Взаимодействие поля и вещества цвет и спектры сообщение
Обновлено: 30.06.2024
Две составляющие материи - поле и вещество - живут в тесной взаимосвязи друг с другом. С одной стороны, вещество является источником поля, с другой - поле воздействует на вещество с некоторой силой.
Одним из первых научных опытов, связанных с исследованием цвета и спектров, был опыт Исаака Ньютона, который пропустил солнечный свет через призму и получил спектр солнечного излучения.
Впоследствии выяснилось, что каждой узкой полоске этого спектра соответствует волна определенной длины волны. Таким образом, зрительное ощущение цвета связано с тем, что глаз по-разному реагирует на электромагнитные волны разной длины. Это объясняется устройством рецепторов сетчатки глаза человека.
Но почему то или иное вещество имеет определенный цвет?
Вещество и поле обладают таким общим качеством, как энергия. В процессе взаимодействия поля волны с веществом (точнее, с заряженными частицами, составляющими вещество) поле может отдать энергию веществу. В этом случае происходит поглощение электромагнитной волны. Противоположный процесс, когда вещество отдает энергию полю, называют излучением. Наконец, вещество может взаимодействовать с электромагнитной волной, изменяя ее, но не обмениваясь с ней энергией. К таким процессам относят отражение и преломление волны.
Цвет вещества зависит от того, какие процессы взаимодействия вещества и поля имеют место. Рассмотрим в качестве примера зеленый цвет листа растения. В темноте цвет листа не виден. Мы можем наблюдать свет, отраженный от листа растения, или свет, прошедший через лист (в обоих случаях зеленый). Цвет в этих случаях определяется тем, что вещество листа поглощает свет всех длин волн, кроме волны, соответствующей зеленому цвету. Белое тело абсолютно одинаково хорошо отражает все волны, ничего не поглощая. Напротив, абсолютно черное тело совершенно не отражает волны, поглощая все излучение. Некоторые вещества, например сажа, близки по свойствам к абсолютно черному телу.
Противоположный случай имеет место, когда вещество излучает свет без воздействия внешней электромагнитной волны. Например, газовая горелка излучает синий свет. Этот цвет обусловлен тем, что вещество в момент горения преимущественно излучает свет, соответствующий длине волны синего цвета.
Цвет отраженного от вещества и прошедшего через вещество света определяется способностью вещества по-разному поглощать свет различной длины волны.
Цвет вещества, излучающего электромагнитную волну без воздействия внешнего поля, определяется различной способностью этого вещества излучать электромагнитную волну того или иного диапазона. Таким образом, цвет является характеристикой вещества и процесса взаимодействия поля с веществом.
Спектр излучения – совокупность частот (длин волн), содержащихся в излучении.
Дисперсия – зависимость показателя преломления среды от длины световой волны.
Спектр светового потока – характеристика, показывающая интенсивность и длину волн (частот), из которых этот поток состоит.
Спектр линейчатый – спектральные линии, имеющие определенную интенсивность и разделенные темными промежутками.
Спектр сплошной – спектральные линии излучения без разрыва.
Интенсивность излучения - величина, характеризующая количество энергии, переносимой волной в направлении распространения.
Абсолютно черное тело – идеализированная модель тела, которое способно полностью поглощать все падающие не него излучения любой длины волны при любой температуре; позволяет плодотворно излучать закономерности теплового излучения.
Тепловое излучение – излучение, испускаемое нагретым телом.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017: с 59-62.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Единство поля и вещества, представляющих собой формы существования материи, связано с их взаимодействием. Признавая поле материальным, мы делам вывод, что поле воздействует на вещество с определенной силой. С другой стороны, если свет представляет собой электромагнитное поле, то, вспомнив любой источник света, можно сделать умозаключение - источником поля является вещество. На этом уроке попробуем разобраться с цветом и спектрами, иллюстрирующими специфические формы взаимодействия вещества и поля.
