Спектр, как правило, делится на семь диапазонов в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Общее обозначение представляет радиоволны, микроволны, инфракрасное (ИК), видимый свет, ультрафиолетовое (УФ), рентгеновские лучи и гамма-лучи.
Она имеет частоту около 4 × 1014 до 8 × 1014 циклов в секунду, или герц (Гц) и длина колебаний от 740 нанометров (нм) или 7,4 × 10-5 см до 380 нм или 3,8 × 10-5 см)
КАК ОПРЕДИЛИТЬ ЧАСТОТУ)))
ИНСТРУКЦЫЯ
1
Вначале определите длину волны светового излучения. Никакого оборудования для этого не требуется – узнать эту величину, с достаточной точностью, можно на глаз. Красный свет имеет длину волны от 650 до 690 нанометров, красно-оранжевый – около 620, оранжевый – от 590 до 600, желтый – от 570 до 580, салатовый – порядка 550, изумрудный – от 500 до 520, синий – от 450 до 480, фиолетовый – от 420 до 390. Впрочем, если опыт осуществляется не дома, а в физической лаборатории, определить длину волны света более точно можно при помощи специального прибора – спектрометра.
2
Для удобства, переведите длину волны света в метры. Один нанометр – это 10^(-9) метра. Используйте научный калькулятор, поскольку обычный работать с числами в таком диапазоне не способен.
3
Теперь у вас достаточно информации, для того чтобы вычислить частоту светового излучения в герцах. Вторая величина, которую необходимо использовать в вычислениях – это скорость света. Она составляет 299792458 метров в секунду. Поделите эту величину на длину волны – и получится частота.
4
Теперь, для удобства, переведите полученную частоту в терагерцы. Один терагерц равен 10^12 Гц. Результат должен находиться в диапазоне от 400 до 800 терагерц. Учтите, что частота обратно пропорциональна длине волны, поэтому красный свет соответствует нижней границе этого диапазона, а фиолетовый – верхней.
5
Аналогичным образом можно определять частоту по длине волны и наоборот в отношении других видов излучения. Радиоволны имеют частоты от сотен килогерц до десятков гигагерц, а длины волн – от нескольких миллиметров до сотен метров. Если излучение не является электромагнитным (например, речь идет о звуке, ультразвуке), учтите, что оно распространяется значительно медленнее, чем свет. К тому же, скорость звука в значительно большей степени, чем скорость света, зависит от среды, в которой распространяется излучение.
Каким образом найти частоту (ТГц) абсолютного цвета, например красного? приблизительные данные не подойдут!
Ученик
(140),
на голосовании
12 лет назад
Голосование за лучший ответ
Бондарчук Владимир
Гуру
(4344)
12 лет назад
Очень просто. Надо выгуглить кривые цветовой чувствительности глаза – это графики чувствительности его цветовых рецепторов (красный – ок. 0,6мк пик, зел. , синий) от длины волны. Они довольно широкие, напр. красный там примерно от 0,55 до 0,65 мк. Выбрать на этих кривых точные значения, коорые Вам понравятся. Напр. , пики. Потом опять же выгуглить точную скорость света, или принять ее 300 тыс. км/сек. (3*10 в 8 степени м/с) . Поделить этих 3*10 в 8 степени м/с на эти 0,6*10 в минус шестой метра. Получите частоту. Терагерц – это 10 в 12 степени Гц? Тогда отнимаете от степени у герц 12 и получаете терагерцы.
| Видимое излучение | |
|---|---|
 |
|
| Предыдущее по порядку | ультрафиолетовое излучение |
| Следующее по порядку | инфракрасное излучение |
 Медиафайлы на Викискладе |
Ви́димое излуче́ние — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом[1]. Чувствительность человеческого глаза к электромагнитному излучению зависит от длины волны (частоты) излучения, при этом максимум чувствительности приходится на 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра[2]. Поскольку при удалении от точки максимума чувствительность спадает до нуля постепенно, указать точные границы спектрального диапазона видимого излучения невозможно. Обычно в качестве коротковолновой границы принимают участок 380—400 нм (790—750 ТГц), а в качестве длинноволновой — 760—780 нм (до 810нм) (395—385 ТГц)[1][3]. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова).
Не всем цветам, которые различает человеческий глаз, соответствует какое-либо монохроматическое излучение. Такие оттенки, как розовый, бежевый или пурпурный образуются только в результате смешения нескольких монохроматических излучений с различными длинами волн.
Видимое излучение также попадает в «оптическое окно» — область спектра электромагнитного излучения, практически не поглощаемого земной атмосферой. Чистый воздух рассеивает синий свет существенно сильнее, чем свет с бо́льшими длинами волн (в красную сторону спектра), поэтому полуденное небо выглядит голубым.
Многие виды животных способны видеть излучение, не видимое человеческому глазу, то есть не входящее в видимый диапазон. Например, пчёлы и многие другие насекомые видят излучение в ультрафиолетовом диапазоне, что помогает им находить нектар на цветах. Растения, опыляемые насекомыми, оказываются в более выгодном положении с точки зрения продолжения рода, если они ярки именно в ультрафиолетовом спектре. Птицы также способны видеть ультрафиолетовое излучение (300—400 нм), а некоторые виды имеют даже метки на оперении для привлечения партнёра, видимые только в ультрафиолете[4][5].
История[править | править код]
Круг цветов Ньютона из книги «Оптика» (1704), показывающий взаимосвязь между цветами и музыкальными нотами. Цвета спектра от красного до фиолетового разделены нотами, начиная с ре (D). Круг составляет полную октаву. Ньютон расположил красный и фиолетовый концы спектра друг рядом с другом, подчёркивая, что из смешения красного и фиолетового цветов образуется пурпурный.
Первые объяснения причин возникновения спектра видимого излучения дали Исаак Ньютон в книге «Оптика» и Иоганн Гёте в работе «Теория Цветов», однако ещё до них Роджер Бэкон наблюдал оптический спектр в стакане с водой. Лишь спустя четыре века после этого Ньютон открыл дисперсию света в призмах[6][7].
Ньютон первый использовал слово спектр (лат. spectrum — видение, появление) в печати в 1671 году, описывая свои оптические опыты. Он обнаружил, что, когда луч света падает на поверхность стеклянной призмы под углом к поверхности, часть света отражается, а часть проходит через стекло, образуя разноцветные полосы. Учёный предположил, что свет состоит из потока частиц (корпускул) разных цветов, и что частицы разного цвета движутся в прозрачной среде с различной скоростью. По его предположению, красный свет двигался быстрее чем фиолетовый, поэтому и красный луч отклонялся на призме не так сильно, как фиолетовый. Из-за этого и возникал видимый спектр цветов.
