Dari tahun 1900 sampai tahun 1930 adalah sebuah revolusi dalam dasar-dasar pemahaman kita tentang interaksi cahaya dan materi. Pada tahun 1900 Planck menunjukkan bahwa energi cahaya harus dipancarkan dan diserap dalam diskrit 'kuanta' untuk menjelaskan radiasi hitam. Kemudian pada tahun 1905 Einstein menunjukkan bahwa energi cahaya ditentukan oleh frekuensi, dimana E = hf. Akhirnya, pada akhir tahun 1920, de Broglie dan Schrodinger memperkenalkan konsep Berdiri Gelombang untuk menjelaskan frekuensi diskrit dan menyatakan energi cahaya dan materi (gelombang berdiri hanya ada pada frekuensi diskrit dan dengan demikian keadaan energi).
Jadi jelas bahwa Gelombang pusat untuk Quantum Fisika dan pemahaman kita tentang struktur dan keadaan energi diskrit Matter (yang menjelaskan mengapa Teori Quantum juga disebut Quantum Wave Mekanika). Seperti yang akan kita jelaskan, masalah dan absurditas teori kuantum telah disebabkan oleh asumsi terus konsep 'partikel' diskrit untuk kedua cahaya dan materi, dan dengan demikian paradoks yang dihasilkan 'partikel / Wave' dualitas.
Cahaya adalah bagian dari spektrum elektromagnetik , spektrum adalah koleksi semua gelombang, termasuk cahaya tampak, Gelombang mikro, gelombang radio (AM, FM, SW), X-Rays, dan Gamma Rays.
Pada akhir tahun 1600, pertanyaan-pertanyaan penting terangkat, bertanya apakah cahaya terdiri dari partikel, atau itu gelombang.?
Sir Isaac Newton, memegang teori bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel kecil. Pada 1678, fisikawan Belanda, Christiaan Huygens , percaya bahwa cahaya terdiri dari gelombang bergetar atas dan ke bawah tegak lurus terhadap arah perjalanan cahaya, dan karena itu dirumuskan cara memvisualisasikan propagasi gelombang. Hal ini kemudian dikenal sebagai 'Huygens' Prinsip '. teori Huygens adalah teori keberhasilan gerakan gelombang cahaya dalam tiga dimensi. Huygen , menyarankan bahwa puncak bentuk gelombang cahaya permukaan seperti lapisan bawang. Dalam vakum, atau media seragam lainnya, gelombang cahaya adalah bola, dan gelombang permukaan ini maju atau menyebar keluar sebagai mereka melakukan perjalanan dengan kecepatan cahaya. Teori ini menjelaskan mengapa cahaya bersinar melalui lubang pin atau celah akan menyebar daripada pergi dalam garis lurus ( lihat difraksi ). Teman-teori Newton datang pertama, namun teori Huygens, lebih baik dijelaskan percobaan awal. 'Prinsip Huygens memungkinkan Anda memprediksi di mana muka gelombang yang diberikan akan di masa depan, jika Anda memiliki pengetahuan tentang mana wavefront yang diberikan pada saat ini.
Pada waktu itu, beberapa percobaan yang dilakukan pada teori cahaya, baik dalam teori gelombang dan teori partikel, memiliki beberapa fenomena yang tidak dapat dijelaskan, Newton tidak bisa menjelaskan fenomena cahaya interferensi , ini's partikel teori Newton paksa yang mendukung teori gelombang. Kesulitan ini disebabkan fenomena dijelaskan dari Polarisasi cahaya - ilmuwan akrab dengan fakta bahwa gerakan gelombang yang sejajar dengan arah perjalanan gelombang, TIDAK tegak lurus ke arah perjalanan gelombang, sebagai cahaya tidak.
Pada tahun 1803, Thomas Young mempelajari interferensi gelombang cahaya oleh bersinar cahaya melalui layar dengan dua celah sama dipisahkan, cahaya muncul dari dua celah, tersebar menurut 's prinsip Huygen. Akhirnya dua front gelombang akan tumpang tindih dengan satu sama lain, jika layar ditempatkan pada titik gelombang yang tumpang tindih, Anda akan melihat produksi terang dan daerah gelap ( lihat gangguan ).
Kemudian pada tahun 1815, Augustin Fresnel didukung's percobaan Young dengan perhitungan matematis.
Pada tahun 1900 Max Planck mengusulkan keberadaan kuantum cahaya, paket hingga energi yang tergantung pada frekuensi dan kecepatan radiasi.
Pada tahun 1905 Albert Einstein telah mengusulkan solusi untuk masalah pengamatan yang dilakukan pada perilaku karakteristik memiliki cahaya dari kedua gelombang dan teori partikel. Dari pekerjaan Plank pada emisi cahaya dari tubuh panas, Einstein mengusulkan bahwa cahaya terdiri dari partikel kecil yang disebut foton, dan foton masing-masing memiliki energi.
