Oggi parleremo di trasmittanza e concetti correlati. Tutte queste grandezze si riferiscono alla sezione dell'ottica lineare.
La luce nel mondo antico
La gente pensava che il mondo fosse pieno di misteri. Anche il corpo umano trasportava molto dell'ignoto. Ad esempio, gli antichi greci non capivano come vede l'occhio, perché esiste il colore, perché arriva la notte. Ma allo stesso tempo il loro mondo era più semplice: la luce, cadendo su un ostacolo, creava un'ombra. Questo è tutto ciò che anche lo scienziato più istruito aveva bisogno di sapere. Nessuno ha pensato alla trasmissione della luce e del riscaldamento. E oggi lo studiano a scuola.
La luce incontra l'ostacolo
Quando un raggio di luce colpisce un oggetto, può comportarsi in quattro modi diversi:
- divora;
- scatter;
- riflettere;
- vai avanti.
Di conseguenza, qualsiasi sostanza ha coefficienti di assorbimento, riflessione, trasmissione e diffusione.
La luce assorbita cambia le proprietà del materiale stesso in diversi modi: lo riscalda, ne modifica la struttura elettronica. La luce diffusa e quella riflessa sono simili, ma comunque diverse. Quando si riflette la lucecambia la direzione di propagazione e, quando è diffusa, cambia anche la sua lunghezza d'onda.
Un oggetto trasparente che trasmette la luce e le sue proprietà
I coefficienti di riflessione e di trasmissione dipendono da due fattori: le caratteristiche della luce e le proprietà dell'oggetto stesso. Importa:
- Stato aggregato della materia. Il ghiaccio si rifrange in modo diverso rispetto al vapore.
- La struttura del reticolo cristallino. Questa voce si applica ai solidi. Ad esempio, la trasmittanza del carbone nella parte visibile dello spettro tende a zero, ma un diamante è un' altra cosa. Sono i piani della sua riflessione e rifrazione che creano un magico gioco di luci e ombre, per il quale le persone sono disposte a pagare soldi favolosi. Ma entrambe queste sostanze sono carboni. E un diamante brucerà in un fuoco non peggiore del carbone.
- Temperatura della materia. Stranamente, ma a temperature elevate, alcuni corpi stessi diventano una fonte di luce, quindi interagiscono con la radiazione elettromagnetica in un modo leggermente diverso.
- L'angolo di incidenza del raggio di luce sull'oggetto.
Ricorda inoltre che la luce che esce da un oggetto può essere polarizzata.
Lunghezza d'onda e spettro di trasmissione
Come accennato in precedenza, la trasmittanza dipende dalla lunghezza d'onda della luce incidente. Una sostanza opaca ai raggi gialli e verdi appare trasparente allo spettro infrarosso. Per le piccole particelle chiamate "neutrini" anche la Terra è trasparente. Pertanto, nonostante il fatto che essigenera il Sole in quantità molto grandi, è così difficile per gli scienziati rilevarle. La probabilità che un neutrino entri in collisione con la materia è incredibilmente piccola.
Ma il più delle volte stiamo parlando della parte visibile dello spettro della radiazione elettromagnetica. Se nel libro o nell'attività sono presenti diversi segmenti della scala, la trasmittanza ottica si riferirà a quella parte accessibile all'occhio umano.
Formula del coefficiente
Ora il lettore è abbastanza preparato per vedere e comprendere la formula che determina la trasmissione di una sostanza. Si presenta così: S=FA/FA0.
Quindi, la trasmittanza T è il rapporto tra il flusso di radiazione di una certa lunghezza d'onda che è passata attraverso il corpo (Ф) e il flusso di radiazione originale (Ф0).
Il valore di T non ha dimensione, in quanto è indicato come una divisione di concetti identici l'uno nell' altro. Tuttavia, questo coefficiente non è privo di significato fisico. Mostra quanta radiazione elettromagnetica passa attraverso una data sostanza.
