Файл: Булат, В. Л. Оптические явления в природе.pdf

Рис. 486. Кривые распределения энергии в спектре аб­ солютно черного тела, получаемого при разных температурах.

нальна всей энергии, излучаемой единицей поверхности черного тела в единицу времени (его светимости), при данной температуре. Из рисунка видно, что с увеличением температуры не только растет эта площадь, т. е. увеличивается общее количество излучаемой энергии, но и максимум излучения перемещается влево, т. е. в сторону более коротких длин волн (закон Вина).

Интересно отметить, что середина видимого спектра, соответствующая длине волны λ = 550 нм, наиболее легко воспринимаемая глазом, совпадает с максимумом излучения при температуре 5500° К- Эта температура близка к температуре поверхности Солнца.

СПЕКТРЫ

Как уже говорилось в предыдущих главах, свет, излу­ чаемый каким-либо источником, может быть при помощи

62

физического состояния и способа возбуждения излучаю­ щих атомов. Так, одноатомные газы и пары, находя­ щиеся в разреженном состоянии, когда атомы не дейст­ вуют друг на друга, при возбуждении электрическим то­ ком излучают наиболее простые линейчатые спектры. Такие же спектры излучают раскаленные пары металлов.

Более сложные атомы и молекулы, будучи возбуждены электрическим током, дают полосатые спектры.

Раскаленные твердые и жидкие тела и сильно сжатые газы дают сплошные спектры. На цветной вклейке IV показаны линейчатые спектры натрия и водорода, дан сплошной спектр.

Если на пути света, дающего сплошной спектр, нахо­ дятся вещества, способные поглощать некоторые волны, то на фоне сплошного спектра мы видим темные, более или менее широкие полосы — это спектры поглощения. Во многих случаях тела поглощают именно те длины волны, которые они сами способны излучать при дан­ ной температуре. Спектры поглощения Солнца и натрия изображены на цветной вклейке IV. Там же показано образование спектра на скошенном краю зеркала. Цвет­ ной пучок лучей падает на стенку или потолок в виде так называемого цветного зайчика. Подобное явление наблюдается на хрустальных подвесках люстр.

ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ И ИЗЛУЧЕНИЕ

Пропустите луч света через цветное стекло, напри­ мер красное. Оно поглотит все цвета спектра за исклю­ чением красного. Зеленое стекло пропустит зеленый свет и т. д. Эти вещества обладают избирательным погло­ щением и избирательной прозрачностью. А какой же свет излучает красное или зеленое стекло?

Цвет их излучения зависит от температуры. При ком­ натной температуре телй излучают только инфракрасные лучи. Видимое излучение начинается только при темпе­ ратуре около 400o С. Но даже при этой температуре мак­ симум излучения находится в темно-красной области. Так что тело не обязательно излучает те же длины волн, которые оно поглощает при данной температуре. Для того, чтобы оно излучало видимый свет, его нужно нагреть до высокой температуры.

63

Посмотрите на яркий ковер луга, на пестрый цветник, на разноцветные платья. Почему же они цветные? Может быть, они излучают свет различного цвета? Нет. В тем­ ноте они не видны, значит, они светят не своим светом, а отраженным. Краски и некоторые вещества органиче­ ского происхождения в цветах растений обладают изби­ рательным отражением и поглощением. Например, крас­ ная краска поглощает все цвета за исключением красно­ го, который она рассеивает.

Проделайте следующий опыт. На цветной вклейке VII изображены контуры двух собак — один сделан красной краской, другой зеленой. Осветите рисунок бе­ лым светом и рассматривайте его сначала через красное, а затем через зеленое стекло. Зеленые лучи, отраженные от контура зеленого цвета, поглотятся красным стеклом и этот контур будет казаться черным. Красные же лучи от красного контура, а также красные лучи от белого фона воспримутся глазом как красный фон, и красный контур окажется почти невидимым.

Если смотреть на чертеж через зеленое стекло, крас­ ная собака будет видна в черном цвете, а зеленая исчез­ нет. Опыт можно видоизменить — освещать рисунок по­ очередно красным, а затем зеленым светом. При освеще­ нии красным светом бумага окрашивается в красный цвет и красный рисунок исчезает на красном фоне. Зато зеленый рисунок виден отчетливо, причем он кажется нам черным. При освещении зеленым светом, наоборот, красный рису­ нок нам кажется черным, а зеленый исчезает.

ПОЧЕМУ ЛЕТОМ ТЕПЛО, А ЗИМОИ ХОЛОДНО?

