1   2   3
Ім'я файлу: Півень_75%.docx
Розширення: docx
Розмір: 98кб.
Дата: 04.05.2020
скачати
Пов'язані файли:
ТЗ_Гугл карта.docx
Семінар 1..doc
Документ Microsoft Word (2).docx
Презентация Microsoft PowerPoint.pptx
Краткое ТЗ.docx
2-курс-дисципліна-Процеси-та-апарати.docx
Самостійна робота 1..docx



Операция поиска #1

Исходный текст


ВСТУП
Кожного дня людьми на землі споживається велика кількість енергії. Разом з тим запаси традиційних природних палив (нафти, вугілля, газу і інших.) є обмеженими. Тому людство цікавлять альтернативні джерела енергії. Одним з таких альтернативних джерел є сонячна енергія. За рік на поверхню Землі потрапляє 1,81017кВтгод сонячної енергії. Ця величина в 104 перевищує сучасні світові потреби в енергії[4].
Сонце - могутнє джерело енергії, яку воно постійно випромінює в усіх ділянках спектра електромагнітних хвиль - від рентгенівських і ультрафіолетових променів до радіохвиль. Це випромінювання впливає на всі тіла Сонячної системи: нагріває їх, позначається на атмосферах планет, дає світло й тепло, необхідні для життя на Землі[1].
Природу світла почали вивчати ще з давніх часів. Перші уявлення про природу світла виникли у стародавніх греків і єгиптян. У міру винаходу і вдосконалення різних оптичних приладів (параболічних дзеркал, мікроскопа, зорової труби) ці уявлення розвивалися і трансформувалися. В кінці XVII століття виникли дві конкуруючі теорії світла: корпускулярна (І.Ньютон) і хвильова (Р. Гук і Х. Гюйгенс) [19].
Згідно корпускулярної теорії, світло-це потік частинок (корпускул), що випускається джерелом світла. Ці частинки рухаються в просторі і взаємодіють з речовиною за законами механіки. Ці частинки рухаються в просторі і взаємодіють з матерією відповідно до законів механіки. Ця теорія добре пояснювала закони прямолінійного поширення світла, його відображення і заломлення. Основоположником даної теорії є Ньютон. Згідно хвильової теорії світло являє собою пружні поздовжні хвилі в особливому середовищі, що заповнює весь простір - світлоносному ефірі[17]. Поширення цих хвиль описується принципом Гюйгенса. Кожна точка ефіру, до якої дійшов хвильовий процес, є джерелом елементарних вторинних сферичних хвиль, що огинає яких утворює новий фронт коливань ефіру.
Актуальність теми. 21 століття є періодом глибоких переосмислень та уявлень на тему енергктичних ресурсів. Природні палива починають вичерпуватися. Настає час коли дуже вожливим є пошук та використання альтернативних джерел живлення. Одним з шляхів вирішення проблеми є сонячна енергетика де ми за допомоги фотоелементів перетворюємо сонячне світло в електрику.
Мета магістерської роботи: дослідити природу і властивості світла.
Відповідно до мети дослідження поставлено наступні завдання:
На основі літературних джерел дослідити історію формування знань про природу і властивості світла.
Проаналізувати можливості використання сонячного світла в альтернативній енергетиці
Експериментально визначити основні характеристики сонячного елементу.
Можливості використання сонячної енергії в Україні.
Об’єктом дослідження: світло.
Предметом дослідження: природа і властивостей світла та його використання.
Методи дослідження: історичний, аналізу і синтезу, порівняльний, індукції та дедукції.


