Раздел второй. Геометрическая оптика

Глава VII. Общая характеристика световых явлений

§ 65. Разнообразные действия света

Чувствительность нашего зрительного аппарата к свету чрезвычайно велика. По современным измерениям для получения светового ощущения достаточно, чтобы на глаз при благоприятных обстоятельствах попадало около световой энергии в секунду, т. е. мощность, достаточная для ощутимого светового раздражения, равна .

Глаз принадлежит к числу самых чувствительных аппаратов, способных регистрировать присутствие света. Действие света на глаз сводится к некоторому химическому процессу, возникающему в чувствительной оболочке глаза и вызывающему раздражение зрительного нерва и соответствующих центров головного мозга. Химическое действие света, сходное с действиями на чувствительные элементы глаза, можно наблюдать при выцветании на свету различных красок («выгорание тканей»). Химические превращения наблюдаются при поглощении света сравнительно немногочисленными светочувствительными материалами. Но в большей или меньшей степени свет поглощается любым телом, что можно обнаружить по нагреванию тела.

Нагревание тел при поглощении света есть самый общий и наиболее легко осуществляемый процесс, который может быть использован для обнаружения и измерения световой энергии. Нагревание солнечным светом — простейший пример такого процесса. В тех южных областях, где много солнечных дней (например, Средняя Азия), тепло, полученное при поглощении солнечной энергии, может быть использовано для приведения в действие промышленных установок.

Энергия, доставляемая солнечным светом в южных широтах в ясный день, составляет более тысячи джоулей в секунду на каждый квадратный метр поверхности, так что плоский железный бак, поставленный на крыше дома, может снабжать его обитателей в течение лета горячей водой. Концентрируя солнечные лучи с помощью большого зеркала 1 (рис. 152) на поверхности какого-нибудь приемника 2, можно обеспечить его нагревание до высокой температуры.

Рис. 152. Схема устройства тепловой солнечной машины: 1-зеркало, 2-приемник

Действие света может обнаруживаться и в некоторых электрических явлениях. Как уже упоминалось в томе II, §9, освещение металлической поверхности может вызвать вырывание из нее электронов {фотоэффект). С помощью определенных устройств можно без труда наблюдать электрический ток, возникающий под действием света. На рис. 153 представлена схема одного из таких устройств, называемого фотоэлементом. Если бы можно было покрыть крышу небольшого дома веществом, используемым в таком фотоэлементе, то в ясный солнечный день удалось бы за счет световой энергии получать электрический ток мощностью несколько киловатт.

Рис. 153. Фотоэлемент с электрической схемой: 1-фотоэлемент, 2-гальванометр

Наконец, важно отметить, что наблюдается и непосредственное механическое действие света. Оно проявляется в давлении света на поверхность тела, отражающего или поглощающего свет. Придавая этому телу вид легкого подвижного крылышка, удалось обнаружить поворот этого крылышка под действием падающего на него света. Этот замечательный опыт был впервые произведен П.Н. Лебедевым в Москве (1900 г.). Подсчет показывает, что в ясный день свет Солнца, падающий на зеркальную поверхность размером , действует на нее с силой всего лишь около .

В настоящее время разработаны новые источники когерентного излучения очень высокой интенсивности — лазеры, с которыми при концентрации энергии на малую поверхность можно получить световое давление  (см. §205). Таким образом, свет может производить весьма разнообразные действия; все они свидетельствуют о наличии энергии в световом излучении, превращение которой и обнаруживается во всех описанных явлениях.

Из перечисленных примеров видно, сколь разнообразны могут быть действия света. Однако роль света как непосредственного источника энергии сравнительно невелика: двигатели, основанные на нагревании под действием света, играют очень малую роль, а двигатели, построенные на основе фотоэффекта, — еще дело будущего, хотя опыты и показывают, что возможно изготовление фотоэлементов (с использованием полупроводников германия и кремния), способных превращать до  падающей на них энергии света непосредственно в энергию электрического тока (солнечные  батареи).

Правда, вся энергия, которую мы используем на Земле, практически имеет своим первоисточником световую энергию или энергию излучения Солнца, но использование ее происходит путем сложных превращении через посредство топлива, накапливающегося под действием солнечного излучения в растениях и сжигаемого в тепловых машинах, а также через посредство водяных и ветряных двигателей и т. д. В большинстве же применений света главную роль играет не количество приносимой им энергии, а его специальные особенности. Для выяснения природы световых явлений надо обратиться к опыту.