CORPURI LUMINOASE: CARACTERISTICI ȘI MODUL ÎN CARE GENEREAZĂ PROPRIA LOR LUMINĂ - FIZIC - 2025

Un corp luminos este numit orice obiect natural sau nefiresc care emite propria sa lumină, aceasta fiind partea din spectrul electromagnetic vizibil de ochii umani. Opusul unui obiect luminos este unul non-luminos.

Obiectele non-luminoase sunt vizibile, deoarece sunt iluminate de lumina emisă de obiecte luminoase. Corpurile non-luminoase sunt denumite și corpuri iluminate, deși nu sunt întotdeauna în acea stare.

Soarele, un corp luminos care luminează cerul și marea. Sursa: pixabay

Obiectele luminoase sunt surse primare de lumină de când îl emit, în timp ce obiectele non-luminoase sunt surse secundare de lumină, deoarece reflectă cea produsă de primul.

Exemple de corpuri luminoase și non-luminoase

Obiecte luminoase

Există obiecte în natură capabile să emită lumină. Acestea includ:

- Soare.

- Stelele.

- Insecte luminiscente, cum ar fi licuricii și altele.

- Razele.

- Aurora borealis sau lumini de nord.

Următoarele sunt obiecte luminoase create de om:

- lămpi sau becuri incandescente.

- Flacăra unei lumânări.

- Lampă fluorescentă.

- Lumini cu leduri.

- Ecranul unui telefon mobil.

Obiecte nelimitate

În natură există multe obiecte care nu emit lumină de la sine, dar pot fi iluminate:

- Luna, care reflectă lumina soarelui.

- Planetele și sateliții lor, care reflectă și lumina solară.

- Copacii, munții, animalele reflectă lumina cerului și a Soarelui.

- Cerul albastru și norii. Sunt vizibile datorită împrăștierii luminii solare.

Bulbul corpului luminos artificial care ne luminează nopțile. Sursa: pixabay

Caracteristicile corpurilor luminoase și ale luminii lor

Principala caracteristică a corpurilor luminoase este că lumina cu care le putem vedea este produsă de obiectul însuși.

Putem vedea oameni și obiecte datorită luminii emise de corpurile luminoase, fie ele naturale sau artificiale. Și și pentru că natura ne-a înzestrat cu organele vederii.

În absența corpurilor luminoase este imposibil să vedem tot ce ne înconjoară. Dacă ați experimentat vreodată întuneric total, atunci cunoașteți importanța corpurilor luminoase.

Adică, fără lumină nu există viziune. Viziunea umană și animală este interacțiunea dintre lumina emisă de corpurile luminoase și cea reflectată de corpurile non-luminoase cu senzorii noștri de lumină din ochi și creierul nostru, unde imaginea este în sfârșit construită și interpretată.

Viziunea este posibilă deoarece lumina emisă sau reflectată de obiecte se mișcă prin spațiu și ajunge la ochii noștri.

fotonii

Un foton este cea mai mică cantitate de lumină pe care un corp luminos o poate emite. Fotonii sunt emiți de atomii corpurilor luminoase și reflectați sau împrăștiați de cei care nu sunt luminoși.

Viziunea este posibilă numai atunci când unii dintre acești fotoni, emiși, împrăștiați sau reflectați ajung la ochii noștri, unde produc o excitație electronică la capăturile nervului optic care duc un impuls electric la creier.

Cum generează corpurile luminoase?

Fotonii sunt emiși de atomii corpurilor luminoase atunci când au fost excitați în așa fel încât electronii orbitalelor atomice trec la stări cu energie mai mare, care ulterior se descompun stărilor de energie mai mică cu emisia consecință de fotoni.

Fiecare corp, dacă temperatura este crescută, devine un emițător de lumină. O piesă de metal la temperatura camerei este un corp non-luminos, dar la 1000 de grade Celsius este un corp luminos, deoarece electronii ocupă niveluri mai mari, iar atunci când se descompun la niveluri inferioare, emite fotoni în intervalul spectrului vizibil.

Acest lucru se întâmplă la nivel atomic cu toate corpurile luminoase, fie că este Soarele, flacăra unei lumânări, filamentul unui bec incandescent, atomii de praf fluorescent ai becului cu economie de energie sau atomii diodei LED, care este cel mai recent corp de lumină artificială.

Ceea ce variază de la caz la caz este mecanismul de excitație al electronilor pentru a merge la niveluri atomice cu energie mai mare și apoi a se descompune și emite fotoni.

Tot ce vedem este trecutul

Viziunea nu este instantanee, deoarece lumina călătorește cu o viteză finită. Viteza luminii în aer și în vid este de ordinul a 300 de mii de kilometri pe secundă.

Fotoni de lumină care părăsesc suprafața Soarelui durează 8 minute și 19 secunde pentru a ajunge la ochii noștri. Iar fotonii emisiți de Alpha Centauri, steaua noastră cea mai apropiată, au nevoie de 4,37 de ani pentru a ajunge la ochii noștri dacă privim cerul.

Fotonii pe care îi putem observa cu ochiul liber sau printr-un telescop din galaxia Andromeda, cea mai apropiată de a noastră, au apărut de acolo acum 2,5 milioane de ani.