РОЗДІЛ 1 . ПРИРОДА І ВЛАСТИВОСТІ СВІТЛА
1.1. Історія розвитку вчення про світло.
Стародавні філософи задавали питання " Що таке світло?". Більшість з них дотримувалося думки, що світло створюється в людині і випромінюється з їхніх очей. Деякі філософи розглядали в світло, як матеріальні промені, що сполучають тіло, яке світиться, та людське око. Вони вважали, що відкрите око випромінює "Флюїди" і вона відчуває, як би найтоншими щупальцями, об'єкти, які бачить. Інші вважали, що будь-який об'єкт позбавлений своєї оболонки, подібно до самих об'єктів. Ці "образи", потрапляючи до ока, викликають відчуття форми й кольору предметів[21].
Питання про природу світла виникло давним-давно. Наприклад, Грецький мислитель Піфагор (бл. 580 до н. е.) вважав, що зорові відчуття виникають в результаті" гарячих парів", які приходять з ока до об'єктів. Грецький математик Евклід (бл. 450-380 до н. е.) розробив теорії" зорових променів", послідовником якої був Птолемей (II століття н. е.) . Згідно поглядам Евкліда, з ока виходять чутливі нитки, які стосуються кінців тіла і створюють зорові відчуття[19 ].
Протилежну точку зору на природу зорових відчуттів розвинув Демокріт (близько 460-370 до н. е.), Емпедокл (Каліфорнія 490-430 до н.е.) і Епікур (341-270 до н. е.). Демокріт вважав, що зір викликаний падінням атомів на поверхні ока, що випускаються тілами. Грецький філософ Аристотель (384-322 до н.е.) виступав проти теорії "зорових променів", він писав, що світло випромінюється джерелами і передається через прозоре середовище, яке є посередником в передачі руху, викликаючи зорові відчуття. В результаті Аристотель започаткував вчення про світлоносне середовище- ефір. Він зробив першу наївну спробу пояснити кольори. Він пояснив різні кольори, змішуючи світлий і темний[17].
Застосування математики до вивчення світла дозволило зробити ряд правильних висновків. Евклід заснував вчення про прямолінійне поширення світла, відкрив закони відбиття і заломлення світла. Герон Александрійський (1 століття н. е.) склав принцип, що світло між об'єктом і оком проходить найкоротшим шляхом. Птолемей вивчав заломлення світла. Евклід і Птолемей працювали над теорією увігнутих дзеркал. Архімеду навіть приписували спалювання ворожого флоту за допомогою увігнутих дзеркал, які, здавалося, концентрували сонячні промені на ворожих кораблях.
Хоча погляди стародавніх мислителів засновані не на експериментах, а на найпростіших спостереженнях за явищами природи, можна вважати лише здогадками, інколи геніальними, проте вони мали досить великий вплив на вчених більш пізніх часів.
У Середні віки, в період панування схоластики, інквізиції та поширення лженауки, не було помітних досліджень з оптики. Дослідження стосувалися насамперед вивчення перебігу променів в дзеркалах і лінзах, а також анатомії і фізіології ока (Р.Бекон , бл. 1214— 1294). Окуляри теж були винайдені (бл. 1285)[17].
Наприкінці 17 ст. майже одночасно виникли корпускулярна теорія Ісака Ньютона і хвильова теорія нідерландського фізика Крістіана Гюйгенса. В кінці XIX століття його монографія (1704) була основним джерелом для написання всіх підручників того часу.
У 60-х роках 19 ст. Дж. Максвелл створив теорію електромагнітного поля, одним з наслідків якої було встановлення можливості існування електромагнітних хвиль.
 
