1. Деийствия света

Определения и обозначения

Тепловое действие света — повышение температуры тела при поглощении им светового излучения. Энергия света переходит во внутреннюю энергию вещества и усиливает движение его частиц. Это понятие нужно, чтобы объяснить нагревание поверхностей Солнцем и работу солнечных нагревателей.

Химическое действие света — способность света вызывать химические превращения веществ. Поглощённая энергия может изменить строение молекул и запустить реакцию. Благодаря этому свет участвует в создании изображений на фотоматериалах и в процессах живой природы.

Фотоэффект — вылет электронов из вещества под действием света или изменение его электрических свойств. Электроны получают энергию излучения и начинают двигаться иначе. Понятие важно для понимания работы фотоэлементов и солнечных батарей.

Световое давление — давление, которое свет оказывает на освещённое тело. Оно возникает при передаче телу импульса светового излучения, хотя обычно очень мало. Это показывает, что свет способен не только передавать энергию, но и действовать механически.

Как это устроено

Действие света начинается с падения излучения на вещество. Часть света отражается, а часть поглощается атомами и молекулами, поэтому энергия излучения переходит веществу. Дальше результат зависит от того, как именно эта энергия используется: она может превратиться во внутреннюю, химическую или электрическую энергию.

Тепловое действие заметно, когда солнечный свет поглощается поверхностью и увеличивает движение её частиц. Поэтому крыша, асфальт или камень на солнце нагреваются, а солнечный нагреватель передаёт полученную энергию воде. Тёмные поверхности обычно нагреваются сильнее светлых: они поглощают больше излучения, тогда как светлые лучше отражают его.

Химическое действие появляется, когда энергия фотонов, то есть частиц света, изменяет молекулы вещества и создаёт условия для реакции. На освещённых участках фотоматериала происходят превращения, из которых после обработки получается изображение. В живой природе свет также запускает важные химические процессы, например образование органических веществ растениями.

Электрическое действие проявляется в изменении способности материала проводить ток или в возникновении движения зарядов. В некоторых веществах свет передаёт электронам энергию, и они начинают участвовать в электрическом токе; это один из вариантов фотоэффекта. В фотоэлементах такое действие превращает освещение в электрический сигнал, а в солнечных батареях помогает получать ток.

Свет оказывает и механическое действие, потому что переносит импульс. При поглощении или отражении излучение передаёт часть этого импульса освещённому телу, создавая световое давление. На Земле его почти невозможно заметить, но в космосе солнечное давление учитывают при управлении космическими аппаратами и солнечными парусами.

Действия света и их проявления

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите, какое изменение произошло с веществом, а затем сопоставьте его с видом действия. Один и тот же источник света может вызывать несколько действий одновременно, но в задаче обычно нужно выделить главное.

Например, солнечная батарея нагревается от света тепловым образом, однако полезный ток в ней возникает благодаря электрическому действию и фотоэффекту. Поэтому результат следует связывать не только с освещением, но и с процессом, который требуется объяснить.

Разбор задач

Задача 1. Почему тёмная поверхность на солнце обычно нагревается сильнее светлой?

Условие. Две поверхности одинаково освещены Солнцем, но одна тёмная, а другая светлая. Нужно сравнить их нагревание и объяснить причину различия.

1. Солнечное излучение падает на обе поверхности, но они по-разному отражают и поглощают свет.
2. Светлая поверхность отражает большую долю излучения, поэтому получает меньше энергии.
3. Тёмная поверхность поглощает больше энергии, и эта энергия переходит во внутреннюю энергию вещества.

Ответ. Тёмная поверхность обычно нагревается сильнее, потому что поглощает больше светового излучения. Светлая поверхность сильнее отражает свет, поэтому её температура повышается слабее.

Задача 2. Как на фотоматериале получается изображение?

Условие. Свет попал на фотоматериал через отверстия в непрозрачном экране. Нужно определить действие света, благодаря которому можно получить изображение.

1. Через отверстия проходят лучи, а остальные участки экрана защищают материал от освещения.
2. Освещённые места фотоматериала поглощают энергию света и претерпевают химические изменения.
3. После специальной обработки различия между освещёнными и неосвещёнными участками становятся видимыми.

Ответ. Изображение возникает благодаря химическому действию света. Оно создаёт на разных участках фотоматериала неодинаковые превращения.

Задача 3. Почему ток солнечной батареи может увеличиться без заметного нагревания?

Условие. Солнечная батарея стала получать более сильное освещение, но её температура почти не изменилась. Нужно назвать действие света, увеличивающее вырабатываемый ток.

1. Нагревание почти не изменилось, поэтому тепловое действие не объясняет увеличение тока.
2. В материале батареи свет передаёт энергию электронам и изменяет электрические свойства полупроводника.
3. Чем больше подходящего излучения поглощается, тем больше зарядов может участвовать в движении по цепи.

Ответ. Ток увеличивается благодаря электрическому действию света, связанному с фотоэффектом. Свет не обязан заметно нагревать батарею, чтобы влиять на её электрические свойства.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Считать, что свет только освещает предметы. Так думают, потому что зрение — самое привычное проявление света, но поглощённая энергия может нагревать вещество и менять его состояние. Проверьте себя: назовите, куда переходит энергия света в каждом примере.

Ошибка 2. Отождествлять тепловое и химическое действия. Нагревание означает увеличение внутренней энергии, а химическое действие приводит к превращению веществ. Если после воздействия изменился состав или строение вещества, речь идёт не просто о нагревании.

Ошибка 3. Считать фотоэффект только нагреванием. Фотоэффект связан с электронами: они могут вылетать из вещества или менять проводимость материала. Проверка проста: спросите, возникло ли электрическое изменение, а не только повышение температуры.

Ошибка 4. Полагать, что свет не действует механически. Световое давление мало, поэтому в быту его скрывают другие силы, но перенос импульса делает его реальным. Для проверки вспомните, что давление учитывают при движении космических аппаратов.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно знать, что свет распространяется от источников и может отражаться или поглощаться телами. Именно поглощение позволяет веществу получить энергию излучения. Без различия отражения и поглощения трудно объяснить, почему поверхности нагреваются неодинаково.

Связь с тепловыми явлениями проявляется в нагревании тел солнечным излучением. При этом цвет поверхности влияет на долю поглощённой энергии. Поэтому знания о действиях света помогают объяснять поведение тёмных и светлых предметов на солнце.

Электрическое действие понадобится при изучении фотоэлементов и солнечных батарей. Оно показывает, как энергия излучения превращается в электрический ток. Позже этот принцип поможет понять работу датчиков освещённости и других устройств.

Что запомнить

• Свет переносит энергию.
• Поглощённый свет может нагревать вещество.
• Свет способен вызывать химические превращения.
• Некоторые вещества под действием света меняют свои электрические свойства.
• Фотоэффект связан с воздействием света на электроны вещества.
• Свет оказывает давление на освещённые тела.