Chiar și atunci când vedem Luna, vedem o Lună veche, pentru că ceea ce privim este o imagine de acum 1,26 secunde. Iar imaginea jucătorilor unui joc de fotbal pe care îl vedem în tribune la 300 de metri de jucători, este o imagine veche cu o milionime de secundă în trecut.

Dualitatea luminii

Conform celor mai acceptate teorii, lumina este o undă electromagnetică, la fel și undele radio, microundele cu care se gătește alimentele, microundele de la telefoanele mobile, razele X și radiațiile ultraviolete.

Cu toate acestea, lumina este un val, dar este, de asemenea, format din particule numite fotoni, așa cum am spus mai devreme. Lumina are acest dublu comportament, care este cunoscut în fizică ca dualitate undă-particule.

Toată varietatea undelor electromagnetice diferă în lungimea lor de undă. Partea spectrului electromagnetic pe care ochiul uman este capabil să o perceapă se numește spectru vizibil.

Spectrul vizibil corespunde unui domeniu restrâns al spectrului electromagnetic între 0,390 microni și 0,750 microni. Aceasta este dimensiunea caracteristică a unui protozoan (ameba sau parameciul).

Sub spectrul vizibil, în lungime de undă, avem radiații ultraviolete a căror lungime de undă este comparabilă cu dimensiunea moleculelor organice.

Și deasupra spectrului vizibil este radiația infraroșie, a cărei dimensiune este comparabilă cu vârful unui ac. În vârful acestui ac se pot încadra 10 - 100 protozoare, adică 10 - 100 lungimi de undă ale spectrului vizibil.

În schimb, microundele au lungimi de undă între centimetri și metri. Undele radio au lungimi de la sute de metri până la mii de metri. Razele X au lungimi de undă comparabile cu dimensiunea unui atom, în timp ce razele gamma au lungimi de undă comparabile cu nucleul atomic.

Culori și spectru vizibil

Spectrul vizibil include varietatea de culori care se pot distinge într-un curcubeu sau în lumina soarelui împrăștiată pe o prismă de sticlă. Fiecare culoare are o lungime de undă care poate fi exprimată în nanometre, care este de o milionime de milimetru.

Spectrul luminos și lungimile sale de undă în nanometre (nm), de la cea mai mare la cea mai mică, sunt următoarele:

- Roșu. Între 618 și 780 nm.

- Portocale. Între 581 și 618 nm.

- Galben. Între 570 și 581 nm.

- Verde. Între 497 și 570 nm.

- Cyan. Între 476 și 497 nm.

- Albastru. Între 427 și 476 nm.

- Violet. Între 380 și 427 nm.

Corpul negru luminos, energia și impulsul

Lumina are energie și impuls. Fiecare culoare din spectrul vizibil corespunde fotonilor de energie diferită și a momentului sau momentului diferit. Acest lucru a fost cunoscut datorită pionierilor fizicii cuantice precum Max Planck, Albert Einstein și Louis De Broglie.

Max Planck a descoperit că energia luminii vine în pachete sau în quanta, a căror energie E este măsurată în Joules și este egală cu produsul unei constante fundamentale a naturii cunoscută sub numele de constantă a lui Planck, care este notată de litera h și de frecvența f din Hertz.

E = h ∙ f

Această descoperire a fost făcută de Planck pentru a explica spectrul de radiații al unui corp luminos, care emite doar radiații, dar nu reflectă niciunul, cunoscut sub numele de „corpul negru” și al cărui spectru de emisie se modifică în funcție de temperatură.

Constanta lui Planck este h = 6,62 × 10 ^ -34 J * s.

Dar Albert Einstein a afirmat, fără îndoială, că lumina sunt fotoni cu energia dată conform formulei lui Planck, ca singura modalitate de a explica un fenomen cunoscut sub numele de efect fotoelectric, în care un material iluminat cu lumină emite electroni. Pentru această lucrare Einstein a primit premiul Nobel

Dar fotonul, ca orice particulă și în ciuda faptului că nu are masă, are un impuls sau un moment dat de o relație descoperită de Louis De Broglie în cadrul dualității undă-particule a fotonului și a obiectelor cuantice.

Relația de Broglie afirmă că momentul p al fotonului este egal cu coeficientul constantei lui Planck și lungimea de undă λ a fotonului.

P = h / λ

Culoarea roșie are o lungime de undă de 618 × 10 ^ -9 m și o frecvență de 4,9 x 10 ^ 14 Hz, deci energia unui foton este 3,2 × 10 ^ -19J și impulsul său este 1,0 × 10 ^ -27 kg * m / s.

La celălalt capăt al spectrului vizibil este violet cu lungimea de undă de 400 × 10 ^ -9 m și frecvența de 7,5 x 10 ^ 14 Hz, deci energia unui foton este de 4,9 × 10 ^ -19J iar momentul său este de 1,7 × 10 ^ -27 kg * m / s. Din aceste calcule concluzionăm că violeta are mai multă energie și mai mult impuls decât roșul.

Referințe

1. Tippens, P. 2011. Fizică: concepte și aplicații. Ediția a VII-a. Mac Graw Hill. 262-282.
2. Wikipedia. Spectru vizibil. Recuperat de pe wikipedia.com
3. Wikipedia. Spectru electromagnetic. Recuperat de pe wikipedia.com
4. Wikipedia. Sursă de lumină. Recuperat de pe wikipedia.com
5. Wikimanuale. Fizică, optică, natura luminii. Recuperat din: es.wikibooks.org