1.2. Дослідження природи світла.
Наприкінці XVII ст. майже одночасно виникли дві різні теорії, які пояснювали природу світла, ґрунтуючись на законах механіки: корпускулярна теорія англійського фізика Ісаака Ньютона (1643–1727) і хвильова теорія голландського фізика Крістіана Гюйґенса (1629–1695)[17].
Між цими двома теоріями тривала дискусія, у витоків якої стояли відомі вчені: І. Ньютон (1643-1727), який вважав світло потоком частинок, названих ним корпускулами, і X . Гюйгенс (1629-1695), на переконання якого світло -це хвилі, які заповнюють навколишній простір і проникають усередину тіл. Завдяки авторитету цих вчених та здатності пояснювати найпростіші світлові явища, обидві теорії існували паралельно тривалий час. Так І. Ньютон пояснив лінійне поширення світла та дисперсію в результаті закону інерції, заснованого на корпускулярних уявленнях. X. Гюйгенс пояснив відбиття та заломлення світла за допомогою хвильових уявлень[21]. Однак переважала хвильова теорія світла, оскільки в цей час були виявлені світлові явища, які можна було пояснити лише як рух хвилі з точки зору поширення світла. На початку 19 ст. Т. Юнг (1773-1829) спостерігав інтерференцію (посилення та ослаблення світлових променів під час їх накладення) та дифракцію світла (крива оболонки світлових перешкод), що неможливо було пояснити з точки зору гіпотези корпускулярного світла І. Ньютона. Пізніше О. Я. Френель (1788-1827), який повторив експерименти Т. Юнга, був переконаний у хвильовій природі світла і сформулював принцип поширення світла як хвилі (принцип Гюйгенса-Френеля). Через своє пояснення явищ світла хвильова теорія остаточно зарекомендувала себе як домінуюча в інтерпретації природи світла. Тріумф хвильової теорії світла підтвердив Дж. Максвелл (1831-1879), який теоретично довів, що світло є особливим випадком електромагнітного випромінювання. Він довів, що світло - це поширення електромагнітних хвиль певної частоти (довжини хвилі) у просторі. Крім видимого світла, електромагнітне випромінювання включає також радіохвилі, інфрачервоне, ультрафіолетове, рентгенівське випромінювання та жорстке гамма-випромінювання. Як відомо, основними характеристиками електромагнітного випромінювання є частота v і довжина хвилі λ, які обернено пропорційні і відносяться до швидкості світла через співвідношення: λ = с/(v.) [17].На початку 20 ст. з розвитком квантової теорії уявлення про природу світла почали докорінно змінюватися. Коли А. Ейнштейн (1879-1955) припустив, що квантові властивості світла неоднозначні. Він стверджував, що світло - це потік мікрочастинок, званих фотонами, які несуть найменшу кількість світлової енергії. Згодом стало зрозуміло, що корпускулярна теорія світла, як і хвильова теорія, має право на існування, особливо коли мова йде про тлумачення випромінювання і поглинання світла.
Обмежений характер теорії хвиль був підтверджений експериментами О.Г. Столєтова (1839-1896) з фотоефекту, який показав, що в цих явищах світло поводиться як потік частинок, які мають певну енергію та імпульс і підкоряються законам квантової фізики. Численні дослідження світлових явищ показують неоднозначний прояв властивостей світла: в одних випадках (інтерференція, дифракція) вони підтверджують хвильовий характер світла, в інших (випромінювання та поглинання) - де корпускулярна природа проявляється більш чітко. Тому світлу властивий корпускулярно-хвильовий дуалізм - воно має як безперервні, хвильові властивості, так і дискретні, корпускулярні[16].
 
