oblohu.

Fotóny, ktoré môžeme pozorovať voľným okom alebo pomocou ďalekohľadu v galaxii Andromeda, ktorá je najbližšie k našej vlastnej, tam zostanú pred 2,5 miliónmi rokov.

Aj keď vidíme Mesiac, vidíme starý Mesiac, pretože to, čo hľadíme, je obrázok spred 1,26 sekundy. A obraz hráčov futbalu, ktorý vidíme na tribúnach 300 metrov od hráčov, je starý obraz milióntiny sekundy v minulosti.

Dualita svetla

Podľa najprijateľnejších teórií je svetlo elektromagnetickou vlnou, rovnako ako rádiové vlny, mikrovlny, pomocou ktorých sa jedlo varí, mikrovlny z mobilných telefónov, röntgenové lúče a ultrafialové žiarenie.

Svetlo je však vlna, ale skladá sa tiež z častíc nazývaných fotóny, ako sme už uviedli. Svetlo má toto dvojaké správanie, ktoré je vo fyzike známe ako dualita vlnových častíc.

Všetky rôzne elektromagnetické vlny sa líšia svojou vlnovou dĺžkou. Časť elektromagnetického spektra, ktorú ľudské oko dokáže vnímať, sa nazýva viditeľné spektrum.

Viditeľné spektrum zodpovedá úzkemu rozsahu elektromagnetického spektra medzi 0,390 mikrónmi a 0,750 mikrónmi. Toto je charakteristická veľkosť protozoanu (améba alebo paramecium).

Pod viditeľným spektrom máme vo vlnovej dĺžke ultrafialové žiarenie, ktorého vlnová dĺžka je porovnateľná s veľkosťou organických molekúl.

Nad viditeľným spektrom je infračervené žiarenie, ktorého veľkosť je porovnateľná s hrotom ihly. Na špičku tejto ihly sa zmestí 10 až 100 prvokov, to znamená 10 až 100 vlnových dĺžok viditeľného spektra.

Naproti tomu mikrovlny majú vlnové dĺžky medzi centimetrom a metrom. Rádiové vlny majú dĺžky od stoviek metrov do tisícov metrov. Röntgenové lúče majú vlnové dĺžky porovnateľné s veľkosťou atómu, zatiaľ čo gama lúče majú vlnové dĺžky porovnateľné s atómovým jadrom.

Farby a viditeľné spektrum

Viditeľné spektrum obsahuje rôzne farby, ktoré sa dajú rozlíšiť v dúhe alebo v slnečnom svetle rozptýlenom na sklenenom hranole. Každá farba má vlnovú dĺžku, ktorú je možné vyjadriť v nanometroch, čo je jedna milióntina milimetra.

Svetelné spektrum a jeho vlnové dĺžky v nanometroch (nm), od najvyššej po najnižšiu, sú nasledujúce:

- Červená. Medzi 618 a 780 nm.

- Oranžová. Medzi 581 a 618 nm.

- Žltá. Medzi 570 a 581 nm.

- Zelená. Medzi 497 a 570 nm.

- Tyrkysový. Medzi 476 a 497 nm.

- Modrá. Medzi 427 a 476 nm.

- Fialový. Medzi 380 a 427 nm.

Svetelné čierne telo, energia a hybnosť

Svetlo má energiu a hybnosť. Každá farba vo viditeľnom spektre zodpovedá fotónom rôznej energie a rôznej hybnosti alebo hybnosti. Toto bolo známe vďaka priekopníkom kvantovej fyziky, ako sú Max Planck, Albert Einstein a Louis De Broglie.

Max Planck zistil, že svetelná energia prichádza v paketoch alebo kvantoch, ktorých energia E sa meria v jouloch a je rovná produktu základnej konštanty prírody známej ako Planckova konštanta, ktorá je označená písmenom h a frekvenciou f in hertz.

E = h ∙ f

Tento objav urobil Planck, aby vysvetlil spektrum žiarenia svetelného telesa, ktoré vyžaruje iba žiarenie, ale neodráža žiadne, známe ako „čierne teleso“ a ktorého emisné spektrum sa mení v závislosti od teploty.

Planckova konštanta je h = 6,62 × 10 ^ -34 J * s.

Ale Albert Einstein nepochybne potvrdil, že svetlo sú fotóny s energiou danou podľa Planckovho vzorca, ako jediný spôsob, ako vysvetliť jav známy ako fotoelektrický efekt, v ktorom materiál osvetlený svetlom emituje elektróny. Za túto prácu dostal Einstein Nobelovu cenu.

Ale fotón má, rovnako ako každá častica, napriek tomu, že nemá hmotu, impulz alebo impulz daný vzťahom objaveným Louisom De Broglie v rámci duality vlnových častíc fotónových a kvantových objektov.

De Broglieho vzťah hovorí, že hybnosť p fotónu sa rovná kvocientu Planckovej konštanty ha vlnovej dĺžke λ fotónu.

P = h / λ

Červená farba má vlnovú dĺžku 618 × 10 ^ -9 ma frekvenciu 4,9 x 10 ^ 14 Hz, takže energia fotónu je 3,2 x 10 ^ -19J a jeho hybnosť je 1,0 × 10 ^ -27 kg * m / s.

Na druhom konci viditeľného spektra je fialová s vlnovou dĺžkou 400 × 10 ^ -9 ma frekvenciou 7,5 x 10 ^ 14 Hz, takže energia fotónu je 4,9 × 10 ^ -19J a jeho hybnosť je 1,7 × 10 ^ -27 kg * m / s. Z týchto výpočtov sme dospeli k záveru, že fialová má viac energie a viac hybnosti ako červená.

Referencie

1. Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikácie. 7. vydanie. Mac Graw Hill. 262-282.
2. Wikipedia. Viditeľné spektrum. Obnovené z wikipedia.com
3. Wikipedia. Elektromagnetické spektrum. Obnovené z wikipedia.com
4. Wikipedia. Zdroj svetla. Obnovené z wikipedia.com
5. Wikibooks. Fyzika, optika, povaha svetla. Obnovené z: es.wikibooks.org