Текст к презентации по проекту "Видимый свет"

СЛАЙД 1:

Свет. Он вокруг нас и позволяет нам видеть мир. Но спросите любого из нас, и большинство не сможет объяснить, что такое на самом деле этот свет. Свет помогает нам понимать мир, в котором мы живем. во тьме мы передвигаемся на ощупь, свет мы начинаем видеть вместе с наступлением зари. И все же мы далеки от полного понимания света. Конечно, все должно быть не так. Свет озадачивает лучшие умы на протяжении веков, и знаковые открытия, совершенные за последние 150 лет, постепенно приоткрывали завесу тайны над этой загадкой. Теперь мы более-менее понимаем, что она такое. Физики современности не только постигают природу света, но и пытаются управлять ей с беспрецедентной точностью — и значит, свет очень скоро можно заставить работать самым удивительным способом. По этой причине Организация Объединенных Наций провозгласила 2015 году Международным годом Света.

Задачи работы:

• Рассмотреть свойства видимого света;

• Выяснить, что является источниками видимого света;

• Выяснить и изучить особенности восприятия человеческим глазом света и цвета;

• Выяснить основное значение света для всего живого;

• Провести исследование и проанализировать результаты исследования по вопросу значения видимого света в нашей жизни

СЛАЙД 3. Электромагнитная волна — это распространяющееся в пространстве периодически изменяющееся электромагнитное поле.

Согласно волновой теории свет представляет собой электромагнитную волну.

Видимый свет (видимое излучение) – это электромагнитное излучение, непосредственно воспринимаемое человеческим глазом, характеризующееся длинами волн в диапазоне 400 – 750 нм, что соответствует диапазону частот 0,75·10¹⁵ – 0,4·10¹⁵ Гц. Световые излучения различных частот воспринимаются человеком как разные цвета.

Известно, что длины электромагнитных волн бывают самые различные: от километровых радиоволн, до рентгеновских, с длиной волны 10^–10 м.

В настоящее время принято выделять 7 основных диапазонов электромагнитных волн: низкочастотные излучения, радиоизлучения, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-излучение.

При этом принципиального различия между отдельными видами излучений нет, так как все они порождаются заряженными частицами и представляют собой электромагнитные волны. Поэтому и границы между отдельными областями весьма условны.

Слайд 4. Любое тело, излучающее электромагнитные волны с частотой, расположенной в диапазоне видимого света, можно назвать источником света. Существует два вида источников света: естественные (созданные самой природой) и искусственные (созданные людьми).

Самый важный естественный источник света на Земле - это, конечно же, Солнце. Оно даёт нам не только свет, но и тепло. Благодаря энергии солнечного света на нашей планете существует жизнь. Свет излучают Луна, звёзды, кометы и другие космические тела. Источниками естественного света могут быть не только тела, но и природные явления. Во время грозы мы видим, каким мощным светом озаряет всё вокруг вспышка молнии. Полярные сияния, светящиеся живые организмы, минералы и др. - это тоже природные источники света.

Самым первым и самым древним искусственным источником света можно назвать огонь костра. Позднее люди научились использовать другие виды топлива и создавать переносные источники света: свечи, факелы, масляные лампы, газовые фонари и др. Все эти источники были основаны на горении и вместе со светом выделяли большое количество тепла.

С изобретением электричества появились электрические лампочки, до сих пор использующиеся людьми в качестве источников света.

СЛАЙД 5 И 6.

Электромагнитные волны, а, следовательно, и свет, излучаются при ускоренном движении заряженных частиц. При чем, эти заряженные частицы должны входить в состав атомов, из которых состоит вещество. Однако, не зная, как все-таки устроен атом, нельзя точно объяснить механизм излучения. Ясно лишь одно — внутри атома нет света, как нет звука в камертоне. Подобно камертону, который начинает звучать только при касании его молоточком, атомы могут рождать свет только после возбуждения. Иными словами, для того, чтобы атом начал излучать свет, ему необходимо передать определенное количество энергии. При излучении атом теряет часть энергии. Поэтому для длительного свечения вещества, необходимо, что бы эта потерянная энергия пополнялась извне.

Исходя из этого условия, самым распространенным видом является тепловое излучение, в котором потери атомом энергии на излучение света компенсируются за счет энергии теплового движения атомов излучающего тела.

