ร่างกายส่องสว่าง: ลักษณะและวิธีสร้างแสงของตัวเอง - กายภาพ - 2026

ร่างกายที่ส่องสว่างเรียกว่าวัตถุธรรมชาติหรือวัตถุผิดธรรมชาติที่เปล่งแสงของตัวเองซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่มองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ สิ่งที่ตรงกันข้ามกับวัตถุที่ส่องสว่างคือสิ่งที่ไม่ส่องสว่าง

สามารถมองเห็นวัตถุที่ไม่ส่องสว่างได้เนื่องจากได้รับแสงสว่างจากวัตถุที่ส่องสว่าง ร่างกายที่ไม่ส่องสว่างเรียกอีกอย่างว่าร่างกายที่ส่องสว่างแม้ว่าจะไม่ได้อยู่ในสถานะนั้นเสมอไป

ดวงอาทิตย์ดวงอาทิตย์ส่องสว่างบนท้องฟ้าและท้องทะเล ที่มา: pixabay

วัตถุเรืองแสงเป็นแหล่งกำเนิดแสงหลักเนื่องจากพวกมันเปล่งแสงออกมาในขณะที่วัตถุที่ไม่ส่องสว่างเป็นแหล่งกำเนิดแสงทุติยภูมิเนื่องจากสะท้อนแสงที่เกิดจากอดีต

ตัวอย่างของวัตถุที่ส่องสว่างและไม่ส่องสว่าง

วัตถุเรืองแสง

มีวัตถุในธรรมชาติที่สามารถเปล่งแสงได้ ซึ่งรวมถึง:

- อา.

- ดวงดาว

- แมลงเรืองแสงเช่นหิ่งห้อยและอื่น ๆ

- รังสี

- แสงออโรร่าโบเรียลิสหรือแสงเหนือ

ต่อไปนี้เป็นวัตถุส่องสว่างที่มนุษย์สร้างขึ้น:

- หลอดไส้หรือหลอดไฟ

- เปลวเทียน

- หลอดฟลูออเรสเซนต์

- ไฟ LED

- หน้าจอของโทรศัพท์มือถือ

วัตถุที่ไม่ส่องสว่าง

ในธรรมชาติมีวัตถุมากมายที่ไม่เปล่งแสงด้วยตัวเอง แต่สามารถส่องสว่างได้:

- ดวงจันทร์ซึ่งสะท้อนแสงอาทิตย์

- ดาวเคราะห์และดาวเทียมซึ่งสะท้อนแสงอาทิตย์ด้วย

- ต้นไม้ภูเขาสัตว์สะท้อนแสงของท้องฟ้าและดวงอาทิตย์

- ท้องฟ้าสีครามและเมฆ สามารถมองเห็นได้เนื่องจากการกระเจิงของแสงแดด

หลอดไฟประดิษฐ์ที่ส่องสว่างในยามค่ำคืนของเรา ที่มา: pixabay

ลักษณะของร่างกายที่ส่องสว่างและแสง

ลักษณะสำคัญของวัตถุที่ส่องสว่างคือแสงที่เราสามารถมองเห็นได้นั้นเกิดจากวัตถุนั้นเอง

เราสามารถมองเห็นคนและสิ่งของได้ด้วยแสงที่เปล่งออกมาจากร่างกายที่ส่องสว่างไม่ว่าจะเป็นธรรมชาติหรือเทียม และเนื่องจากธรรมชาติได้มอบอวัยวะในการมองเห็นให้เรา

ในกรณีที่ไม่มีร่างกายที่ส่องสว่างเป็นไปไม่ได้ที่จะมองเห็นทุกสิ่งที่อยู่รอบตัวเรา หากคุณเคยสัมผัสกับความมืดสนิทคุณจะรู้ถึงความสำคัญของร่างกายที่ส่องสว่าง

