Электромагнитное излучение в различных диапазонах длин волн. Понятие о парниковом эффекте

Шкала электромагнитных волн:

10000 м – 1 мм ( МГц – МГц) – радиоволны.

100 мкм – 1 мкм – инфракрасные лучи.

1 мкм – 0, 4 мкм – видимый свет.

0, 4 мкм – 10 нм – ультрафиолетовые лучи.

10 нм – 10^-10 м – рентгеновские лучи.

10^-10 м – 10^-40 м - γ -лучи.

Невидимые лучи, которые в спектре располагаются за красными лучами, называется инфракрасными (латинский “инфра”-под).

Инфракрасные лучи обладают ярко выраженным тепловым действием. Поэтому их часто называют еще тепловыми. Они преломляются слабее красных. Инфракрасные лучи испускают все тела в природе, т.к. их возникновение обусловлено хаотическим движением молекул и атомов любого вещества. С повышением температуры энергия инфракрасного излучения быстро растет. Инфракрасное излучение Земли уносит энергию в мировое пространство. Облака отражают инфракрасное излучение и поэтому ночью при густой облачности становиться теплее.

Инфракрасные лучи используются в технике для сушки, в приборах ночного видения, для наведения снарядов и ракет и т.д.

Электромагнитные волны, короче видимых, называют ультрафиолетовыми (латинский “ультра” - сверх). Они преломляются сильнее фиолетовых и вызывают почернение светочувствительной бумаги. Ультрафиолетовые лучи солнечного излучения сильно поглощаются атмосферой и поэтому у поверхности Земли их мало. Они убивают бактерии и дезинфицируют. Ультрафиолетовые лучи используются в фотографии и медицине.

Рентгеновские лучи (РЛ) были открыты немецким физиком В. Рентгеном. Они невидимы и вызывают свечение многих веществ. РЛ образуются при резком торможении быстро летящих электронов. При ударе меняется магнитное поле электрона и излучается электромагнитная волна. Длина этой волны тем меньше, чем больше скорость электрона в момент удара о препятствие. Т.к. электроны имеют различные скорости, то рентгеновское излучение имеет сплошной спектр. Важной особенностью РЛ является их проникающая способность. Чем короче волна РЛ, тем слабее они поглощаются и тем выше их проникающая способность. Говорят, что чем короче волна РЛ, тем они более жесткие. Показатель преломления РЛ мало отличается от 1. Поэтому они применяются в технике и медицине для диагностирования.

Исследование радиоактивных явлений позволило обнаружить электромагнитные излучения, длина волны которых меньше, чем у рентгеновских лучей. Это излучение было названо гамма-излучением. Оно возникает при распаде ядер атомов.

Парниковый эффект (оранжевый эффект)

Парниковый эффект - это свойство атмосферы Земли пропускать солнечное излучение, но задерживать земное излучение и тем самым способствовать накоплению тепла Землей.

Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновое солнечное излучение, которое почти полностью поглощается земной поверхностью. Нагреваясь, Земля становится источником длинноволнового инфракрасного излучения. Прозрачность атмосферы для инфракрасного излучения мала и оно почти полностью поглощается атмосферой.

Благодаря парниковому эффекту при ясном небе только 10-20% земного излучения может уходить в космическое пространство.

Оптические приборы

Зеркала

Плоское зеркало. Построение изображения в плоском зеркале основано на использовании закона отражения света. Пусть над плоским зеркалом находится точечный источник света S, освещающий зеркало (рисунок 16).

Рассмотрим лучи 1 и 2. Они, отражаясь, попадают на хрусталик глаза, который собирает лучи 1и 2 в точке S''на сетчатке глаза. Нашему глазу будет казаться, что он видит источник света в точке S'. Изображение, которое получается за счет пересечения не самих лучей, а их продолжений, называется мнимым.

Такое название связано с тем, что в точку S'' энергия света не попадает. Это позволяет видеть мнимое изображение, заглянуть в «зазеркалье».

Рисунок 16. Построение изображения в плоском зеркале

Сферическое зеркало. Если взять в качестве отражающей поверхности часть внутренней или внешней поверхности зеркальной сферы, то получится сферическое зеркало. Его основные параметры:

- Главная оптическая ось ОС.

- Главный фокус .

- Фокусное расстояние .

- Оптический центр (центр сферы О).

- Оптическая сила Ф.

Рисунок 17. Сферическое зеркало

Фокусом F называется точка на главной оптической оси ОС (рисунок 17), через которую проходит после отражения от зеркала луч (или его продолжение), падавший на зеркало параллельно главной оптической оси ОС. Найдем положение фокуса. Луч КМ параллелен ОС. Треугольник OFM – равнобедренный. Тогда

Фокусное расстояние .

Если учесть, что , то .