Тепловое излучение — это излучение нагретых тел. Известно, что чем больше будет температура тела, тем быстрее в нем будут двигаться атомы. Сталкиваясь друг с другом, часть их энергии движения идет на возбуждение атомов, которые затем, излучая свет, переходят в невозбужденное состояние.

Источниками теплового излучения являются Солнце, лампа накаливания, пламя костра и т.д.

Однако, источниками энергий, необходимых атому для излучения света, могут выступать и не тепловые источники.

Так, например, при разряде в газах электрическое поле сообщает электронам достаточно большую кинетическую энергию. Сталкиваясь с атомами, такие электроны передают им часть своей энергии. А возбужденные таким столкновением атомы отдают эту энергию в виде световых волн. Поэтому, разряд в газе сопровождается свечением, которое называется электролюминесценцией.

Примером такого свечение может служить полярное сияние, возбуждаемое потоком заряженных частиц, летящих от Солнца. Также явление электролюминесценции можно обнаружить и в трубках для рекламных надписей.

Твердые тела также могут излучать свет при бомбардировке их поверхности электронами. Такое свечение называется катодолюминесценцией. Примером проявления такого свечения может быть экран электронно-лучевой трубки телевизора.

Из курса химии известно, что некоторые химические реакции идут с выделением энергии. При этом часть этой энергии расходуется на излучение света. Однако источник света остается холодным, т.е. имеет температуру окружающей среды. Это явление называется хемилюминесценцией. Его так же не трудно отыскать в природе — это и светлячок, на теле которого горит маленький зеленый фонарик, и светящиеся бактерии, грибы и многие виды глубоководных рыб. Нередко светятся в темноте и кусочки гниющего дерева.

Еще совсем недавно говорилось о том, что падающий на вещество свет частично поглощается и частично отражается. При этом энергия поглощенного света, как правило, в большинстве случаев ничего кроме нагревания вещества не вызывает. Однако существуют некоторые тела, которые сами начинают светиться под действием падающего на них излучения — это есть фотолюминесценция.

При этом излучаемый при фотолюминесценции свет имеет большую длину волны, нежели свет, возбуждающий свечение. Для подтверждения этих слов, проведем небольшой опыт. Возьмем сосуд с флюоресцеином и направим на него световой пучок, пропущенный через фиолетовый светофильтр. Как можно наблюдать, жидкость начинает светиться зеленовато-желтым светом, т.е. светом, имеющим большую длину волны.

Советский физик Сергей Иванович Вавилов предложил использовать явление фотолюминесценции в лампах дневного света, покрывая внутреннюю поверхность разрядной трубки веществом, способным ярко светится под действием коротковолнового излучения газового разряда.

СЛАЙД 7.

Фотосинтез – это образование органических веществ из углекислого газа и воды, на свету, с выделением кислорода. 

Свет, участвующий в процессе фотосинтеза, попадает в хлоропласты – внутриклеточные полуавтономные органеллы, содержащие зеленый пигмент. Под действием солнечного света хлоропласты вытягивают воду из почвы, разделяя ее на водород и кислород. 

Как происходит процесс фотосинтеза?

Растение поглощает свет при помощи зеленого вещества, которое называется хлорофилл. Хлорофилл содержится в хлоропластах, которые находятся в стеблях или плодах. Особенно большое их количество в листьях, потому что из-за своей очень плоской структуры листок может притянуть много света, соответственно, получить намного больше энергии для процесса фотосинтеза. 

Фотосинтез— процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ на свету фото автотрофами при участии фотосинтетических пигментов.

СЛАЙД 8.

Фотопериодизм — реакция организмов на суточ­ный ритм освещения, то есть на соотношение светлого (длина дня) и темного (длина ночи) периодов суток, выражающаяся в изменении процессов роста и развития. Фото­периодизм присущ растениям и животным. У растений систематическое и разностороннее изуче­ние фотопериодизма началось в 1920 году. Фотоперио­дизм — приспособительная реакция к комплексу сезонных изменений внешних условий. Одним из проявлений фото­периодизма является фотопериодическая реакция зацвета­ния. 