Ньютон разделил свет на семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, индиго и фиолетовый. Число семь он выбрал из убеждения (происходящего от древнегреческих софистов), что существует связь между цветами, музыкальными нотами, объектами Солнечной системы и днями недели[6][8]. Человеческий глаз относительно слабо восприимчив к частотам цвета индиго, поэтому некоторые люди не могут отличить его от голубого или фиолетового цвета. Поэтому после Ньютона часто предлагалось считать индиго не самостоятельным цветом, а лишь оттенком фиолетового или голубого (однако он до сих пор включён в спектр в западной традиции). В русской традиции индиго соответствует синему цвету.
Гёте, в отличие от Ньютона, считал, что спектр возникает при наложении разных составных частей света. Наблюдая за широкими лучами света, он обнаружил, что при проходе через призму на краях луча проявляются красно-жёлтые и голубые края, между которыми свет остаётся белым, а спектр появляется, если приблизить эти края достаточно близко друг к другу.
Длины волн, соответствующие различным цветам видимого излучения были впервые представлены 12 ноября 1801 года в Бейкеровской лекции Томасом Юнгом, они получены путём перевода в длины волн параметров колец Ньютона, измеренных самим Исааком Ньютоном. Эти кольца Ньютон получал пропусканием через линзу, лежащую на ровной поверхности, соответствующей нужному цвету части разложенного призмой в спектр света, повторяя эксперимент для каждого из цветов[9]:30-31. Юнг представил полученные значения длин волн в виде таблицы, выразив во французских дюймах (1 дюйм=27,07 мм)[10], будучи переведёнными в нанометры, их значения неплохо соответствуют современным, принятым для различных цветов. В 1821 году Йозеф Фраунгофер положил начало измерению длин волн спектральных линий, получив их от видимого излучения Солнца с помощью дифракционной решётки, измерив углы дифракции теодолитом и переведя в длины волн[11]. Как и Юнг, он выразил их во французских дюймах, переведённые в нанометры, они отличаются от современных на единицы[9]:39-41. Таким образом, ещё в начале XIX века стало возможным измерять длины волн видимого излучения с точностью до нескольких нанометров.
В XIX веке, после открытия ультрафиолетового и инфракрасного излучений, понимание видимого спектра стало более точным.
В начале XIX века Томас Юнг и Герман фон Гельмгольц также исследовали взаимосвязь между спектром видимого излучения и цветным зрением. Их теория цветного зрения верно предполагала, что для определения цвета глаз использует рецепторы трёх различных типов.
Спектр видимого излучения[править | править код]
При разложении луча белого цвета в призме образуется спектр, в котором излучения разных длин волн преломляются под разными углами. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены с помощью света одной длины волны (точнее, с очень узким диапазоном длин волн), называются спектральными цветами[12]. Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице[13]:
| Цвет | Диапазон длин волн, нм | Диапазон частот, ТГц | Диапазон энергии фотонов, эВ |
|---|---|---|---|
| Фиолетовый | 380—450 | 667—789 | 2,75—3,26 |
| Синий | 450—480 | 625—667 | 2,58—2,75 |
| Голубой | 480—510 | 588—625 | 2,43—2,58 |
| Зелёный | 510—550 | 545—588 | 2,25—2,43 |
| Салатовый | 550—570 | 526—545 | 2,17—2,25 |
| Жёлтый | 570—590 | 508—526 | 2,10—2,17 |
| Оранжевый | 590—630 | 476—508 | 1,97—2,10 |
| Красный | 630—780 | 384—476 | 1,59—1,97 |
Указанные в таблице границы диапазонов носят условный характер, в действительности же цвета плавно переходят друг в друга, и расположение видимых наблюдателем границ между ними в большой степени зависит от условий наблюдения[13]. При разложении луча белого света в призме нет никакого фиолетового, даже луч 405нм выглядит чисто синим. Фиолетовый цвет появляется в радуге, где крайний синий смешивается с соседним красным второй радуги.
Для запоминания последовательности основных спектральных цветов в русском языке используется мнемоническая фраза «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». В английском языке аналогично используется фраза Richard of York gave battle in vain (Red Orange Yellow Green Blue Indigo Violet), в британском английском — акроним Roy G. Biv.
Характеристики границ видимого излучения[править | править код]
| Длина волны, нм | 380 | 780 |
| Энергия фотонов, Дж | 5,23⋅10−19 | 2,55⋅10−19 |
| Энергия фотонов, эВ | 3,26 | 1,59 |
| Частота, Гц | 7,89⋅1014 | 3,84⋅1014 |
| Волновое число, см−1 | 1,65⋅105 | 0,81⋅105 |
См. также[править | править код]
- Цвет
- Спектральные и дополнительные цвета
Примечания[править | править код]
- ↑ 1 2 Гагарин А. П. Свет // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1994. — Т. 4: Пойнтинга — Робертсона — Стримеры. — С. 460. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
- ↑ ГОСТ 8.332-78. Государственная система обеспечения единства измерений. Световые измерения. Значения относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения. Дата обращения: 2 марта 2013. Архивировано из оригинала 4 октября 2013 года.
- ↑ ГОСТ 7601-78. Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин. Дата обращения: 12 октября 2016. Архивировано 30 ноября 2021 года.
- ↑ Cuthill, Innes C; et al. Ultraviolet vision in birds // Advances in the Study of Behavior (неопр.) / Peter J.B. Slater. — Oxford, England: Academic Press, 1997. — Т. 29. — С. 161. — ISBN 978-0-12-004529-7.
- ↑ Jamieson, Barrie G. M. Reproductive Biology and Phylogeny of Birds (англ.). — Charlottesville VA: University of Virginia, 2007. — P. 128. — ISBN 1578083869.
- ↑ 1 2 Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света / Перевод Вавилова С. И. — изд-е 2-е. — М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1954. — С. 131. — 367 с. — (серия «Классики естествознания»).
- ↑ Coffey, Peter. The Science of Logic: An Inquiry Into the Principles of Accurate Thought (англ.). — Longmans, 1912.
- ↑ Hutchison, Niels Music For Measure: On the 300th Anniversary of Newton’s Opticks. Colour Music (2004). Дата обращения: 11 августа 2006. Архивировано 20 февраля 2012 года.
- ↑ 1 2 John Charles Drury Brand. Lines Of Light: The Sources Of. — CRC Press, 1995.
- ↑ Thomas Young. The Bakerian Lecture. On the Theory of Light and Colours (англ.) // Philosophical Transactions of the Royal Society of London for the Year 1802 : journal. — 1802. — P. 39.