Flusso di radiazioni
Questa non è solo una frase, ma un termine specifico. Il flusso di radiazione è la potenza che la radiazione elettromagnetica trasporta attraverso una superficie unitaria. Più in dettaglio, questo valore è calcolato come l'energia che la radiazione muove attraverso un'unità di area in un'unità di tempo. L'area è spesso un metro quadrato e il tempo è di secondi. Ma a seconda dell'attività specifica, queste condizioni possono essere modificate. Ad esempio, per il rossogigante, che è mille volte più grande del nostro Sole, puoi tranquillamente usare chilometri quadrati. E per una piccola lucciola, millimetri quadrati.
Ovviamente, per poter confrontare, sono stati introdotti sistemi di misura unificati. Ma qualsiasi valore può essere ridotto a loro, a meno che, ovviamente, non sbagli con il numero di zeri.
Associata a questi concetti c'è anche l'ampiezza della trasmittanza direzionale. Determina quanta e quale tipo di luce passa attraverso il vetro. Questo concetto non si trova nei libri di testo di fisica. È nascosto nelle specifiche e nelle regole dei produttori di finestre.
La legge di conservazione dell'energia
Questa legge è la ragione per cui l'esistenza di una macchina a moto perpetuo e di una pietra filosofale è impossibile. Ma ci sono acqua e mulini a vento. La legge dice che l'energia non viene dal nulla e non si dissolve senza lasciare traccia. La luce che cade su un ostacolo non fa eccezione. Dal significato fisico della trasmittanza non consegue che, poiché parte della luce non è passata attraverso il materiale, è evaporata. Infatti, il raggio incidente è uguale alla somma della luce assorbita, diffusa, riflessa e trasmessa. Pertanto, la somma di questi coefficienti per una data sostanza dovrebbe essere uguale a uno.
In generale, la legge di conservazione dell'energia può essere applicata a tutte le aree della fisica. Nei problemi scolastici capita spesso che la corda non si allunghi, il perno non si scaldi e non ci sia attrito nel sistema. Ma in re altà questo è impossibile. Inoltre, vale sempre la pena ricordare che le persone lo sannoNon tutto. Ad esempio, nel decadimento beta, parte dell'energia è stata persa. Gli scienziati non hanno capito dove è andato. Lo stesso Niels Bohr ha suggerito che la legge di conservazione potrebbe non essere valida a questo livello.
Ma poi è stata scoperta una particella elementare molto piccola e astuta: il neutrino leptone. E tutto è andato a posto. Quindi se il lettore, quando risolve un problema, non capisce dove va l'energia, allora dobbiamo ricordare: a volte la risposta è semplicemente sconosciuta.
Applicazione delle leggi di trasmissione e rifrazione della luce
Un po' più in alto abbiamo detto che tutti questi coefficienti dipendono da quale sostanza interferisce con il raggio di radiazione elettromagnetica. Ma questo fatto può essere utilizzato anche al contrario. Prendere lo spettro di trasmissione è uno dei modi più semplici ed efficaci per scoprire le proprietà di una sostanza. Perché questo metodo è così buono?
È meno preciso di altri metodi ottici. Si può imparare molto di più facendo emettere luce a una sostanza. Ma questo è il principale vantaggio del metodo di trasmissione ottica: nessuno deve essere costretto a fare nulla. La sostanza non ha bisogno di essere riscaldata, bruciata o irradiata con un laser. Non sono necessari complessi sistemi di lenti ottiche e prismi in quanto il raggio di luce passa direttamente attraverso il campione in esame.
Inoltre, questo metodo non è invasivo e non distruttivo. Il campione rimane nella sua forma e condizione originale. Questo è importante quando la sostanza è scarsa o quando è unica. Siamo sicuri che l'anello di Tutankhamon non valga la pena bruciare,per conoscere più precisamente la composizione dello sm alto su di esso.