นั่นคือไม่มีแสงก็ไม่มีการมองเห็น การมองเห็นของมนุษย์และสัตว์เป็นการทำงานร่วมกันระหว่างแสงที่ปล่อยออกมาจากร่างกายที่ส่องสว่างและที่สะท้อนโดยร่างกายที่ไม่ส่องสว่างด้วยเซ็นเซอร์แสงในดวงตาและด้วยสมองของเราซึ่งในที่สุดภาพจะถูกสร้างและตีความ

การมองเห็นเป็นไปได้เนื่องจากแสงที่ปล่อยออกมาหรือสะท้อนจากวัตถุเคลื่อนที่ผ่านอวกาศและมาถึงดวงตาของเรา

โฟตอน

โฟตอนเป็นปริมาณแสงที่น้อยที่สุดที่ร่างกายส่องสว่างสามารถเปล่งออกมาได้ โฟตอนถูกปล่อยออกมาจากอะตอมของวัตถุที่ส่องสว่างและสะท้อนหรือกระจัดกระจายโดยวัตถุที่ไม่ส่องสว่าง

การมองเห็นจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อโฟตอนบางส่วนที่ปล่อยออกมากระจัดกระจายหรือสะท้อนมาถึงดวงตาของเราซึ่งจะทำให้เกิดการกระตุ้นทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ส่วนปลายของเส้นประสาทตาที่มีชีพจรไฟฟ้าไปยังสมอง

วัตถุที่ส่องสว่างสร้างแสงได้อย่างไร?

โฟตอนถูกปล่อยออกมาโดยอะตอมของวัตถุที่ส่องสว่างเมื่อพวกมันได้รับความตื่นเต้นในลักษณะที่อิเล็กตรอนของวงโคจรของอะตอมไปสู่สถานะที่มีพลังงานสูงกว่าซึ่งต่อมาจะสลายตัวเป็นสถานะของพลังงานที่ต่ำกว่าด้วยการปล่อยโฟตอนที่ตามมา

ร่างกายทุกส่วนหากอุณหภูมิเพิ่มขึ้นจะกลายเป็นตัวปล่อยแสง ชิ้นโลหะที่อุณหภูมิห้องเป็นวัตถุที่ไม่ส่องสว่าง แต่ที่ 1,000 องศาเซลเซียสเป็นวัตถุที่ส่องสว่างเนื่องจากอิเล็กตรอนมีระดับที่สูงขึ้นและเมื่อสลายตัวจนถึงระดับที่ต่ำกว่าจะปล่อยโฟตอนออกมาในช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้

นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในระดับอะตอมกับตัวเรืองแสงทั้งหมดไม่ว่าจะเป็นดวงอาทิตย์เปลวเทียนไส้หลอดไฟไส้อะตอมของฝุ่นเรืองแสงของหลอดไฟประหยัดพลังงานหรืออะตอมของไดโอด LED ซึ่งก็คือ ตัวเบาเทียมรุ่นล่าสุด

สิ่งที่แตกต่างกันไปในแต่ละกรณีคือกลไกการกระตุ้นให้อิเล็กตรอนไปสู่ระดับอะตอมที่มีพลังงานสูงขึ้นจากนั้นสลายตัวและปล่อยโฟตอนออกมา

สิ่งที่เราเห็นคืออดีต

การมองเห็นไม่ได้เกิดขึ้นในทันทีเนื่องจากแสงเดินทางด้วยความเร็ว จำกัด ความเร็วของแสงในอากาศและในสุญญากาศอยู่ในลำดับ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที

โฟตอนของแสงที่ออกจากพื้นผิวดวงอาทิตย์ใช้เวลา 8 นาที 19 วินาทีในการมาถึงดวงตาของเรา และโฟตอนที่ Alpha Centauri ปล่อยออกมาซึ่งเป็นดาวที่ใกล้ที่สุดของเราใช้เวลา 4.37 ปีกว่าจะมาถึงดวงตาของเราหากเรามองไปบนท้องฟ้า

โฟตอนที่เราสามารถสังเกตได้ด้วยตาเปล่าหรือผ่านกล้องโทรทรรศน์ในกาแลคซีแอนโดรเมดาซึ่งอยู่ใกล้ที่สุดกับของเราจะเกิดขึ้นจากที่นั่นเมื่อ 2.5 ล้านปีก่อน