- ↑ Fraunhofer Jos. Neue Modifikation des Lichtes durch gegenseitige Einwirkung und Beugung der Strahlen, und Gesetze derselben (нем.) // Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München für die Jahre 1821 und 1822 : magazin. — 1824. — Bd. VIII. — S. 1—76.
- ↑ Thomas J. Bruno, Paris D. N. Svoronos. CRC Handbook of Fundamental Spectroscopic Correlation Charts. Архивная копия от 17 января 2017 на Wayback Machine CRC Press, 2005.
- ↑ 1 2 Hunt R. W. C. The Reproduction of Colour. — 6th edition. — John Wiley & Sons, 2004. — P. 4—5. — 724 p. — ISBN 978-0-470-02425-6.
На чтение 13 мин Просмотров 2.3к. Опубликовано 05.10.2022
Обновлено 05.10.2022
Содержание
- Свет с точки зрения физики
- Из чего состоит свет
- Основные характеристики и свойства света
- Понятия видимый и невидимый свет
- Источники видимого излучения
- Цветовой спектр света
- Длина световой волны
- Заключение
С первых минут своего появления на свет человек сталкивается с таким природным явлением, как свет. На протяжении всей жизни это воспринимается, как нечто естественное. На самом деле видимый (равно как и невидимый глазом) свет представляет собой сложное физическое явление, которое изучалось многими учеными на протяжении веков.
Свет с точки зрения физики
С точки зрения физики, свет проявляет себя двояко:
- Как электромагнитная волна (волновая теория света).
- Как поток частиц (корпускулярная или эмиссионная теория).
Согласно первой теории, свет представляет собой электромагнитное излучение (подобно радиоволнам). Вторая теория утверждает, что световое излучение – поток частиц, обладающих импульсом (подобно летящим в пространстве шарикам).
На рубеже 19 и 20 веков выяснилось, что не все явления можно объяснить с помощью волновой теории. В некоторых эффектах свет проявлял себя, как поток частиц. Эти частицы назвали фотонами. Световое излучение снова стали рассматривать с этой стороны. Сторонником корпускулярной теории был и Альберт Эйнштейн.
По современным представлениям, обе эти теории находятся не в противоречии, но дополняют друг друга. Некоторые световые явления объясняются с точки зрения волновой теории, некоторые – с точки зрения корпускулярной.
Например, с точки зрения волновой теории объясняют различие цветов, воспринимаемых глазом, а также такие явления, как дифракция и интерференция. Однако законы геометрической оптики проще и логичнее объяснять с помощью корпускулярной теории.
Некоторые физические явления (например, давление света) объясняют с точки зрения как одной, так и другой теории.
Из чего состоит свет
Согласно современным представлениям, свет состоит из частиц – фотонов (реже употребляется название световые кванты). Это название ввел американец Гилберт Ньютон Льюис. Излучение света источником сводится к выбросу большого количества фотонов.
С точки зрения современной физики, фотон не имеет размеров, внутренней структуры, а также массы покоя. Последнее означает, что частица света может существовать, лишь двигаясь со скоростью света – около 300 000 км/с. Эта скорость постоянна в любой системе отсчета, если при этом фотон движется в вакууме. При попадании на непрозрачный физический объект световой квант либо отражается, либо поглощается. Фотон является электрически нейтральной частицей, то есть, его заряд равен нулю.
Основные характеристики и свойства света
Так как свет является электромагнитным излучением (подобно радиоволнам, только с очень высокой частотой), он имеет те же характеристики, что и любой колебательный процесс:
- частота;
- фаза;
- амплитуда.
Вместо частоты света для видимого излучения удобнее использовать длину волны, которая связана с частотой соотношением λ=с/ν, где с – скорость света в метрах в секунду. Чем выше частота, тем меньше длина волны.
Подавляющее большинство источников света испускают огромное количество фотонов с хаотически изменяющейся фазой. И лишь лазер «выдает» отрезки световых волн («цуги»), находящиеся в одной фазе. В этом случае говорят о когерентности излучения.
Понятия видимый и невидимый свет
Светом называют электромагнитное излучение, лежащее в оптическом диапазоне, который расположен на участке частот от 150 гигагерц (ГГц) до 100 петагерц (ПГц). Это соответствует длинам волн от 2 мм до 4 нм.
Но человеческий глаз способен воспринимать только часть этого участка с частотами, лежащими в пределах 400-800 ТГц (длины волн 760 – 380 нм). Этот участок спектра и называется видимым светом.
Границы видимого света довольно условны. Они определяются индивидуально для каждого человека.
Некоторые животные и насекомые могут не видеть некоторые участки видимого цвета, различаемые человеком. Так, глаз кошки малочувствителен к цветам длинноволнового участка, содержащего красные и желтые оттенки. Но зато они могут видеть свечение в начале ультрафиолетового сектора, недоступное людям.
На самом деле свет занимает небольшой участок в общем спектре электромагнитных колебаний, но он обладает совершенно определенными свойствами. Это позволило выделить науку о свете и его свойствах в отдельную область физики – оптику.
Говорить о том, что у света есть первооткрыватель, некорректно. Изучение оптических явлений началось еще в Античной Греции (по крайней мере, первые упоминания об опытах дошли с тех времен). Из относительно современных ученых, заложивших основы нынешней оптики, следует упомянуть Исаака Ньютона. Он изложил результаты своих исследований в трактате «Оптика, или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света». Английский ученый впервые ввел понятие спектра по отношению к цветовой гамме.
Количество основных цветов по Ньютону — семь – совпадает с количеством музыкальных нот. Английский ученый был убежден в связи между цветами, музыкой и физическими объектами.
Ньютон показал, что многие оттенки можно получить, смешивая различные цвета между собой. Считается также, что он выдвинул гипотезу о корпускулярной природе светового излучения. С другой стороны, на первом этапе научных изысканий сэр Исаак Ньютон был приверженцем эмиссионной теории света, однако через определенный период он склонился к мысли, что свет представляет собой волны.
Несколько позже свой труд «Теория цветов» издал немецкий ученый и поэт Иоганн Гете. Эта монография явилась серьезным вкладом в развитие оптики, как науки. Отличие подхода Гете от опытов Ньютона в том, что он изначально не смешивал цвета, а разлагал их посредством стеклянных призм.
Источники видимого излучения
Основным источником видимого света на Земле является Солнце. Именно солнечный свет воспринимается человеческим глазом, как естественный. Это излучение представляет собой смесь всех основных цветов, в чем легко убедиться, разлагая белый свет призмой. При естественном освещении органы зрения чувствуют себя наиболее комфортно, меньше всего устают, наиболее правильно воспринимают цвета.