Из последнего выражения следует, что в сферическом зеркале имеет место сферическая аберрация –зависимость фокусного расстояния от h.

Для параксиального пучка h < < R фокусное расстояние не зависит от h: .

Оптическая сила зеркала Ф – величина, обратная фокусному расстоянию .

Для выпуклого зеркала фокус F – мнимый и поэтому фокусное расстояние f принято считать отрицательным числом, т.е. . Поэтому и оптическая сила выпуклого зеркала Ф – число отрицательное.

Построение изображения в сферическом зеркале.

Для построения изображения в сферическом зеркале следует выбрать любые два луча из трех стандартных:

- луч, проходящий через оптический центр зеркала (центр сферы О). После отражения этот луч опять проходит через центр сферы О;

- луч, падающий на зеркало параллельно главной оптической оси. После отражения этот луч (или его продолжение) проходит через фокус зеркала F;

- луч, проходящий через фокус зеркала. После отражения луч идет параллельно главной оптической оси.

В выпуклом зеркале изображение мнимое, прямое и уменьшенное при любом положении предмета (рисунок 18).

Рисунок 18. Построение изображения в сферическом выпуклом и вогнутом зеркале

В вогнутом зеркале, если предмет расположен между фокусом и зеркалом, изображение получается мнимое, прямое и увеличенное (рисунок 18).

Рисунок 19. Построение изображения в сферическом вогнутом зеркале

Если предмет расположен дальше оптического центра О вогнутого сферического зеркала, то образуется действительное, перевернутое и уменьшенное изображение между фокусом и центром зеркала (рисунок 19).

;

Формула сферического зеркала: .

При расчете по этой формуле следует учесть, что расстояния до предмета и действительного изображения – положительные величины, а расстояние до мнимого изображения – величина отрицательная. Фокусное расстояние f и оптическая сила Ф вогнутого зеркала – величины положительные, а выпуклого – отрицательные.

Линзы. Основные параметры линз.

Построение изображения

Линза – это прозрачное стеклянное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями с радиусом кривизны R₁ и R₂. Одна из поверхностей линзы может быть плоской. По форме ограничивающих поверхностей различают 6 основных типов линз (рисунок 20): двояковыпуклая (а), плосковыпуклая (б), вогнуто-выпуклая (в), двояковогнутая (г), плосковогнутая (д) и выпукло-вогнутая (е).

Прямая линия, на которой лежат центры обеих сферических плоскостей, называется главной оптической осью. У тонких линз (толщина которых значительно меньше их радиусов) существует точка С, проходя через которую луч не преломляется. Эта точка называется оптическим центром линзы (рисунок 21).

Любая прямая, проходящая через оптический центр линзы С, называется побочной оптической осью. Плоскость, проходящая через центр тонкой линзы перпендикулярно главной оптической оси,

называется главной плоскостью линзы. Если на стеклянную линзу, находящуюся в воздухе, направить параксиальный пучок света вдоль главной оптической оси, то у выпуклой линзы пучок собирается в точке F, называемой главным фокусом. Такие линзы относятся к

собирающим линзам. Если такой же пучок направить на выпукло-вогнутую линзу (рисунок 20е), то пучок света рассеивается так, что лучи как будто исходят из точки F, которую называют мнимым главным фокусом рассеивающей линзы (рисунок 22). Пучок света, направленный на собирающую линзу параллельно побочной оптической оси, собирается в побочном фокусе. Все побочные фокусы лежат в фокальной плоскости, проходящей через главный фокус перпендикулярно главной оптической оси. У рассеивающей линзы можно тоже построить мнимую фокальную плоскость.

Недостатки линз

1. Сферическая аберрация при непараксиальном пучке (аналогично зеркалу). Для получения параксиального пучка применяют диафрагму. сужающую пучок. Одновременно с этим уменьшается энергия пучка и освещенность изображения. Другим способом ослабления сферической аберрации является подбор такой пары линз (одна из которых рассеивающая, а другая – собирающая), чтобы их аберрации существенно компенсировались.

2. Хроматическая аберрация.

Рисунок 23. Хроматическая аберрация

Из-за дисперсии в линзе белый свет разлагается на спектр. При этом красные лучи, преломляясь слабее, фокусируются дальше от центра линзы, чем синие (рисунок 23). В результате изображение в линзе оказывается размытым и окрашенным. Исправить хроматическую аберрацию можно

Рисунок 24. Устранение аберраций

с помощью двойной линзы, подобрав сорта стекол с разной дисперсией. Такие линзы называются ахроматами.

3. Аберрации возникают при падении на линзу лучей

под большим углом к главной оптической оси.

Устранение этих аберраций возможно путем подбора системы из нескольких (до десятка) линз, каждая из которых компенсирует недостатки других (рисунок 24).

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 Следующая ⇒