1.3. Хвильові властивості світла: інтерференція, дифракція, поляризація.
Світло — це електромагнітна хвиля,а для будь-яких хвиль виконується принцип суперпозиції: якщо в певну точку простору надходять хвилі від кількох джерел, то ці хвилі накладаються одна на одну. Унаслідок такого накладання в деяких точках простору може відбуватися посилення коливань, а в деяких —послаблення, тобто спостерігається явище інтерференції[21].
Інтерференція — явище накладання хвиль, унаслідок якого в деяких точках простору спостерігається стійке в часі посилення (або послаблення) результуючих коливань[16].
З’ясуємо, що означає це явище для світла. При поширенні світлової хвилі в кожній точці простору, де поширюється хвиля, відбувається періодична зміна напруженості та магнітної індукції електромагнітного поля. Якщо через деяку точку простору поширюються дві світлові хвилі, то напруженості полів векторно додаються (так само додаються і вектори магнітної індукції). Результуюча напруженість характеризуватиме світлову енергію, що надходить у дану точку: чим більша напруженість, тим більшою є енергія, що надходить.У випадку коли напрямки напруженостей полів двох світлових хвиль, що приходять у дану точку, збігаються, результуюча
напруженість збільшується і в точці спостерігається максимальне збільшення освітленості.І навпаки, коли напруженості полів напрямлені протилежно, результуюча напруженість зменшується («світло гаситиметься світлом»)[21].
Явище обгинання хвилями перешкод або будь-яке інше відхилення поширення хвилі від законів геометричної оптики називають дифракцією (від латин. diffractus — розломлений).Дифракція властива будь-яким хвилям незалежно від їхньої природи і спостерігається у двох випадках:
1) коли лінійні розміри перешкод, на які падає хвиля (або розміри отворів, через які хвиля поширюється), порівнянні з довжиною хвилі;
2) коли відстань від перешкоди до місця спостереження набагато більша за розмір перешкоди.
Хвилі, що обгинають перешкоду, когерентні, тому дифракція завжди супроводжується інтерференцією. Інтерференційну картину, отриману внаслідок дифракції, називають дифракційною картиною[21,17].
Явище потрапляння світла в зону геометричної тіні, ніби світло огинає перешкоду, називається дифракцією. Уперше дифракцію світла спостерігав Т. Юнг. Пояснив це явище на основі хвильової теорії світла Ж .О. Френель. Нехай на щілину падає сферична хвиля від точкового джерела світла. Відповідно до принципу Гюйгенса-Френеля її краї стануть джерелами нових хвиль, які поширюватимуться, потрапляючи в зону геометричної тіні . Ці хвилі є когерентними, і тому внаслідок накладання утворюють інтерференційну картину з максимумами і мінімумами освітленості. Оскільки вона є відображенням явища дифракції світла, її називають дифракційною картиною. Дифракція властива всім хвильовим процесам, тому вона має місце для різних видів електромагнітних випромінень у всьому діапазоні електромагнітних хвиль. Крім того, це явище спостерігається в електронів при розсіюванні їх під час проходження крізь кристалічні тіла. Цим фактично підтверджується, що вони мають також хвильові властивості, тобто мікрочастинкам, як і світлу, притаманний корпускулярно-хвильовий дуалізм.
Поляризація світла — стан світлової хвилі, за якого певні напрямки коливань електричного вектора E переважають над іншими[18].
Метод поляризації природного світла можна зрозуміти з такого досліду з механічними хвилями. Поставимо на шляху неполяризованої хвилі пластину з паралельними щілинами. З коливань різних напрямків пластина виділить коливання в одній певній площині — хвиля буде поляризованою. Якщо на її шляху поставити ще одну таку само пластину, але повернуту відносно першої на 90°, то коливання крізь неї не пройдуть. Хвиля повністю погаситься. Для поляризації світла використовують спеціальні пристрої з асиметрією оптичних властивостей. Зокрема, існують природні та штучні кристали, які мають оптичну анізотропію — неоднорідність оптичних властивостей у різних напрямках. Проходячи крізь такі кристали, світло поляризується[18].  
1.4. Корпускулярні властивості світла. Ідеї Планка та Ейнштейна.
Поява квантової теорії пов'язане з встановленням закономірностей випромінювання абсолютно чорного тіла Абсолютно чорне тіло — це фізична модель тіла, яке повністю поглинає будь яке випромінювання, що падає на нього.
Незважаючи на назву, абсолютно чорне тіло може випромінювати світло. Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла залежить тільки від його температури. Експериментальні дослідження показали, що розподіл енергії випромінювання в залежності від довжини хвилі має вигляд ряду кривих. Але всі спроби вчених отримати універсальну формулу цієї залежності зазнали поразки.
Восени 1900 року німецький фізик Макс Планк, зіставивши всі відомі в той час результати досліджень, нарешті відкрив формулу, повністю відповідну експериментальним кривим. Точніше кажучи, вчений просто вгадав цю формулу, він не міг вивести її, спираючись на закони класичної електродинаміки Максвелла. Тому Планк був змушений висунути гіпотезу, що суперечить класичним уявленням про природу світла[21].
Гіпотеза М. Планка: теплове випромінювання здійснюється певними мінімальними енергетичними частинами-квантами, пропорційними частоті випромінювання 𝞶. Квант енергії ε = h𝞶, де h-постійна Планка[17].
За сучасними даними, постійна Планка: h=6,626 ⋅ 10-34 Дж ⋅ с.
На той час обмежений характер хвильової теорії світла підтверджували також досліди Г. Герца і результати дослідження явища фотоелектричного ефекту А. Г.Столетовим. Пізніше, в 1922 р, квантова природа світлового випромінювання була експериментально продемонстрована А. Комптоном при спостереженні розсіювання рентгенівських променів в речовині.

  1   2   3

скачати

© Усі права захищені
написати до нас