Помимо видимого излучения, спектр солнечного света также содержит и ультрафиолетовую, и инфракрасную составляющую. Первая вызывает загар, вторая вносит вклад в нагревание атмосферы и земной поверхности.
Солнечного освещения не всегда бывает достаточно. Например, в зависимости от погоды или от времени суток. С древних времен человечество искало дополнительные источники видимого света. Сначала это был огонь – от костра, от лучины или от керосиновой лампы. Потом настала эра электрического освещения. Лампы накаливания прочно вошли в жизнь человека. Принцип их действия не так сильно отличается от костра или керосиновой лампы – свет излучает нагретое до высокой температуры тело.
В настоящий момент доминирующую позицию занимают светодиодные осветительные приборы. Они излучают свет по другому принципу – фотоны испускаются во время рекомбинации носителей заряда в полупроводниковом переходе. Основное достоинство таких излучателей – экономичность. Этот параметр важен, не менее важна и низкая цена светоизлучающего элемента. Однако качество освещения оценивается по главной характеристике – близость спектра излучения к естественному. Чем ближе окраска света к солнечному, тем комфортнее для глаз считается свет.
Цветовой спектр света
Видимый свет занимает определенный участок электромагнитного спектра. В его границах излучение может иметь различную длину волны, что воспринимается человеческим глазом, как свет различного цвета.
Белый свет, попадая на тела, частично отражается, частично поглощается. Если тело поглощает свет полностью, оно выглядит черным, если полностью отражает – белым. Большинство тел поглощают и отражают определенные участки спектра. Отраженный цвет и определяет, как цветовая окраска тела воспринимается человеческим глазом.
Например, если предмет поглощает все цвета, кроме зеленого (а зеленый он отражает), то мы и видим предмет зеленым.
Поэтому нормальное восприятие цвета можно получить только при освещении, близком к естественному. Если освещать зеленый предмет светом, в котором не будет соответствующей составляющей (например, красным или близким к нему), то этот предмет будет казаться серым. Ведь он не может отразить тот цвет, который на него не падает.
Cиний цвет и его оттенки занимают самый коротковолновый (и высокочастотный) участок спектра, на самом краю переходя в фиолетовый цвет. С повышением частоты излучение переходит в ультрафиолетовый сектор и перестает быть видимым. Длинноволновый (низкочастотный) участок занимают оттенки красного. Если частота света еще ниже, он относится к граничащему с видимым инфракрасному сектору, который также не воспринимается человеческим глазом.
Рекомендуем: Что такое цветовая температура источника света
Некоторые цвета отсутствуют в спектре видимого света, их можно получить только смешением цветов. Кроме того, истинный белый цвет, который глазом воспринимается, как естественное освещение, содержит все длины волн видимой части. Наблюдать это в природе можно на примере радуги. При определенных условиях в атмосфере, происходит разложение полного спектра на составляющие цвета.
Наибольшее количество комбинаций цветов можно получить, смешивая красный, синий и зеленый цвета в различных соотношениях. Доступные оттенки перерывают почти весь спектр, которые может видеть человеческий глаз. Поэтому по принципу RGB (Red, Green, Blue) построены многочисленные устройства формирования изображения, начиная с цветных телевизоров, заканчивая светодиодными лентами. Но с помощью этих трех цветов получить естественный белый не получится – придется подмешивать дополнительные цвета.
Длина световой волны
Свет с различной длиной волны воспринимается глазом, как различный цвет. Кроме того, от длины волны света зависит энергия, переносимая световыми квантами. Зависимость энергии от частоты вывел немецкий ученый Макс Планк. Его знаменитая формула выглядит так:
E=h*ν, где:
- E – энергия фотона, Дж;
- ν – частота излучения, Гц;
- h – постоянная планка, приблизительно равная 6,626 −34 кг·м2·с−1 (Дж·с).
Переходя от частоты к длине волны, можно записать формулу Планка в виде E=h*c/λ. Очевидно, что чем короче волна (выше частота), тем выше энергия фотона. Наибольшую энергию несет синее и фиолетовое излучение, наименьшую – оранжевое и красное.
Связь длины волны, цвета и энергии сведена в таблицу.
| Цвет | Длина волны, нм | Энергия, эВ |
|---|---|---|
| Красный | 635..770 | 2,82..3,26 |
| Оранжевый | 590..635 | 2,56..2,82 |
| Желтый | 565..590 | 2,48..2,56 |
| Зеленый | 520..565 | 2,19..2,48 |
| Голубой | 500..520 | 2,48..2,56 |
| Синий | 450..500 | 2,56..2,82 |
| Фиолетовый | 380..450 | 2,82..3,26 |
Заключение
Свойства света изучаются уже несколько веков. Науке, казалось бы, известно об этом физическом явлении, все. На самом деле, световое излучение таит в себе еще немало неизведанного, задач и вызовов хватит не на одно поколение ученых.
Random converter
- Калькуляторы
- Магнитостатика, магнетизм и электродинамика
Калькулятор электромагнитного спектра
Калькулятор рассчитывает четыре параметра электромагнитного излучения: частоту, длину волны, энергию фотона и температуру излучающего абсолютно черного тела, для которой кривая излучения имеет максимум на данной частоте или длины волны.
Пример: рассчитать длину волы, энергию фотона и температуру электромагнитного излучения для частоты 450 ТГц.
Частота
f
Длина волны
λ
Энергия фотона
E
Температура абсолютно черного тела
T К
Поделиться ссылкой на этот калькулятор, включая входные параметры
Класс излучения:
Тип излучения:
Определения и формулы
Частота и длина волны
Электромагнитное излучение представляет собой поток энергии в форме периодических колебаний электрического и магнитного полей, которые могут распространяться в вакууме со скоростью света, а также в любой прозрачной для них среде со скоростью меньше скорости света. Для таких периодических волн частота f обратно пропорциональна длине волны λ:
Здесь v — фазовая скорость волны в среде. Отметим, что если среда преломляет свет, например это может быть оптическое стекло, то скорость распространения волн зависит от частоты и, следовательно, зависимость длины волны от частоты не совсем обратно пропорциональна. В вакууме v = c (c — скорость света) и это выражение становится таким:
Эта формула используется в данном калькуляторе.
