Światło i spektrum elektromagnetyczne
Energia ze Słońca
Niemal cała (99,97%) energia, jaką mamy na Ziemi, pochodzi ze Słońca. Wynosi to średnio 340 dżuli/sekundę na każdy metr kwadratowy powierzchni Ziemi.
Energia słoneczna jest energią jądrową. Pochodzi ona z reakcji fuzji jądrowej, która zachodzi na Słońcu. W reakcji fuzji dwa małe jądra łączą się, tworząc jądro większego atomu. W procesie tym część masy zamieniana jest na energię. Poniżej przedstawiamy typową reakcję fuzji jądrowej. Izotop wodoru, deuter lub 2H, łączy się z innym izotopem wodoru, trytem lub 3H, tworząc hel i neutron.
Jądro deuteru składa się z 1 protonu i 1 neutronu o masie atomowej wynoszącej dokładnie 2,0. Tryt ma 1 proton i 2 neutrony (3.0 amu). Jądro helu ma masę 3,98 amu, a swobodny neutron ma masę 1,0 amu. W tej reakcji część masy, 0,02 amu, zamienia się w energię.
Pamiętajmy, że dżul (J) jest standardową jednostką energii. Możemy przeliczyć każdą inną jednostkę energii na dżule lub kilodżule (kJ). Istnieje wiele programów do konwersji online, które pomagają w obliczeniach. Na przykład 1 dżul jest równy 1 (kilogram)(metr)2/(sekunda)2.
W ostatnim wykładzie widzieliście, że Słońce, jak każdy inny gorący obiekt, uwalnia swoją energię w dyskretnych „promieniach”, które mają pewne właściwości cząsteczek i pewne właściwości fal. Nazywamy to promieniowaniem elektromagnetycznym.
Istnieje rozkład energii promieniowania, który wygląda podobnie do rozkładu energii kinetycznych atomów i cząsteczek w substancji. Większość wykresów rozkładów energii ma podobny kształt.
Zauważ, że promieniowanie w zakresie światła widzialnego jest zbliżone do średniej energii dla widma słonecznego, ale istnieje sporo promieniowania bardziej i mniej energetycznego od niego.
Ty też wypromieniowujesz energię. Promieniowanie z ciała o temperaturze około 310 K należy do zakresu podczerwieni.
Promieniowanie elektromagnetyczne
Promieniowanie elektromagnetyczne to rodzaj energii obejmujący światło, ciepło i promieniowanie rentgenowskie. Można je opisać za pomocą modelu fali sinusoidalnej, gdzie właściwości promieniowania zależą od długości fali, częstotliwości i innych parametrów fali. Dla niektórych celów, bardziej sensowne jest opisanie energii jako strumienia cząstek światła zwanych fotonami, gdzie energia fotonów jest proporcjonalna do częstotliwości promieniowania.
Właściwości falowe promieniowania elektromagnetycznego:
- Amplituda (A): Wysokość fali
- Długość fali (λ): Odległość między dwoma grzbietami fali
- Grzbiet i koryto: Najwyższy i najniższy punkt, odpowiednio, fali
- Prędkość światła ( c ): Prędkość promieniowania podczas jego podróży przez próżnię. Ta wielkość jest taka sama dla wszystkich form promieniowania elektromagnetycznego, od promieniowania rentgenowskiego przez światło po fale radiowe, i jest stała w danym ośrodku transportowym.Prędkość światła w próżni wynosi 2,99792 x 108 m/s. Prędkość światła w powietrzu jest tylko o 0,03% wolniejsza, a c w każdym z tych ośrodków jest zwykle zaokrąglana do 3,00 x 108 m/s.
- Częstotliwość (ν): Liczba fal, które przechodzą przez ustalony punkt w ciągu sekundy
- Okres (T): Liczba sekund potrzebna, aby fala przeszła przez ustalony punkt
- ν = 1/T – Częstotliwość fali jest odwrotnością okresu.
- λ ν = c (lub ν = c/λ) – iloczyn częstotliwości i długości fali jest prędkością światła. Alternatywnie, częstotliwość fali jest odwrotnie proporcjonalna do prędkości.
- E = hν = hc/λ , gdzie h jest stałą Plancka, 6,626 x 10-34 – Energia promieniowania jest równa stałej Plancka pomnożonej przez częstotliwość promieniowania.
Spektrum elektromagnetyczne
Ale wszystkie fale promieniowania elektromagnetycznego poruszają się z prędkością światła, różne rodzaje fal mają bardzo różne długości fal, częstotliwości i energie. Im krótsza jest długość fali promieniowania, tym większa jest jego częstotliwość i tym większa energia. Widmo elektromagnetyczne rozciąga się od promieniowania gamma (γ), które ma najkrótszą długość fali, najwyższą częstotliwość i największą energię, do fal radiowych, które mają najdłuższą falę, najniższą częstotliwość i energię.
Światło ultrafioletowe (UV) jest podzielone na trzy regiony:
- UV A, długość fali = 400 – 320 nm
- UV B, długość fali = 320 – 280 nm
- UV C, długość fali =
Światło widzialne mieści się w przedziale od 750 nm (czerwone) do 400 nm (fioletowe). Pamiętasz Roya G. Biv’a?BackCompassTablesIndexIntroductionNext