แม้ว่าเราจะเห็นดวงจันทร์ แต่เราก็เห็นดวงจันทร์เก่าเพราะสิ่งที่เรามองคือภาพจาก 1.26 วินาทีที่แล้ว และภาพของผู้เล่นเกมฟุตบอลที่เราเห็นบนอัฒจันทร์ห่างจากผู้เล่น 300 เมตรเป็นภาพเก่าหนึ่งในล้านวินาทีในอดีต

ความเป็นคู่ของแสง

ตามทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเดียวกับคลื่นวิทยุไมโครเวฟที่ใช้ปรุงอาหารไมโครเวฟจากโทรศัพท์มือถือรังสีเอกซ์และรังสีอัลตราไวโอเลต

อย่างไรก็ตามแสงเป็นคลื่น แต่ก็ประกอบด้วยอนุภาคที่เรียกว่าโฟตอนตามที่เราระบุไว้ก่อนหน้านี้ แสงมีพฤติกรรมคู่นี้ซึ่งรู้จักกันในทางฟิสิกส์ว่าเป็นคู่ของอนุภาคคลื่น

ความหลากหลายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่น ส่วนของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตามนุษย์สามารถรับรู้ได้เรียกว่าสเปกตรัมที่มองเห็นได้

สเปกตรัมที่มองเห็นได้สอดคล้องกับช่วงสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงแคบ ๆ ระหว่าง 0.390 ไมครอนถึง 0.750 ไมครอน นี่คือขนาดลักษณะเฉพาะของโปรโตซัว (อะมีบาหรือพารามีเซียม)

ด้านล่างสเปกตรัมที่มองเห็นได้ในความยาวคลื่นเรามีรังสีอัลตราไวโอเลตซึ่งมีความยาวคลื่นเทียบได้กับขนาดของโมเลกุลอินทรีย์

และเหนือสเปกตรัมที่มองเห็นได้คือรังสีอินฟราเรดซึ่งมีขนาดเทียบได้กับปลายเข็ม ที่ปลายเข็มนี้สามารถใส่โปรโตซัวได้ 10 ถึง 100 นั่นคือความยาวคลื่น 10 ถึง 100 ของสเปกตรัมที่มองเห็นได้

ในทางตรงกันข้ามไมโครเวฟมีความยาวคลื่นระหว่างเซนติเมตรและเมตร คลื่นวิทยุมีความยาวตั้งแต่หลายร้อยเมตรถึงหลายพันเมตร รังสีเอกซ์มีความยาวคลื่นเทียบได้กับขนาดของอะตอมในขณะที่รังสีแกมมามีความยาวคลื่นเทียบได้กับนิวเคลียสของอะตอม

สีและสเปกตรัมที่มองเห็นได้

สเปกตรัมที่มองเห็นได้รวมถึงความหลากหลายของสีที่สามารถแยกแยะได้เป็นสีรุ้งหรือในแสงแดดที่กระจัดกระจายบนปริซึมแก้ว แต่ละสีมีความยาวคลื่นที่สามารถแสดงเป็นนาโนเมตรซึ่งเป็นหนึ่งในล้านของมิลลิเมตร

สเปกตรัมของแสงและความยาวคลื่นในหน่วยนาโนเมตร (นาโนเมตร) จากสูงสุดไปต่ำสุดมีดังนี้:

- สีแดง ระหว่าง 618 ถึง 780 นาโนเมตร

- ส้ม. ระหว่าง 581 ถึง 618 นาโนเมตร

- สีเหลือง. ระหว่าง 570 ถึง 581 นาโนเมตร

- สีเขียว. ระหว่าง 497 ถึง 570 นาโนเมตร

- สีฟ้า. ระหว่าง 476 ถึง 497 นาโนเมตร

- สีน้ำเงิน. ระหว่าง 427 ถึง 476 นาโนเมตร

- ไวโอเล็ต ระหว่าง 380 ถึง 427 นาโนเมตร

ตัวเครื่องสีดำเรืองแสงพลังงานและโมเมนตัม

แสงมีพลังงานและโมเมนตัม สีแต่ละสีในสเปกตรัมที่มองเห็นได้สอดคล้องกับโฟตอนที่มีพลังงานต่างกันและโมเมนตัมหรือโมเมนตัมที่แตกต่างกัน สิ่งนี้เป็นที่รู้จักเนื่องจากผู้บุกเบิกฟิสิกส์ควอนตัมเช่น Max Planck, Albert Einstein และ Louis De Broglie