Энергия фотона
Количество энергии, переносимое одиночным фотоном, прямо пропорционально его частоте и обратно пропорционально его длине волны. Чем выше частота фотона, тем выше его энергия и, соответственно, чем выше энергия фотона, тем больше его частота. Энергия фотона зависит только от его частоты или длины волны. Интенсивность излучения не влияет на энергию фотонов. Соотношение между энергией фотона E и его длиной волны λ или частотой f определяется следующими выражениями, которые используются в нашем калькуляторе:
Здесь h = 6,62607015·10-34 Дж·с — постоянная Планка и c — скорость света в вакууме. Поскольку и c, и h — константы, энергия фотона обратно пропорциональна длине волны и прямо пропорциональна частоте.
Энергия фотона измеряется в любых единицах энергии, например, в джоулях или электронвольтах (эВ) и их производных. 1 эВ равен 1,602176565·10⁻¹⁹ Дж.
Температура абсолютно черного тела
Излучение абсолютно черного тела
Абсолютно черное тело представляет собой идеализированное физическое тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение. Чтобы оставаться в термодинамическом равновесии, оно должно излучать столько же энергии, сколько было поглощено. Энергия, поглощенная абсолютно черным телом, переизлучается в широком спектре и называется излучением абсолютно черного тела.
Абсолютно черные тела так важны в физике в связи с тем, что они не отражают падающее на них излучение; они только излучают, как и все остальные тела. Спектральный состав излучения горячих тел зависит от их температуры. При комнатной температуре пик их излучения обычно находится в инфракрасной (тепловой) области. Наше тело при нормальной температуре 310 К (37 °С) излучает только в инфракрасной области спектра. Спектр излучения более горячих тел сдвинут в область более высоких частот, в видимую область спектра. Такие тела начинают светиться красным цветом, который постепенно, при повышении температуры, переходит в белый цвет.
Звезды часто рассматривают в астрономии как абсолютно черные тела. Температура звезды может быть определена по частоте максимума спектра ее излучения. Звезды, которые имеют более высокую температуру по сравнению с нашей ближайшей звездой — Солнцем, излучают, в основном, в синей и фиолетовой областях спектра, то есть их излучение более высокочастотное по сравнению с излучением Солнца. Звезды холоднее Солнца излучают, в основном, в инфракрасном диапазоне спектра. Это означает, что их излучение более низкочастотное. Температура поверхности Солнца около 6000 К и оно излучает с максимумом в видимой области спектра.
В этом конвертере мы рассчитываем температуру по закону смещения Вина, который утверждает, что длина волны излучения с максимальной интенсивностью fmax абсолютно черного тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре (T) или частота излучения с максимальной интенсивностью линейно увеличивается при изменении абсолютной температуры:
или
где c — скорость света в вакууме и b = 2,8977729·10-3 м·K — коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Вина.
Радиоволны
Крайне низкие частоты, КНЧ
Очень низкие частоты, ОНЧ
Радиоволны — СВЧ-излучение
Очень высокие частоты, ОВЧ
Ультравысокие частоты, УВЧ
Сверхвысокие частоты, СВЧ
Крайне высокие частоты, КВЧ
Инфракрасное излучение
Дальний инфракрасный диапазон, FIR гипервысокие частоты, ГВЧ
Длинноволновый инфракрасный диапазон, LWIR
Средний инфракрасный диапазон, MIR
Коротковолновый инфракрасный диапазон, SWIR
Ближний инфракрасный диапазон, NIR
Видимый свет
Ультрафиолетовое излучение
Ближний ультрафиолетовый диапазон
Средний ультрафиолетовый диапазон
Дальний ультрафиолетовый диапазон
Ионизирующее излучение
Экстремальный ультрафиолетовый диапазон
Мягкое рентгеновское излучение
Жесткое рентгеновское излучение
Подробнее о спектрах
Общие сведения
Историческая справка
Определение спектра
Спектры. Физика явлений
Примеры спектров
Акустические спектры
Электромагнитные спектры
Анализ спектров
Спектральный синтез
Некоторые опыты со спектрами
Опыт 1. Разложение солнечного света и калибровка простого самодельного спектрографа
Опыт 2. Разложение света от «белого» светодиода
Опыт 3. Спектр излучения люминесцентной лампы
Опоссумы плохо видят и слышат, но великолепно ощущают запахи
Общие сведения
С точки зрения прирождённых способностей к восприятию информации из окружающей среды, человек довольно-таки жалкое существо. Наше обоняние не идёт ни в какое сравнение с чутьем братьев наших меньших по классу млекопитающих — белые медведи, например, могут учуять запах съестного за полтора километра, а собаки некоторых пород в состоянии взять след четырёхдневной давности. Наш слуховой аппарат не приспособлен к приёму всей полосы акустических колебаний — мы не можем непосредственно слышать переговоры слонов на инфразвуке а в ультразвуковом диапазоне нам недоступны ни разговоры дельфинов, ни сигналы эхолокации летучих мышей.
Еноты способны слышать в ультразвуковом диапазоне до 50–85 кГц и улавливать очень тихие звуки вроде шороха земляных червей.
И уж совсем неважно у человечества обстоят дела с восприятием электромагнитных излучений — непосредственно мы ощущаем только лишь малую их часть, которую называем видимым светом. В ходе эволюции человек, как, впрочем, и многие другие млекопитающие, утратил возможности брать инфракрасный след добычи, подобно змеям; или видеть ультрафиолет, подобно насекомым, птицам, рыбам и некоторым млекопитающим.
Хотя человеческое ухо может чувствовать звуковое давление в широком диапазоне от 2·10⁻⁵ Па (порог слышимости) до 20 Па (болевой порог), мы относительно плохо различаем звуки по громкости (недаром шкала мощности акустических колебаний носит логарифмический характер!). Зато природа наделила нас способностью очень точно определять разницу в частотах поступающих акустических сигналов, которая, в свою очередь, сыграла определяющую роль в становлении человека как хозяина планеты. Тут имеется в виду развитие речи и её использование для планирования и организации стайной охоты, защиты от природных врагов или от враждебных групп людей.
Змеи способны улавливать тепловое излучение своей будущей добычи в диапазоне 5–30 микрометров (мкм)
Присваивая некоторым понятиям устойчивую комбинацию звуков, артикулируемых развитым аппаратом голосовых связок, наши предки передавали свои пожелания и мысли окружающим. Анализируя на слух речь окружающих, они, в свою очередь, понимали чужие пожелания и мысли. Координируя усилия своих членов во времени и пространстве, стая первобытных людей превращалась в человеческое сообщество и даже в суперхищника, охотящегося на самого крупного наземного животного — на мамонта.