В повседневной жизни мы видим многообразие цветов. Чтобы разобраться с этим, нужно обратиться к опытам И. Ньютона, который одним из первых провел опыты по исследованию цвета. Занимаясь усовершенствованием линз, его заинтересовала радужная полоска по краям изображения. В 1666 году поставленный им опыт показал, что солнечный свет, проходя через призму, дает разноцветную полоску, которую он назвал спектром. В спектре солнечного света можно различить семь основных цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. При этом, соединив этот спектр с помощью собирающей линзы, снова образуется белый свет. И. Ньютон делает вывод, что цвет не является свойством тела, как это считалось ранее. Он делает важный вывод, что наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, меньше всех – красные. Эту зависимость преломления света от его цвета Ньютон назвал дисперсией.
Позднее Томас Юнг, опытным путем обнаруживает, что свет обладает волновыми свойствами. И установил, что каждому цвету соответствует волна определённой длины. Следовательно, наши зрительные ощущения цвета связаны с разным действием электромагнитных волн на светочувствительные клетки (рецепторы сетчатки) глаза. Например, некоторые животные не различают цвета, а другие воспринимают только один цвет.
При этом, в чем физический смысл того, что трава зеленая, а небо голубое? Чтобы ответить на этот вопрос нужно вспомнить общую характеристику поля и вещества как энергия.
При взаимодействии энергия может поглощаться, излучаться, отражаться и преломляться. Если при взаимодействии частиц вещества с электромагнитным полем, поле отдает энергию веществу, то волна поглощается. Противоположный процесс, когда вещество создает энергию поля – излучение. Возможны взаимодействия, когда энергия не изменяется, а меняется направление распространения. Следовательно, цвет является результатом взаимодействия поля и вещества.
Если тело полностью поглощает всю энергию света, то оно для нас будет выглядеть черным. Когда поверхность для нас выглядит синей (в белом свете), это означает, что при взаимодействии все электромагнитные волны были поглощены и только волны соответствующие синему цвету отразились. При этом, если тело белое, это значит, что оно полностью отразит энергию электромагнитных волн всех длин волн. Ну и наконец, пламя газовой горелки окрашено голубым цветом: вещество в момент горения излучает энергию в диапазоне этого цвета.
Свойства разных веществ по-разному взаимодействовать с электромагнитным полем, дают подробную информацию о составе и структуре вещества.
Белый свет создает сплошную картинку цветов плавно переходящих от одного к другому. Такой спектр называют сплошным (непрерывным):
Если испарить частицу вещества и нагреть ее, чтобы она стала светиться, то спектр получится как набор отдельных узких полосок определенного цвета. При этом у каждого вещества свой неповторимый спектр:
Если не нагревать частицу вещества, тогда при пропускании белого света, атом поглотит характерные для него излучения:
Спектры светового потока, по своей сути, характеристика, показывающая интенсивность и длину волны (частоту), из которой этот поток состоит. Спектры у каждого атома неповторимы. Исследуя спектр вещества однозначно можно определить его состав.
Если посмотреть на распределение энергии в спектрах излучения абсолютно черного тела (при разных температурах черного тела и Солнца заметно, что максимум интенсивности солнечного излучения приходится на волны соответствующие желтому цвету).
Не менее интересен вопрос откуда берется свет. Чтобы тело стало излучать электромагнитные волны, они должны обладать достаточной энергией. Эта энергия, позволяющая веществу излучать свет может быть получена в результате разных процессов. Если эта энергия связана только с энергией теплового (хаотического) движения атомов и молекул вещества, т.е. за счет внутренней энергии, тогда мы имеем дело с тепловым излучением. Оно характерно для любого нагретого тела. Даже наши тела постоянно излучают тепловую энергию, только она не видна, т.к. находится в области инфракрасных волн. При высоких температурах излучаются короткие электромагнитные волны, при низких преимущественно длинные. Тепловое излучение имеет сплошной спектр – содержит электромагнитные волны всех длин волн от нуля до бесконечности. Другими словами спектр содержит от радио до гамма диапазонов, включая и диапазон волн видимого света.
Интенсивность светового излучения нагреваемого тела меняется от температуры. Так нагревая кусок железа, мы можем нагреть его настолько, что он начинает светиться красным цветом. Повышая температуру, мы можем раскалить его до бела. Таким образом, интенсивность излучения возрастает с увеличением температуры нагрева тела и уменьшением длины волны.
