§ 39. Источники света. Действия света

Определения и обозначения

Источник света — тело или устройство, испускающее видимый свет. Естественные источники возникают без участия человека, например Солнце и молния, а искусственные создаются человеком, например свеча и лампа. Это понятие помогает отличать самостоятельно светящиеся тела от предметов, которые только отражают чужой свет.

Тепловое излучение — свечение нагретого тела, возникающее при повышении его температуры. Чем сильнее нагрет источник, тем ярче обычно его свечение и тем заметнее меняется его цвет. Понятие нужно, чтобы объяснить работу лампы накаливания и свечение раскалённого металла.

Люминесценция — излучение света, не обусловленное нагреванием тела до высокой температуры. Энергия для такого свечения может поступать от электрического тока или другого излучения. Так объясняется свечение светодиодов, экранов и некоторых веществ при обычной температуре.

Световое действие — изменение вещества или превращение энергии, вызываемое поглощением света. Поглощённая энергия может перейти во внутреннюю, химическую или электрическую энергию. Поэтому свет не только позволяет видеть предметы, но и изменяет их состояние.

Как это устроено

Источником света называют тело, которое преобразует внутреннюю или внешнюю энергию в энергию светового излучения. Например, Солнце использует энергию ядерных превращений, свеча — химическую энергию топлива, а светодиод — электрическую. Если предмет лишь возвращает направленный на него свет, собственного излучения он не создаёт и источником не является.

Источники делят на естественные и искусственные по происхождению. Солнце, звёзды, молния и некоторые живые организмы светятся в природных процессах, а лампы, свечи и экраны работают благодаря устройствам, созданным человеком. Одновременно источник можно классифицировать и по способу свечения: например, искусственная лампа бывает тепловой, а светодиод — люминесцентным.

Нагревание усиливает движение частиц внутри тела, и тело начинает испускать электромагнитное излучение. При сравнительно невысокой температуре заметно инфракрасное излучение, а при дальнейшем нагревании появляется видимый свет. Цвет свечения связан с температурой: более холодные раскалённые тела выглядят красными, более горячие — жёлтыми или белыми.

При люминесценции свет возникает не потому, что всё тело раскалено, а из-за переходов частиц из более энергичного состояния в менее энергичное. Поэтому холодное или слабо нагретое вещество может светиться. Такое свечение наблюдают у светодиодов, экранов, флуоресцентных веществ и некоторых организмов.

Световое действие начинается, когда излучение взаимодействует с веществом и его энергия передаётся частицам. Поглощение вызывает нагревание, запускает химические реакции, освобождает или перемещает электроны и может создавать давление света. Поэтому различают тепловое, химическое, электрическое и механическое действия.

Виды источников и основные действия света

В таблице сначала указаны виды источников и способы возникновения свечения, а затем основные результаты взаимодействия света с веществом. Для ответа на вопрос нужно определить, что именно происходит: тело испускает свет или свет изменяет другое тело. Один и тот же источник можно описать сразу по двум признакам, например назвать искусственным и люминесцентным.

Разбор задач

Задача 1

Условие: Распределите Солнце, свечу, светодиодную лампу, молнию и экран телефона на естественные и искусственные источники света. Решение: нужно выяснить происхождение каждого источника, а не способ его свечения.

1. Солнце и молния светятся в природных процессах, поэтому относятся к естественным источникам.
2. Свеча, светодиодная лампа и экран телефона изготовлены или используются человеком, поэтому они искусственные.

Ответ: естественные источники — Солнце и молния; искусственные — свеча, светодиодная лампа и экран телефона.

Задача 2

Условие: Чёрная поверхность, освещённая солнечными лучами, нагрелась сильнее белой. Какое действие света наблюдается и почему? Нужно связать наблюдаемое нагревание с поглощением излучения.

1. Солнечный свет падает на обе поверхности и несёт энергию.
2. Чёрная поверхность поглощает большую часть этой энергии, а белая отражает значительную её долю.
3. Поглощённая энергия увеличивает внутреннюю энергию вещества, поэтому температура чёрной поверхности возрастает сильнее.

Ответ: наблюдается тепловое действие света; чёрная поверхность нагревается сильнее из-за большего поглощения излучения.

Задача 3

Условие: Солнечная батарея освещается лампой, после чего в цепи появляется ток. Укажите источник и действие света, объясните превращение энергии.

1. Источником света является лампа: она испускает излучение, получая энергию от электрической сети.
2. Солнечная батарея не является источником в этой ситуации, а служит приёмником света.
3. Поглощённый батареей свет вызывает движение носителей заряда, поэтому в замкнутой цепи возникает ток.
4. Энергия электрической сети сначала превращается лампой в световую, а затем батареей — в электрическую.

Ответ: источник — лампа, действие — электрическое, приёмник — солнечная батарея.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Источником называют любой освещённый предмет. Так происходит потому, что глаз видит отражённый свет; проверить себя можно вопросом: испускает ли тело свет само, если убрать внешний источник?

Ошибка 2. Любое свечение связывают с высокой температурой. Причина — знакомство с огнём и лампой накаливания, но светодиод показывает обратное: при люминесценции сильного нагрева нет.

Ошибка 3. Считают, что цвет принадлежит предмету независимо от освещения. На самом деле цвет зависит от того, какие лучи поверхность избирательно отражает и поглощает, поэтому при другом освещении вид может измениться.

Ошибка 4. Нагревание считают единственным действием света. Проверьте себя на примерах солнечной батареи и фотосинтеза: свет способен вызывать электрические и химические изменения, а также механическое действие.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о превращении энергии, нагревании тел и распространении светового излучения. Они помогают объяснить, откуда берётся свет и почему поглощённое излучение изменяет вещество.

Тема подготавливает изучение отражения и поглощения света, цвета и оптических приборов. Без различия источника и освещённого тела трудно понять, почему предметы имеют определённый цвет.

Понятия светового действия пригодятся при изучении фотоэлементов, солнечных батарей, фотографии и давления света. В этих устройствах свет не просто наблюдают, а используют для получения другого результата.

Что запомнить

• Источник света сам испускает видимое излучение.
• Источники света бывают естественными и искусственными.
• Тепловое излучение связано с высокой температурой тела.
• Люминесценция может происходить без сильного нагревания.
• Свет действует на вещество при его поглощении.
• Основные действия света — тепловое, химическое, электрическое и механическое.