Презентация «Световые явления вокруг нас»

Световые явления вокруг нас

1.Что представляет собой свет?

Способность человека видеть позволяет нам получать значительную часть

информации о внешнем мире. Но как мы видим? Что представляет собой

нечто , называемое нами светом, которое попадая в наш глаз, вызывает зрительные ощущения?

Первые представления древних ученых о свете были весьма наивны. Считалось , что из глаз выходят особые щупальца и зрительные впечатления возникают при ощупывании ими предметов. В действительности, если мы видим предмет, то это означает, что нам в глаз попадает свет от каждой его точки. Хотя световые лучи , конечно же , исходят из каждой точки по всем направлениям, в глаз наблюдателя попадает лишь узкий пучок этих лучей. Если наблюдатель сдвинет голову чуть в сторону, то ему в глаза попадет уже другой пучок.

Любой объект становится видимым только в двух случаях:

1. Когда он сам является источником света, как, например, электрическая лампочка, свеча или звезда, и мы видим свет, испускаемый этим источником;

2. Когда он отражает падающий на него свет.

Понять, каким образом тела испускают свет, удалось лишь в 20 -ые годы нашего века. А вот почему свет отражается, люди узнали гораздо раньше.

Наблюдения показывают, что свет нагревает тела, на которые он падает, а значит , передает этим телам энергию. Известно также, что существует вид передачи энергии, называемый излучением. ( Оно может осуществляться в полном вакууме; его источник - внутренняя энергия тела; энергия излучения частично поглощается телами , на которые падает излучение, вследствие чего тела нагреваются.)

Все особенности излучения характерны и для света.

Свет - это та часть излучения, которая воспринимается нашим глазом. Поэтому свет называют видимым излучением.

Световое излучение создается источниками света. Источники света можно разделить на естественные ( звезды, Солнце, молнии, полярные сияния и т. п. ) и искусственные (свеча, лампа и т. п. )

2. Естественный источник света - Солнце.

Самым мощным источником света является из всех источников, которыми пользуется человек, является Солнце. Солнце представляет собой огромный пылающий шар, состоящий в основном из водорода. Оно выделяет колоссальное количество энергии на манер водородной бомбы, в виде тепла и света. Солнце такое большое , что потребуются многие миллионы лет, чтобы полностью выгореть. Температура на поверхности Солнца составляет примерно 6000 градусов С. Блеск его поверхности в 10 раз больше самого яркого места в электрической дуге. По сравнению с полной Луной, Солнце приблизительно в 500 тыс. раз ярче.

Солнце представляет собой колоссальный источник энергии, непрерывно излучающий в космос огромные количества теплоты и света. На Землю же попадает лишь ничтожная часть этой энергии, однако только благодаря ей на Земле и существует жизнь. По своей роли во Вселенной Солнце - звезда, подобная миллионам других звезд .В настоящее время ученые открыли много звезд, которые гораздо крупнее и ярче Солнца.

Диаметр Солнца примерно в 109 раз больше диаметра Земли, его масса в 330 000 раз больше массы Земли, а средняя плотность . Среднее удаление Солнца от Земли км. Свет проходит его за 8 мин 1,8 с.

Исследования показали, что Солнце состоит из раскаленных газов и не имеет четкой границы, так как плотность солнечной атмосферы уменьшается постепенно. Поверхностью Солнца принято считать фотосферу - ослепительно яркий шар, размеры которого мы принимаем за размеры Солнца и имеющий температуру около 11000 градусов по Фаренгейту.

При огромном расходе энергии Солнце не остывает. Это указывает на то, что потеря теплоты через излучение все время пополняется из какого-то источника. Таким источником могут быть только ядерные реакции.

Ядерные реакции ведут не только к превращению ядер легких химических элементов в ядра более тяжелых элементов, но и к появлению изотопов основных элементов. Так, если в ядро атома элемента проникает нейтрон (элементарная частица, равная по массе протону, но не имеющая электрического заряда),то возникает изотоп ,поскольку атомный вес его увеличивается на единицу (на атомный вес протона),а электрический заряд его остается прежним; следовательно, химические свойства атома не изменяются. Так как нейтрон не имеет заряда, то он сравнительно легко проникает в ядро атома, поскольку на него действует электрическое (положительное) поле ядра.

Иначе будет протекать ядерный процесс, если в ядро атома попадет протон. Протон имеет положительный заряд, и электрическое поле атома будет препятствовать проникновению протона в ядро. Чтобы проникнуть в ядро, протон должен обладать большой кинетической энергией, достаточной для преодоления отталкивающих сил электрического поля ядра.

Проникновение протона в ядро приводит к его перестройке. Протон не только увеличивает атомный вес ядра, но и сообщает ему лишний электрический заряд, что ведет к изменению химических свойств атома: возникает новый химический элемент. При наличии множества ядер различных химических элементов бомбардировке протонами в первую очередь подвергаются ядра более легких элементов (Li,Be),так как по сравнению с ядрами тяжелых элементов они имеют более слабое электрическое поле. Превращение ядер легких элементов происходит уже при температуре 2-3 млн. градусов.

Температура в недрах Солнца достигает 20млн. градусов. Поэтому протоны имеют достаточно большую кинетическую энергию, чтобы преодолеть силы электрического отталкивания и проникнуть в ядро более тяжелых химических элементов.

Так как Солнце в основном состоит из водорода, то в его недрах имеется большое число свободных протонов, обладающих достаточной энергией, чтобы, сталкиваясь с ядрами других элементов, вызывать их преобразование. Тщательные расчеты, а также сравнения с реакциями, полученными искусственным путем в лабораторных условиях, позволили установить, что атомная энергия в недрах Солнца и большинства звезд освобождается в результате превращения четырех протонов в одно ядро гелия. Превращение водорода в гелий происходит не непосредственно, а через ряд промежуточных реакций, в которых ядра атома углерода играют роль катализаторов.

За счет ядерных превращений водорода в гелий выделяется очень много ядерной энергии, которая постепенно из недр Солнца проникает к его поверхности и излучается в мировое пространство. Только ничтожная часть этой энергии приходится на долю Земли, остальная энергия уходит мимо планеты в мировое пространство. Тепло, приносимое на Землю солнечными лучами, составляет почти единственный источник энергии на Земле. Только приливы, вулканические явления и падения метеоритов не связаны с внутренней энергией Солнца. Все остальные движения на поверхности Земли происходят за счет энергии солнечных лучей. В частности, все его запасы, которыми располагает современная техника (кроме ядерной энергии),представляют собой преобразованную и "законсервированную" солнечную энергию.

3. Искусственные источники света:

а ) От костра первобытного человека, до керосиновой лампы

Солнце когда-то было единственным источником света для человека. Прошло много времени, прежде чем люди научились добывать огонь. Изготавливая деревянные орудия труда, человек заметил, что при трении друг о друга дощечки нагреваются, а если усилить трение, то они загораются. Так научились добывать огонь трением.

Горючий материал можно было поджечь также искрами, возникающими при ударе двух кремней друг о друга.

Позже один из кремней заменили куском металла, а затем стали использовать трут - горючий материал, тлеющий от упавшей искры. Его изготовляли из растущего на березе гриба, высушивали и пропитывали селитрой, Применяли его до распространения спичек.

В начале XIX в. появились спички. В состав спичечной головки входили сера, бертолетовая соль , киноварь и сахар. Спичка зажигалась, когда ее смачивали в серной кислоте. Потом научились делать фосфорные спички, загоравшиеся от трения. Однако они были неудобны в обращении: легко самовоспламенялись и в составе головок содержится ядовитый фосфор. В настоящее время в состав спичечной головки входят сера и бертолетовая соль.

Первые светильники - костер, лучина, факел, были весьма несовершенны.

Прежде чем зажечь лучину, ее вставляли в "светец" - столбик на подставке с зажимом, в котором укрепляли лучину наклонно горящим концом вниз. Благодаря этому она не гасла, так как пламя, более легкое, чем холодный воздух, поднималось вверх и зажигало новые участки. Лучина горела ярко, однако коптила, и во избежание пожара под "светец" приходилось подстилать железный лист; она требовала постоянного надзора.

Также большое распространение имел факел. Он представлял собой свитый из сухой травы или шерсти стержень , укрепленный на палке и пропитанный растительным маслом. В средние века факелами освещались рыбацкие залы во время пиров. В наши же дни факел используют для морской сигнализации.

Но все же самым распространенным источником света была масляная лампа. Древние римские лампы из Помпеи были сделаны из глины и имели бронзовые украшения. Такая лампа имела сужение , напоминающее носик у чайника, и была снабжена ручкой. В носик вставляли фитиль из мха или шерсти, которой специальными щипцами или иглой по мере сгорания вытаскивали. Лампу наполняли растопленным жиром или оливковым маслом. Чтобы масло не капало с фитиля, внизу подвешивали небольшую чашечку, куда оно и стекало. Большие лампы имели несколько фитилей, их подвешивали к потолку на цепях. Масляные лампы просуществовали до сегодняшних веков.

б ) Свеча

Примерно в Х в. н. э. появились восковые и сальные свечи. Их изготовляли так: одинаково нарезанные хлопчатобумажные фитили подвешивали к палке и одновременно обмакивали в растопленное говяжье или баранье сало. Затем вынимали, охлаждали и снова обмакивали до тех пор, пока вокруг фитиля не нарастал достаточно толстый слой сала. Такие свечи назывались "мокаными".

Свечи также изготовляли в специальных формах. Для этого в форме укрепляли фитиль. Сверху его привязывали к проволочной перекладине, а снизу к затычке, которая при заполнении формы не давала вытекать воску. После того как воск остывал, форму переворачивали и без труда вытряхивали свечу, так как она снизу была толще, чем сверху, кроме того, объем воска при остывании уменьшался.

В начале XIX в. химики получили новое горючее вещество - стеарин, а затем парафин. После этого восковые и сальные свечи были вытеснены более дешевыми стеариновыми и парафиновыми.

В сальных свечах использовали крученый фитиль, который во время горения находился внутри пламени, куда воздух доходил плохо. От этого свеча сильно коптила, обнаженный конец фитиля не сгорал и делался все больше и больше. Приходилось специальными щипцами укорачивать фитиль.

В современных стеариновых свечах фитиль делают плетеным. Благодаря этому кончик фитиля изгибается, высовываясь наружу, в самую горячую часть пламени, где воздуха больше, и постепенно сгорает.

Когда зажигают фитиль, пламя спускается вниз и расплавляет стеарин. Сверху свечи образуется чашечка, наполненная расплавленным стеарином, который гасит пламя в нижней части фитиля. В верхнюю же часть жидкий стеарин поступает небольшими порциями благодаря капиллярности, и поэтому свеча хорошо горит.

Пламя нагревает воздух около свечи, образуется восходящий поток воздуха: он охлаждает снаружи свечу и придает пламени продолговатую форму. Внутренняя, более темная часть пламени имеет низкую температуру и состоит из паров стеарина. Из нее выделяется углерод, который, попадая в наружную часть пламени, сгорает при , образуя углекислый газ. Поэтому наружный слой пламени имеет гораздо более высокую температуру и ярко светит.

Еще Леонардо да Винчи усовершенствовал светильник. Над пламенем лампы он расположил жестяную трубку, охватывающую верхнюю часть пламени. Она увеличила тягу воздуха, необходимого для горения. В результате масло, подводимое к фитилю, почти полностью сгорало, и пламя становилось менее коптящим и более ярким. И только через 200 лет жестяную рубку заменили прозрачной стеклянной. Вначале трубка также закрывала верхнюю часть пламени, но затем была опущена и закрыла все пламя.

Несмотря на усовершенствовании, масляные лампы давали слабое освещение, так как масло плохо впитывалось фитилем. Известный французский математик Кардан предложил нагнетать масло в фитиль гидростатическим давлением. Для этого он поместил резервуар с маслом не под горелкой, как это было раньше, а сбоку, выше не, и с помощью трубки горелка соединялась с резервуаром.

Другой изобретатель - Карсель для накачивания масла в горелку использовал насос, который приводился в движение часовым механизмом.

Существовали также лампы, в которых на поршень, находившийся в сосуде с маслом, давила пружина. От этого масло поднималось по трубке в горелку.

В старинных лампах фитили делали круглыми и кручеными. Поэтому воздуха не хватало, но не проникал внутрь пламени и пламя коптило. Чтобы устранить этот недостаток, французский изобретатель Леже предложил делать фитили в виде плоской ленты. Пламя получалось плоским,, и воздух легко проникал ко всем его частям, Лампы с таким фитилем и теперь используют в маленьких керосиновых лампах.

Французский математик Аргант предложил сворачивать фитиль в виде трубки так, чтобы воздух мог поступать к пламени как снаружи, так и изнутри. Горелку Арганта до сих пор применяют в больших керосиновых лампах.

В средние века улицы городов не освещались. Первые фонари со свечами были установлены в 1718 г. В Париже при Людовике XIV, и только в 1765 г. Появились фонари с масляными лампами.

В конце XVIII в. в крупных городах для освещения использовали светильный газ, который получали при нагревании угля или дерева без доступа воздуха. Газ собирали в специальные резервуары - азгольдеры и затем направляли к газовым рожкам - горелкам с маленькими дырочками или прорезями для выхода газа. Свет получали непосредственно от пламени. В дальнейшем в пламя стали помещать колпачок, сделанный из редкого металла - оксида тория. Колпачок, названый по имени изобретателя ауэровским, раскалялся в пламени и освещал ярче, чем пламя газа, керосиновой лампы или свечи.

Газовое освещение с ауэровским колпачком широко использовалось в прошлом веке для освещения Москвы и Петербурга.

г ) Фейерверк

Фейерверком называют декоративные огни, меняющие свое расположение, цвет и форму и образующие огненные фонтаны, водопады и звезды в ночном небе.

Фейерверочные огни образуются при сжигании химически соединений, содержащих соли металлов, окрашивающих пламя в различные цвета.

Искусство фейерверков было известно в Китае и Индии еще до новой эры. В XIV в. они появились в Европе - Италии. В России первый фейерверк был зажжен в годы правления отца Петра I Алексея Михайловича - в 1674 г. В г. Устюге.

Несмотря на разнообразие пиротехнических изделий для фейерверков, все они состоят из корпуса, изготовленного из какого-нибудь легкого материала (бумажный картон, алюминий или пластмасса) ; вышибного и воспламеняющего заряда, изготовленного из пороха; специального пиротехнического состава, дающего окрашивающее пламя.

Внешне фейерверочные изделия представляют собой сферический корпус, начиненный пиротехническим составом, и вышибной пороховой заряд с электровоспламенителем, прикрепленным к корпусу.

Фейерверк высотного действия выстреливается из мортир (обычные металлические трубы). Для производства праздничных салютов разработаны специальные многослойные установки, имеющие от 25 до 250 салютов. Все они смонтированы на грузовых автомобилях. Установки заранее заряжают и, полностью подготовив к стрельбе, транспортируют на пусковые площадки.

После подачи ока срабатывает вышибной заряд, который выбрасывает снаряженный шар на заданную высоту. На вершине траектории полета срабатывает воспламенительно-разрывной заряд, который разрывает корпус, воспламеняет и выбрасывает горящие пироэлементы. И тогда небо озаряется красочными звездами, распускающимися лепестками цветов, снопами искрящихся брызг, водопадами, огненными шлейфами.

Чаще всего корпус заряжают пиротехническими "бураками", "кометами"

и "римскими свечами". При пуске пиротехнического бурака из мортиры вылетает сноп горящих разноцветных звездочек, взрывающихся в воздухе разноцветными яркими вспышками. Кометы, взлетая оставляют за собой огненно-искристый след. Римские свечи, подобно автоматам, выстреливают пиротехнические звездочки разных цветов.

Главное для пиротехники - получение ярко красивого пламени, поэтому в состав каждой пиросмеси вводят вещества, окрашивающие пламя и увеличивающие его яркость. Яркость пламени определяется присутствием твердых частиц и степенью их накала. Красное пламя образуется в том числе, если в пиротехнической смеси присутствуют соединения стронция, зеленое - хлорида бария, синее - соединения меди.

Пиротехнические изделия наземного действия служат для получения огненных водопадов, фонтанов, эмблем, лозунгов и т. д. С помощью пиротехнических свечей получают контуры различных картин в виде множества цветных огненных точек, напоминающих свечение мигающих электрических ламп разных цветов. Свечи монтируются на деревянных или металлических каркасах с помощью простейших зажимов.

К производству фейерверочных изделий предъявляются повышенные требования как к качеству продукции, так и к соблюдению особых мер предосторожности. Все опасные операции механизированы и выполняются в отдельных бронированных кабинах без присутствия людей. На отдельных операциях, где необходимо визуальное наблюдение за их ходом, используют системы промышленного телевидения.

д ) Электрические источники света (электрическая дуга)

В 1802 г. Русский академик В. В . Петров открыл электрическую дугу и показал возможность использования ее для освещения. Как объяснить возникновение электрической дуги? Если два угольных стержня находящиеся под электрическим напряжением, привести в соприкосновение, ток будет проходить по узким местам между соприкасающимися немногими точками обоих стержней. Сопротивление этого участка велико, и поэтому концы углей раскаляются да белого каления. Когда угли раздвигаются, между ними образуется слой раскаленного и сильно ионизованного газа. Летящие от катода электроны, попадая на анод, вызывают сильное нагревание и создают в нем углубление, называемое кратером. Кратер анода есть наиболее накаленная часть электрической дуги, его температура достигает , катод нагревается .

Многие изобретатели пытались применить электрическую дугу для освещения. Однако для получения дуги требуется довольно большая сила тока, а существовавшие в то время источники тока - батареи элементов давали, как правило, небольшую силу тока. Другая трудность состояла в том, что при горении стержни надо было все время сближать, чтобы дуга не погасла. Был изобретен четко действующий регулятор, сближающий сгорающие стержни, но дуговые лампы с регулятором не получили широкого распространения из-за дороговизны.

В настоящее время дуговые лампы используются в прожекторах, на маяках и в кинопроекционных установках.

Свеча Яблочкова

Задача регулировании угольных стержне при горении дуговой лампы была гениально решена русским изобретателем П. Н. Яблочковым в 1876 г. Он расположил стержни не друг над другом, а рядом, причем на таком расстоянии, чтобы при пропускании тока между ними возникла дуга.

Чтобы дуга горела только между концами стержней, они были изолированы друг от друга слоем глины или гипса, которые в процессе горения постепенно испарялись.

Для зажигания дуги служила тонкая пластинка, плохо проводящая ток и соединяющая концы стержней. При возникновении тока она сгорала и между концами углей образовывалась электрическая дуга.

Во время горения дуги стержни находились на одном расстоянии друг от друга, их не нужно было сдвигать ни вручную, ни с помощью каких-либо приспособлений.

При работе на постоянном токе один стержень сгорал быстрее другого. Чтобы устранить этот недостаток, Яблочков использовал для питания дуги переменный ток. Электрическая свеча Яблочкова горела ярким и ровным светом больше часа. Она получила широкое распространение.

Свечи Яблочкова назвали "русским светом" и широко использовали в крупнейших городах Европы. Через несколько лет они были вытеснены лампами накаливания, однако следует помнить, что именно Яблочкову мы обязаны введением электрического света в повседневный обиход.

Лампа накаливания

Автор лампы накаливания - русский изобретатель, электротехник Александр Николаевич Лодыгин (1847 - 1923 ). Он задумался: что дает в электрической дуге самый сильный свет? Раскаленные концы угольных стержней, между которыми образуется дуга, испускают более яркий свет, чем сама дуга. Так зачем же она нужна? Можно было раскалить электрическим током угольные стержни, и они будут светиться.

Лодыгин поместил в стеклянный баллон между двумя медными держателями тонкий угольный стержень. Лампа светила всего полчаса , потом угольный стержень сгорел. Исследователь пробовал вставлять в лампу два уголька, добиваясь, чтобы сперва накалялся только один из них. Первый уголек быстро сгорал, но зато он поглощал кислород в лампе. Когда первый уголек прекращал свое существование, раскалялся второй, который светил уже два часа, однако потом также перегорал, так как между нижней металлической оправой и стеклом в лампочку проникал воздух.

Наконец Лодыгин сумел изготовить герметичную лампу со сферической колбой, из которой предварительно выкачивался воздух. Угольный стержень этой лампы светился несколько часов. Заявку на патент на свою лампу Лодыгин подал в 1878 году.

В конце 1879г. изобретатель Томас Эдисон создал лампу с винтовым цоколями патроном. Кроме патрона , им изобретены предохранители, выключатели и первый счетчик.

Но и у электрической лампы накаливания были недостатки. Во - первых, свет, который дает угольная нить , не белый, а желтоватый, что вредно для глаз .Во-вторых, в лампе накаливания лишь 0,5 % расходуемой электроэнергии превращается в световую энергию. Наиболее близок к солнечному свет, излучаемый телом при температуре около 6000 градусов С. При высоких температурах угольная нить испарялась, и лампа выходила из строя.

Лодыгин потратил 28 лет жизни на поиски лучшего материала для нити накаливания! В 1890 году он получил патент в Америке на лампу с нитью из тугоплавких металлов ( вольфрама, молибдена и тантала) и в том же году с большим успехом демонстрировал усовершенствованную лампочку на всемирной выставке в Париже.

Литература:

1. В. Шабловский «Занимательная физика» Изд- во Тригон, 1997г.

2. Б.Ф. Билимович « Световые явления» Изд - во Просвещение, 1998г.

3. У.И. Франкфурт «Физика наших дней» Изд-во Наука 1979г.

4. В.И. Рыдник «Увидеть невидимое» - М. : знание,1981г.

5. Т. Фещенко, В. Вожегова « Физика - справочник школьника»-М.: Слово,1996г.

6. Я.И. Перельман «Занимательная физика»-М.: Наука,1991г.

Световые явления вокруг нас.

Автор: Ивко Нина Николаевна

Государственное бюджетное специальное (коррекционное ) образовательное учреждение для обучающихся, воспитанников с ограниченными возможностями здоровья « Казанская специальная ( коррекционная ) общеобразовательная школа № 172 III-IV видов.

12