Cahaya teori cabang ke dalam fisika mekanika kuantum, yang dikonseptualisasikan pada abad kedua puluh. Mekanika kuantum berurusan dengan perilaku alam pada skala atom atau lebih kecil.
Sebagai hasil dari mekanika kuantum, ini memberikan bukti sifat ganda cahaya dan karenanya tidak kontradiksi.
Cahaya dapat menunjukkan baik teori gelombang, dan teori partikel pada waktu yang sama. Sebagian besar waktu, cahaya berperilaku seperti gelombang. gelombang cahaya juga disebut gelombang elektromagnetik karena mereka terdiri dari baik dan magnetik (H) medan listrik (E). bidang elektromagnetik berosilasi tegak lurus terhadap arah perjalanan gelombang, dan tegak lurus satu sama lain. gelombang cahaya yang dikenal sebagai gelombang transversal karena mereka terombang-ambing dalam arah silang untuk arah perjalanan gelombang.
Gelombang sinus adalah gelombang fundamental di alam. Ketika berhadapan dengan gelombang cahaya, kita lihat gelombang sinus. Periode (T) dari gelombang merupakan salah satu penuh menyapu 0-360 derajat. Hubungan frekuensi dan periode yang diberikan oleh persamaan:
f = 1 / T
T = 1 / f
Bentuk gelombang selalu dalam domain waktu dan berlangsung selama tak terhingga.
| Panjang gelombang: | Ini adalah jarak antara puncak gelombang. Panjang gelombang diukur dalam satuan panjang - meter, Ketika berhadapan dengan cahaya, panjang gelombang berada di urutan nanometer (1 x 10 -9) |
| Frekuensi: | Ini adalah jumlah puncak yang akan melakukan perjalanan titik terakhir dalam satu detik. Frekuensi diukur dalam siklus per detik. Istilah yang diberikan untuk ini adalah Hertz (Hz) bernama setelah penemu abad ke-19 dari gelombang radio - Heinrich Hertz. 1 Hz = 1 siklus per detik |
Kecepatan gelombang dapat ditemukan dengan mengalikan dua unit bersama. Kecepatan gelombang adalah diukur dalam satuan panjang (jarak) per detik:
Frekuensi panjang gelombang x = Kecepatan
Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sebuah konstanta universal sekitar 300.000 km / s atau 186.000 mil per detik. Kecepatan cahaya yang tepat adalah: 299,792.458 km / s
Diperlukan waktu sekitar 8,3 menit untuk cahaya dari matahari mencapai bumi (150.000.000 / 300.000 / 60 = 8.3)
Mengambil jarak matahari dari bumi ke rekening, yang 150.000.000 km, dan fakta bahwa cahaya pada 300.000 km / s, itu terlihat dalam bagaimanapun seberapa cepat cahaya sebenarnya perjalanan.
Diperlukan waktu sekitar 8,3 menit untuk cahaya dari matahari mencapai bumi (150.000.000 / 300.000 / 60 = 8.3)
Mengambil jarak matahari dari bumi ke rekening, yang 150.000.000 km, dan fakta bahwa cahaya pada 300.000 km / s, itu terlihat dalam bagaimanapun seberapa cepat cahaya sebenarnya perjalanan.
Dengan menggunakan unit SI untuk panjang gelombang (l), frekuensi (|) dan kecepatan cahaya (c), kita dapat memperoleh beberapa persamaan sederhana yang berkaitan dengan panjang gelombang, frekuensi dan kecepatan cahaya:
| l = c / | | | = C / l |
Model foton Light
Seperti yang diusulkan oleh Einstein, cahaya terdiri dari foton, sebuah paket yang sangat kecil dari energi. Alasan bahwa foton mampu bergerak pada kecepatan cahaya adalah karena fakta bahwa mereka tidak memiliki massa dan karenanya, terkenal persamaan's Einstein - E = MC 2 tidak dapat digunakan. Formula lain dirancang oleh Planck , digunakan untuk menggambarkan hubungan antara energi foton dan frekuensi - 's Konstan Planck (h) - 6.63x10 -34 Joule-Kedua.
E = h |
atau
E = h c / l
E adalah energi fotonik dalam Joule, h adalah papan konstan dan f adalah frekuensi dalam Hz
atau
E = h c / l
E adalah energi fotonik dalam Joule, h adalah papan konstan dan f adalah frekuensi dalam Hz
Sifat-sifat fisik gelombang
Gelombang periodik ditandai dengan puncak (tertinggi) dan palung terendah), dan mungkin biasanya dikategorikan sebagai longitudinal atau melintang. ( gelombang Transverse s adalah mereka dengan getaran tegak lurus terhadap arah propagasi gelombang; contoh termasuk gelombang pada tali , dan gelombang elektromagnetik. gelombang longitudinal s adalah mereka dengan getaran sejajar dengan arah propagasi gelombang; contoh termasuk gelombang suara terbanyak.
