Коефіцієнт пропускання зв’язкові та споріднені поняття

Сьогодні ми розповімо про коефіцієнт пропускання та пов'язані з ним поняття. Усі ці величини відносяться до розділу лінійної оптики.

Світло у стародавньому світі

Раніше люди вважали, що світ наповнений загадками. Навіть людське тіло несло у собі чимало непізнаного. Наприклад, стародавнім грекам було незрозуміло, як бачить око, чому існує колір, чому настає ніч. Але в той же час їхній світ був простішим: світло, падаючи на перешкоду, створювало тінь. Це все, що треба було знати навіть найосвіченішому вченому. Про коефіцієнт пропускання світла та нагрівання ніхто не замислювався. А сьогодні це вивчають у школі.

Світло зустрічає перешкоду

Коли потік світла падає на об'єкт, він може поводитися чотирма різними способами:

• поглинутися;
• розсіятися;
• відбитися;
• пройти далі.

Відповідно, будь-яка речовина має коефіцієнти поглинання відображення пропускання та розсіювання.

Поглинене світло у різний спосіб змінює властивості самого матеріалу: нагріває його, змінює його електронну структуру. Розсіяне і відбите світло схожі, але все ж таки відрізняються. При відображенні світло змінює напрямок поширення, а при розсіянні змінюється ще й його довжина хвилі.

Прозорий об'єкт, який пропускає світло, та його властивості

Коефіцієнти відображення та пропускання залежать від двох факторів – від характеристик світла та властивостей самого об'єкта. При цьому має значення:

1. Агрегатний стан речовини. Крига заломлює інакше, ніж пара.
2. Будова кристалічних ґрат. Цей пункт відноситься до твердих тіл. Наприклад, коефіцієнт пропускання вугілля видимої частини спектра прагне нулю, тоді якдіамант – інша річ. Саме площини його відображення та заломлення створюють чарівну гру світла та тіні, за яку люди готові платити нечувані гроші. Адже обидві ці речовини – вуглеці. І алмаз згорить у вогні анітрохи не гірше за вугілля.
3. Температура речовини. Як не дивно, але за високої температури деякі тіла стають самі джерелом світла, тому з електромагнітним випромінюванням вони взаємодіють дещо інакше.
4. Кут падіння пучка світла на об'єкті.

До того ж треба пам'ятати, що світло, яке вийшло з об'єкта, може бути поляризованим.

Довжина хвилі та спектр пропускання

Як ми згадували вище, коефіцієнт пропускання залежить від довжини хвилі падаючого світла. Речовина, непрозора для жовтих та зелених променів, здається прозорою для інфрачервоного спектру. Для маленьких частинок під назвою "нейтрино" прозора та Земля. Тому незважаючи на те, що їх генерує Сонце в дуже великих кількостях, вченим так складно їх засікти. Імовірність зіткнення нейтрино з речовиною зникаюче мала.

Але найчастіше йдеться про видиму частину спектра електромагнітного випромінювання. Якщо ж у книзі чи задачі присутні кілька відрізків шкали, то коефіцієнт оптичного пропускання буде відноситися до того її ділянки, який доступний людському оку.

Формула коефіцієнта

Тепер читач уже достатньо підготовлений, щоб побачити та зрозуміти формулу, яка визначає пропускання речовини. Вона має такий вигляд: Т=Ф/Ф0.

Отже, коефіцієнт пропускання Т – це співвідношення потоку випромінювання певної довжини хвилі, що пройшов крізь тіло (Ф) до початкового потоку випромінювання (Ф0).

Розмір Т немає розмірності, оскільки позначається як розподіл друг на друга однакових понять. Тим неменш, цей коефіцієнт позбавлений фізичного сенсу. Він показує, яку частку електромагнітного випромінювання ця речовина пропускає.

«Потік випромінювання»

Це не просто словосполучення, а конкретний термін. Потік випромінювання це потужність, яку електромагнітне випромінювання проносить крізь одиницю поверхні. Докладніше ця величина обчислюється як енергія, яку переміщає випромінювання крізь одиничну площу за одиничний час. Під площею найчастіше мається на увазі квадратний метр, а під часом секунди. Але залежно від конкретного завдання ці умови можна змінити. Наприклад, для червоного гіганта, який у тисячу разів більший за наше Сонце, можна сміливо застосовувати квадратні кілометри. А для крихітного світлячка – квадратні міліметри.

Звичайно, для того, щоб мати можливість порівнювати, і були введені єдині системи вимірювання. Але будь-яку величину можна привести до них, якщо, звичайно, не наплутати з кількістю нулів.

Пов'язаною із цими поняттями також є величина коефіцієнта спрямованого пропускання. Вона визначає, скільки і якого світла проходить крізь скло. Це поняття не знайти у підручниках з фізики. Воно приховано у технічних умовах та правилах виробників вікон.

Закон збереження енергії

Цей закон – причина, через яку неможливе існування вічного двигуна та філософського каменю. Зате існують водяний і вітряк. Закон свідчить, що енергія не береться нізвідки і розчиняється без сліду. Світло, що падає на перешкоду, не є винятком. З фізичного сенсу коефіцієнта пропускання годі було, що оскільки частина світла не пройшла крізь матеріал, вона випарувалася. Насправді падаючий пучок дорівнює сумі поглиненого, розсіяного, відбитого і минулогосвітла. Таким чином, сума цих коефіцієнтів для даної речовини повинна дорівнювати одиниці.

Взагалі закон збереження енергії можна застосовувати до всіх сфер фізики. У шкільних завданнях часто буває, що мотузка не розтягується, штир не нагрівається, а тертя у системі відсутнє. Але насправді таке неможливо. Крім того, завжди варто пам'ятати, що люди не всі знають. Наприклад, при бета-розпаді було втрачено якусь частину енергії. Вчені не розуміли, куди вона поділася. Сам Нільс Бор висловлював припущення, що на цьому рівні закон збереження може не дотримуватися.

Але потім була відкрита дуже маленька та хитра елементарна частка – лептон нейтрино. І все стало на свої місця. Тож якщо читачеві при вирішенні якогось завдання незрозуміло, куди подіється енергія, то треба пам'ятати: іноді відповідь просто невідома.

Застосування законів пропускання та заломлення світла

Трохи вище ми говорили, що всі ці коефіцієнти залежать від того, яка речовина стає на шляху пучка електромагнітного випромінювання. Але цей факт можна використати і у зворотний бік. Зняття спектра пропускання – одне із найпростіших і ефективних способів пізнати властивості речовини. Чим же цей метод такий гарний?

Він відрізняється меншою точністю, ніж інші оптичні методи. Набагато більше можна дізнатися, якщо змусити речовину випромінювати світло. Але в цьому і полягає головна перевага методу оптичного пропускання - нікого не треба ні до чого примушувати. Речовину не потрібно нагрівати, спалювати або опромінювати лазером. Складні системи оптичних лінз і призм не потрібні, так як пучок світла проходить прямо крізь зразок, що вивчається.

Крім того, цей метод відноситься до неінвазивних та неруйнівних. Зразок залишається в колишньому вигляді та стані. Це буваєважливим, коли речовини мало, або коли воно є унікальним. Ми впевнені, що кільце Тутанхамона не варто спалювати, щоб дізнатися точніше склад емалі на ньому.

---