Некоторые думают, что летом теплее потому, что Земля в это время находится ближе к Солнцу. Это неверно. Когда в северном полушарии зима, Зем­ ля ближе к Солнцу и движется быстрее, а летом дальше

дня короче лета. Это нетрудно проверить по кален­ дарю: астрономическое лето длится с 23 июня по 22 сен­ тября — 92 дня, а зима — с 23 декабря по 22 мар­ та — 89 дней.

64

X

Алмазы «Мария» (крупный) и «Мир» (мелкие).

◄Алмаз «Орлов»

I

Распределение солнечного света вокруг Земли. Точки Ab и A3 соответствуют положению наблюдателя в момент восхода и заката солнца; точки Ab и A3 —положению за час до восхода и через час после заката; точки Ab и Aa —через час после восхода и за час до заката.

Так выглядела заря с орбиты космического корабля «Восток-2».

Ill

Непрерывный спектр белогосвета.ДлиныВопиуказаны6ангстремах.

Солнечный спектр, видны ірраунгоірероВы линии.

Линейчатойспектрпаровнатрия.

Спектр поглощения натрия.

Спектр испускания водорода.

Спектры (справа изображены источники излучения).

IV

светлячок; 8 — рыба аномалопс; 9, 10 — креветка нотостомус, защищаю­ щаяся от рыбы световой завесой; 11 — многощетинковый червь трубко­ жил; 12 — рачок капшак.

V

Круг Ньютона для сложения цветов.

Дополнительное/аддитивное} смешение цветов

Смешениеосновныхцветов Цветовойтреугольникдляцветов

вь/иитагпельное/сцвтрактивнов) смешение красок

Схема смешения цветов и красок,

Vl

а) Схема помогает объяснить изменение цвета нити лампы нака­ ливания при увеличении числа зеленых стекол.

б) Интенсивность лучей пропорциональна числу стрелок. После прохождения каждого стекла число зеленых стрелок уменьшается в три раза, красных — в два раза. Поэтому после прохождения четырех стекол будут преобладать красные лучи.

Цветные изображения для наблюдения Кольца Ньютона в зеленом и крас- в зеленом и красном свете. ном свете, полученные при помощи

одной и той же линзы.

Vll

Полярные сияния:

а) Спокойная диффузная дуга б) Аналогичная дуга со значитель­ ным усилением розового свечения, в) и г) Лучистые полосы, е) Складчатые полосы.

Получение дифракционного спектра при помощи куска патефонной пластинки.

Vlll

солнечную энергию, особенно в фиолетовой и ультрафио­ летовой области, значительно ослабляют прямое действие солнечных лучей. Кроме того, воздух, вода, горы, земля и предметы, находящиеся на ней, «запасают» в жаркие часы дня теплоту и отдают ее вечером и ночью, смягчая при этом переход от дня к ночи и наоборот.

На Луне, где нет атмосферы, переход от невыносимой жары (около +180° С) на солнце к жестокому холоду (около —120° С) в тени очень резок.

ТЕМПЕРАТУРА НА СОЛНЦЕПЕКЕ

ИПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ

1.Часто говорят: «Как жарко сегодня, в тени 30 гра­ дусов по Цельсию, а «на солнце» еще больше ...»А сколько же «на солнце» (точнее, на солнцепеке)? Оказывается, что на этот вопрос нельзя ответить, так как различные тер­ мометры, дающие одинаковые показания в тени, дадут различные показания на солнцепеке. Термометр всегда показывает свою температуру. В тени его температура равна температуре воздуха. А «на солнце»? «На солнце» его температура зависит не только от температуры воз­ духа, но и от цвета термометра, и в первую очередь «шари­ ка» с ртутью или спиртом. В этом можно убедиться, если, отсчитав показания термометра на солнцепеке, закоптить слегка его резервуар с жидкостью и опять отсчитать его показания в тех же условиях.

2.Парниковый эффект. Всем известно, что под стеклом

«на солнце» теплее, чем в окружающем воздухе. Это так называемый парниковый эффект. Им пользуются для выращивания теплолюбивых растений ранней весной, когда воздух еще холоден.

Вчем же дело? Почему под стеклом, в закрытом пар­

нике, температура поднимается до 40 — 50° С, в то вре­ мя как температура окружающего воздуха 10 — 15° С?

Световые лучи проникают сквозь стекло, нагревают в парнике землю и другие предметы, которые йх погло­ щают. В свою очередь эти нагретые тела излучают теп­ ловые невидимые лучи, которые не проходят сквозь стекло наружу и нагревают воздух в парнике. Кроме того, воздух нагревается от соприкосновения с нагретыми светом непрозрачными телами.

66