Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Спектром сонячного світла можна милуватися у всій його красі в оптичному та метеорологічному явищі - веселці. Промені світла, що проходять через крихітні краплі води, зважені в повітрі, заломлюються під різними кутами в залежності від довжини хвилі світла. В результаті біле світло розкладається на окремі кольори, і на небі утворюється різнобарвна дуга (рис. 1.).
Мал. 1. Веселка
Сонячний світло - це світло, що йде від сонця на поверхню Землі. Світло - це видима частина електромагнітного випромінювання, що сприймається людськими очима.
Електромагнітна хвиля, яка є просторово-поширюваним обуренням електромагнітного поля, характеризується:
- частотою ν, яка є кількістю повних змін магнітного та електричного поля в секунду, вираженою в герцах (Гц),
- довжиною хвилі λ, яка є відстанню між сусідніми точками, в яких електричне та магнітне поля знаходяться в одній фазі.
Ці величини пов'язані між собою: чим вища частота, тим менша довжина хвилі: ν=с / λ , де с - швидкість світла, що дорівнює приблизно 3108 м/ с.
Видиме світло - це вузький діапазон довжин хвиль від 3,810-7м до 7,510-7 м (тобто від 380 до 750 нм). Електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі понад 750 нм, невидиме для людини, називається інфрачервоним випромінюванням, а випромінювання з довжиною хвилі менше 380 нм – ультрафіолетовим випромінюванням.
Ми можемо розділити джерела світла на кілька категорій, включаючи теплове, синхротронне випромінювання та випромінювання, що випускається електронами в атомі або твердому тілі. До теплових джерел світла відносяться: зірки, лампочки, галогенні лампи, дугові лампи та полум'я. Джерелами світла також можуть бути синхротронне (синхротронне випромінювання) та світловипромінюючі діоди (LED), люмінесцентні лампи, ртутні лампи, кварцові лампи, мазер та лазер (як випромінювання електронів).
Ми сприймаємо сонячне світло як біле світло. Якщо пропустити це світло через призму, він розщеплюється різні кольори (рис. 2.). Кожен колір відповідає довжині електромагнітної хвилі: від 380 нм для фіолетового світла до 750 нм для червоного. Розділивши біле світло на окремі кольори, ми отримаємо спектр білого світла (рис. 3.).
Особливості.
Спектр сонячного світла - це записане зображення випромінювання, розподіленого по різних довжинах хвиль.
Мал. 2. Світло розщеплюється у призмі на окремі кольори, створюючи спектр білого світла
Мал. 3. Спектр білого світла
Приблизні діапазони довжин хвиль для окремих кольорів такі:
- фіолетовий 380-430 нм;
- синій 430-500 нм;
- зелений 500-570 нм;
- жовтий 570-620 нм;
- червоний 620-750 нм.
Відкриття того, що біле світло складається зі світла різних кольорів, належить Ньютону, який у XVII столітті вперше розщепив сонячне світло у призмі, отримавши багатобарвний спектр. Ньютон також показав, що при об'єднанні розщепленого світла за допомогою лінзи та другої призми знову виходить біле світло.
Розкладання сонячного світла при проходженні через межі двох середовищ викликано тим, що показник заломлення для цього середовища змінюється в залежності від довжини хвилі - він має найменше значення для червоного світла і найбільше для фіолетового.Відповідно до закону заломлення світла: sin α / sin β=n , де α - кут падіння, β - кут заломлення, n - показник заломлення, - фіолетовий промінь буде відхилятися сильніше, ніж червоний (рис. 4.).
Мал. 4. Кут заломлення залежить від значення показника заломлення. Для фіолетового світла кут заломлення βfменший, ніж для червоного світла βc
Розкладання білого світла показує, з яких кольорів складається світло, але не дає інформації про те, яка потужність випромінювання у всіх послідовних місцях колірного спектру. Для більш ретельного вивчення спектра випромінювання необхідно переміщати датчик, наприклад, фотоелемент, вздовж спектра вимірювання потужності кожної довжини хвилі. Виміряна кількість променистої енергії в певних діапазонах довжин хвиль світла дозволяє побудувати криву спектрального розподілу (рис. 5.).
Мал. 5. Крива спектрального розподілу
Крива спектрального розподілу показує виміряну кількість енергії випромінювання у певних спектральних діапазонах.
На рис. 6 показано криву спектрального розподілу сонячного випромінювання. Вертикальна вісь показує інтенсивність випромінювання, I, що припадає на інтервал довжин хвиль (λ, λ + Δλ).
Інтенсивність випромінювання (або потужність випромінювання) - це енергія, що випромінюється в одиницю часу на одиницю тілесного кута. На горизонтальній осі вказана довжина хвилі випромінювання з позначенням діапазону довжин хвиль видимого світла. Ми бачимо, що найбільша потужність випромінювання, що досягає Землі, знаходиться у видимому світловому діапазоні з максимумом при довжині хвилі близько 500 нм, що відповідає синьо-зеленому кольору. У сонячному випромінюванні містяться всі довжини хвиль видимого світла, тому ми сприймаємо сонячне світло як біле.
Однак випромінювання Сонця виходить далеко за межі цього діапазону. Воно також містить ультрафіолетове випромінювання, довжина хвилі якого коротше, ніж у видимого світла, та інфрачервоне випромінювання, довжина хвилі якого більша, ніж у видимого світла.
Мал. 6. Крива спектрального розподілу сонячного випромінювання – залежність інтенсивності випромінювання від довжини хвилі
На початку 19 століття у спектрі сонячного світла були виявлені темні смуги. Вони були названі лініями Фраунгофера на честь їхнього першовідкривача. Деякі лінії Фраунгофера показані на рис. 7. Сьогодні ми знаємо, що положення цих ліній у спектрі містить інформацію про хімічний склад сонячної атмосфери. Вони були створені, коли випромінювання пройшло через атмосферу Сонця і атоми, що містяться в ній, поглинули фотони з характерними для цих атомів довжинами хвиль. Таким чином, для цих довжин хвиль у сонячному спектрі стався розрив (темна смуга).
Мал. 7. Спектр сонячного світла з видимими лініями Фраунгофера