Люди не могут видеть тепловое излучение как змеи, поэтому они используют термографические камеры
Развившаяся речь использовалась не только для общения внутри группы людей, но и при межвидовом общении с прирученными животными — бордер-колли, например, согласно исследованиям учёных из Университета Британской Колумбии, способны запоминать свыше 30 команд и точно выполнять их чуть ли не с первого раза. Подобными сигнальными системами в зачаточном виде владеют почти все стайные животные независимо от класса и среды обитания. Например, птицы (врановые), так и млекопитающие: волки, гиены, собаки и дельфины, не считая всех видов обезьян, ведущих стайный образ жизни. Но только человек использовал речь как средство передачи информации последующему поколению людей, что способствовало накоплению знаний об окружающем мире.
Птицы семейства врановых обладают весьма высоким интеллектом: хорошей памятью, умением искать пищу и пользоваться для этого различными приспособлениями
Эпохальным событием в становлении человечества в современном виде стало изобретение письменности — иероглифической в древнем Китае и древнем Египте, клинописной в Междуречье (Месопотамии) и буквенной в древней Финикии. Последней европейские народы пользуются до сих пор, хотя, пройдя последовательно через древние Грецию и Рим, начертания финикийских букв — своеобразных символов звуков — несколько видоизменились.
Другим эпохальным событием в истории человечества явилось изобретение книгопечатания. Оно позволило широкому кругу людей приобщиться к научным знаниям, бывшим прежде доступными только узкому кругу подвижников и мыслителей. Это не замедлило сказаться на темпах научно-технического прогресса.
Открытия и изобретения, совершённые на протяжении четырёх последних столетий, буквально перевернули нашу жизнь и заложили основы современных технологий передачи и обработки аналоговых и цифровых сигналов. Этому в немалой степени способствовало развитие математической мысли — разработанные разделы математического анализа, теории поля и многое другое давали в руки учёных и инженеров мощный инструмент для прогнозов, исследований и расчётов технических устройств и установок для физических экспериментов. Одним из таких инструментов стал спектральный анализ физических сигналов и величин.
Спектр звука скрипки, нота соль второй октавы (G5); спектр четко показывает, что звук скрипки состоит из основной частоты около 784 Гц и ряда обертонов с уменьшающейся с ростом частоты амплитудой; если обертоны вырезать, оставив только звук основной частоты, то звук скрипки превратится в звук камертона или генератора синусоидальной частоты
Download the sound
Открытие возможности переноса спектра акустических колебаний в область более высоких частот электромагнитных колебаний (модуляция) и его обратное преобразование (демодуляция) дало мощный толчок к созданию и развитию новых отраслей индустрии: техники связи (в том числе и мобильной связи), коммерческого и прикладного радиовещания и телевидения.
Совершенно естественно, военные не могли пропустить такую великолепную возможность для повышения обороноспособности своих стран. Появились новые способы обнаружения воздушных и морских целей задолго до их приближения, основанные на радиолокации. Управление сухопутными войсками, воздушными силами и флотом по радио повысило эффективность проведения боевых операций в целом. Ныне трудно представить себе современную армию, не оснащённую радиолокационными (радарными) установками, средствами связи, радио- и радиотехнической разведки и средствами радиоэлектронной борьбы (РЭБ).
Историческая справка
Исторически понятие спектр было введено выдающимся английским физиком сэром Исааком Ньютоном в ходе опытов по разложению белого света на составляющие с помощью треугольной оптической призмы. Результаты опытов были им изложены в фундаментальном труде «Оптика», вышедшим в 1704 году. Хотя задолго до того, как Ньютон ввёл в научный обиход термин «спектр», человечеству было известно его проявление в виде всем знакомой радуги.
Слева направо: Исаак Ньютон, Джеймс Максвелл, Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен. Источник: Википедия
В дальнейшем, по мере развития теории электромагнетизма, это понятие было распространено на весь диапазон электромагнитных излучений. Помимо понятия спектра колебаний, где параметром выступает частота, и которое широко используется в радиотехнике и акустике, в физике существует понятие энергетического спектра (например, элементарных частиц), где параметром выступает энергия этих частиц, получаемых в ходе ядерных реакций или иным способом.
Другим примером энергетического спектра являются распределения по состояниям (кинетическим энергиям) молекул газа для различных условий, называемые статистиками или распределением Максвелла-Больцмана, Бозе-Эйнштейна или Ферми-Дирака.
Пионерами изучения спектров пламени, окрашенного парами металлических солей, были немецкие физик Густав Роберт Кирхгоф и химик Роберт Вильгельм Бунзен. Спектральный анализ оказался мощным инструментом исследования природы и физики оптических явлений, связанных с поглощением и излучением света. Ещё в 1814 году немецкий физик Йозеф Фраунгофер обнаружил и описал свыше 500 тёмных линий в спектре солнечного света, но не смог объяснить природу их возникновения. Сейчас эти линии поглощения носят название линий Фраунгофера.
Слева направо: Йозеф Фраунгофер, Пьер Жансен, Норман Локьер и Жозеф Фурье. Источник: Википедия
В 1859 году Кирхгоф опубликовал статью «О фраунгоферовых линиях», в которой объяснял причину возникновения фраунгоферовых линий; но главным выводом статьи явилось определение химического состава атмосферы Солнца. Так было доказано наличие в атмосфере Солнца водорода, железа, хрома, кальция, натрия и других элементов. В 1868 году спектрометрическими методами независимо друг от друга французский астроном Пьер Жюль Сезар Жансен и его английский коллега сэр Норман Локьер одновременно обнаружили на спектре Солнца яркую жёлтую линию, не совпадающую ни с одним известным элементом. Так был открыт химический элемент гелий (по имени древнегреческого бога Солнца — Гелиос).
Математической основой при изучении спектров колебаний и спектров вообще стали ряды и интегралы Фурье, названные по имени французского математика Жана Батиста Жозефа Фурье, разработавшего их в ходе исследования теории передачи тепла. Преобразования Фурье являются исключительно мощным инструментом в различных областях науки: астрономии, акустике, радиотехнике и других.
Слева направо: Френсис Астон, Джозеф Томсон и Макс Планк. Источник: Википедия
Исследование спектров, как наблюдаемых величин значений функций состояния некоторой системы, оказалось весьма плодотворным. Основатель квантовой физики немецкий учёный Макс Планк пришёл к идее кванта в ходе работы над теорией спектра абсолютно чёрного тела. Английские физики сэр Джозеф Джон Томсон и Френсис Астон в 1913 году получили доказательства существования изотопов атомов, изучая массовые спектры, а в 1919 году, с помощью первого построенного им масс-спектрометра, Астону удалось открыть два стабильных изотопа неона Ne, которые стали первыми из 213 изотопов различных атомов, открытых этим учёным.