Ketika sebuah benda bobs atas dan bawah pada sebuah riak di kolam, itu pengalaman lintasan orbital karena riak tidak sederhana melintang gelombang sinusoidal.
Semua gelombang memiliki perilaku umum di bawah sejumlah situasi standar. Semua gelombang dapat mengalami hal berikut:
- Refleksi - perubahan arah gelombang setelah serangan permukaan reflektif, menyebabkan gelombang membuat sudut dengan permukaan reflektif dalam hubungannya dengan garis normal pada permukaan yang sama dengan sudut gelombang tercermin membuat dengan garis normal yang sama
- Bujursangkar propagasi - gerakan gelombang dalam garis lurus, dengan tidak adanya hambatan atau perubahan media
Media yang membawa gelombang disebut media transmisi. Hal ini dapat diklasifikasikan ke dalam satu atau lebih dari kategori berikut:
- Sebuah medium dibatasi jika terbatas luasnya, jika sebuah media tak terbatas
- Sebuah medium linier jika amplitudo gelombang yang berbeda pada setiap titik tertentu dalam medium dapat ditambahkan
- Sebuah medium medium homogen atau seragam jika sifat fisiknya tidak berubah pada lokasi yang berbeda di angkasa
- Media isotropik jika sifat fisik yang sama dalam arah yang berbeda
pengukuran tepat dari absorbansi pada panjang gelombang banyak memungkinkan identifikasi zat melalui spektroskopi penyerapan , di mana sampel menyala dari satu sisi, dan intensitas cahaya yang keluar dari sampel di setiap arah diukur. Beberapa contoh spektroskopi penyerapan, di berbagai bagian spektrum, yang -terlihat spektroskopi ultraviolet , inframerah spektroskopi , dan spektroskopi penyerapan sinar-X . Aplikasi dalam Rough plot of Earth's atmosfer transmitansi (atau opacity) untuk berbagai panjang gelombang radiasi elektromagnetik, termasuk cahaya tampak .
Refleksi cahaya adalah baik specular (seperti cermin) atau difus (mempertahankan energi , tetapi kehilangan gambar) tergantung pada sifat antarmuka. Selanjutnya, jika antarmuka antara dielektrik dan konduktor, maka fase gelombang tercermin masih dipertahankan, sebaliknya jika antarmuka antara dua dielektrik, fase tersebut dapat dipertahankan atau terbalik, tergantung pada indeks bias . Hukum refleksi : Jika permukaan mencerminkan sangat halus, refleksi cahaya yang terjadi disebut refleksi specular atau biasa. Hukum refleksi adalah sebagai berikut:
- Sinar kejadian, sinar dipantulkan dan normal ke permukaan refleksi pada titik kejadian terletak pada bidang yang sama.
- Sudut yang membuat sinar insiden dengan normal sama dengan sudut yang sinar tercermin membuat ke normal yang sama.
- Sinar dipantulkan dan sinar insiden berada di sisi berlawanan dari normal.
Jenis-jenis refleksi :
a. Diffuse Reflection
Ketika cahaya mengenai permukaan non logam, bahan (itu memantul ke semua arah karena beberapa refleksi oleh penyimpangan mikroskopis di dalam bahan (misalnya batas butir dari polikristalin bahan, atau sel atau serat batas dari bahan organik ) dan dengan permukaan, jika kasar. Jadi, sebuah 'citra' tidak terbentuk. Ini disebut refleksi menyebar . Bentuk refleksi yang tepat tergantung pada struktur material. Salah satu model umum untuk refleksi difus adalah reflektansi Lambertian , di mana sinar dicerminkan dengan sama pencahayaan (dalam fotometri) atau cahaya (dalam radiometri) ke segala arah, seperti yang didefinisikan oleh hukum kosinus's Lambert . Cahaya dikirim ke mata kita dengan sebagian besar obyek yang kita lihat adalah karena menyebar refleksi dari permukaan bidang.
b. Retroreflection
Sebuah retroreflektor (kadang-kadang disebut retroflector atau cataphote) adalah sebuah perangkat atau permukaan yang memantulkan cahaya kembali ke sumbernya dengan minimal hamburan cahaya. Sebuah elektromagnetik depan gelombang tercermin kembali sepanjang vektor yang sejajar dengan tetapi berlawanan arah dari gelombang's sumbernya. Perangkat atau permukaan's sudut datang lebih besar dari nol. Ini tidak seperti planar cermin , yang melakukan ini hanya jika cermin itu persis tegak lurus ke depan gelombang, memiliki sudut nol kejadian. Contoh : Ketika terbang di atas awan diterangi oleh sinar matahari daerah terlihat di sekitar bayangan pesawat akan terlihat lebih terang, dan efek yang sama dapat dilihat dari embun di rumput. Retro ini refleksi-sebagian dibuat oleh bias sifat permukaan droplet melengkung dan sifat reflektif pada bagian belakang tetesan itu.