Max Planck ค้นพบว่าพลังงานแสงมาในบรรจุภัณฑ์หรือควอนต้าซึ่งพลังงาน E วัดได้ในหน่วยจูลและเท่ากับผลคูณของค่าคงที่พื้นฐานของธรรมชาติที่เรียกว่าค่าคงที่ของพลังค์ซึ่งแสดงด้วยตัวอักษร h และความถี่ f ใน เฮิรตซ์.

E = h ∙ฉ

การค้นพบนี้เกิดขึ้นโดยพลังค์เพื่ออธิบายสเปกตรัมการแผ่รังสีของร่างกายที่ส่องสว่างซึ่งปล่อยเพียงรังสี แต่ไม่สะท้อนใด ๆ เรียกว่า "ร่างกายสีดำ" และสเปกตรัมการแผ่รังสีจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ

ค่าคงที่ของพลังค์คือ h = 6.62 × 10 ^ -34 J * s

แต่อัลเบิร์ตไอน์สไตน์เป็นผู้ยืนยันอย่างไม่ต้องสงสัยว่าแสงนั้นเป็นโฟตอนที่มีพลังงานที่กำหนดตามสูตรของพลังค์ซึ่งเป็นวิธีเดียวที่จะอธิบายปรากฏการณ์ที่เรียกว่าเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกซึ่งวัสดุที่ส่องสว่างด้วยแสงจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมา สำหรับงานนี้ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบล

แต่โฟตอนก็เหมือนกับอนุภาคทุกชนิดและแม้จะไม่มีมวล แต่ก็มีแรงผลักดันหรือโมเมนตัมที่ได้รับจากความสัมพันธ์ที่หลุยส์เดอบร็อกลีค้นพบในกรอบของความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่นของโฟตอนและวัตถุควอนตัม

ความสัมพันธ์ de Broglie ระบุว่าโมเมนตัม p ของโฟตอนเท่ากับผลหารของค่าคงที่ของพลังค์และความยาวคลื่นλของโฟตอน

P = h / λ

สีแดงมีความยาวคลื่น 618 × 10 ^ -9 ม. และความถี่ 4.9 x 10 ^ 14 Hz ดังนั้นพลังงานของโฟตอนคือ 3.2 × 10 ^ -19J และโมเมนตัมของมันคือ 1.0 × 10 ^ -27 กก. * ม. / วินาที

ที่ปลายอีกด้านหนึ่งของสเปกตรัมที่มองเห็นได้คือสีม่วงที่มีความยาวคลื่น 400 × 10 ^ -9 ม. และความถี่ 7.5 x 10 ^ 14 เฮิรตซ์ดังนั้นพลังงานของโฟตอนคือ 4.9 × 10 ^ -19J และโมเมนตัมของมันคือ 1.7 × 10 ^ -27 kg * m / s จากการคำนวณเหล่านี้เราสรุปได้ว่าสีม่วงมีพลังงานและโมเมนตัมมากกว่าสีแดง

อ้างอิง

1. Tippens, P. 2011. Physics: Concepts and Applications. ฉบับที่ 7 Mac Graw Hill. 262-282
2. วิกิพีเดีย สเปกตรัมที่มองเห็นได้ กู้คืนจาก wikipedia.com
3. วิกิพีเดีย สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า. กู้คืนจาก wikipedia.com
4. วิกิพีเดีย แหล่งกำเนิดแสง. กู้คืนจาก wikipedia.com
5. วิกิพีเดีย ฟิสิกส์ทัศนศาสตร์ธรรมชาติของแสง สืบค้นจาก: es.wikibooks.org