С середины прошлого столетия из-за бурного развития радиоэлектроники широкое распространение в различных науках получили радиоспектроскопические методы исследований: в первую очередь ядерного магнитного резонанса (ЯМР), электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), ферромагнитного резонанса (ФР), антиферромагнитного резонанса (АФР) и другие.
Определение спектра
Спектром в физике называют распределение значений физической величины (энергии, частоты или массы), заданной графическим, аналитическим или табличным способом. Чаще всего под спектром подразумевают электромагнитный спектр — распределение энергии или мощности электромагнитного излучения по частотам или по длинам волн.
Непрерывный спектр лампы накаливания мощностью 60 Вт
Величиной, характеризующей сигнал, излучение или временную последовательность, является спектральная плотность мощности или энергии. Она показывает как мощность или энергия сигнала распределяется по частоте. Когда измеряются сигналы, содержащие различные частотные компоненты, мощность компонентов сигнала различной частоты будет разной. Поэтому график спектральной плотности является графиком зависимости мощности от частоты. Спектральная плотность мощности обычно выражается в ваттах на герц (Вт/Гц) или в децибел-милливаттах на герц (дБм/Гц). В общем случае, спектральная плотность мощности показывает при каких частотах изменения сигнала сильные и при каких они небольшие Это бывает полезно дальнейшем анализе различных процессов.
По характеру распределения значений физической величины спектры бывают дискретными (линейчатыми), непрерывными (сплошными), а также могут представлять собой комбинацию дискретных и непрерывных спектров.
Спектр компактной люминесцентной лампы с цветовой температурой 4100 K
Примером линейчатых спектров могут служить спектры электронных переходов атомов из возбуждённого состояния в нормальное. Примером непрерывных спектров — спектр электромагнитного излучения нагретого твёрдого тела, а примером комбинированного спектра — спектры излучения звёзд и флуоресцентных ламп. На непрерывный спектр нагретой фотосферы звезды накладываются хромосферные линии излучения и поглощения атомов, входящих в состав хромосферы звезды.
Спектры. Физика явлений
Примеры спектров
Линии поглощения в солнечном спектре
В физике также различают эмиссионные спектры (спектры излучения), адсорбционные спектры (спектры поглощения) и спектры отражения (рэлеевское рассеивание). Отдельно рассматривают комбинационное рассеивание света (эффект Рамана), связанное с неупругим рассеянием оптического излучения и приводящее к заметному изменению частоты (или, что то же самое, длины волны) отражённого света. Рамановская спектроскопия является эффективным методом химического анализа, изучения состава и строения материалов, находящихся как в твёрдой фазе, так и жидких и газообразных фазах исследуемого вещества.
В показанном на этом рисунке спектре камертона видно, что сразу после удара в звуке, кроме основной гармоники (440 Гц) присутствуют вторая (880 Гц) и третья (1320 Гц) гармоники, которые быстро затухают и в дальнейшем слышна только основная гармоника. Звук можно послушать, если нажать на кнопку воспроизведения проигрывателя
Download the sound
Как указывалось выше, эмиссионные спектры обусловлены переходом, в первую очередь, электронов внешних оболочек атомов, находящихся в возбуждённом состоянии, при которых электроны этих оболочек возвращаются на более низкие энергетические уровни, соответствующие нормальному состоянию атома. При этом происходит излучение кванта света определённой частоты (длины волны), а в спектре излучения появляются характерные линии.
При адсорбционном поглощении задействуется обратный механизм — захватывая кванты излучения определённой частоты, электроны внешних оболочек атомов переходят на более высокий энергетический уровень. При этом в спектре поглощения появляются соответствующие характерные затемнённые линии.
При рэлеевском рассеивании (упругое рассеивание), которое вполне может описываться и не квантовой механикой, происходит поглощение и переизлучение квантов света одновременно, что совершенно не меняет спектр падающего и отраженного излучений.
Акустические спектры
Особую роль в науке о звуке — акустики — играют акустические спектры. Анализ таких спектров даёт представление о частотном и динамическом диапазоне акустического сигнала, что весьма важно для технических приложений.
Например, для уверенной передачи человеческого голоса в телефонии достаточно передачи звуков в полосе 300–3000 Гц. Именно поэтому в телефоне голоса знакомых звучат несколько иначе, чем в жизни.
Изобретение ультразвукового свистка приписывается английскому учёному и путешественнику Френсису Гальтону, во всяком случае, именно он первым применил его для психометрических исследований.
Звуки вообще, особенно ритмические и гармонические, оказывают мощное психоэмоциональное воздействие. Даже шумоподобные акустические сигналы оказывают воздействие — в акустике применяются понятия «белого» и «розового» шума и шумов «другого цвета». Спектральная плотность белого шума равномерна во всём диапазоне частот, розовый шум, равно как и другие «цветовые» шумы, отличается от белого шума амплитудно-частотной спектральной характеристикой.
Ну и уж совсем не могли обойти вниманием акустические спектры современные рыцари «плаща и кинжала». Вначале они использовали тривиальный перехват телефонных переговоров. В результате, с развитием радиотехники, начали применяться методы скремблирования (шифрования и кодировки) акустических сигналов по определённым математическим алгоритмам с целью затруднения их перехвата. В связи с увеличением производительной вычислительной мощности как стационарных, так и портативных компьютерных устройств, ныне старые методы шифрования акустического сигнала уходят в небытие, подменяясь более современными математическими методами шифрования.
Электромагнитные спектры
Исследование электромагнитных спектров дало в руки радиоастрономов изумительный инструмент для анализа физических величин. Они уловили отзвуки Большого взрыва, положившего начало нашей Вселенной, в виде реликтового излучения и уточнили поведение звёзд, располагающихся на главной последовательности. Классификация звёзд ведётся по спектру и, слава богу, наше светило — жёлтый карлик Солнце класса G (G2V) — обладает довольно-таки мирным характером, не считая некоторых периодов активности. По мере развития чувствительности приборов, ныне астрофизики и даже астробиологи способны сделать выводы о существовании за пределами нашей солнечной системы планет, подобных нашей Земле, с возможными вариантами существования на них жизни.
Широкое распространение нашло применение анализа спектров в медицине, химии и других смежных науках. Нас не удивляют обработанные компьютером изображения плода в теле беременной женщины, мы привыкли к МРТ-обследованию, и даже нас не страшат операции на сосудах человеческого организма, визуализация которых основана на анализе спектра ультразвуковых излучений.