c. Refleksi konjungat kompleks
d. Refleksi neutron
e. Refleksi Sound
f. Refleksi seismik
Refraksi adalah fenomena gelombang untuk mengubah kecepatan. Secara matematis, ini berarti bahwa ukuran kecepatan fase perubahan. Biasanya, refraksi terjadi ketika gelombang berpindah dari satu medium ke lainnya. Jumlah dimana sebuah gelombang dibiaskan oleh material diberikan oleh indeks bias bahan. Arah insiden dan pembiasan berkaitan dengan indeks bias dari dua bahan dengan itu hukum Snell .
Gelombang difraksi ketika menemukan rintangan yang dimana lengkungan gelombang atau bila menyebar setelah muncul dari celah. Efek Difraksi lebih menonjol ketika ukuran hambatan sebanding dengan panjang gelombang gelombang.
Sebuah gelombang terpolarisasi jika berosilasi satu arah atau pesawat. gelombang dapat terpolarisasi dengan penggunaan polarising filter. Polarisasi gelombang transversal menggambarkan arah osilasi pada bidang tegak lurus terhadap arah perjalanan.
gelombang mengalami dispersi saat baik kecepatan fase atau kecepatan kelompok tergantung pada frekuensi gelombang. Dispersi yang paling mudah dilihat dengan membiarkan lewat cahaya putih melalui prisma , yang hasilnya adalah untuk menghasilkan spektrum warna pelangi. Isaac Newton melakukan eksperimen dengan cahaya dan prisma, mempresentasikan temuannya dalam Opticks (1704) putih cahaya yang terdiri dari beberapa warna dan warna-warna ini tidak bisa diurai lebih lanjut.
Perilaku energi elektromagnetik diatur oleh teori gelombang dasar, yang dijelaskan oleh persamaan Maxwell's . Persamaan ini menggambarkan radiasi elektromagnetik sebagai bepergian dengan kecepatan [c] sama dengan 3 x 10 8 m / s, dalam harmonis, fashion sinusoidal. Gelombang elektromagnetik adalah propogated dalam arah tegak lurus terhadap medan listrik dan magnet. Menurut ini, gelombang elektromagnetik ditandai oleh amplitudo, panjang gelombang, periode, frekuensi, dan kecepatan.
Ingat bahwa panjang gelombang dari gelombang elektromagnetik adalah jarak antara puncak dan periode gelombang elektromagnetik adalah waktu antara puncak. Kecepatan gelombang elektromagnetik adalah panjang gelombang (jarak) dibagi dengan periode (waktu). Ini bukan deskripsi berguna khususnya kecepatan, bagaimanapun, karena banyak aplikasi penginderaan jauh mengacu pada panjang gelombang dan frekuensi, tidak panjang gelombang dan periode. Namun, sejak definisi di atas memberitahu kita frekuensi adalah kebalikan dari periode, tidak terlalu sulit untuk mengekspresikan kecepatan dalam hal freqency dan panjang gelombang.
Sebuah titik yang sangat penting untuk membuat saat ini adalah bahwa hubungan ini berlaku untuk semua gelombang. Kecepatan selalu sama kali panjang gelombang frekuensi. Selain ini, gelombang elektromagnetik adalah kasus khusus, karena kecepatan gelombang elektromagnetik pada dasarnya konstan. energi elektromagnetik bergerak pada kecepatan cahaya (memang, cahaya adalah energi elektromagnetik), dan bahwa selalu 3 x 10 8 meter / detik (186.000 mil / detik) dalam ruang hampa. Karena kecepatan cahaya adalah konstan, maka dapat dilihat hubungan terbalik sederhana antara panjang gelombang frekuensi dan gelombang elektromagnetik. Sebagai meningkat frekuensi, panjang gelombang berkurang, dan sebaliknya.
Meskipun sebagian besar karakteristik gelombang elektromagnetik cukup dijelaskan oleh teori gelombang klasik, di pendek panjang gelombang yang sangat radiasi elektromagnetik berinteraksi dengan materi dengan cara yang teori gelombang (dan Teman-persamaan Maxwell) tidak dapat menjelaskan. Dalam hal ini, deskripsi partikel radiasi elektromagnetik yang lebih tepat daripada deskripsi gelombang. Dalam uraian, energi elektromagnetik perjalanan dalam unit diskrit, atau kuanta, energi. Energi kuantum adalah diberikan sebagai hf = Q, dimana h =), Plank konstan (6,26 X 10 -34 Jsec f = frekuensi, dan Q adalah energi kuantum adalah Joule. Perbedaan dasar antara deskripsi gelombang dan kuantum (partikel) deskripsi adalah bahwa penggambaran kuantum memprediksi energi akan dikirim ke target secara probabilistik, bukan seolah-olah itu tersebar merata gelombang. Namun, meskipun cahaya memiliki ini "alam partikel", efek rata-rata keseluruhan di alam berikut's persamaan Maxwell.