Излучение звёзд и Солнца имеет спектральный состав, близкий к спектральному составу излучения черного тела. Что позволяет к ним применять законы теплового излучения черного тела. Таким образом, астрономы по цвету звезд могут определить их температуру. В частности, выяснили, что температура наружных слоев Солнца приблизительно 6170 К.
Резюме теоретической части
Поле и вещество взаимосвязаны и взаимодействуют между собой. Одним из примеров взаимодействия являются цвет и спектры. Свет, обладая волновой природой, переносит импульс и энергию. Свет и вещество могут взаимодействовать, при этом энергия может поглощаться, излучаться, отражаться и преломляться. Что и определяет цвет вещества.
Белый свет представляет собой совокупность различных длин волн. Пучок света при прохождении через призму распределяется по длинам волн в спектр.
Свойства разных веществ по-разному взаимодействовать с электромагнитным полем, дают подробную информацию о составе и структуре вещества. На этом свойстве основан спектральный анализ веществ.
Изучая спектры можно оценить энергию, которую переносит излучение. Такая характеристика волн называется интенсивностью. Эта характеристика зависит от температуры и длины волны.
Источником света могут быть нагретые тела. При этом, чем выше температура, тем ниже длина электромагнитных волн.
Изучение спектров излучения позволяет определить химический состав, температуру и другие параметры.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля.
Задание 1. Расположите цвета в порядке уменьшения показателя преломления.
Варианты: красный, синий, жёлтый, оранжевый, фиолетовый, зелёный
Ответ: Фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный
Пояснение: Показатель преломления связан с длиной волны. Чем больше длина волны, тем меньше электромагнитная волна изменяет направление распространения и наоборот. С самой маленькой длиной волны из видимого спектра электромагнитных волн являются красные, самую большую длину волны – фиолетовые.
Задание 2. На изображениях представлены изображения двух спектров линейчатого и сплошного. Установите соответствие между рисунком и типом спектра.
Цвета способствуют хорошему настроению так же ,как приятная музыка и удобный диван. Они дают нам возможность самим создавать свой собственный мир в соответствии с личными представлениями. У нас есть свобода выбора. Из множества комбинаций цвета мы можем выбрать те , которые нам нравятся. Какими были бы искусство ,реклама и архитектура без цвета ? Однотонными и скучными. Из этой работы вы узнаете , какое влияние оказывает на нас цвет.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| proekt_cvet.vzaimodeystvie_sveta_s_veshchestvom..docx | 640.55 КБ |
Предварительный просмотр:
Подготовил уч-ся : 10 б
Руководитель : учитель физики
- Основные положения.
- Как глаз различает цвета ?
- Существует ли систематизация цветов ?
- Цвет в нашей жизни.
- Значение цветов.
- Выяснить как получается окраска предметов
- Выяснить как образуется радуга
- Выяснить как глаз различает цвета
- Выяснить систематизацию цветов
- Показать как цвет меняет нашу жизнь (архитектура, реклама, мода )
Разложение белого света доказывает , что белый свет является составным , т.е представляет совокупность световых волн , каждая из которых соответствует определенному цвету. Зависимость показателя преломления света от частоты волны называется дисперсией света.
Поскольку белый свет является составным , т.е. представляет собой совокупность различных цветов , окраска предметов может возникать по двум причинам :
- Исключение какого-либо цвета из состава белого света при поглощении веществом световых волн с определенной длиной волны. В результате отраженный от вещества или преломленный им свет приобретает окраску .
- Разделение цветов в пучке белого света из-за того , что волны с разной длиной волны преломляются или рассеиваются веществом по-разному, а также в результате интерференции или дифракции.
Если осветить красный мяч белым или красным светом , он останется красным. Если заменить свет зелёным , в котором отсутствует красная часть спектра , мяч станет чёрным. Тело может иметь насыщенный ярко-голубой цвет, потому что отражает только голубой свет , или тусклый светло-голубой , потому что поглощает свет только в дополнительном цвете , остальные же компоненты спектра рассеивает.
2 . Как глаз различает цвета ?
Цветовую слепоту можно определить с помощью особых таблиц.
Человек с нормальным зрением увидит на табличке стилизованный глаз , составленный из цветных точек на зеленом фоне и на второй картинке число 96 , а человек с нарушением зрения- одноцветные точки.
В результате смешивания двух цветов получается третий цвет другого оттенка. В ходе эксперимента установлено , что человек различает около 1400 оттенков синего цвета.
Распределите цветные квадратики справа в соответствии с девятью полями квадрата.
Цветовой последовательный образ представляет собой след , который остается на сетчатке после того , как цветной объект выведен из поля зрения.
В течение 30 секунд смотри на голубой крест , а затем несколько секунд на светлую поверхность. Крест начнет медленно проявляться на поверхности в дополнительном цвете.
3 .Существует ли систематизация цветов ?
С помощью цветного волчка можно , смешивая цвета , получать новый цвет.
Нередко к волчку прилагаются уже готовые пластины для экспериментов.
Мы использовали пластину с красным и зеленым цветом , а в результате вращения получили желтый.
4. Цвет в нашей жизни.
А) Цвет в архитектуре.
Для достижения гармоничного результата цветовое оформление здания продумывается еще на этапе его планирования. Унылая бетонная коробка не очень приятна для проживания. Нахождение верных цветовых решений так же важно для оформителя , как выбор материалов и поверхностей. На необработанной деревянной доске и искусственном материале один и тот же цвет будет смотреться по-разному. Качество самой поверхности тоже оказывает влияние на цветовосприятие. Цвет может сделать помещение визуально больше или меньше, а здания контрастировать с окружающей средой. Мировое признание получили работы архитекторов : БруноТаут и Ле Корбузье. Они использовали яркие цвета и ступенчатое расположение цветов.
Б) Цвет в живописи.
Цветовые контрасты используются в искусстве для того , чтобы выделить объекты из общего фона и привлечь к ним внимание.
Выбор цветов определяется содержанием картины , выразительностью, которой хочет добиться художник , и техникой рисования. Раньше в выборе цветов существовали ограничения. Пурпур получали из улиток , поэтому эта краска использовалась в очень дорогих картинах. В эпоху Средневековья голубой цвет символизировал связь между небом и землей.
В) Корпоративный дизайн и использование цвета в рекламе.
Корпоративный дизайн является составной частью образа фирмы или организации. Он устанавливает единообразное оформление шрифтов, символов и цветов.
Рекламодателям становится все сложнее привлечь внимание потребителя ,т.к. идея должна быть донесена до него в течение нескольких секунд. Цвет в рекламе передает настроение и обеспечивает узнаваемость продукта. Создатели рекламы учитывают ассоциативное восприятие цвета. Лимонно-желтый сигнализирует о гигиене и свежести , голубой- о нежном уходе и отдыхе , зеленый – о натуральности и безопасности. Цветовое оформление призвано привлечь внимание и одновременно подать сигнал об удовлетворении определенных потребностей.
В каменном веке одежда служила единственной цели – защитить и согреть. Позже цвет и материал стал отражать разницу в социальном положении и происхождении людей. Сегодня мода является средством самовыражения. Индустрия моды использует желание человека меняться . Костюмы, шляпы, платья, хотя бы и очень дорогие, могут казаться очень простыми и даже смешными, если в них неправильно применены комбинации цветов. С другой стороны, хорошее сочетание цветов может значительно усилить очарование и привлекательность. Цвета весны лёгкие и светлые , пастельных тонов. Летом яркие и насыщенные. Осенью мы выбираем одежду более темных тонов. Зимой на первый план выходят черный и серый цвета.
5 .Значение цветов.
Одним из первых, кто начал исследовать воздействие цвета, был И. Гете. Он любил рассматривать один и тот же пейзаж через стекла разных цветов. Он наблюдал как при этом изменяются восприятие и эмоциональное состояние человека.
Это цвет природы и жизни. Он вносит гармонию. Полезен для глаз. Школьные доски часто бывают зеленого цвета , это помогает школьникам лучше концентрироваться. Он означает покой , надежду , осторожность , безопасность, прочность, неподвижность , сохранение , отдых, молодость, здоровье , весну. В негативном смысле : незрелость, зависть, яд.
Это цвет покоя и концентрации , способствует понижению кровяного давления и нормализации пульса .Светло-голубые помещения кажутся больше по размеру. Ассоциируется с холодом, далью, тоской , верностью, защищенностью, покоем , логикой , гармонией , небом и океаном.
Это цвет ночи и тьмы . Это отсутствие каких либо цветов. На черном полу человек чувствует себя неуверенно, не решается зайти в такое помещение , возникает ассоциация с бездонной глубиной. В дизайне черный цвет =это сдержанность и ограничение. Чёрный ассоциируют с угрозой ,силой, концом, печалью, смертью, отказом, глубиной, обороной, вытеснением раздражающих влияний ,отделением от общества.
Это цвет символ чистоты , ясности , света и холода. Белая комната больше и светлее. Халат врача- белый. Во многих религия белый -это Божественное начало, просветление. Ассоциации : снег , лед , невинность, величие , совершенство.
Серый нельзя заставить светиться , поэтому многие люди считают его скромным, деловым , скучным. Это цвет печали , серых осенних дней , осторожность, сдержанность, нужда , одиночество , безнадежность, неуверенность и страх Но некоторые тона серого действуют успокаивающе.
Насколько важен психологический аспект цветового зрения, доказывает следующий оригинальный опыт: со вкусом накрытый стол был освещен светом, прошедшим через специальные фильтры. При этом окраска блюд резко изменилась: мясо выглядело серым, салат - фиолетовым, зеленый горошек - черным, молоко - красно-фиолетовым и т.д. Участники этого эксперимента смогли только попробовать пищу, но не смогли ее есть, не смотря на то, что качество пищи при освещении не изменились.
Цвета способствуют хорошему настроению так же ,как приятная музыка и удобный диван. Они дают нам возможность самим создавать свой собственный мир в соответствии с личными представлениями. У нас есть свобода выбора. Из множества комбинаций цвета мы можем выбрать те , которые нам нравятся. Какими были бы искусство ,реклама и архитектура без цвета ? Однотонными и скучными. Из этой работы вы узнали , какое влияние оказывает на нас цвет.
№ слайда 1
Спектры Аникеева Галина Аркадьевна, учитель физики ГБОУ СОШ №87 Санкт-Петербурга
№ слайда 2
В состав видимого света входят монохроматические волны с различными значениями длин. Совокупность монохроматических компонент в излучении называется спектром.
№ слайда 3
Спектры Спектры излучения Спектры поглощения
№ слайда 4
Спектры излучения Линейчатый спектр Полосатый спектр Сплошной спектр
№ слайда 5
Линейчатый спектр Линейчатый спектр состоит из отдельных спектральных линий, соответствующих отдельным значениям длин волн. Каждый атом излучает набор электромагнитных волн определенных частот. Поэтому каждый химический элемент имеет свой спектр. Линейчатый спектр - это спектр, испускаемый газами, парами малой плотности в атомарном состоянии.
№ слайда 6
Полосатый спектр Спектр излучения бутана Полосатый спектр представляет собой полосы, резкие с одного края и размытые с другого. Спектр излучения горящего спирта Полосатый спектр - это спектр, испускаемый газами в молекулярном состоянии.
№ слайда 7
Сплошной спектр Сплошной спектр содержит все длины волн от красного до фиолетового (от 380 нм до 760 нм). Сплошной спектр излучают нагретые твердые и жидкие вещества, газы, нагретые под большим давлением.
№ слайда 8
Спектр поглощения Темные линии на фоне непрерывного спектра — это линии поглощения, образующие в совокупности спектр поглощения. Спектр поглощения возникает при прохождении белого света сквозь холодный, неизлучающий газ.
№ слайда 9
Закон Кирхгофа Густав Кирхгоф1824 - 1887
№ слайда 10
Спектральный анализ – это метод качественного и количественного определения состава вещества по его спектрам. Спектроскоп
№ слайда 11
№ слайда 12
Читайте также: