Источники света
Источником света называют тело, которое излучает свет. Источники бывают естественными и искусственными, а для решения задач их часто рассматривают как светящиеся тела или как точечные источники.
Что называют источником света
Свет возникает там, где тело излучает электромагнитную энергию, воспринимаемую глазом. Изучение видимого света помогает понять, почему одни тела мы видим сами, а другие — только после освещения.
Источник света — тело или устройство, излучающее свет в окружающее пространство. Источник может излучать свет постоянно или временно, равномерно или в отдельных направлениях.
Солнце, пламя свечи и светодиод являются источниками света. Стена, книга или Луна сами в обычных условиях видимого света не излучают: они становятся видимыми благодаря отражению света от источника. Подробнее отражение рассматривается на странице отражение света.
Светящееся тело — тело, излучающее собственный свет. Освещённое тело — тело, которое не излучает собственного видимого света, но отражает или рассеивает свет, пришедший от источника.
Естественные и искусственные источники
По происхождению источники света делят на естественные и искусственные.
| Вид источника | Особенности | Примеры |
|---|---|---|
| Естественный | Существует в природе без создания человеком | Солнце, звёзды, молния, полярное сияние, раскалённая лава |
| Искусственный | Создан человеком для получения света | Лампа, фонарик, свеча, экран телефона, светодиод |
Солнце — главный естественный источник света для Земли. Звёзды также являются естественными источниками. Молния светится из-за сильного нагрева воздуха электрическим разрядом. Некоторые живые организмы способны к биолюминесценции: например, светляки и отдельные морские организмы.
Искусственные источники могут работать за счёт разных физических процессов. В лампе накаливания свет излучает сильно нагретая нить. В газоразрядной лампе свет возникает при прохождении электрического разряда через газ. В светодиоде электрическая энергия преобразуется в излучение полупроводника.
Не следует считать Луну источником света только потому, что она видна ночью. Луна в основном отражает солнечный свет, поэтому является освещённым телом, а не самостоятельным источником видимого света.
Размеры источника: протяжённый и точечный
Реальные источники имеют размеры. Солнце, лампа и пламя свечи — протяжённые источники. Однако во многих задачах размеры источника можно не учитывать, если расстояние до него намного больше размеров самого источника.
Точечный источник света — модель источника, размеры которого считаются пренебрежимо малыми по сравнению с расстоянием до наблюдаемого объекта. Вся область излучения в такой модели условно выходит из одной точки.
Точечная модель удобна при построении световых лучей и изучении прямолинейного распространения света. Луч изображают прямой линией, показывающей направление распространения света.
Например, далёкую лампу можно приближённо считать точечной, если её размеры малы по сравнению с расстоянием до предмета. Но ту же лампу вблизи нельзя считать точечной: разные точки её поверхности освещают предмет по-разному.
Если источник считают точечным, световые лучи проводят из одной точки — точки источника. Для задач о тени и полутени важно помнить: точечный источник обычно даёт резкую тень, а протяжённый источник может давать тень и полутень.
Какое тело является освещённым, а не светящимся источником?
Как источник излучает свет
Тело может излучать свет при высокой температуре, во время электрического разряда, химической реакции или особого взаимодействия электрического тока с веществом. Поэтому температура не является единственным условием свечения: светодиод светится, хотя его рабочая часть не раскалена до температуры нити лампы накаливания.
- Тепловое излучение: свет испускает сильно нагретое тело; пример — Солнце или нить лампы накаливания.
- Электрическое свечение: свет возникает при движении зарядов или электрическом разряде; пример — газоразрядная лампа и молния.
- Люминесценция: свечение, не связанное непосредственно с сильным нагреванием; пример — светодиод или светляк.
Один и тот же предмет может быть источником в одном диапазоне излучения и не быть источником видимого света. Например, нагретое тело излучает инфракрасное излучение, а при достаточно высокой температуре начинает светиться видимым светом. О разных диапазонах электромагнитного излучения рассказывает страница электромагнитный спектр.
Задайте вопрос: испускает ли тело собственный свет, а не только отражает чужой? Если да, это светящийся источник. Если тело видно лишь при попадании на него света, оно освещённое.
Разобранный пример: выбор модели источника
Условие: ученику нужно построить ход лучей от фонаря до стены. Фонарь находится в 5 м от стены, а размер его светящейся части — 4 см. Можно ли считать фонарь точечным источником для этой схемы?
Сравним размер источника с расстоянием до стены. Переведём расстояние в сантиметры и найдём отношение.
Ответ: фонарь можно приближённо считать точечным источником для построения общей схемы лучей, потому что его размер намного меньше расстояния до стены. Если же изучают точную форму тени вблизи фонаря, его протяжённость уже нельзя игнорировать.
Точечный источник — это не обязательно маленькое тело в абсолютном смысле. Главное условие — его размеры должны быть малы по сравнению с расстоянием, на котором рассматривают действие света.
Источники света в задачах
В экзаменационных задачах источник часто изображают точкой или небольшим кружком. От него проводят лучи к предмету, экрану или границе тени. Направление луча показывают стрелкой. Если источник протяжённый, лучи проводят от его крайних точек: это позволяет определить границы тени и полутени.
Не путайте источник света с освещённостью. Источник создаёт излучение, а освещённость характеризует, насколько светло на поверхности. Эта величина и способы её сравнения разобраны на странице освещённость. В задачах о невидимом излучении рядом встречаются инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение и рентгеновское излучение, но они не обязательно воспринимаются глазом как видимый свет.
Быстрая проверка
Главное
- Источник света — тело, излучающее собственный свет; освещённое тело только отражает или рассеивает чужой свет.
- Естественные источники существуют в природе, а искусственные созданы человеком.
- Точечный источник — удобная модель тела, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до рассматриваемого объекта.
- Свет может возникать при нагревании, электрическом разряде, работе светодиода и других процессах.
- От типа источника зависит построение тени: точечный источник даёт резкую тень, протяжённый — тень и полутень.