Sumber Energi
gelombang elektromagnetik yang terpancar melalui ruang dari beberapa sumber. Ketika energi menemukan obyek, bahkan kecil yang sangat seperti molekul udara, salah satu dari tiga reaksi terjadi. radiasi akan (1) terpantul objek, (2) diserap oleh objek, atau (3) ditularkan melalui objek. Jumlah radiasi yang menyerang suatu objek disebut sebagai radiasi insiden, dan sama dengan:
tercermin radiasi + radiasi diserap + radiasi ditransmisikan
Dalam penginderaan jauh, sebagian besar kita peduli dengan RADIASI tercermin. Ini adalah radiasi yang menyebabkan mata kita untuk melihat warna, menyebabkan inframerah film untuk vegetasi merekam, dan memungkinkan radar gambar bumi yang akan diciptakan. Sumber dari sebagian besar radiasi ini tercermin adalah matahari.
Sedangkan matahari adalah sumber yang paling jelas dari energi elektromagnetik yang diukur dalam penginderaan jauh terestrial, itu bukan hanya satu sumber energi mungkin dihadapi. Hal ini karena semua materi pada suhu lebih besar dari nol mutlak (0 Kelvin) terus menerus memancarkan radiasi elektromagnetik. Secara umum, panas suatu obyek, semakin ia memancarkan, tapi semua benda bahkan dengan gerakan sub-molekul sedikit memancarkan energi tertentu. Lebih lanjut tentang ide ini berikut.
Penginderaan Jauh menggunakan energi elektromagnetik dari kedua sumber daya alam dan buatan manusia. sumber energi Mereka yang terjadi secara alami sering disebut sebagai sumber energi pasif. Penginderaan jauh didasarkan pada energi elektromagnetik yang berasal dari sumber buatan manusia biasanya disebut sebagai aktif. Energi matahari (termasuk sinar inframerah, tampak, dan ultraviolet, serta x-ray dan sinar gamma) dan panas radiasi (terdeteksi sebagai-jauh inframerah) adalah contoh dari sumber energi pasif. Radar dan laser profiler adalah contoh dari sumber energi aktif.
energi elektromagnetik (radiasi) adalah salah satu dari banyak bentuk energi (seperti kimia, listrik, kinetik, magnet, nuklir, atau panas). Ada sejumlah mekanisme transformasi yang mengubah bentuk energi yang tercantum di atas ke dalam radiasi elektromagnetik. Beberapa diringkas dalam tabel berikut:
| Transformasi Mekanisme Angkatan Band Terpilih Energi elektromagnetik (setelah Elachi, 1987) | |
| Panjang gelombang | Metode Generasi |
| radio | Periodik arus muatan listrik di kabel, elektron balok, atau antena |
| microwave | menggunakan tabung elektron elektron berkecepatan tinggi untuk menghasilkan listrik variabel / medan magnet, yang kemudian dipandu ke dalam struktur memancar. |
| inframerah / terlihat | Molekul eksitasi (getaran atau orbit) diikuti oleh peluruhan. Frekuensi yang dipancarkan secara langsung berkaitan dengan perbedaan energi antara kedua tingkat energi dari molekul. |
BLACKBODIES
hitam adalah penyerap sempurna dan emiter radiasi. Artinya, dalam hitam yang sempurna, semua insiden radiasi pada objek tersebut kembali dipancarkan, dan daya pancar hanya merupakan fungsi temperatur. Di alam, blackbodies benar tidak ada. Namun, banyak benda blackbodies perkiraan.
· Radiasi Plank Hukum bagi Blackbodies memberikan pancaran spektral obyek sebagai fungsi suhu. Dalam fisika , Planck hukum 'menggambarkan radiasi elektromagnetik yang dipancarkan dari sebuah benda hitam pada suhu mutlak T. Distribusi radiasi Planck adalah distribusi stabil yang unik yang dapat bertahan dalam kesetimbangan termodinamika. rumus Planck memprediksi bahwa tubuh hitam akan memancarkan energi pada semua frekuensi, tapi intensitasnya cenderung cepat ke nol pada frekuensi tinggi (panjang gelombang pendek). Sebagai contoh, sebuah benda hitam pada suhu kamar (300 kelvin) dengan satu meter persegi luas permukaan akan memancarkan foton dalam rentang terlihat sekali setiap menit atau lebih, yang berarti bahwa untuk tujuan praktis sebagian besar benda hitam pada suhu ruangan tidak memancarkan dalam kisaran terlihat. Bidang radiasi benda hitam dapat dianggap sebagai gas foton , dalam hal ini kepadatan energi yang akan menjadi salah satu parameter termodinamika gas itu. Hukum Plank berkaitan erat dengan pendekatan Wien, dimana hukum Plank bertujuan untuk melengkapi pendekatan Wien. perpindahan hukum Wien dalam bentuk yang lebih kuat yang menyatakan bahwa bentuk hukum di Planck tidak tergantung pada suhu. Oleh karena itu mungkin untuk daftar poin persentil dari radiasi total serta puncak untuk panjang gelombang dan frekuensi, dalam bentuk yang memberikan λ panjang gelombang bila dibagi dengan T temperatur. [36] Baris kedua dari tabel berikut daftar yang sesuai nilai T λ, yaitu nilai-nilai x dimana λ panjang gelombang adalah x / T mikrometer pada persentil titik cahaya yang diberikan oleh entri yang sesuai di baris pertama.
| Persentil | .01% | .1% | 1% | 10% | 20% | 25,0% | 30% | 40% | 41,8% | 50% | 60% | 64,6% | 70% | 80% | 90% | 99% | 99,9% | 99,99% |
| λ T (μ mK) | 910 | 1110 | 1448 | 2195 | 2676 | 2898 | 3119 | 3582 | 3670 | 4107 | 4745 | 5099 | 5590 | 6864 | 9376 | 22884 | 51613 | 113374 |
Artinya, 0,01% dari radiasi tersebut berada pada panjang gelombang di bawah 910 / T pM, 20% di bawah 2676 / T pM, dll dan frekuensi panjang gelombang puncak dicetak tebal dan terjadi pada 25,0% dan 64,6% masing-masing. Titik 41,8% adalah puncak panjang gelombang-frekuensi-netral. Inilah poin di mana quotients oleh h ν e / T k - 1 dari fungsi Planck-hukum masing-masing 1 / λ 5, ν 3, dan (ν / λ) 2 mencapai maxima mereka. Perhatikan juga kesenjangan jauh lebih kecil dalam rasio panjang gelombang antara 0,1% dan 0,01% (1110 adalah 22% lebih dari 910) dari antara 99,9% dan 99,99% (113.374 adalah 120% lebih dari 51.613), mencerminkan peluruhan eksponensial energi pada pendek panjang gelombang (kiri akhir) dan pembusukan polinomial pada panjang.
Yang puncak untuk digunakan tergantung pada aplikasi. Pilihan konvensional adalah puncak panjang gelombang sebesar 25,0% yang diberikan oleh undang-undang perpindahan Wien dalam bentuk lemah. Untuk beberapa tujuan median atau 50 titik% radiasi total membagi menjadi dua bagian mungkin lebih cocok. Yang terakhir adalah dekat ke puncak frekuensi daripada puncak panjang gelombang karena cahaya turun secara eksponensial pada panjang gelombang pendek dan hanya polynomially di panjang. Netral puncak terjadi pada panjang gelombang lebih pendek daripada rata-rata untuk alasan yang sama.
Untuk Matahari, T 5778 K, memungkinkan poin persentil Sun radiasi, dalam nanometer, yang akan ditabulasikan sebagai berikut ketika dimodelkan sebagai radiator benda hitam, yang matahari adalah suatu pendekatan yang adil. Sebagai perbandingan planet dimodelkan sebagai benda hitam memancar di K 288 nominal (15 ° C) sebagai nilai wakil dari suhu bumi sangat bervariasi memiliki panjang gelombang lebih dari dua puluh kali dari Matahari, ditabulasi di baris ketiga dalam mikrometer (ribuan dari nanometer).
| Persentil | .01% | .1% | 1% | 10% | 20% | 25,0% | 30% | 40% | 41,8% | 50% | 60% | 64,6% | 70% | 80% | 90% | 99% | 99,9% | 99,99% |
| Sun λ (nm) | 157 | 192 | 251 | 380 | 463 | 502 | 540 | 620 | 635 | 711 | 821 | 882 | 967 | 1188 | 1623 | 3961 | 8933 | 19620 |
| 288 K planet λ (pM) | 3.16 | 3.85 | 5.03 | 7.62 | 9.29 | 10.1 | 10.8 | 12.4 | 12.7 | 14.3 | 16.5 | 17.7 | 19.4 | 23.8 | 32.6 | 79.5 | 179 | 394 |
Artinya, hanya 1% dari radiasi Matahari adalah pada panjang gelombang lebih pendek dari 251 nm, dan hanya 1% pada lebih dari 3.961 nm. Disajikan dalam mikrometer ini menempatkan 98% dari radiasi matahari dalam kisaran 0,251-3,961 pM. Sedangkan 98% energi radiasi yang sesuai dari planet K 288 adalah 5,03-79,5 pM, jauh di atas kisaran radiasi matahari (atau di bawah jika dinyatakan dalam frekuensi ν = c / λ bukan panjang gelombang λ).
Konsekuensi dari ini lebih-dari-order-perbedaan-besarnya dalam panjang gelombang antara radiasi matahari dan planet adalah bahwa filter dirancang untuk lulus satu dan blok yang lain mudah untuk membangun. Sebagai contoh dibuat jendela kaca biasa atau plastik transparan lulus minimal 80% dari radiasi 5778 K masuk surya, yang berada di bawah 1,2 pM dalam panjang gelombang, sementara memblokir lebih dari 99% dari radiasi termal 288 K keluar dari 5 ke atas pM, panjang gelombang di yang sebagian besar jenis kaca dan plastik ketebalan konstruksi-kelas secara efektif buram.
radiasi The Sun adalah bahwa tiba di bagian atas atmosfer (TOA). Seperti dapat dibaca dari tabel, radiasi di bawah 400 nm, atau ultraviolet , adalah sekitar 12%, sedangkan yang di atas 700 nm, atau inframerah , mulai pada sekitar titik 49% dan menyumbang 51% dari total. Oleh karena itu hanya 37% dari insolation TOA terlihat oleh mata manusia. Suasana pergeseran persentase ini secara substansial mendukung cahaya terlihat karena menyerap sebagian besar ultraviolet dan jumlah signifikan inframerah.
· Jika kita membedakan Plank Radiasi Hukum untuk blackbodies dan set sama dengan nol, kita sampai pada suatu formula yang memberikan panjang gelombang maksimum untuk cahaya hitam dari temperatur tertentu. Rumus ini disebut sebagai Wien Displacement Law.
Hukum Wien menyatakan perpindahan's bahwa panjang gelombang distribusi radiasi termal dari sebuah benda hitam pada suhu apa pun pada dasarnya memiliki bentuk yang sama sebagai distribusi pada setiap suhu lain, kecuali bahwa setiap panjang gelombang pengungsi pada grafik. Selain T keseluruhan 3 faktor multiplikatif, rata-rata energi panas dalam setiap mode dengan frekuensi ν hanya tergantung pada rasio ν / T. Disajikan kembali dari segi panjang gelombang λ c = / ν, distribusi pada panjang gelombang yang sesuai yang terkait, dimana panjang gelombang yang sesuai berada pada lokasi yang sebanding dengan 1 / T.
Dari hukum umum, maka berikut bahwa ada hubungan terbalik antara panjang gelombang puncak emisi tubuh hitam dan pada suhu ketika dinyatakan sebagai fungsi dari panjang gelombang, dan ini kuat akibat kurang sering juga disebut pergeseran hukum's Wien di banyak buku teks.
di mana λ maks adalah panjang gelombang puncak, T adalah temperatur mutlak dari tubuh hitam, dan b merupakan konstanta proporsionalitas disebut's perpindahan Wien konstan, sebesar 2,897 7 685 (51) × 10 -3
m ° K (2002 CODATA nilai yang direkomendasikan).
m ° K (2002 CODATA nilai yang direkomendasikan).
Untuk panjang gelombang dekat spektrum yang terlihat , seringkali lebih nyaman untuk menggunakan nanometer di tempat meter sebagai satuan ukuran. Dalam hal ini, b = 2,897,768.5 (51) nm ° K.
Dalam bidang fisika plasma suhu sering diukur dalam satuan volt elektron dan konstanta proporsionalitas menjadi b = 249,710 6 6 ° nm eV.
· Ada hubungan langsung antara suhu hitam dan jumlah itu memancarkan energi elektromagnetik. Objek yang lebih panas, makin banyak energi memberikan off. Hal ini erat kaitannya dengan hukum Stefan Boltzman.
Hukum Stefan boltzman, juga dikenal sebagai hukum di Stefan, menyatakan bahwa jumlah energi yang dipancarkan per satuan permukaan luas dari sebuah benda hitam per unit waktu (dikenal dengan berbagai sebagai badan-hitam radiasi , fluks kepadatan energi, fluks radiasi , atau kekuatan memancarkan ), * j, secara langsung proporsional dengan kekuatan keempat tubuh hitam termodinamika suhu T (juga disebut suhu mutlak):
The konstanta proporsionalitas σ, yang disebut Stefan-Boltzmann konstanta atau konstanta Stefan, berasal dari dikenal lain konstanta alam . Nilai konstan
dimana k adalah konstanta Boltzmann , h adalah konstanta Planck , dan c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa . Jadi pada 100 K kepadatan fluks energi adalah 5,67 W / m 2, pada 1000 W K / 2 56700, m dll
Sebuah Kasus yang lebih umum adalah sebuah tubuh abu-abu , salah satu yang tidak menyerap atau memancarkan jumlah penuh fluks radiasi. Sebaliknya, ia memancarkan sebagian dari itu, ditandai dengan yang emisivitas , ε:
J * radiasi memiliki dimensi fluks energi (energi per waktu per area), dan SI unit ukuran adalah joule per detik per meter persegi, atau setara, watt per meter persegi. Satuan SI untuk suhu mutlak T adalah kelvin tersebut. ε adalah emisivitas tubuh abu-abu, jika itu adalah hitam sempurna, ε = 1. Masih pada umumnya lebih (dan realistis) kasus, emisivitas tergantung pada panjang gelombang, ε = ε (λ).
Untuk menemukan jumlah mutlak kekuatan dari energi radiasi untuk sebuah objek kita harus memperhitungkan luas permukaan, A (dalam m 2):
Demikian pula kita dapat menghitung suhu efektif dari E T Bumi dengan menyamakan energi yang diterima dari Matahari dan energi dikirimkan oleh Bumi, di bawah tubuh-pendekatan hitam:
dimana T S adalah suhu Matahari, r S jari-jari Matahari, dan 0 adalah jarak antara Bumi dan Matahari. Sehingga mengakibatkan suhu efektif 6 ° C di permukaan bumi.
Penurunan atas adalah pendekatan kasar saja, karena mengabaikan perbedaan suhu dan perubahan apapun di planet ini dan juga efek rumah kaca. Namun, hasilnya tidak berubah jika Bumi adalah badan abu-abu daripada tubuh hitam karena setiap perubahan baik penyerapan dan emisi akan membatalkan satu sama-lain.
The IPCC dan sumber-sumber lain menyajikan suhu efektif 255 K (-18 ° C), yang dapat ditemukan dengan mempertimbangkan bahwa bumi Albedo adalah 0,3, yang berarti bahwa 30% dari radiasi matahari yang hits planet akan tersebar kembali ke ruang tanpa penyerapan. Energi dari matahari demikian dikalikan dengan 0,7 untuk memperhitungkan pengurangan penyerapan ini. Meskipun penyerapan berkurang, hitam sempurna emisi diasumsikan, menyebabkan suhu ini kesetimbangan yang lebih rendah.
Namun, dibandingkan dengan% refleksi 30 dari Sun energi, yang lebih besar fraksi banyak-gelombang radiasi panjang dari permukaan bumi diserap atau tercermin dalam atmosfer bukannya dipancarkan jauh, dengan gas rumah kaca , yaitu uap air , karbon dioksida dan metana . Karena emisivitas (tertimbang lebih dalam panjang gelombang yang lebih panjang apabila memancarkan Bumi) berkurang lebih dari absorptivitas (tertimbang lebih dalam panjang gelombang lebih pendek dari Sun radiasi), suhu keseimbangan lebih tinggi dari hitam-tubuh yang sederhana perhitungan estimasi. Akibatnya, suhu permukaan aktual rata-rata bumi adalah sekitar 288 K (14 ° C), daripada 279 K.
Siang hari, setiap titik di permukaan bumi menerima langsung, atau lebih hampir langsung, sinar matahari yang pada waktu lainnya hari. Yang paling panas intens akan ditemukan di daerah di mana sinar vertikal jatuhnya Matahari. Matahari merupakan sumber yang paling jelas dari energi elektromagnetik. Saat siang hari, gelombang radiasi yang dipancarkan oleh matahari lebih besar sehingga hal itulah yang menyebabkan siang hari terasa lebih panas.
sumber :
Albert Mesias (1999). quantum mechanics (Reprint dari dua volume Wiley 1958 ed.). Courier Dover. hal 50-52
Cole, HA George; Woolfson, Michael M. (2002). Planetary Science : The science of planets around stars (1st ed.). Institute of physics publishing. Hal 36-37. ISBN 0-7503-0815-x
Thomas, Michael E. (2006 Januari). Optical Propogation In Liniear Media Atmospheric Gases and Particles Solid-State Components, and water . Oxford University Press, USA. hal 3 (Bab 1, 2, 7). ISBN 978-0-19-509161-8 .
Serway, RA.( 1992). Physics for Scientists and Engineers Third Edition, Saunders College Publishing.
Scientific American, April 1986, "The Amateur Scientist" (Wonders with the Retroreflection), oleh Jearl Walker.
Scott M. Juds (1988). Photoelectric Sensos and Controls : Selection and Aplication. CRC Press. p. 29. ISBN 9780824778866 .
Wolff, Milo Exploring the Physics of the Unknown Universe , Technotran Press, CA. 1990
Vassilakis, PN, Perceptual and Physical Properties of Amplitude Fluctuation and their Musical Significance, Universitas California, Los Angeles. 2001.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar