Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Widmo światła słonecznego można podziwiać w całej okazałości w zjawisku optycznym i meteorologicznym - tęczy. Promienie światła przechodzące przez maleńkie kropelki wody zawieszone w powietrzu załamują się pod różnymi kątami w zależności od długości fali światła. W rezultacie światło białe rozkłada się na osobne barwy, a na niebie tworzy się wielobarwny łuk (ryc. 1.).
Ryż. 1. Tęcza
Światło słoneczne to światło, które dociera ze słońca do powierzchni Ziemi. Światło jest widzialną częścią promieniowania elektromagnetycznego odbieraną przez ludzkie oczy.
Fala elektromagnetyczna, która jest przestrzennie rozchodzącym się zaburzeniem pola elektromagnetycznego, charakteryzuje się:
- częstotliwość ν, czyli liczba całkowitych zmian pola magnetycznego i elektrycznego na sekundę, wyrażona w hercach (Hz),
- długość fali λ, czyli odległość między sąsiednimi punktami, w których pola elektryczne i magnetyczne są w fazie.
Wielkości te są ze sobą powiązane: im wyższa częstotliwość, tym krótsza długość fali: ν=c / λ , gdzie c to prędkość światła, czyli około 3108m/ c.
Światło widzialne to wąski zakres długości fal od 3,810-7m do 7,510-7 m (tj. 380 do 750 nm). Promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali większej niż 750 nm, niewidoczne dla człowieka, nazywane jest promieniowaniem podczerwonym, a promieniowanie o długości fali mniejszej niż 380 nm nazywane jest promieniowaniem ultrafioletowym.
Źródła światła możemy podzielić na kilka kategorii, w tym promieniowanie cieplne, promieniowanie synchrotronowe oraz promieniowanie emitowane przez elektrony w atomie lub ciele stałym. Termiczne źródła światła obejmują: gwiazdy, żarówki, lampy halogenowe, lampy łukowe i płomienie. Źródłami światła mogą być również synchrotron (promieniowanie synchrotronowe) i diody elektroluminescencyjne (LED), świetlówki, lampy rtęciowe, lampy kwarcowe, maser i laser (jako promieniowanie elektronowe).
Światło słoneczne postrzegamy jako światło białe. Jeśli światło to przejdzie przez pryzmat, rozszczepia się na różne kolory (ryc. 2.). Każdy kolor odpowiada innej długości fali elektromagnetycznej: od 380 nm dla światła fioletowego do 750 nm dla światła czerwonego. Dzieląc światło białe na poszczególne kolory, otrzymujemy widmo światła białego (rys. 3.).
Funkcje.
Widmo światła słonecznego to zarejestrowany obraz promieniowania rozłożonego na różnych długościach fal.
Ryż. 2. Światło rozszczepia się w pryzmacie na poszczególne kolory, tworząc widmo światła białego
Ryż. 3. Widmo światła białego
Przybliżone zakresy długości fal dla poszczególnych kolorów są następujące:
- fioletowy 380-430nm;
- niebieski 430-500 nm;
- zielony 500-570nm;
- żółty 570-620 nm;
- czerwony 620-750 nm.
Odkrycie, że światło białe składa się ze światła o różnych barwach, należy do Newtona, który w XVII wieku jako pierwszy rozszczepił światło słoneczne w pryzmacie, uzyskując wielokolorowe widmo. Newton wykazał również, że gdy rozszczepione światło jest połączone z soczewką i drugim pryzmatem, ponownie powstaje białe światło.
Rozkład światła słonecznego przy przejściu przez granice dwóch ośrodków jest spowodowany tym, że współczynnik załamania dla danego ośrodka zmienia się w zależności od długości fali - najmniejszą wartość ma dla światła czerwonego, a największą dla fioletu.Zgodnie z prawem załamania światła: sin α / sin β=n, gdzie α to kąt padania, β to kąt załamania, n to współczynnik załamania światła, - wiązka fioletowa odchyli się bardziej niż wiązka czerwona ( Rys. 4.).
Ryż. 4. Kąt załamania światła zależy od wartości współczynnika załamania światła. Dla światła fioletowego kąt załamania βfjest mniejszy niż dla światła czerwonego βc
Rozkład światła białego pokazuje z jakich kolorów składa się światło, ale nie daje informacji o mocy promieniowania we wszystkich kolejnych miejscach widma barwnego. W celu dokładniejszego zbadania widma emisyjnego konieczne jest przesunięcie czujnika, takiego jak fotokomórka, wzdłuż widma, aby zmierzyć moc dla każdej długości fali. Zmierzona ilość energii promieniowania w określonych zakresach długości fal świetlnych λ umożliwia skonstruowanie krzywej rozkładu widmowego (rys. 5.).
Ryż. 5. Krzywa rozkładu widmowego
Krzywa rozkładu widmowego pokazuje zmierzoną ilość energii promieniowania w określonych zakresach widmowych.
Na ryc. 6 przedstawia krzywą rozkładu widmowego promieniowania słonecznego. Oś pionowa pokazuje natężenie promieniowania I na przedział długości fali ( λ, λ + Δλ ).
Intensywność promieniowania (lub moc promieniowania) to energia wypromieniowana w jednostce czasu na jednostkę kąta bryłowego. Oś pozioma wskazuje długość fali promieniowania λ z oznaczeniem zakresu długości fal światła widzialnego. Widzimy, że największa moc promieniowania docierającego do Ziemi występuje w zakresie światła widzialnego z maksimum przy długości fali około 500 nm, co odpowiada barwie niebiesko-zielonej. Światło słoneczne zawiera wszystkie długości fal światła widzialnego, więc postrzegamy światło słoneczne jako białe.
Jednakże promieniowanie słoneczne wykracza daleko poza ten zakres. Zawiera również światło ultrafioletowe, które ma krótszą długość fali niż światło widzialne, oraz światło podczerwone, które ma dłuższą długość fali niż światło widzialne.
Ryż. 6. Krzywa rozkładu widmowego promieniowania słonecznego - zależność natężenia promieniowania od długości fali
Na początku XIX wieku odkryto ciemne pasma w widmie światła słonecznego. Na cześć ich odkrywcy nazwano je liniami Fraunhofera. Niektóre linie Fraunhofera są pokazane na ryc. 7. Dziś wiemy, że położenie tych linii w widmie niesie ze sobą informację o składzie chemicznym atmosfery słonecznej. Powstały, gdy promieniowanie przeszło przez atmosferę Słońca, a zawarte w niej atomy pochłonęły fotony o charakterystycznych dla tych atomów długościach fal. Tak więc dla tych długości fal w widmie słonecznym wystąpiła nieciągłość (ciemne pasmo).
Ryż. 7. Widmo światła słonecznego z widocznymi liniami Fraunhofera