光：定義、性質、出典、使用および法律
光は、地球上のすべての生物が必要とする非常に重要なエネルギーです。 地球上の生命の光がなければ、それが完全に実行されることは確かではありません。 すべての生物は、直接的または間接的に光の存在に依存しています。
植物は光合成材料として光を必要とします。植物が光を受け取らないと、植物は光合成のプロセスを実行しないため、酸素を放出できません。
間違いなく、人間も光の存在に大きく依存しています。 光がなければ、私たちは何もできません。たとえば、私たちの目は正常ですが、見るプロセスですが、光がない場合、私たちは見ることができません。 光の役割は生物にとって非常に重要であるため、この論文では光の物理について説明します。
光の定義
光は、約380〜750nmの波長で目に見える電磁波エネルギーの一種です。 物理学では、光は可視または不可視の波長を持つ電磁放射です。 また、光はフォトンパケットと呼ばれる粒子です。
これらの定義は両方とも、一緒に表示される光の特性は「波動粒子の二元論」と呼ばれるというものです。 スペクトルと呼ばれる光のパッケージは、視覚によって色として視覚的に認識されます。 光学として知られている光の研究分野は、現代物理学の重要な研究分野です。
専門家によると光を理解する
この研究は、次のような光学量を研究する光光学の古典的な時代の出現から始まりました。
- 強度、
- 周波数または波長、
- 光の偏光と位相。
- 光の特性とその周囲との相互作用は、反射や屈折などの幾何学的近軸アプローチを使用して実行され、物理的アプローチの光学的特性は次のとおりです。
- 外乱、
- 回折、
- 分散、
- 分極。
それぞれの古典的な光学研究は、幾何光学en：幾何光学および物理光学en：物理光学と呼ばれます。
古典的な光学のピークでは、光は電磁波として定義され、一連の発見を引き起こし、 陰極線の発見に関するマイケルファラデーによる1838年以来、1859年に黒質量放射の理論を用いたアイデア 沿って グスタフ・キルヒホフ、1877年ルートヴィッヒ・ボルツマン
物理システムのエネルギー状態は離散的である可能性があると述べた、マックスによる黒質量放射の理論のモデルとしての量子論 1899年のプランクは、放射と吸収されたエネルギーをエネルギーEと呼ばれるいくつかの個別の要素に分割できるという仮説を立てました。 .1905年、 アルバート・アインシュタインは、電子を軌道から飛び出させるために原子を照らす光である光電効果を実験しました。 1924年に ルイ・ド・ブロイ 電子は波動粒子の二重性の理論を開拓するために、波動粒子の二重性の特性を持っていることを実証しました。
アルバート・アインシュタイン その後、1926年に光電効果に基づいて仮定を立てました。その光は同じ双対特性を持つ光子と呼ばれる量子で構成されています。
アルバート・アインシュタインとマックス・プランクの作品は、それぞれ1921年と1918年にノーベル賞を受賞し、開発中の量子力学の理論の基礎を形成しました。 ヴェルナー・ハイゼンベルク、ニールス・ボーア、エルヴィン・シュレーディンガー、マックス・ボルン、ジョン・フォン・ノイマン、ポール・ディラック、ヴォルフガング・パウリ、ダフィット・ヒルベルト、ロイを含む多くの科学者による J。 グラウバー他。
この時代は現代の光学の時代と呼ばれ、光は横電磁波と光子と呼ばれる粒子の流れの二元論として定義されています。 1960年にビームメーザーとレーザービームが発明され、1953年にさらなる開発が行われました。 現代の光学の時代は必ずしも古典的な光学の時代を終わらせたわけではありませんが、他の特性、すなわち光の拡散と散乱を導入しました。
光の性質
光には特定の特性があります。 光の性質には、人生に多くの利点があります。つまり、次のとおりです。
光は直線的に伝播します
暗闇の中を歩くときは、懐中電灯が必要です。 懐中電灯をつけるとき、懐中電灯から出る光の方向は何ですか？ 懐中電灯からの光は直進します。 光が直進するというのは本当ですか？ 次のアクティビティを実行することで、この光の特性を証明できます。 それらが発光するかどうかに基づいて、オブジェクトは光源と暗いオブジェクトにグループ化されます。 光源オブジェクトは発光する可能性があります。 光源の例としては、太陽、ランプ、炎があります。 一方、暗い物体は発光できません。 暗いオブジェクトの例は、石、木、紙です。
光を透過できるかどうかで、オブジェクトは不透明オブジェクトと半透明オブジェクトに分けられます。 不透明なオブジェクトは、それに当たる光を透過できません。 光にさらされると、このオブジェクトは影を形成します。 不透明なオブジェクトの例としては、紙、段ボール、合板、木、壁などがあります。 一方、半透明のオブジェクトは、それらに当たる光を通過させることができます。 半透明のオブジェクトの例はガラスです。
反射光
光の反射には、拡散反射（拡散反射）と鏡面反射の2種類があります。r. 拡散反射は、光が粗い表面または凹凸のある表面に当たると発生します。 この反射では、反射光の方向が不規則になります。 一方、鏡面反射は、光が平らで滑らかで光沢のある表面に当たると発生します。 ミラーなど、これらのプロパティを持つサーフェス。 この反射では、反射光は規則的な方向を向いています。
鏡は光を反射する物体です。 表面の形状に基づいて、平面鏡と球面鏡があります。
光の屈折
光が密度の異なる2つの物質を通過すると、光は曲がります。 別の伝搬媒体を通過した後の光の伝搬方向の曲がりは、 屈折.
光が密度の低い物質から密度の高い物質に移動すると、光は法線の近くで屈折します。 たとえば、光は空気から水に移動します。 一方、光が密度の高い物質から密度の低い物質に移動すると、光は法線から離れて屈折します。 たとえば、光は水から空気へと移動します。
日常生活でよく遭遇する光の屈折。 たとえば、池の底は実際の深さよりも浅く見えます。 屈折の症状は、水で満たされたガラスに置かれた鉛筆でも見ることができます。 鉛筆が壊れて見えます。
分解可能な光
虹は、光の分解イベント（分散）によって発生します。 分散とは、白色光をさまざまな色の光に分解することです。 私たちが見る日光は白いです。 しかし、実際には太陽光は多くの色の光で構成されています。 日光は雲の中の水滴によって分解され、虹色を形成します。
光の伝播
光は、気体、ほとんどの液体、および一部の固体材料を通過します。 光は真空中を移動することもできます。 星などの天体は地球からの光で見ることができるので、この現象を知っています。
光の波が物体に当たって浸透するとき、その材料は透明または透明な材料と呼ばれます。
光の波が物質に当たって浸透するが、光が散乱する場合、その物質は半透明の物質と呼ばれます。 しかし、私たちはこの資料を通してはっきりと見ることはできません。 光の波がマテリアルに当たり、透過せずに反射する場合、そのオブジェクトは不透明または鈍いと呼ばれます。
光が物体に当たると、光の一部が反射されます。 平らで滑らかな表面での反射は定期的に発生します。
鏡を見てみてください。 あなたの顔からの光はあなたの顔のように規則的な形で鏡によって反射されているように見えます。
この定期的な光の反射は、穏やかな表面を持つ湖の端でも見ることができます。 湖の周りの木々は水にはっきりと映っています。
光源
- 熱放射（黒体放射）。
- 電球。
- 固体粒子は高温で光ります（火を参照）。
- 原子スペクトル放射。
- レーザーとメーザー。
- 発光ダイオード。
- ガス灯（蛍光灯、水銀灯など）。
- ガスからの火災。
- 帯電した自由粒子（通常は電子）の加速。
- サイクロトロン放射。
- 制動放射。
- チェレンコフ放射。
- 化学発光。
- 蛍光。
- リン光。
- ブラウン管。
- 生物発光。
- ソノルミネッセンス。
- 摩擦発光。
- 放射性崩壊。
- 粒子-反粒子消滅。
- 太陽。
- 星。
- 火。
- 電灯。
- 懐中電灯をオンにします。
- キャンドルが灯されました。
- オートバイのライト
- 車のライト。
- 閃光。
光の利用
光エネルギーを使用するいくつかの方法があります、すなわち：
室内暖房
部屋を暖めるために太陽熱エネルギーを使用するためのいくつかの技術があります、すなわち：
- 窓
これは、太陽熱エネルギーを使用する最も簡単な加熱技術です。 太陽熱を外部から建物に伝達するために壁に穴を開けるだけです。 ガラスのない直接窓があり、ガラスを使用しているものもあります。 最適な熱を得るために、二重窓が窓に取り付けられています。 通常、四季のある地域では、建物の壁がガラスに置き換えられ、冬に太陽が自由に輝き、部屋を暖めることができます。
- トロンブ壁（トロンブ壁)
トロンブ壁は、その外側に空気で満たされた狭い空間がある壁です。 狭い部屋の外壁は通常ガラスです。 この壁は、その発明者であるフランス国民のフェリックス・トロンベにちなんで名付けられました。
動作原理は、この屋外の表面が日光によって加熱され、次に熱がゆっくりと狭い部屋に伝達されることです。 さらに、狭い部屋の熱はトロンブ壁のエアダクトを通って建物に伝わります。
サンストーブ
ソーラークッカーの動作原理は、太陽から受け取った熱を、 大きな球面鏡で大量の熱が得られ、石油や薪ストーブの熱を置き換えることができます。 燃やす。
農産物の乾燥
これは通常、熱帯の村の農民が暑い太陽の下で作物を乾燥させることによって行われます。 この方法は、作物を乾燥させるためにお金を使う必要がないため、農家にとって非常に有益です。 乾燥するためにお金を使わなければならない四季の国の農民とは異なり 化石燃料を使用するオーブンまたは使用するオーブンを使用して結果を収穫する 電気。
給湯
お湯の供給は、入浴と病院や診療所での消毒ツールの両方のために、コミュニティによって非常に必要とされています。 温水の供給は、いつでも利用可能でなければならず、通常、化石エネルギーまたは電気エネルギーを加熱するために使用されるため、多大なコストがかかります。 ただし、太陽熱温水器を使用することで、水を加熱するので問題ありません。 これは、コレクターを使用して太陽熱を吸収することによって行われるため、材料費は必要ありません 燃やす。
