Dnes budeme hovořit o propustnosti a souvisejících pojmech. Všechny tyto veličiny se vztahují k části lineární optiky.
Světlo ve starověkém světě
Lidé si dříve mysleli, že svět je plný záhad. I lidské tělo neslo mnoho neznámého. Například staří Řekové nechápali, jak oko vidí, proč existuje barva, proč přichází noc. Ale zároveň byl jejich svět jednodušší: světlo dopadající na překážku vytvářelo stín. To je vše, co potřeboval vědět i ten nejvzdělanější vědec. O propustnosti světla a vytápění nikdo nepřemýšlel. A dnes se to učí ve škole.
Světlo se střetává s překážkou
Když paprsek světla dopadne na objekt, může se chovat čtyřmi různými způsoby:
- hltat;
- scatter;
- reflect;
- posunout dál.
V souladu s tím má každá látka koeficienty absorpce, odrazu, prostupu a rozptylu.
Absorbované světlo mění vlastnosti samotného materiálu různými způsoby: ohřívá jej, mění jeho elektronickou strukturu. Rozptýlené a odražené světlo jsou podobné, ale přesto odlišné. Při odrazu světlamění směr šíření a při rozptylu se mění i jeho vlnová délka.
Průhledný objekt, který propouští světlo a jeho vlastnosti
Koeficienty odrazu a prostupu závisí na dvou faktorech – na vlastnostech světla a vlastnostech samotného objektu. Záleží:
- Agregovaný stav hmoty. Led se láme jinak než pára.
- Struktura krystalové mřížky. Tato položka platí pro pevné látky. Například propustnost uhlí ve viditelné části spektra má tendenci k nule, ale diamant je jiná věc. Právě roviny jeho odrazu a lomu vytvářejí magickou hru světla a stínu, za kterou jsou lidé ochotni zaplatit pohádkové peníze. Ale obě tyto látky jsou uhlíky. A diamant bude hořet v ohni ne horším než uhlí.
- Teplota hmoty. Kupodivu, ale při vysokých teplotách se některá tělesa sama stávají zdrojem světla, takže interagují s elektromagnetickým zářením trochu jiným způsobem.
- Úhel dopadu světelného paprsku na objekt.
Nezapomeňte také, že světlo, které vychází z předmětu, může být polarizováno.
Vlnová délka a přenosové spektrum
Jak jsme zmínili výše, propustnost závisí na vlnové délce dopadajícího světla. Látka, která je neprůhledná pro žluté a zelené paprsky, se jeví jako průhledná pro infračervené spektrum. Pro malé částice zvané „neutrina“je Země také průhledná. Proto i přes to, že onigeneruje Slunce ve velmi velkých množstvích, pro vědce je tak obtížné je detekovat. Pravděpodobnost srážky neutrina s hmotou je mizivě malá.
Nejčastěji ale mluvíme o viditelné části spektra elektromagnetického záření. Pokud je v knize nebo úkolu několik segmentů stupnice, pak se optická propustnost vztahuje na tu část stupnice, která je přístupná lidskému oku.
Vzorec koeficientu
Nyní je čtenář dostatečně připraven na to, aby viděl a pochopil vzorec, který určuje přenos látky. Vypadá to takto: S=F/F0.
Propustnost T je tedy poměr toku záření určité vlnové délky, které prošlo tělem (Ф) k původnímu toku záření (Ф0).
Hodnota T nemá žádný rozměr, protože se označuje jako rozdělení identických pojmů do sebe. Tento koeficient však nepostrádá fyzikální význam. Ukazuje, kolik elektromagnetického záření daná látka projde.
Tok záření
Toto není jen fráze, ale konkrétní termín. Tok záření je výkon, který elektromagnetické záření nese jednotkovým povrchem. Podrobněji se tato hodnota vypočítá jako energie, kterou záření projde jednotkovou plochou za jednotku času. Plocha je nejčastěji metr čtvereční a čas je sekund. Ale v závislosti na konkrétním úkolu lze tyto podmínky změnit. Například pro červenouobra, který je tisíckrát větší než naše Slunce, můžete klidně používat kilometry čtvereční. A pro malou světlušku čtvereční milimetry.
Samozřejmě, aby bylo možné porovnávat, byly zavedeny jednotné systémy měření. Ale lze na ně redukovat jakoukoli hodnotu, pokud si samozřejmě nepokazíte počet nul.
S těmito pojmy souvisí také velikost směrové propustnosti. Určuje, kolik a jaký druh světla projde sklem. Tento koncept se v učebnicích fyziky nevyskytuje. Je skryto ve specifikacích a pravidlech výrobců oken.
Zákon zachování energie
Tento zákon je důvodem, proč je existence věčného stroje a kamene mudrců nemožná. Ale jsou tu vodní a větrné mlýny. Zákon říká, že energie nepřichází odnikud a nerozpouští se beze stopy. Výjimkou není ani světlo dopadající na překážku. Z fyzikálního významu propustnosti nevyplývá, že jelikož část světla materiálem neprošla, odpařila se. Ve skutečnosti se dopadající paprsek rovná součtu absorbovaného, rozptýleného, odraženého a procházejícího světla. Součet těchto koeficientů pro danou látku by tedy měl být roven jedné.
Zákon zachování energie lze obecně aplikovat na všechny oblasti fyziky. Ve školních problémech se často stává, že se lano nenatáhne, čep se nezahřeje a v systému nedochází ke tření. Ale ve skutečnosti je to nemožné. Kromě toho je vždy třeba připomenout, že lidé vědíNe vše. Například při beta rozpadu se část energie ztratila. Vědci nechápali, kam se poděl. Sám Niels Bohr navrhl, že zákon zachování na této úrovni nemusí platit.
Potom byla objevena velmi malá a mazaná elementární částice – neutrino lepton. A všechno do sebe zapadlo. Pokud tedy čtenář při řešení problému nechápe, kam energie putuje, pak si musíme pamatovat: někdy je odpověď prostě neznámá.
Uplatnění zákonů prostupu a lomu světla
O něco výše jsme řekli, že všechny tyto koeficienty závisí na tom, jaká látka stojí v cestě paprsku elektromagnetického záření. Tuto skutečnost lze ale využít i obráceně. Měření přenosového spektra je jedním z nejjednodušších a nejúčinnějších způsobů, jak zjistit vlastnosti látky. Proč je tato metoda tak dobrá?
Je méně přesná než jiné optické metody. Mnohem více se lze naučit tím, že látka vyzařuje světlo. To je ale hlavní výhoda metody optického přenosu – nikoho není třeba k ničemu nutit. Látka není potřeba zahřívat, pálit ani ozařovat laserem. Nejsou vyžadovány složité systémy optických čoček a hranolů, protože paprsek světla prochází přímo zkoumaným vzorkem.
Tato metoda je navíc neinvazivní a nedestruktivní. Vzorek zůstává v původní podobě a stavu. To je důležité, když je látky vzácné nebo když je jedinečná. Jsme si jisti, že Tutanchamonův prsten nestojí za spálení,přesněji zjistit složení skloviny na něm.