Основной результат фотопериодизма — образование в разных органах растений фотогормонов, влияющих на цветение, образование клуб­ней, луковиц, корнеплодов и т.д. и на физиологические процессы (например, переход к покою, засухоустойчи­вость). Используя фотопериодизм, можно регулировать процессы роста и развития растений, в частности цветения, что применяется в селекции. У животных фотопериодизм контролирует наступление и прекращение брачного периода, плодовитость, се­зонные линьки, переход к зимней спячке и многое другое. Он генетически обусловлен и связан с биологическими ритмами. В формировании фотопериодических реакций участвуют нервные и гормональные механизмы. Значение особенностей фотопериодизма позволяет прогнозировать динамику численности, регулировать ее, управлять разви­тием животных при искусственном их выращивании. 

СЛАЙД 9.

Солнечный свет способствует синтезу витамина «D» в нашем организме, который отвечает за усвоение кальция и фосфора. Настроение человека также зависит от солнечных лучей. Недостаток света приводит к ухудшению состояния организма, апатии и упадку сил. Нервная система человека формируется и развивается только в условиях достаточного количества солнечного света. Также свет помогает избавиться от инфекционных заболеваний – это его защитная функция. Он способен убивать некоторые грибки и бактерии, расположенные на нашей коже. Он помогает нашему организму вырабатывать необходимое количество гемоглобина. При попадании солнечных лучей на кожу, мышцы приходят в тонус, который продуктивно влияет на весь организм.

СЛАЙД 10.

Когда человек наблюдает объект, то отраженный свет сначала попадает на его роговицу, затем проходит через переднюю камеру, и отверстие в радужной оболочке (зрачок). Свет попадает на сетчатку глаза, но прежде он проходит через хрусталик, который может изменять свою кривизну, и стекловидное тело, где появляется уменьшенное зеркально-шарообразное изображение видимого объекта. На сетчатке глаза расположены два вида светочувствительных клеток (фоторецепторов), которые при освещении изменяют все световые сигналы. Они также называются колбочками и палочками. Их существует около 7 млн, и они распределены по всей поверхности сетчатки, за исключением слепого пятна и имеют малую светочувствительность. Кроме того, колбочки подразделяются на три вида, это чувствительные к красному свету, зеленому и синему, соответственно реагирующие лишь на синюю, зеленую и красную часть видимых оттенков. Если же передаются остальные цвета, например желтый, то возбуждаются два рецептора (красно- и зеленочувствительный). При таком значительном возбуждении всех трех рецепторов появляется ощущение белого, а при слабом возбуждении напротив — серого цвета. Если возбуждения трех рецепторов отсутствуют, то возникает ощущение черного цвета.

СЛАЙД 11:

Все цвета делятся на следующие группы

Первичные цвета: красный, желтый и синий.
Вторичные цвета, которые образовываются посредством соединения между собой первичных цветов: красный + желтый = Оранжевый, желтый + синий = зеленый. Красный + синий = фиолетовый. Красный + желтый + синий = коричневый.
Третичные цвета — это те цвета, которые были получены посредством смешения вторичных цветов: оранжевый + зеленый = желто-коричневый. Оранжевый + фиолетовый = красно-коричневый. Зеленый + фиолетовый = сине-коричневый.

СЛАЙД 12:

Видимый свет занимает очень узкий диапазон электромагнитного излучения (4 ⋅ 10⁻⁷ — 8 ⋅ 10⁻⁷ м).

Белый свет представляет собой совокупность световых волн различных длин волн (частот) и при определенных условиях может быть разложен в спектр на 7 составляющих со следующими длинами волн:

Частота световых колебаний от 4^.10¹⁴ Гц (фиолетовый) до 7^.10¹⁴ Гц (красный). Это достаточно узкая полоска на шкале электромагнитных волн.
Частота световой волны (длина волны в вакууме) определяет цвет видимого нами света: Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице:

СЛАЙД 13:

Белый цвет

Солнечные лучи, то есть волны, содержат в себе весь спектр видимого излучения. Все основные семь цветов — красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Сливаясь, цвета видимого спектра образуют белый цвет.

Далее все зависит от способности конкретного предмета пропускать, поглощать, преломлять или отражать лучи солнечного света или, другими словами, волны.

Одни предметы полностью поглощают световые волны — их мы видим черными, другие предметы пропускают солнечные лучи, то есть являются прозрачными. Это стекло, вода или лед.

СЛАЙД 14:

Большинство же предметов в нашем мире часть лучей поглощают, а часть отражают. Для примера можно взять обычный лист с дерева зеленого цвета.

То, что лист зеленый говорит нам о том, что из видимого спектра солнечного излучения он отражает лучи зеленого света, а все остальные поглощает.