Химики с помощью спектральных методов анализа могут не только составить представление о сложных химических соединениях, но и рассчитать пространственное расположение атомов в молекулах.
И, как всегда, электромагнитные спектры в радиочастотном и оптическом диапазоне не ускользнули от пристального внимания военных специалистов. На основе их анализа военные разведчики составляют не только представление о противодействующей группировке войск противника, но и способны определить начало атомного Армагеддона.
Импульсные радиолокационные станции AN/FPS-27A дальнего обнаружения ПВО США и других стран находилась в эксплуатации с начала 60-х до конца восьмидесятых годов прошлого века; такие станции могли определять азимут, высоту цели и дальность до нее на расстоянии до 410 км.
Анализ спектров
Как было показано выше, спектральный анализ, особенно в радиочастотном и оптическом диапазоне, является мощнейшим средством получения информации о физических и информационных сущностях объектов — совершенно неважно, касаются они действительно реальных физических объектов или представляют собой эфемерные спектры общественного мнения, полученные с помощью опросов. Современный физический спектральный анализ основан на сравнении сигнатур — своеобразных цифровых спектральных подписях объектов.
По мере развития методов радиолокации, военные специалисты на основе анализа спектра отражённых сигналов способны не только обнаружить воздушную цель и определить её азимут и угол места. По времени задержки прихода отражённого сигнала относительно импульса излучения возможно определение расстояния до цели. На основе эффекта Доплера можно рассчитать скорость её движения и по сигнатурам (спектрам) отражённых сигналов даже определить её тип.
Впрочем, точно такие же методы применяются и в гражданской авиации. Отличный ресурс flightradar24.com позволяет почти в режиме реального времени отслеживать полёты самолётов, выдавая массу сопутствующей информации, как-то: курс самолёта и его тип, высоту и скорость полёта; время взлета и расчётное время прибытия; сколько осталось ещё лететь и даже имя и фамилию командира воздушного судна. Средствами компьютерной графики этот ресурс выдаёт трек рейса, а при увеличении масштаба можно даже увидеть взлёт и посадку рейса в соответствующие моменты.
Специалисты радиотехнической разведки, на основе тонкого анализа спектра излучений берутся даже за определение принадлежности обнаруженных радиотехнических средств соответствующим подразделениям противника.
Радиопрозрачные купола антенн систем наблюдения за воздушным пространством на высоте 1300 м над уровнем моря на горе Бедене-Кыр на верхнем плато Ай-Петри в Крыму (Россия)
Спектральный синтез
В основе спектрального синтеза сигналов лежит гармонический анализ французского математика Фурье и теорема русского ученого в области радиотехники Котельникова, которая, к сожалению, носит в англоязычной технической литературе иное название — теорема Найквиста-Шеннона. Гармонический анализ предполагает возможность реализации сколь угодно сложного сигнала с достаточной степенью верности конечным набором гармонических составляющих с различными параметрами. Не вдаваясь в особенности подачи математического материала, теорема Котельникова гласит, что для воспроизведения гармонического сигнала достаточно выборок из этого сигнала с удвоенной частотой.
Увеличенное изображение экрана кинескопа
В телевидении и компьютерной технике для реализации сигналов, формирующих изображение на экранах телевизоров и дисплеев, широко применяется метод синтеза цветного изображения на основе генерации трёх основных цветов (красного, зелёного и синего) и их последующего смешивания. За счёт изменения интенсивности того или иного основного цвета и их соотношений получаются изображения с высокой верностью цветопередачи.
Самодельный спектрограф из картонной трубки и сегмента компакт-диска
Синтез сигналов — читай синтез спектров — стал основой современной компьютерной криптографии, создания современной музыки и даже эмуляции реальных излучающих объектов виртуальными аналогами, вводящими в заблуждение системы обнаружения противника, применяющихся в современных средствах радиоэлектронной борьбы (РЭБ).
Ныне методы передачи сигналов по закрытым каналам связи тесно переплетаются с методами передачи шумоподобных сигналов, имеющими высокую степень защищённости от помех.
Их перечисление не входит в задачу этой статьи, тем не менее, должны Вас уверить, что, пользуясь мобильной связью, Вы в полной мере используете преобразования спектра акустического сигнала согласно определённым математическим алгоритмам с высокой степенью защиты от дешифрации.
Калибровка самодельного спектрографа
Некоторые опыты со спектрами
В заключение выполним несколько опытов с оптическими спектрами.
Опыт 1. Разложение солнечного света и калибровка простого самодельного спектрографа
При наличии треугольной оптической призмы или старого ненужного CD или DVD-диска можно повторить опыт сэра Исаака Ньютона по разложению солнечного света. Мы воспользуемся CD-диском, так как это проще. Еще нужна диафрагма на входе в наш спектрограф и трубка из непрозрачного материала, например, картона. Для изготовления диафрагмы достаточно прорезать в пластинке из любого оптически непрозрачного материала щель ножом или скальпелем, к которой потом приклеить пару лезвий. Эта щель будет играть роль коллиматора. Прикрепляем пластинку со щелью к картонной трубке длиной приблизительно 20 см. Полученный после коллиматора параллельный пучок солнечного света или иного источника света надо направить на кусок диска, который прикрепляем на другом конце трубки под углом 60—80° к лучу света из щели (подбирается экспериментально). Второй торец закрываем крышкой. Чтобы рассматривать или фотографировать спектр, нужно в трубке прорезать отверстие, как показано на снимке. Все, наш спектрограф готов. Мы можем наблюдать и фотографировать цветную полоску непрерывного спектра солнечного света с плавными переходами между цветами от фиолетового до красного. На спектре хорошо заметны темные фраунгоферовы линии поглощения.
Спектр белого светодиода
Для калибровки нашего простейшего спектрографа воспользуемся тремя лазерными указками — красной, зеленой и фиолетовой с длинами волн соответственно 670, 532 и 405 нм.
Опыт 2. Разложение света от «белого» светодиода
Заменим источник естественного света. В качестве замены используем светодиод с мощностью излучения 5 Вт с белым свечением. Этот свет чаще всего получается за счёт преобразования излучения синего светодиода покрывающим его люминофором в «теплый» или «холодный» белый свет.
При подаче соответствующего напряжения на выводы светодиода на экране можно наблюдать спектр излучения с характерной неравномерностью интенсивности цветов.
Опыт 3. Спектр излучения люминесцентной лампы
Линейчатый спектр люминесцентной лампы
Посмотрим как выглядит спектр компактной люминесцентной лампы с нормированной цветовой температурой 4100 K. Наблюдаем линейчатый спектр.
Unit Converter articles were edited and illustrated by Анатолий Золотков