発電
太陽光発電所のコンセプトはシンプルで、太陽光を電気エネルギーに変換します。 日光は天然資源からのエネルギーの一形態です。 この太陽天然資源は、太陽電池を介して通信衛星に電力を供給するために広く使用されています。 この太陽電池は、回転部品がなく、燃料を必要とせずに、太陽から直接取得した無制限の量の電気エネルギーを生成できます。 そのため、太陽電池システムはクリーンで環境に優しいとよく言われます。
光の反射の法則
次のように読む光の反射の法則（スネリウス）。
- 入射光線、法線、および反射光線は同じ平面にあります。
- 入射角は反射角と同じです。
- ミラーに垂直な光線は反射されます。
反射光の方向または光を反射する物体の表面の形状に関して、監視には2つのタイプがあります。
- 通常の反射（鏡面反射）
定期的なバウンス は、入射光線が滑らかな表面または平らな表面に当たったときに発生する反射です。 通常の反射では、光は一方向に反射されます。
- 拡散反射または拡散反射
拡散反射または拡散モニタリング は、入射光線が粗い表面または凹凸のある表面に当たるために発生する、すべての方向への光の反射です。
- フラットミラーでの反射
平面鏡の画像の特徴は次のとおりです。
- マヤ
- 同じサイズ（倍率= 1）
- 直立しているが、左右逆さま
- 物体から鏡までの距離は、画像から鏡までの距離と同じです（s = s '）
- 球面鏡での反射
球面鏡によって形成された画像を説明するには、球面鏡上の特殊光線の形で助けが必要です。 球面鏡には3つの特別な光線があります。
- 入射光線は主軸に平行であり、ミラーの焦点を通して反射されます。
- 光線はミラーの焦点を通り、主軸に平行に反射されます。
- 入射光線はミラーの曲率点を通過し、ミラーの曲率点を反射して入射光線と一致します
光速
光の速度は、真空中の光の速度です。 光の速度は文字cで示される物理定数であり、celeritasの略語はラテン語で「速度」を意味します。 これは物理学において非常に重要な定数であり、毎秒299,792,458メートルの価値があります。 メーターの長さは一定の光速によって定義されるため、この値は正確な値です。
この速度は、宇宙のあらゆる形態のエネルギー、物質、および情報が移動できる最大速度です。 この速度は、すべての質量のない粒子の速度であり、真空中の電磁放射を含む物理学の分野です。 この速度はまた、重力波の速度である重力速度の現代の理論に準拠しています。
粒子または波は、運動源や観測者の慣性座標系に関係なく、速度cで移動します。 相対性理論では、cは時空と絡み合っています。 この定数は、質量エネルギー等価物理方程式E =にも現れます。 mc2.
ガラスや空気などの透明な材料を介して広がる光の速度は、cよりも遅いです。 材料内の光速の速度vcの比率は、材料の屈折率n（n = c / v）と呼ばれます。
たとえば、ガラスの屈折率は一般に約1.5の範囲です。これは、ガラス内の光がc / 1.5 200,000 km / sの速度で移動することを意味します。 可視光に対する空気の屈折率は約1,0003であるため、空気中の光の速度はcよりも約90 km / s遅くなります。
高速で動いても、光が止まらないわけではありません。 科学者たちは、量子物理学の原理を使用して、光速を1分間停止することに成功しました。 以前は1999年に、光を毎秒17メートルまで減速することができました。 これは、量子通信の開発に進歩をもたらすことができます。
多くの点で、光は直接かつ瞬時に移動すると考えることができますが、非常に長い距離では、光の制限速度が観測に影響を与えます。 宇宙船との通信では、宇宙船から送信されたメッセージが地球に受信されるまでに数分から数時間かかる場合があります。
私たちが空に見る星の光は、昨年放出された光から来ています。 これにより、非常に遠い物体を見て、宇宙の歴史を研究することができます。 光の速度が制限されると、コンピューターの最大速度も制限されるため、コンピューター内の1つのチップから別のチップに情報を送信する必要があります。
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