Апельсин поглощает все лучи, кроме оранжевого луча. Красный мак — все, кроме красного, и так далее.

Про снег можно сказать следующее - он отражает все лучи видимого спектра, поэтому мы видим его белым, то есть таким, каким является для нас свет от солнца.

Снег можно сравнить с толченым стеклом или алмазами. Если представить себе огромную россыпь бриллиантов, то она тоже будет казаться нам белой, искрящейся. Пожалуй, все замечали, что при ярком солнечном свете зимой поверхность снега искрится и переливается всеми цветами радуги. Так вот, это падающий солнечный свет преломляется и распадается на отдельные спектральные цвета. Поэтому мы видим разноцветные искорки на белом снегу.

Если предмет поглощает луч солнца полностью, он воспринимается человеческим глазом как черный. Снежная мушка же не имеет такой плотности. Кристаллики льда отражают солнечные лучи. Поэтому девственный покров имеет белый цвет. А при ярком солнце отраженный свет настолько ярок, что мы вынуждены щурить глаза.

Снежок – это вода, молекулы которой поглощают кванты красного спектра. Теряются также желтые и оранжевые составляющие света. Через мушки-кристаллы проходят только фиолетовые и синевато-зеленые лучи. То есть, все холодные оттенки спектра. Притоптанный снежочек становится плотнее. Соответственно, он уже может часть лучей поглотить, а часть – пропустить через себя. Поэтому человеческий глаз видит различные оттенки. Чем глубже будет яма в снегу, тем ближе будет снег к жидкому состоянию, тем темнее будут холодные цвета.

В различных источниках описаны случаи выпадения цветного снега. Такое, действительно, может быть. Допустим, перед снегопадом в воздухе находилось много цветной пыли. Кристаллики льда, падая с небес, будут цепляться за эти красочные частички, слепляться вокруг них. Девственные мушки приобретут, оттенок этой пыли.

СЛАЙД 15:

Привычное для нас небо (атмосфера) состоит из твердых микрочастиц, мельчайших капель воды и молекул газа. На протяжении долгого времени существовало несколько ошибочных предположений, пытающихся объяснить, почему небо голубое:

• атмосфера, которая состоит из мельчайших частиц воды и молекул различных газов, хорошо пропускает лучи синего спектра, не дает коснуться Земли лучам красного спектра;

• мелкие твердые частицы – к примеру, пыль – взвешенные в воздухе, рассеивают синие и фиолетовые волны меньше всего, и из-за этого им удаётся достигать поверхности Земли в отличие от других цветов спектра.

Эти гипотезы поддерживали многие известные ученые, однако исследования английского физика Джона Рэлея показали, что не твердые частицы являются основной причиной рассеивания света. Именно молекулы газов, находящихся в атмосфере, разделяют свет на цветовые составляющие. Белый солнечный луч, столкнувшись в небе с газовой частицей, разлетается (рассеивается) в разные стороны.

При столкновении с молекулой газа, каждый из семи цветовых компонентов белого света рассеивается. При этом свет с более длинными волнами (красная составляющая спектра, в которую также входит оранжевый и желтый) рассеивается хуже, чем свет с короткими волнами (синяя составляющая спектра). Из-за этого после рассеивания, в воздухе остается в восемь раз больше цветов синего спектра, чем красного.

Хотя и самая короткая длина волны у фиолетового цвета, небо всё равно кажется голубым из-за смешения фиолетовых и зелёных волн. Кроме этого, нашими глазами лучше воспринимается голубой цвет, чем фиолетовый, при одинаковой яркости обоих. Именно эти факты и определяют цветовую гамму неба: атмосфера буквально наполнена лучами сине-голубого цвета.

Однако, небо голубое не всегда. Закономерно возникает вопрос: если мы видим в течение всего дня синее небо, почему закат красный? Выше мы выяснили, что красный цвет меньше всего рассеивается молекулами газа. Во время заката Солнце приближается к горизонту, и солнечный луч направлен к поверхности Земли не вертикально, как днем, а под углом. Поэтому путь, который он проходит через атмосферу, намного больше того, что он проходит днем, когда Солнце стоит высоко. Из-за этого сине-голубой спектр поглощается в толстом слое атмосферы, не доходя до Земли. А более длинные световые волны красно-жёлтого спектра доходят до поверхности Земли, окрашивая небо и облака в характерные для заката красный, и жёлтый цвета.